SIFAT CAHAYA

PENGERTIAN CAHAYA

   Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak.

     Cahaya adalah paket partikel yang disebut foton.

    Kedua definisi di atas adalah sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.

kecepatan CAHAYA

   Kelajuan cahaya (kelajuan cahaya dalam ruang vakum) adalah sebuah konstanta fisika yang disimbolkan dengan huruf c, singkatan dari celeritas (yang dirujuk dari dari bahasa Latin) yang berarti "kecepatan". Konstanta ini sangat penting dalam fisika dan bernilai 299.792.458 meter per detik. Nilai ini merupakan nilai eksak disebabkan oleh panjang meter didefinisikan berdasarkan konstanta kelajuan cahaya.

     Kelajuan ini merupakan kelajuan maksimum  yang dapat dilajui oleh segala bentuk energi, materi, dan informasi dalam alam semesta. Kelajuan ini pula menurut teori modern adalah kelajuan gravitasi (kecepatan dari gelombang gravitasi). Kelajuan cahaya yang merambat melalui bahan-bahan transparan seperti gelas ataupun udara lebih lambat dari c.

pemantulan CAHAYA

Jenis Pemantulan

  Pemantulan cahaya terdiri dari dua jenis, yaitu pemantulan baur (diffuse reflection) dan pemantulan teratur (specular reflection). Pemantulan cahaya pada permukaan datar seperti cermin, atau permukaan air yang tenang, termasuk pemantulan teratur. Sedangkan pemantulan cahaya pada permukaan kasar seperti pakaian, kertas dan aspal jalan, termasuk dalam pemantulan baur.

       A. Pemantulan Teratur                                                  B. Pemantulan Baur       

Hukum Pemantulan Cahaya
    Hukum Pemantulan cahaya dapat diilustrasikan dengan gambar berikut ini :

Pemantulan Cahaya

   Berdasarkan gambar di atas, sinar yang menuju cermin ( P ), diketahui sebagai sinar datang ( i ), sedangkan yang meninggalkan cermin ( Q )  diketahui sebagai sinar pantul ( r ).Pada titik dimana sinar mengenai cermin, sebuah garis dapat digambarkan tegak lurus terhadap permukaan cermin, garis ini diketahui sebagai garis normal. Garis normal membagi sudut antara sinar datang dan sudut sinar pantul menjadi dua sudut yang sama.

    Berdasarkan uraian di atas, maka hukum pemantulan cahaya dapat dinyatakan sebagai berikut :

   •Sinar datang, sinar pantul, garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar.

   •Sudut  datang  =  sudut pantul

Pemantulan pada Cermin Datar 

   Jika seberkas cahaya mengenai sebuah cermin datar, maka cahaya tersebut akan dipantulkan secara teratur. Peristiwa pemantulan cahaya pada cermin datar dapat menyebabkan pembentukan bayangan benda di dalam cermin.

   Bayangan benda yang terbentuk pada cermin datar mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :
   1. Bayangan bersifat maya  (tidak dapat ditangkap oleh layar)
   2. Tegak dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya
   3. Bayangan sama besar dengan bendanya
   4. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin.
   Perhatikan gambar di bawah ini :

Ilustrasi Menentukan Jumlah Bayangan

 

 

Cermin cekung

Cermin dikatakan cekung jika permukaan pemantulnya ada pada permukaan dalam bola sehingga pusat cermin melengkung menjauhi orang yang melihat. Cermin cekung dapat membentuk bayangan nyata dan terbalik dari objek yang jarak objeknya lebih besar dari jari-jari bola. Jika objek terletak antara cermin dan titik fokus utama, bayangan yang terbentuk bersifat maya, tegak, dan diperbesar.

                                         

Cermin cembung

Cermin sferis disebut  cembung jika pantulan terjadi pada permukaan luar bentuk sferis sehingga pusat permukaan cermin menggembung ke luar menuju orang yang melihat. Cermin cembung selalu membentuk bayangan maya, tegak, dan diperkecil dari objek yang terletak di depannya.

                           

Persamaan cermin berlaku untuk cermin cekung maupun cembung:

1/p + 1/q = 2/R = 1/f

Di mana:

p = jarak objek, dihitung dari cermin;

q = jarak bayangan; dihitung dari cermin;

R = jari-jari cermin;

f = jarak fokus cermin = R/2

p dihitung positif bila objek berada di di depan cermin.

q dihitung positif bila bayangan nyata, yakni berada di depan cermin.

q dihitung negatif bila bayangan maya, yakni berada di belakang cermin.

R dan f adalah positif untuk cermin cekung, dan negatif untuk cermin cembung.

Besar bayangan yang dibentuk cermin bola:

Perbesaran linear = (panjang bayangan)/(panjang objek) = (jarak bayangan)/(jarak objek) = q/p

PEmbiasan CAHAYA

   Pembiasan  cahaya adalah pembelokan arah rambat cahaya.

  Pembiasan cahaya terjadi jika cahaya merambat dari suatu medium menembus ke medium lain yang memiliki kerapatan yang berbeda.

  Indeks bias suatu zat adalah perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa dengan cepat rambat cahaya dalam zat tersebut.

   Indeks bias bahan optik, dilambangkan dengan n, memainkan peran sentral dalam optik geometris. Ini adalah rasio dari kecepatan cahaya c dalam ruang hampa dengan kecepatan v dalam materi:

n = c/v

di mana:

n = indeks bias cahaya

c = kecepatancahaya di ruanghampa

v = kecepatan

Hukum Snellius

   Hukum Snellius adalah rumus matematika yang memberikan hubungan antara sudut datang dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotropik berbeda. Ditemukan pada sekitar tahun 1621 oleh Willebrord Snell (1591-1626)

   Hukum ini menyebutkan bahwa nisbah sinus sudut datang dan sudut bias adalah konstan, yang tergantung pada medium. Perumusan lain yang ekivalen adalah nisbah sudut datang dan sudut bias sama dengan nisbah kecepatan cahaya pada kedua medium, yang sama dengan kebalikan nisbah indeks bias.

    Perumusan matematis hukum Snellius adalah :

                                                                          

                atau     

Lensa Tipis

    Alat optik yang paling  sederhana adalah lensa tipis. Lensa tipis biasanya berbentuk lingkaran, dan kedua permukaannya melengkung. Kedua permukaan bisa cekung, cembung atau datar.

Macam-macam Lensa

   Lensa mana pun yang lebih tebal di tengah daripada di tepinya akan membuat berkas-berkas paralel berkumpul pada satu titik dinamakan lensa konvergen.

Lensa-lensa Konvergen

Penyebaran Berkas Paralel Lensa Konvergen

  

   Lensa yang lebih tipis di tengah daripada sisinya disebut lensa divergen, karena membuat cahaya paralel menyebar.

 

Lensa-lensa Divergen

Penyebaran Berkas Paralel Lensa Divergen

Kekuatan Lensa

   Para ahli optometri dan opthalmologi tidak menggunakan panjang fokus, melainkan menggunakan kebalikan dari panjang fokus untuk menentukan kekuatan lensa kacamata (atau kontak). Besaran ini disebut kuat lensa, P

P=  1/f

Satuan kekuatan lensa adalah dioptri (D).

Persamaan Lensa

   Persamaan lensa yang menghubungkan jarak bayangan di dengan jarak benda do dan panjang fokus lensa f termuat dalam persamaan

h_i/h_o =  (d_i-f)/f

Persamaan di atas dapat ditulis kembali sebagai

1/d_o +  1/d_i =  1/f

Perbesaran Lensa

   Perbesaran lensa, m, sebuah lensa didefinisikan sebagai perbandingan tinggi bayangan dengan tinggi benda, m = hi/ho. Bila disubstituusi dengan persamaan sebelumnya, kita dapatkan

m=  h_i/h_o = -d_i/d_o

Penerapan konsep cahaya dalam kehidupan

Kabel Serat Optik

  Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.