Rangkuman Materi Optik Geometri SMA Beserta contoh soal dan Cara mengerjakannya|FISIKA

Posted on

.Memahami optik

Pengertian dari Optik

Optik adalah salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang konsep cahaya, terutama sifat, sifat dan kegunaan cahaya. Optik terbagi menjadi dua bagian yaitu optik geometris dan optik fisik.

Pengertian Optik geometris

Optik geometris merupakan optik yang membahas tentang refleksi dan refraksi cahaya. Sifat-sifat cahaya sama dengan gelombang elektromagnetik. Cahaya dan gelombang elektromagnetik dapat bergerak dalam ruang hampa (vakum).

Jenis pantulan cahaya

Jenis pantulan cahaya ada dua yaitu pantulan biasa dan pantulan difus. Ketika berkas cahaya paralel jatuh pada permukaan yang halus atau datar (seperti permukaan cermin atau permukaan air yang tidak bergerak), refleksi teratur terjadi. Pada saat yang sama, ketika balok paralel mengenai permukaan yang kasar atau tidak rata, mereka akan dipantulkan dalam berbagai arah yang tidak pasti, menghasilkan pantulan yang menyebar.

cahaya.png

1. Hukum Pemantulan Cahaya

Cermin merupakan suatu benda yang tidak tembus cahaya dan permukaannya sangat halus dan rata sehingga hampir semua cahaya yang datang padanya dapat dipantulkan.

Dari sifat-sifat pemantulan cahaya pada cermin diperoleh hukum pemantulan cahaya, yaitu :
a. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar,
b. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

2. Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar

Cermin datar merupakan cermin yang permukaan pemantulnya datar (rata) dan salah satu permukaannya dilapisi logam (biasanya perak). Dalam kehidupan sehari-hari, contoh cermin datar adalah cermin yang biasa kita gunakan untuk berhias.

Bayangan pada cermin datar memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

a. Merupakan bayangan maya.
b. Tegak seperti bendanya.
c. Sama besar dengan bendanya.
d. Menghadap terbalik dengan bendanya.
e. Jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin.

 
3. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung
 
Cermin cekung adalah cermin yang permukaan pemantulnya melengkung kedalam. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen.
 

3 Jenis sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu :

a. Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan melalui titik fokus (f).

 
cermin cekung1
 
b. Sinar datang melalui titik fokus akan dipantlkan sejajar sumbu utama.
 
c2.jpg
 
c. Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan (M) akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan tersebut.
 
c3.jpg
 
Bayangan benda yang terbentuk oleh cermin cekung memiliki sifat yang berbeda-beda tergantung letak benda terhadap cermin cekung.
 
 

4. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung

Cermin cembung merupakan jenis cermin lengkung yang permukaan pemantulnya melengkung keluar. Cermin cembung disebut juga cermin divergen, karena cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya yang mengenainya.

Tiga sinar istimewa pada cermin cembung, yaitu :

cembung1

 

a. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus cermin (f)
b. Sinar datang menuju titik fokus (f) dipantulkan sejajar sumbu utama.
c. Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin (M) dipantulkan kembali seakan-akan datang dari titik pusat kelengkungan tersebut.

Bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung selalu bersifat maya, tegak, dan diperkecil.

5. Perhitungan pada Cermin Lengkung (cekung atau cembung)

Secara matematis, hubungan antara jarak benda ke cermin (s) jarak bayangan (s’), dan jarak fokus (f) atau jari-jari kelengkunagan (R) dapat ditulis sebagai berikut :
 
gif.latex.gif
Keterangan :

s = jarak benda ke lensa (m),

s’ = jarak bayangan ke lensa (m), dan
f = jarak fokus lensa (m).
 
Nilai f untuk cermin cekung bernilai positif (+) dan apabila dalam perhitungan diperoleh s’ yang bernilai negatif (-), maka bayangan yang terbentuk terletak dibelakang cermin.
 

6. Hukum Pembiasan Cahaya

 

Pembiasan cahaya diselidiki oleh Willebrod Snellius dan Willebrod van Roijen yang hasilnya dinyatakan dengan hukum Snellius sebagai berikut.

1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak dalam satu bidang datar.

2. Perbandingan proyeksi antara sinar datang dan sinar bias yang sama panjangnya pada bidang batas antara dua zat bening selalu merupakan bilangan tetap. Perbandingan tetap ini disebut indeks bias antara kedua zat itu.

 
Keterangan:
OA = sinar datang
∠AON = i = sudut datang
NN’ = garis normal
∠BON’ = r = sudut bias
OB = sinar bias
 

Untuk mengukur besarnya pembelokan arah cahaya jika sinar berpindah dari satu media ke media lain digunakan indeks bias (angka bias = penunjuk bias). Indeks bias mutlak suatu zat adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam zat itu.

Nz = C : Cn

Keterangan:
Nz = indeks bias mutlak zat itu
C = kecepatan cahaya dalam hampa (3 x 108 m/s)
Cn = kecepatan cahaya dalam zat itu

 
Karena yang dilihat sehari-hari sinar berpindah dari satu media ke media lain maka indeks bias adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam zat-zat itu. Misalkan, cahaya berpindah dari zat A ke zat B maka indeks biasnya dirumuskan sebagai berikut.
 
 
ndeks bias suatu medium dapat ditentukan jika kecepatan cahaya pada masing-masing medium diketahui.
 
 

CA = cepat rambat cahaya di medium A
CB = cepat rambat cahaya di medium B

Karena cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang maka rumus gelombang juga berlaku pada cahaya.

V = λ x f

v = cepat rambat gelombang

Jadi, indeks bias cahaya dari zat A ke zat B adalah

 

Contoh Soal dan Cara Mengerjakan

 
1.  Dua buah cermin dipasang berdekatan dengan sudut 300 kemudian di depannya        diletakkan sebuah benda, maka banyaknya bayangan yang terbentuk adalah…..
  1. 3         b. 6          c. 11        d. 20        e. 30

CARA MENGERJAKAN:

2.  Dua cermin yang masing-masing panjangnya 1,6 m disusun berhadapan seperti pada gambar di bawah ini. Jarak antara cermin 20 cm. Suatu berkas sinar jatuh tepat pada salah satu ujung cermin dengan sudut 30o. Sinar akan keluar dari pasangan cermin setelah mengalami pemantulan sebanyak….

  1. 16 kali                    c. 15 kali                  e. 4 kali
  2. 13 kali                    d. 9 kali

CARA MENGERJAKAN:

3. Indeks bias udara besarnya 1, indeks bias air 4/3, dan indeks bias bahan suatu lensa tipis 3/2. Suatu lensa tipis yang kekuatannya di udara 4 dioptri di dalam air akan  menjadi….

  1. 3/5 dioptri                    c. 5/4 dioptri             e. 5/2 dioptri
  2. 1 dioptri                       d. 5/3 dioptri

CARA MENGERJAKAN:

4.   Sebuah benda diletakkan di muka cermin cekung yang mempunyai jarak titik api 15 cm. Agar bayangan yang terbentuk 3 kali lebih besar dan nyata, maka benda harus diletakkan di depan cermin sejauh…..

  1. 10 cm           b. 15 cm         c. 20 cm            d. 30 cm  e. 45 cm

CARA MENGERJAKAN:

5. Sebuah lensa cembung yang terbuat dari suatu kaca berindeks bias 1,5 memiliki jarak fokus 2,5 cm diudara. Untuk keperluan tertentu, lensa itu dibenamkan ke dalam suatu cairan yang berindeks bias 1,3. Hitunglah jarak fokus lensa dalam cairan itu….

  1. 2,8 cm                         c. 5,6 cm                  e. 8,1 cm
  2. 4,2 cm                         d. 6,6 cm

CARA MENGERJAKAN: