OPTIKA FISIS

WARNA CAHAYA.
Cahaya terdiri dari bermacam-macam warna, hal ini dapat dibuktikan dengan piringan Newton (Newton’s Disc) yang terdiri dari 7 macam warna yaitu : merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. (cara menghafal : MEJIKUHIBINIU) yang diputar dengan cepat akan tampak berwarna putih.
komponen warna pada piringan Newton.
1. Merah
2. Jingga
3. Kuning
4. Hijau
5. Biru
6. Nila
7. Ungu
komponen warna disebut sebagai spektrum warna dari sinar putih.

1. Sinar-sinar yang dapat diuraikan atas beberapa komponen warna seperti sinar putih disebut SINAR POLIKROMATIK.
2. Sinar-sinar yang tidak dapat diuraikan lagi atas beberapa komponen, disebut SINAR MONOKROMATIK.
3. Dalam ruang hampa, cahaya mempunyai :

Ø Kecepatan perambatan sama.
Ø Frekuensi masing-masing warna berbeda.
Ø Panjang gelombang masing-masing warna berbeda.

1. Rumus kecepatan perambatan cahaya (c)

c f = Kecapatan perambatan cahaya = Frekuensi = Panjang gelombang

c = f .

Karena harga c tetap, bila frekuensi kecil maka panjang gelombang besar atau sebaliknya.
6. Cahaya warna merah mempunyai f kecil maka besar.

 

WARNA BENDA

Warna benda tergantung dari :

1. Warna cahaya yang jatuh pada benda.
2. Warna-warna yang dipantulkan atau diterima benda.

Ø Benda-benda yang disinari oleh cahaya matahari atau sumber cahaya lain, akan memantulkan warna cahaya yang sesuai dengan warna benda ini, sedang warna cahaya lainnya diserap.
Contoh : Daun tumbuhan disinari sinar matahari (Cahaya Polikhromatik), maka daun akan memantulkan warna hijau sedangkan warna lain diserap.
Ø Warna benda juga tergantung dari warna cahaya yang dipantulkan atau yang diterima.
Contoh : Benda berwarna biru bila disinari lampu warna merah maka benda tampak berwarna hitam.
WARNA-WARNA KOMPLEMENTER DAN WARNA PRIMER.
Warna komplementer adalah : Pasangan warna yang jika digabungkan menghasilkan cahaya putih.
Contoh : Warna pada Newton’s Disc (Piringan Newton).
Kuning (merah + hijau) + biru = putih
Cyan (hijau + biru) + merah = putih
Magenta (merah + biru) + hijau = putih.
Warna sekunder : Pasangan warna yang jika digabungkan menghasilkan warna lain (bukan putih).
Contoh : warna kuning = merah + hijau
warna Cyan = hijau + biru
warna Magenta = merah + biru.
Warna primer : Adalah warna yang tidak dapat dibuat dengan menggabungkan warna lain.
Yang termasuk warna primer : merah, hijau dan biru.
Ketiga warna tersebut dapat digabung untuk membuat semua warna.
Jika ketiganya digabung akan membentuk warna putih.
ABERASI PADA CERMIN DAN LENSA.
Sinar-sinar yang membuat sudut terkecil dengan sumbu utama disebut sinar paraxial. Namun pada umumnya, sinar-sinar itu tidak seperti pendekatan (definisi) di atas biasa disebut sinar non paraxial.
Sinar-sinar non paraxial tersebut, setelah dibiaskan oleh lensa, tidak berpotongan pada satu titik. Akibatnya, bayangan yang dibentuk tidak hanya sebuah.
Tidak hanya sinar non paraxial saja yang menyebabkan bayangan yang dibentuk tidak hanya sebuah, tetapi juga karena jarak titik api lensa tergantung pada index bias lensa, sedang index bias tersebut berbeda-beda untuk panjang gelombang yang berbeda. Sehingga jika sinar tidak monokhromatik (Polikhromatik), lensa akan membentuk sejumlah bayangan yang berbeda-beda posisinya dan juga ukurannya, meskipun sinarnya itu paraxial.
Adanya kenyataan bahwa bayangan yang dibentuk tidak sesuai dengan perkiraan yang didasarkan pada persamaan sederhana (Gauss) disebut ABERASI.
1. Aberasi Sferis.
Adalah kelainan-kelainan pada bayangan yang dibentuk karena pemantulan atau pembiasan oleh permukaan sferis. Hal ini tidak disebabkan karena adanya kesalahan konstruksi daripada lensa atau cermin (misalnya, kesalahan pada pembuatan permukaan sferis), tetapi kelainan-kelainan itu semata-mata merupakan konsekwensi dari pengetrapan hukum pemantulan atau pembiasan pada permukaan sferis.
a. Aberasi Sferis pada Cermin.
Sinar-sinar pantul saling berpotongan membentuk bidang lengkung yang meruncing dengan titik puncaknya di titik api f cermin, bidang lengkung ini disebut bidang kaustik.
b. Aberasi Sferis pada Lensa.

Sinar-sinar paraxial membentuk bayangan dari P (terletak pada sumbu utama) di P9. Sedang sinar-sinar yang dekat tepi lensa membentuk bayangan di P0. Sinar-sinar yang ditengah lensa akan membentuk bayangan antara P9dan P0.
Jika sebuah layar ditempatkan tegak lurus sumbu utama, akan terlihat bayangan yang berbentuk lingkaran pada layar itu.
Lingkaran terkecil bila layar pada “c c” (Circle of least confusion) dan pada tempat inilah diperoleh bayangan terbaik.
Jenis aberasi ini dapat dihilangkan dengan memasang diaphragma.
2 Aberasi Koma.
Aberasi ini sama halnya dengan aberasi sferis. Hanya saja, kalau aberasi sferis untuk benda-benda yang terletak pada sumbu utama, sedang aberasi koma untuk benda-benda yang tidak terletak pada sumbu utama. Sehingga, kalau pada aberasi sferis bayangan berbentuk pada layar merupakan lingkaran, tetapi pada aberasi koma, bentuk bayangan pada layar berbentuk “koma” dan sebab itu disebut ABERASI KOMA.
3 Aberasi Distorsi.
Aberasi ini justru terjadi pada lensa tunggal berdiafragma.
Ada dua macam distorsi :
a. Distorsi bantal jarum (Pinchusion), dengan pembesaran seperti gambar dibawah ini.
Distorsi ini terjadi bila diaphragma terletak di belakang lensa.
b. Distorsi tong Anggur (barrel), dengan kelainan perbesaran bayangan seperti gambar dibawah ini.

Distorsi ini terjadi bila bayangan diletakkan di depan lensa. Distorsi ini dihilangkan dengan meletakkan diaphragma ditengah-tengah di antara dua lensa tersebut.
2 Aberasi Khromatik.
Adalah : Pembiasan cahaya yang berbeda panjang gelombang pada titik fokus yang berbeda.
Cahaya polykhromatik sejajar sumbu utama yang datang pada sebuah lensa akan diuraikan menjadi berbagai warna. Tiap warna cahaya memotong sumbu utama pada titik-titik yang berlainan.
Hal ini disebabkan tiap-tiap warna mempunyai fokus sendiri-sendiri. Titik fokus warna merah (f_m) paling jauh dari lensa sedangkan titik fokus untuk cahaya ungu (f_u) paling dekat ke lensa.
G a m b a r .

CATATAN TAMBAHAN.
1. Pelangi adalah spektrum sinar matahari yang diuraikan oleh butir-butir air hujan dan peristiwanya disebut “DISPERSI”.
Pelangi hanya kita lihat jika kita membelakangi matahari dan jauh didepan kita terjadi hujan.
2. Garis-garis Fraunhofer adalah garis-garis hitam pada spektrum matahari.
3. Hukum Kirchoff untuk cahaya.
Bila cahaya melalui gas/uap, maka gas atau uap tersebut akan menyerap warna cahaya yang tetap sama dengan warna cahaya yang akan dipancarkan bila gas/uap itu berpijar. Benda-benda yang berpijar akan menghasilkan spektrum yang kontinyu.
4. Warna adisi adalah warna cahaya yang dipantulkan oleh suatu benda yang disinari oleh dua atau lebih warna dasar.
5. Penentuan gerak bintang berdasarkan perubahan warna.
Bintang yang sedang menjauhi bumi memberikan garis-garis yang bergeser ke arah warna merah, sedang yang mendekati bumi spektrumnya bergeser kearah warna ungu (Azaz Doppler).
6. Fluoresensi : Adalah gejala di mana suatu zat bila disinari oleh cahaya akan terjadi perpendaran dan pendaran tersebut akan hilang setelah penyinaran atas dirinya dihentikan.
7. Fosforesensi adalah : Peristiwa dimana suatu zat akan memancarkan sinar setelah penyinaran atas dirinya dihentikan.
Kunang-kunang, perpendaran air laut, fosfor akan mengeluarkan cahaya, cahaya yang dikeluarkan bukan peristiwa pengfosforan (Fosforesensi) melainkan disebabkan oleh peristiwa kimia (Oksidasi).
INTERFERENSI DAN DIFRAKSI.
1. Interferensi Cahaya.
Definisi : Perpaduan dua atau lebih sumber cahaya sehingga menghasilkan keadaan yang lebih terang (interferensi maksimum) dan keadaan yang gelap (interferensi minimum).
Syarat : Cahaya tersebut harus koheren.
Koheren : Dua sumber cahaya atau lebih yang mempunyai frekwensi, amplitudo dan beda fase yang tetap.
Untuk mendapatkan cahaya koheren dapat digunakan beberapa metode :
a. Percobaan cermin Fresnell.
b. Percobaan Young.
c. Cincin Newton.
d. Interferensi cahaya pada selaput tipis.
Ada dua macam interferensi cahaya :
Ø Interferensi maksimum : Pada layar didapatkan garis terang apabila beda jalan cahaya antara celah merupakan bilangan genap dari setengah panjang gelombang.
Ø Interferensi minimum : Pada layar didapatkan garis gelap apabila beda jalan antara kedua berkas cahaya merupakan bilangan ganjil dari setengah panjang gelombang.
a. Percobaan Cermin Fresnell.

Fresnell menggunakan dua cermin datar yang ujung-ujungnya diletakkan satu sama lain sehingga membentuk sebuah sudut yang mendekati 180⁰.
Sinar dari S dipantulkan oleh cermin I seolah-olah berasal dari S₁ dan oleh cermin II seolah-olah S₂.
Bila P adalah garis gelap ke k di sebelah M, maka :

	= (2k-1)l

Bila P adalah garis terang ke k setelah garis terang pusat M, maka :

	= (2k)l

Untuk k = 1,2,3,…n
Keterangan :

p	=	Jarak terang pusat ke garis gelap pada layar (PM).
d	=	Jarak antara sumber cahaya (S1 dan S2).
l	=	Jarak sumber cahaya ke layar.
l	=	Panjang gelombang cahaya yang dipergunakan..

b Percobaan Young.

Sumber cahaya yang monokromatik dilewatkan suatu celah yang sempit S kemudian diteruskan melalui celah S₁ dan S₂.
S₁ dan S₂ berlaku sebagai dua buah sumber cahaya garis yang sejajar dan koheren yang baru.
Penyelesaian yang berlaku sama halnya dengan percobaan cermin Fresnell.

	d sina = (2k-1) l

Untuk min/gelap

	d sina = (2k) l

Untuk max/terang
Karena a kecil sekali maka sin a », sehingga :

	= (2k-1)l

Untuk min/gelap

= (2k)l

Untuk max/terang
Harga k = 1,2,3,4,…n
Keterangan :

S	=	Sumber utama yang koheren.
S1	=	Sumber koheren 1
S2	=	Sumber koheren 2
d	=	Jarak antara sumber S1 dan S2.
p	=	Jarak interferensi.
l	=	Jarak antara sumber dan layar.

c Cincin Newton.

Bila cahaya dijatuhkan pada susunan lensa plankonveks yang diletakkan diatas kaca, karena diantara lensa dan kaca terdapat lapisan udara yang bertindak sebagai selaput tipis, cahaya tersebut akan mengalami interferensi. Bila cahaya yang dijatuhkan berupa cahaya monokromatik, maka di permukaan datar lensa plankonveks terlihat cincin gelap (minimum) dan terang (maksimum). Tetapi bila yang dijatuhkan sinar polikromatik akan terlihat cincin berwarna. Cincin yang terlihat ini dinamakan cincin Newton.
Untuk menentukan gelap dan terang digunakan rumus :

Terang (max)	:	rk2 = R(2k + 1) l
Gelap (min)	:	rk2 = R(k) l
Harga k = 0,1,2,3,…n

d. Interferensi Pada Lapisan Tipis.

Cahaya mengenai lapisan tipis dengan sudut datang i maka :
Ø Sebagian dipantulkan langsung (gambar garis H) dan dilewatkan pada sebuah lensa positif dan difokuskan di P.
Ø Sebagian dibiaskan, yang akan dipantulkan kembali ke permukaan yang dilewatkan pada sebuah lensa positif (gambar garis C) sehingga difokuskan di P.
Ø Berkas cahaya di P merupakan hasil interferensi berkas cahaya yang dipantulkan langsung (H), dan berkas cahaya yang mengalami pembiasan dahulu, kemudian baru dipantulkan (C).
Dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat pada peristiwa :
* Warna-warna cahaya yang dipantulkan oleh buih sabun.
* Warna-warna cahaya yang dipantulkan oleh lapisan minyak di atas permukaan air.
R U M U S.

1. Selisih jalan yang dilalui oleh berkas cahaya (H) dan Cahaya (C) adalah :

	X = n9 (AB+BC) – n (AH) = 2 n9 d cos r

2. Interferensi maksimum (terang)
Titik P akan merupakan titik terang jika :

	2 n9 d cos r = (2k + 1)l

3. Interferensi minimum (gelap)
Titik P akan merupakan titik gelap jika :

	2 n9 d cos r = (2k)l

2 Difraksi Cahaya (Lenturan Cahaya).
Definisi : Peristiwa pembelokan arah sinar jika sinar tersenut mendapat halangan.
Penghalang yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit.
Macam-macam difraksi (lenturan cahaya).
a Difraksi Pada Celah Tunggal.

Seberkas cahaya dilewatkan pada celah sempit, cahaya yang keluar di belakang celah akan menjalar dengan arah seperti pada gambar.
Disini terlihat bahwa cahaya selain diteruskan juga dibelokkan.

Difraksi Juga Akan Menimbulkan Interferensi.

Hal ini dapat kita kembali pada percobaan Young.
Selisih beda lintasan sinar SA dan SB dapat ditulis SA – SB = d sin u
Oleh karena itu interferensi maksimum (garis terang) terjadi :

SA – SB = (2k + 1) l atau d sin u = (2k + 1) l

SA – SB = (2k) l atau d sin u = (2k) l

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi :
Keterangan :

d	=	Lebar celah
u	=	Sudut deviasi (difraksi)
k	=	Orde difraksi (0,1,2,3,….n)
l	=	Panjang gelombang cahaya yang dipakai.

b Difraksi Pada Kisi.
Kisi adalah kepingan kaca yang digores, menurut garis sejajar sehingga dapat bekerja sebagai celah yang banyak jumlahnya.

d =

Jika N menyatakan banyak garis per satuan panjang (misal cm) maka tetapan kisi adalah kebalikan dari N.
Cahaya yang lewat pada kisi dilewatkan lagi pada lensa positif, kemudian baru mengenai layar.
Gambar.

Bila titik P pada layar terlihat garis terang, maka :

	d sin q = 2n. l

Bila titik P pada layar terlihat garis gelap, maka :

	d sin q = (2n + 1). l

Harga n adalah : 0,1,2,3,4,…n.
Ada 2 macam bentuk difraksi yang perlu diketahui, yaitu :
Ø Difraksi Fraunhoffer : Bila benda dan layar terletak pada jarak tak terhingga.
Ø Difraksi Fresnell : Bila benda/layar atau keduanya terletak pada jarak berhingga dari celah.

POLARISASI CAHAYA (PENGKUTUBAN).
Kita ketahui bahwa cahaya merambat sebagai gelombang, namun cahaya termasuk dalam gelombang transversal atau longitudinal belum diketahui. Namun dengan peristiwa adanya polarisasi, maka dapat dipastikan bahwa cahaya termasuk dalam gelombang transversal, karena gelombang longitudinal tidak pernah mengalami polarisasi.
Polarisasi cahaya adalah : Pengkutuban daripada arah getar dari gelombang transversal. (Dengan demikian tidak terjadi polarisasi pada gelombang longitudinal).

Berkas cahaya yang berasal dari sebuah sumber cahaya, mempunyai arah getar bermacam-macam, sinar semacam ini disebut sinar wajar.
Bila sinar wajar ini dikenakan pada permukaan pemantulan, permukaan pemantulan mempunyai kecenderungan untuk memantulkan sinar-sinar yang arah getarnya sejajar dengan cermin. Sampai pada suatu sudut datang tertentu, hanya satu arah getar saja yang dipantulkan, yaitu arah getar yang sejajar bidang cermin. Sudut ini disebut sudut polarisasi dan sinar yang mempunyai satu arah getar saja disebut : sinar polarisasi atau cahaya terpolarisasi linier.
Cahaya terpolarisasi dapat terjadi karena :
a Peristiwa pemantulan.
b Peristiwa pembiasan.
c Peristiwa pembiasan ganda.
d Peristiwa absorbsi selektif.
a. Polarisasi Cahaya Karena Pemantulan.

Polarisasi linier terjadi bila cahaya yang datang pada cermin dengan sudut 57⁰.
b. Polarisasi Cahaya Karena Pemantulan dan Pembiasan.

Polarisasi linier terjadi bila sinar pantul oleh benda bening dengan sinar bias membentuk sudut 90⁰.
Rumus.
r + r9 = 90⁰
i_p = r9 i_p + r = 90⁰
r = 90⁰ - i_p
Menurut Hukum Snellius :
=
=
=

	tg ip =

Persamaan ini disebut : HUKUM BREWSTER.
Ditemukan oleh : David Brewster (1781-1868)
Keterangan :

ip	=	Sudut datang (sudut terpolarisasi)
N	=	Index bias udara
N9	=	Index bias benda bening.

c. Polarisasi Cahaya Karena Pembiasan Ganda.

1
2

Sinar (1)	=	Sinar istimewa Karena tidak mengikuti hukum snellius (hukum pembiasan)
Sinar (2)	=	Sinar biasa Karena mengikuti hukum Snellius.

Pembiasan berganda ini terjadi pada kristal :
- Calcite
- Kwarsa
- Mika
- Kristal gula
- Kristal es.
d. Polarisasi Cahaya Karena Absorbsi Selektif.

Suatu cahaya tak terpolarisasi datang pada lembar polaroid pertama disebut POLARISATOR, dengan sumbu polarisasi ditunjukkan oleh garis-garis pada polarisator. Kemudian dilewatkan pada polaroid kedua yang disebut ANALISATOR. Maka intensitas sinar yang diteruskan oleh analisator I, dapat dinyatakan sebagai :

I = I0 cos2 q

Dengan I₀ adalah intensitas gelombang dari polarisator yang datang pada analisator.
Sudut q adalah sudut antara arah sumbu polarisasi dan polarisator dan analisator.
Persamaan di atas dikenal dengan HUKUM MALUS, diketemukan oleh Etienne Louis Malus pada tahun 1809.
Dari persamaan hukum Malus ini dapat disimpulkan :
1. Intensitas cahaya yang diteruskan maksimum jika kedua sumbu polarisasi sejajar (q = 0⁰ atau q = 180⁰).
2. Intensitas cahaya yang diteruskan = 0 (nol) (diserap seluruhnya oleh analisator) jika kedua sumbu polarisasi tegak lurus satu sama lain.


PEMUTARAN BIDANG GETAR.

Berkas cahaya yang melalui polarisator dan analisator, diantara polarisator dan analisator diletakkan tabung yang diisi larutan, maka larutan yang ada dalam tabung akan memutar bidang getarnya.
Besarnya sudut putaran larutan ditentukan oleh :
a Panjang larutan yang dilalui.
b Konsentrasi larutan.
c Panjang gelombang cahaya yang dipakai.
q₂ - q₁ = 0,1 [c.l.s]

q2 - q1	=	Besar sudut putaran larutan gula.
c	=	Konsentrasi larutan gula.
l	=	Panjang larutan gula.
s	=	Sudut putaran jenis larutan gula.

Larutan yang dapat memutar bidang getar biasanya larutan yang mengandung unsur C (Carbon) yang asimetris.
RAMALAN RAYLEIGH MENGENAI HAMBURAN CAHAYA.
Rayleigh menyatakan : Bahwa gelombang cahaya dengan panjang gelombang pendek lebih banyak dihamburkan daripada gelombang cahaya dengan panjang gelombang yang panjang.
FOTOMETRI (PENGUKURAN CAHAYA).
Fotometri adalah : Suatu ilmu yang mempelajari teknik illuminasi (penerangan)
Dalam fotometri dikenal besaran-besaran :
a FLUX CAHAYA (F)
Definisi : Energi cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya per detik.
Satuan : Lumen.
b INTENSITAS CAHAYA (I)/KUAT CAHAYA.
Definisi : Flux cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya per detik.
Rumus : I =
Satuan : Lilin atau Kandela atau
Untuk bola : Dv = 4p
Maka : F = 4pI
c KUAT PENERANGAN (E).
Definisi : Fluks cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya per satuan luas bidang yang menerima cahaya tersebut
Rumus : E = menurut LAMBERT.

Keterangan :	E	= kuat penerangan (LUX)
	d	= jarak
	I	= kuat cahaya

Satuan : = Lux
1 LUX adalah Kuat penerangan suatu bidang, dimana tiap-tiap m² didatangi oleh flux cahaya 1 Lumen.
Untuk bola : E = =
= . cos q
penjelasan : E = =
E =
d FOTOMETER.
Definisi : Alat yang digunakan untuk mengukur intensitas sumber cahaya, dan prinsipnya membandingkan kuat penerangan (E) dari sumber cahaya yang hendak diukur.
Bila kuat penerangan kedua sumber cahaya S₁ dan S₂ sama, berlaku :
E_S1 = E_S2 maka I₁ : I₂ = R₁² : R₂²
e PENCAHAYAAN.
Pencahayaan tidak sama dengan kuat penerangan.

P = E . t	P	= Pencahayaan
	E	= Kuat penerangan
	t	= waktu

f TERANG CAHAYA.

e =	e	= terang cahaya
	I	= Kuat cahaya
	A	= Luas (cm2)

Satuan e = stilb. 1 stilb = 1 kandela/cm²