CAHAYA

CAHAYA DAN OPTIK

Dalam materi yang akan kita kupas kali ini saya akan memberi tau apa saja yang akan kita pahami antara lain adalah :
- Sifat Cahaya, Pemantulan Cahaya, dan Pembiasan Cahaya
- Cermin datar, Cermin Cekung, Cermin cembung, dan Persamaan Umum Cermin
- Lensa Cekung, Lensa Cembung, dan Persamaan Umum Lensa
- Alat Optik, Mata, Lup, Kamera, Mikroskop, Teropong, Teleskop, dan Periskop
Mari kita bahas satu-persatu dari awal yaitu sifat cahaya.

A. Definisi dan Sifat Cahaya

- segala sesuatu yang memancar keluar dari suatu sumber tetapi bukan zat (tidak memiliki massa) disebut radiasi. Radiasi yang dapat dilihat oleh mata manusia disebut cahaya, berikut adalah sifat-sifat cahaya :
Dapat dilihat oleh mata.
Merambat menurut garis lurus.
Merupaka gelombang elektro magnetik yang memiliki arah rambat yang tegak lurus dan termasuk gelombang transversal, dan memiliki energi
Dapat mengalami pemantulan, pembiasan, dan dapat dipancarkan dalam bentuk radiasi.

- Bayang-bayang merupakan suatu daerah gelap yang terbentuk pada saat sebuah benda menghalangi cahaya yang mengenai suatu permukaan. Berikut adalah jenis bayang-bayang :
Umbra atau bayang-bayang gelap adalah bayang-bayang yang tidak dilalui oleh berkas-berkas cahaya.
Penubra (bayang-bayang kabur), yaitu bayang-bayang yang masih dilalui oleh berkas cahaya

B.Pemantulan Cahaya

Hukum-hukum pemantulan cahaya adalah sebagai berikut :
Sinar datang, garis normal, dan sinar pantuk terletak pada satu bidang dan berpotongan di satu titik.
Besar sudut datang i sama dengan sudut pantul r (i = r). Berikut gambarannya :

- Jenis pemantulan cahaya ada dua yaitu :
Pemantulan teratur, terjadi jika berkas sinar yang sejajar jatuh pada bidang datar sehingga sinar dipantulkan ke arah yang sejajar. Berikut gambarannya :

- Pemantulan baru, terjadi jika berkas sinar yang sejajar jatuh pada bidang tidak rata sehingga sinar dipantulkan ke segala arah. Berikut gambarannya :

C. Pembiasan Cahaya

- Pembiasan cahaya adalah pembelokan berkas cahaya yang merambat dari satu medium ke medium lain yang berbeda kerapatan optiknya, Beriku adalah hukum-hukum pembiasan cahaya
Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang dan berpotongan di satu titik, sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal. Berikut gambarannya :

- Indeks bias medium adalah nilai perbandingan antara proyeksi sinar datang dan proyeksi bisa pada bidang pembias. hubungan indeks bias medium dengan cepat rambat gelombang cahaya dinyatakan dengan persamaan berikut:



Keterangan :
n = indeks bias medium
c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (m/s)
v = cepat rambat cahaya di ddalam medium (m/s)

D. Cermin

 Cermin Datar
- Cermin datar terbuat dari salah satu permukaannya dilapisi dengan amalgam perak dan permukaannya datar, Sifat bayangan cermin datar yaitu :
 Maya
 Sama besar dengan benda
 Tegak
 Menghadap terbalik dengan benda
 Jarak bayangan ke cermin sana dengan jarak benda ke cermin (jarak bayangan = jarak benda)

- Penggunaan cermin datar biasanya digunakan untuk bercermin dan sering digunakan untuk menutupi dinding ruang seingga memberi kesan ruang yang lebih besar.

 Cermin Cekung
- Cermin Cekung adalah cermin yang permukaannya melengkung kedalam, cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen) dan bayangannya bersifat maya, tegak, dan diperbesar.
- Jari-jari kelengkungan ditulis dengan (R) dan jarak fokus (f), cermin cekung bertanda positif, sinar-sinar istimewa pada cermin cekung adalah sebagai berikut.
- Sinar sejajar sumbu utama cermin dipantulkan melalui titik fokus F. berikut gambarannya :

- Sinar datang melalui titik fokus F dipantulkan sejajar sumbu utama, Berikut gambarannya :

- Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin P dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan tersebut. Berikut Gambarannya :

- Penggunaan cermin cekung dimanfaatkan oleh dokter gigi serta digunakan sebagai pemantul pada lampu sorot mobil dan lampu senter.

 Cermin Cembung
- Cermin cembung adalah cermin yang permukaannya melengkung keluar, cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya (divergen) dan bayangannya bersifat maya, tegak dan diperbesar. Berikut adalah gambaran istimewah cermin cembung.
- Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seakan-akan berasal dari titik fokus F. Berikut gambarannya :

- Sinar datang menuju titik fokus F dipantulkan sejajar sumbu utama. Berikut gambarannya :

-Sinar datang menuju ke titik pusat kelengkungan dipantulkan kembali seakan-akan datang dari pusat titik kelengkungan tersebut. Berikut gambarbarannya :

- Penggunaan cermin cembung dalam kehidupan sehari-hari adalah kaca sepion mobil dan kaca yang di tempatkan dipersimpangan jalan.

 Persamaan Umum Cermin
- Persamaan umum cermin (cembung dan cekung):



Keterangan :
f = jarak fokus (cm)
s = jarak benda (cm)
s' = jarak bayangan (cm)

- persamaan perbesaran bayangan yang dibentuk cermin :



Keterangan :
M = perbesaran bayangan
h = tinggi benda (cm)
h' = tinggi bayangan (cm)

E. Lensa

- Lensa adalah sebuah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung atau satu bindang datar dan satu bidang lengkung.

 Lensa Cekung
- lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian tepinya, sifat bayangan yang dibentuk lensa cekung adalah maya, tegak dan diperkecil. Jenis-jenis lensa cekung diantaranya adalah :
 Lensa cekung ganda (bikonkaf)
 Lensa cekung datar (plankonkaf)
 Lensa cekung cembung (konkaf konveks)

- Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung :
Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seakan-akan berasal dari titik fokus F₁.
Sinar datang seakan-akan menuju titik fokus F₂ dan dibiaskan sejajar sumbu utama,
Sinar datang melalui titik pesat lensa O diteruskan lurus tanpa dibiaskan.

 Lensa Cembung
- lensa cembung adalah lendsa yang bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian tepinya. Sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung adalah maya, tegak dan diperbesar, jenis-jenis lensa cembung, diantaranya adalah :
 Lensa cembung ganda (bikonveks)
 Lensa cembung datar (plankonveks)
 Lensa cembung cekung (konveks konkaf)

- Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung :
Sinar datang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan melalui titik fokus F₁ yang terdapat dibelakang lensa.
Sinar datang melalui titik fokus F₂ yang terdapat didepan lensa dibiaskan sejajar sumbu utama.
Sinar datang melalui titik pusat lensa O diteruskan lurus tanpa dibiaskan.

 Persamaan Umum Lensa
- Persamaan umum lensa :



Keterangan :
f = jarak fokus (cm)
s = jarak benda (cm)
s' = jarak bayangan (cm)

- Perbesaran bayangan lensa :



Keterangan :
M = perbesaran bayangan
h = tinggi benda (cm)
h' = tinggi bayangan (cm)

-Kekuatan lensa :



Keterangan :
P = kekuatan lensa (dioptri)
f = jarak fokus (cm)

Gelombang bunyi

GELOMBANG BUNYI

Pengertian Bunyi

Bunyi adalah sesuatu yang dihasilkan dari suatu getaran. Bunyi termasuk gelombang longitudinal yang merambat lurus kegala arah dari sumber tersebut.

Syarat terjadinya dan terdengarnya bunyi adalah

a.        Ada sumber bunyi (benda yang bergetar)

b.       Ada medium (zat antara untuk merambatnya bunyi)

c.        Ada penerima bunyi yang berada di dekat atau dalam jangkauan sumber bunyi

Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibedakan menjadi 3 yaitu :

1. Bunyi Infrasonik adalah bunyi yang frekuensinya < 20 Hz. bunyi ini tidak dapat didengarkan oleh manusia namun dapat didengarkan oleh laba-laba, jangkrik dan lumba-lumba.

2. Bunyi audiosonik adalah bunyi yang frekuensinya diantara  20 Hz - 20.000 Hz. bunyi jenis inilah yang dapat didengarkan oleh manusia.

3. Bunyi ultrasonik adalah bunyi yang frekuensinya  > 20.000 Hz. bunyi jenis ini juga tidak dapat di dengarkan manusia. hewan yang mampu mengarkan bunyi jenis ini adalan lumba2, jangkrik, anjing....dll

Nada Bunyi, Kuat Bunyi dan Warna Bunyi.

Nada dan Desah

Nada adalah bunyi yang frekuensinya tetap. Desah adalah bunyi yang frekuensinya tidak teratur. Nada bunyi bergantung pada frekuensi sumber bunyi. Semakin tinggi frekuensi sumber bunyi, semakin tinggi nada bunyi yang dihasilkannya. Sebaliknya, semakin rendah frekuensi sumber bunyi, semakin rendah nada bunyi yang dihasilkannya.

Kuat Bunyi

Kuat Bunyi (Intensitas Bunyi) adalah keras atau lemahnya bunyi yang terdengar. Kuat bunyi bergantung pada amplitudo. Semakin besar amplitudo getaran sumber bunyi, semakin keras bunyi yang dihasilkan. Sebaliknya, semakin kecil amplitudo getaran sumber bunyi, semakin lemah bunyi yang dihasilkannya. 

Kualitas Bunyi atau Timbre

Umumnya, sumber nada tidak bergetar hanya pada nada dasarnya, tetapi disertai pula oleh nada‑nada atasnya. Gabungan nada dasar dan nada‑nada atas menghasilkan bentuk gelombang tertentu untuk setiap sumber nada yang menunjukkan kualitas bunyi atau timbre dari sumber nada. Sebagai contoh, nada suling dan nada terompet pada frekuensi yang dibedakan bunyinya.

Cepat Rambat Bunyi 

Cepat rambat bunyi adalah jarak yang ditempuh oleh bunyi tiap satuan waktu. 

Faktor-faktor yang mempengaruhi cepat rambat bunyi

a.        Medium tempat gelombang bunyi itu dirambatkan

b.       Suhu

Cepat rambat bunyi pada beberapa medium :

Medium	Kecepatan (m/s)
Udara	340
Alkohol	1.240
Air	1.500
Kayu oak	3.850
Kaca	4.540
Besi	5.100

Suhu Udara (⁰ C)	Kecepatan (m/s)
0	332
15	340
25	347

Cepat rambat bunyi dirumuskan sebagai berikut :

V = s : t

Keterangan:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
s = jarak yang ditempuh (m)
t = waktu tempuh (s)

Gambar: Rumus Cepat Rambat Bunyi

Contoh Soal Cepat Rambat Gelombang Bunyi

Ledakan petasan terdengar 4 sekon setelah terlihat percikan api. Berapa laju rambat bunyi di udara saat itu jika jarak antara petasan dengan pengamat 1,2 km? (laju rambat cahaya di udara diabaikan)

Pembahasan

Diketahui: rambatan bunyi petasan di udara
t = 4 s
s = 1,2 km = 1.200 m

Ditanya: v = ...?

V = s : t
    = 1.200 m : 4 s
    = 300 m/s
Jadi, laju rambat bunyi di udara saat itu adalah 300 m/s.

Laju rambat bunyi di udara berbeda-beda pada suhu yang berbedabeda. Moll dan Van Beek menyelidiki laju bunyi di udara dengan cara berikut.

Di atas dua bukit yang berjarak 17 km ditempatkan sebuah meriam. Percobaan dilakukan pada malam hari agar terlihat nyala api yang keluar dari mulut meriam sewaktu ditembakkan.

Dengan mencatat selisih waktu antara nyala api yang terlihat dan bunyi yang terdengar, orang dapat menentukan waktu yang diperlukan bunyi untuk merambat dari satu bukit ke bukit yang lain. Menurut pengamatan, selisih waktu itu 50 detik.

Dengan menggunakan rumus berikut ini.
V = s : t
Maka
V = 17.000 m : 50 s
    = 340 m/s

Hukum Marsenne 

Marsenne menyelidiki hubungan frekuensi yang dihasilkan oleh senar yang bergetar dengan panjang senar, penampang senar, tegangan, dan jenis senar. Faktor-faktor yang memengaruhi frekuensi nada alamiah sebuah senar atau dawai menurut Marsenne adalah sebagai berikut :

1) Panjang senar, semakin panjang senar semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
2) Luas penampang, semakin besar luas penampang senar, semakin rendah frekuensi yang dihasilkan.
3) Tegangan senar, semakin besar tegangan senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
4) Massa jenis senar, semakin kecil massa jenis senar semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

Resonansi.

Resonansi adalah ikut bergetarnya suatu benda bila benda lain digetarkan di dekatnya. Resonansi terjadi apabila frekuensi benda yang bergetar sama dengan frekuensi alami benda yang ikut bergetar.

Pemantulan Bunyi

Jenis pemantulan bunyi ada 2 yakni :

1. Gaung, adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersamaan dengan bunti aslinya. Hal ini menyebabkan bunyi asli terdengar kurang jelas.

Contoh

Bunyi asli           : mer - de - ka

Bunyi pantul     :          mer - de - ka

mperistiwa seperti ini dapat terjadi dalam sebuah gedung yang tidak ada peredam suaranya. untuk mengurangi atau menghilangkan gaung diperlukan bahan peredam suara seperti : gabus, kapas, wool, kardus dll.

2. Gema, adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli selesai. hal ini terjadi karena dinding pantulnya mempunyai jarak yang jauh. misalnya pada suatu lembah atau gunung.

Contoh

Bunyi asli           : mer - de - ka

Bunyi pantul     :             mer - de - ka

Hukum pemantulan bunyi 

a.        Bunyi datang, bunyi pantul, dan garis normal terletak pada bidang yang sama

b.       Sudut datang sama dengan sudut pantul

Manfaat Pemantulan Bunyi

Pemantulan bunyi dapat dimanfaatkan antara lain untuk :

1. menentukan cepat rambat bunyi di udara,
2. melakukan survei geofisika untuk men­deteksi lapisan‑lapisan batuan yang mengandung minyak bumi, mendeteksi cacat dan retak pada logam, dan,
3. mengukur ketebalan pelat logam.

Perhitungan Jarak Sumber Bunyi dengan Bidang Pantul

karena lintasan bunyi pantul merupakan gerak bolak balik maka jarak sumber dengan bidang pantul sama dengan separuhnya

s = jarak tempuh gelombang bunyi (m)
v = cepat rambat gelombang bunyi (m/s)
t = waktu tempuh gelombang bunyi (t)

 Contoh :

Diketahui cepat rambat gelombang bunyi di udara adalah 340 m/s. Sebuah kapal memancarkan bunyi sonar ke dasar laut. Jika 4 sekon kemudian orang di dalam kapal dapat mendengarkan bunyi pantulannya. Hitung kedalaman laut tersebut...?

t   = 4 s
v  = 340 m/s
s  = (v x t) / 2 = (340 x 4) / 2 = 680 m

Efek Doppler.

Efek Doppler adalah efek berubahnya frekuensi yang terdengar oleh pendengar karena gerak sumber bunyi atau pendengar. Jika sumber bunyi mendekati pendengar, maka pendengar akan menerima getaran yang lebih banyak sehingga frekuensi bunyi lebih tinggi. Sebalik­nya, jika sumber bunyi menjauhi pendengar, pendengar akan menerima getaran lebih sedikit sehingga frekuensi bunyi lebih rendah, tetapi frekuensi asal tidak berubah.