Optika geometris atau optika sinar menjabarkan perambatan cahaya sebagai vektor yang disebut sinar.
Optika geometris menjelaskan sifat cahaya dengan pendekatan paraksial
atau hampiran sudut kecil dengan penjabaran matematis yang linear,
sehingga komponen optik dan sistem kerja cahaya seperti ukuran, posisi,
pembesaran subyek yang dijelaskan menjadi lebih sederhana, diantaranya
dengan teknik optik Gaussian dan penelusuran sinar paraksial.
Cahaya didefinisikan sebagai partikel yang merambat, yang disebut sinar. Ali Sina Balkhi (980–1037), juga mengatakan bahwa
the perception of light is due to the emission of some sort of particles by a luminous source. Pierre
Gassendi pada tahun 1660 membuat proposal teori partikel cahaya. Isaac
Newton mempelajari teori Gassendi dan teori plenum Descartes. Pada
tahun 1675, Newton dalam buku
Hypothesis of Light membuat
Corpuscular theory of Light yang direvisi hingga tahun 1704 dalam bukunya
Opticks,
yang menerangkan fenomena refleksi dan refraksi cahaya dengan asumsi
cepat rambat yang lebih tinggi ketika cahaya melalui medium yang padat
tumpat karena daya tarik gravitasi yang lebih kuat. Teori ini
mengilhami Pierre Simon marquis de Laplace dengan hipotesa lobang
hitam, sebuah benda yang sangat padat hingga cahaya pun tidak dapat
lepas dari padanya. Laplace menarik hipotesanya saat teori gelombang
optik fisis bermunculan. Essay Laplace kemudian dikembangkan oleh
Stephen Hawking dan George F.R. Ellis dalam buku
The large scale structure of space-time.
Terdapat tiga prinsip dalam Optika Geometri yaitu bentuk lintasan cahaya, Hukum Pemantulan dan Hukum Pmbiasan.
PEMANTULAN CAHAYA
Pada medium Homogen Cahaya merambat lurus. Pemantulan adalah
pengembalian dari suatu berkas cahaya ketika bertemu dengan bidang batas
antara dua medium.
Hukum Pemantulan.
Hukum Pemantulan menyatakan sebagai berikut :
- Sinar datang, sinar pantul, dan garsi Normal terletak dalam satu bidang datar.
- Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)
- PEMANTULAN PADA CERMIN
- Pemantulan PadaCermin datar
Cermin Lengkung
Alat-alat optik
Cermin dan lensa serta prinsip kerjanya memberikan sarana pemahaman
bagi pemanfaatannya untuk mempermudah dan membantu kehidupan manusia.
Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip optik (cermin dan lensa)
digolongkan sebagai alat optik.
Mata
Salah satu alat optik alamiah yang merupakan salah satu anugerah dari
Sang Pencipta adalah mata. Di dalam mata terdapat lensa kristalin yang
terbuat dari bahan bening, berserat, dan kenyal. Lensa kristalin atau
lensa mata berfungsi mengatur pembiasan yang disebabkan oleh cairan di
depan lensa. Cairan ini dinamakan
aqueous humor. Intensitas cahaya yang masuk ke mata diatur oleh pupil.
Daya Akomodasi Mata.
Perlu diketahui bahwa jarak antara lensa mata dan retina selalu
tetap. Sehingga dalam melihat benda-benda pada jarak tertentu perlu
mengubah kelengkungan lensa mata. Untuk mengubah kelengkungan lensa
mata, yang berarti mengubah jarak titik fokus lensa merupakan tugas otot
siliar. Hal ini dimaksudkan agar bayangan yang dibentuk oleh lensa mata
selalu jatuh di retina. Pada saat mata melihat dekat lensa mata harus
lebih cembung (otot-otot siliar menegang) dan pada saat melihat jauh
lensa harus lebih pipih (otot-otot siliar mengendor).
Peristiwa perubahan-perubahan ini disebut daya akomodasi.
Daya akomodasi (daya suai) adalah kemampuan otot siliar untuk
menebalkan atau memipihkan kecembungan lensa mata yang disesuaikan
dengan dekat atau jauhnya jarak benda yang dilihat.
Manusia memiliki dua batas daya akomodasi (jangkauan penglihatan) yaitu :
1.
titik dekat mata (punctum proximum) adalah jarak benda
terdekat di depan mata yang masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata
normal (emetropi) titik dekatnya berjarak 10cm s/d 20cm (untuk
anak-anak) dan berjarak 20cm s/d 30cm (untuk dewasa). Titik dekat
disebut juga jarak baca normal.
2.
titik jauh mata (punctum remotum) adalah jarak benda terjauh
di depan mata yang masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata normal
titik jauhnya adalah “tak terhingga”.
Cacat Mata
Berkurangnya daya akomodasi mata seseorang dapat menyebabkan
berkurangnya kemampuan mata untuk melihat benda pada jarak tertentu
dengan jelas. Cacat mata yang disebabkan berkurangnya daya akomodasi,
antara lain rabun jauh, rabun dekat dan rabun dekat dan jauh. Selain
tiga jenis itu, masih ada jenis cacat mata lain yang disebut
astigmatisma.
Cacat mata dapat dibantu dengan kacamata. Kacamata hanya berfungsi
membantu penderita cacat mata agar bayangan benda yang diamati tepat
pada retina. Kacamata tidak dapat menyembuhkan cacat mata. Ukuran yang
diberikan pada kacamata adalah kekuatan lensa yang digunakan. Kacamata
berukuran -1,5, artinya kacamata itu berlensa negatif dengan kuat lensa
-1,5 dioptri.
Rabun jauh (miopi)
Rabun jauh yaitu mata tidak dapat melihat benda-benda jauh dengan jelas,
disebut juga mata perpenglihatan dekat (terang dekat/mata dekat).
Rabun dekat (hipermetropi)
Rabun dekat tidak dapat melihat jelas benda dekat, disebut juga mata perpenglihatan jauh (terang jauh/mata jauh).
Mata tua (presbiopi)
Mata tua tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang sangat
jauh dan benda-benda pada jarak baca normal, disebabkan daya akomodasi
telah berkurang akibat lanjut usia (tua). Pada mata tua titik dekat dan
titik jauh keduanya telah bergeser.
Astigmatisma (mata silindris)
Astigmatisma disebabkan karena kornea mata tidak berbentuk sferik
(irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang dari pada
bidang lainnya. Akibatnya benda yang berupa titik difokuskan sebagai
garis.
Kamera
Kamera digunakan manusia untuk merekam kejadian penting atau kejadian yang menarik.
Bagian-bagian kamera mekanik (bukan otomatis) menurut kegunaan fisis :
- lensa cembung berfungsi untuk membentuk bayangan dari benda yang difoto
- diafragma berfungsi untuk membuat sebuah celah/lubang yang dapat diatur luasnya
- aperture yaitu lubang yang dibentuk diafragma untuk mengatur banyak cahaya
- shutter pembuka/penutup “dengan cepat” jalan cahaya yang menuju ke pelat film
- pelat film berfungsi sebagai layar penangkap/perekam bayangan.Setiap
benda yang di foto, terletak pada jarak yang lebih besar dari dua kali
jarak fokus di depan lensa kamera, sehingga bayangan yang jatuh pada
pelat film memiliki sifat nyata, terbalik dan diperkecil. Untuk
memperoleh bayangan yang tajam dari benda-benda pada jarak yang
berbeda-beda, lensa cembung kamera dapat digeser ke depan atau ke
belakang.
Lup (kaca pembesar)
Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat benda-benda kecil agar
tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup dipakai agar
bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih besar dan jelas.
Melihat dengan mata tak berakomodasi
Untuk melihat tanpa berakomodasi maka lup harus membentuk bayangan di
jauh tak berhingga. Benda yang dilihat harus diletakkan tepat pada titik
fokus lup. Perhatikan Gambar dibawah !
Keuntunganya adalah untuk pengamatan lama mata tidak cepat lelah,
sedangkan kelemahannya dari segi perbesaran berkurang. Sifat bayangan
yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah :
M =
PP/
f
Keterangan :
M = perbesaran lup
PP= titik dekat mata
f = jarak titik fokus lensa
Melihat dengan mata berakomodasi
Agar mata dapat melihat dengan berakomodasi maksimum, maka bayangan yang
dibentuk oleh lensa harus berada di titik dekat mata (PP). Benda yang
dilihat harus terletak antara titik fokus dan titik pusat sumbu
lensa.Perhatikan Gambar di bawah !
Kelemahannya untuk pengamatan lama mata cepat lelah, sedangkan keuntungannya dari segi perbesaran bertambah.
Sifat bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah :
M =
PP/
f + 1
Keterangan :
M = perbesaran lup
PP= titik dekat mata
f = jarak titik fokus lensa
Mikroskop
Penggunaan lup untuk mengamati benda-benda kecil ada batasnya. Jika kita
menggunakan lup yang berjarak fokus kecil untuk mendapatkan perbesaran
yang lebih besar, bayangan yang diperoleh tidak sempurna.
Dalam subbab ini akan dipelajari mikroskop cahaya yang proses
kerjanya memanfaatkan lensa cembung dengan menerapkan pembiasan cahaya.
Dasar kerja mikroskopObyek atau benda yang diamati
harus diletakkan di antara Fob dan 2Fob, sehingga lensa obyektif
membentuk bayangan nyata, terbalik dan diperbesar. Bayangan yang
dibentuk lensa obyektif merupakan benda bagi lensa okuler. Lensa okuler
berperan seperti lup yang dapat diatur/digeser-geser sehingga mata dapat
mengamati dengan cara berakomodasi atau tidak berakomodasi.
Pengamatan dengan akomodasi maksimum
Untuk pengamatan dengan akomodasi maksimum, maka bayangan yang dibentuk
oleh lensa okuler harus jatuh pada titik dekat mata (PP)Perbesaran yang
diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan lensa
okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler + 1)Pengamatan dengan mata tidak berakomodasi
Untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi, maka bayangan yang
dibentuk oleh lensa okuler harus berada pada titik jauh mata.Perbesaran
yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan lensa
okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler)
Panjang Mikroskop
Panjang mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan :
Untuk mata berakomodasi
d = Si (ob) + So (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si
(ob) = jarak bayangan lensa obyektif
So
(ok) = jarak benda lensa okuler
Untuk mata tidak berakomodasi
d = Si (ob) + f (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si
(ob) = jarak bayangan lensa obyektif
f
(ok) = jarak fokus lensa okuler
Teropong (Teleskop)
A. Teropong bintang
Teropong bintang disebut juga teropong astronomi.
- terdiri dari 2 buah lensa cembung.
- jarak fokus lensa obyektif lebih besar dari jarak fokus lensa okuler.
Penggunaan dengan mata tidak berkomodasi
Untuk penggunaan dengan mata tidak berkomodasi, bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh di titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler yang diperoleh adalah :
M = f (ob) / f (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + f (ok)
Penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal
Untuk penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal bayangan yang
dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh diantara titik pusat bidang lensa
dan titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran pada pengamatan tanpa berakomodasi dan didapatkan :
M = f (ob) / So (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + So (ok)
B. Teropong Bumi
Teropong bumi disebut juga teropong medan.
Terdiri dari 3 buah lensa cembung yaitu lensa obyektif, lensa okuler dan lensa pembalik.
Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan menjadi :
d = f (ob) + 4f (pembalik) + f (ok)
Lensa pembalik berfungsi untuk membalikkan arah cahaya sebelum
melewati lensa okuler, lensa okuler berfungsi seperti lup membentuk
bayangan bersifat maya, tegak, dan diperbesar.Adanya lensa pembalik
tidak mempengaruhi perbesaran akhir, bayangan akhir bersifat maya, tegak
dan diperbesar dengan perbesaran :
M = d = f
(ob) / f
(ok)
C. Teropong prisma (binokuler)
Teropong prisma terdiri atas dua pasang lensa cembung (sebagai lensa
objektif dan lensa okuler) dan dua pasang prisma kaca siku-siku
samakaki. Sepasang prisma yang diletakkan berhadapan, berfungsi untuk
membelokkan arah cahaya dan membalikkan bayangan.
Beberapa keuntungan praktis dari teropong prisma dibandingkan teropong yang lain :
1. Menghasilkan bayangan yang terang, karena berkas cahaya dipantulkan sempurna oleh bidang-bidang prisma.
2. Dapat dibuat pendek sekali, karena sinarnya bolak-balik 3 kali melalui jarak yang sama (dipantulkan 4 kali oleh dua prisma).
3. Daya stereoskopis diperbesar, dua mata melihat secara bersamaan
4. Dengan adanya prisma arah cahaya telah dibalikkan sehingg terlihat bayangan akhir bersifat maya, diperbesar dan tegak.
D. Teropong pantul astronomi .
Teropong pantul terdiri dari sebuah cermin cekung berjarak fokus
besar sebagai cermin objektif, sebuah lensa cembung sebgai lensa okuler
dan sebuah cermin datar sebagai pembelok arah cahaya dari cermin
objektif ke lensa okuler.
E. Teropong panggung
Teropong panggung terdiri dari dua lensa, yaitu :
- lensa obyektif berup lensa cembung
- lensa okuler berupa lensa cekung
maka panjang teropong adalah :
d = f (ob) – f (ok)Perbesaran anguler yang didapatkan adalah sama dengan perbesaran pada teropong bintang ataupun juga teropong bumi.
M = f
(ob) / f
-
-
-
-
-
-
(copyed from ==> http://senarito.wordpress.com/2010/05/13/optik-geometri-dan-alat-alat-optik)