FISIKA BIOLOGI 3 (STKIP Muhammadiyah Sorong 2012)

Optik geometris

Cahaya merupakan gelombang seperti ketika sebuah benda dijatuhkan ke air yang tenang, riak gelombang melingkar yang dihasilkan keluar dari titik kontak di atas permukaan dua dimensi. Demikian pula dengan sumber cahaya yang memancarkan cahaya secara merata di segala penjuru tiga dimensi. Riak gelombang yang bulat, dan arah gerakan gelombang tegak lurus ke depan gelombang, seperti digambarkan pada Gambar. 1. jalur lurus ini yang ditunjukkan oleh panah disebut sebuah sinar. Gambaran/ilustrasi cahaya sebagai sinar dalam diagram sinar menyediakan metode untuk penjelasan gambar yang dibentuk oleh cermin dan lensa.

Gambar 1 . Sinar tegak lurus terhadap front gelombang bola.

Hukum refleksi

Benda yang terlihat mata akibat adanya pantulan cahaya dari benda. Cahaya yang dipantulkan oleh benda berasal dari sumber cahaya. Ada beberapa sumber alami cahaya, seperti matahari, bintang, dan api; sumber lain adalah buatan manusia, seperti lampu listrik. Untuk objek yang akan terlihat, cahaya dari sumber ini tercermin dari objek ke mata kita (kecuali dalam kasus khusus dari fosfor). Dalam Gambar 2 , cahaya yang berasal dari matahari, paralel karena jarak dari sumber. Cahaya mencerminkan dari objek dan berjalan di garis lurus untuk pemirsa. Melalui pengalaman, pemirsa telah belajar untuk memperpanjang sinar tercermin memasuki mata kembali untuk mencari objek.

Gambar 2 . Visi adalah hasil dari cahaya yang dipantulkan dari objek.

Seperti ditunjukkan dalam Gambar. 3, cahaya mengenai cermin dan dipantulkan. Sinar asli disebut sinar insiden, dan setelah refleksi, hal itu disebut sinar yang dipantulkan. Sudut dari insiden dan sinar tercermin selalu diukur dari garis normal. Garis normal adalah garis tegak lurus ke permukaan pada titik di mana sinar insiden tercerminkan. Sinar insiden, dan normal semua terletak pada bidang tegak lurus yang sama untuk refleksi permukaan, yang dikenal sebagai bidang datang. Sudut yang diukur dari sinar yang masuk ke garis normal disebut sudut insiden. Sudut yang diukur dari sinar keluar normal disebut sudut tercermin. Hukum refleksi menyatakan bahwa sudut datang sama dengan sudut refleksi. Hukum ini berlaku untuk semua permukaan tercerminkan.

Gambar 3 . Hukum refleksi.

Cahaya mengalami refleksi menyebar baik atau reguler. Kedua diilustrasikan pada Gambar 4.

Gambar 4 . (A) Reguler refleksi. (B) Diffuse refleksi.

Refleksi difus terjadi ketika cahaya mencerminkan dari permukaan kasar. Refleksi teratur adalah refleksi dari permukaan halus, seperti cermin. Sinar tercermin tersebar dalam refleksi difus. Hamburan Hal ini karena arah lokal dari normal ke permukaan berbeda untuk sinar yang berbeda. Sebaliknya, dalam refleksi yang teratur, sinar cahaya yang dipantulkan yang teratur karena setiap daerah lokal permukaan memiliki normal dalam arah yang sama.

Cermin datar

Gambar. 5. mengilustrasikan pembentukan gambar dengan cermin datar. Sinar cahaya berasal dari sumber dan terpantul setiap titik dari objek (AB) di segala penjuru. Untuk mempermudah, hanya beberapa dari sinar diambil. Sinar menyebar saat meninggalkan objek, dan kemudian masing-masing sinar tercerminkan dari cermin menurut hukum refleksi. Sebuah citra yang terbentuk dengan cara ini dengan memperpanjang kembali sinar divergen tercermin disebut gambar virtual. Sebuah gambar virtual tidak dapat diproyeksikan pada layar. Cahaya tidak datang bersama-sama secara fisik, melainkan, mata (atau kamera) menafsirkan sinar divergen sebagai berasal dari sebuah gambar di belakang cermin. Karena hukum refleksi, bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah jarak yang sama di belakang cermin sebagai objek di depan cermin.

Gambar. 5 . Konstruksi dari suatu gambar tercermin dalam cermin.

Berapa tinggi cermin yang diperlukan sehingga anda dapat melihat tinggi seluruhnya? Asumsikan bagian atas cermin ini sejalan dengan bagian atas kepala anda. Apakah penting mengetahui di mana anda berdiri? Diagram sinar pada Gambar. 6. menggambarkan situasi ini. Dari hukum refleksi dan geometri dasar, dapat dibuktikan bahwa sudut yang ditandai semua sama, karena itu, ketinggian yang diperlukan cermin kira-kira setengah tinggi badan Anda. Buatlah gambar pada jarak yang berbeda untuk menunjukkan bahwa jarak dari orang ke cermin tidak mengubah hasilnya.

Gambar. 6 . Melihat kaki Anda sendiri dalam cermin.

Cekung cermin

Refleksi biasa terjadi tidak hanya untuk bidang datar tetapi juga untuk cermin lengkung. Gambar serangkaian cermin datar diatur dalam setengah lingkaran seperti terlihat pada Gambar. 7. Cahaya yang masuk adalah dari sumber yang jauh dan, karenanya, hampir paralel, seperti ditunjukkan pada Gambar. 7.(a). Setelah refleksi, cahaya konvergen berada pada suatu daerah. Karena jumlah lensa meningkat-Gambar. 7.(b)-wilayah konvergen berkas cahaya menurun.

Gambar 7 . Sebuah pengaturan berbentuk setengah lingkaran cermin memfokuskan cahaya di F wilayah.

Sebuah cermin cekung memantulkan cahaya dari permukaan yang melengkung. Cermin itu bisa juga merupakan bentuk bagian dari bentuk bola, silinder, atau berbentuk sebagai kurva parabola diputar. Sinar cahaya berpotongan setelah refleksi pada fokus yang umumnya disebut titik fokus (F). Titik fokus adalah sumbu optic pada sumbu simetri cermin. F jarak dari titik fokus ke cermin disebut panjang fokus. Untuk cermin bulat, panjang fokus adalah setengah jari-jari bola yang mendefinisikan cermin. c jarak disebut jari-jari kelengkungan, dan pusat bola dinotasikan sebagai C (c = 2 f). Gambar. 8. menggambarkan definisi ini.

Gambar. 8 . Sebuah cermin cekung dengan jari-jari c dan f panjang fokus.

Akan sangat membantu untuk memiliki sistem geometris untuk mencari gambar yang dibentuk oleh sinar yang dipantulkan dari sebuah cermin melengkung. Setiap sinar tercermin mengikuti hukum refleksi, namun ada empat jalan sinar tertentu membantu untuk menunjukkan dan mengukur sudut. Empat dari sinar ini adalah

• Sinar diarahkan sejajar dengan sumbu optik akan mencerminkan sampai F.
• Sinar diarahkan melalui F akan mencerminkan sejajar dengan sumbu optik.
• Sinar diarahkan ke pusat cermin akan mencerminkan pada sudut yang sama dengan sumbu optik.
• Sinar diarahkan di sepanjang jari-jari bola akan mencerminkan kembali pada dirinya sendiri.

Berkas cahaya ditarik untuk empat posisi yang berbeda pada Gambar. 9 : (a) jauh dari titik C, (b) di titik  C, (c) antara F dan 2 F, dan (d) di F. Hal ini hanya diperlukan untuk menemukan persimpangan dua sinar yang dipantulkan dari sebuah titik pada objek untuk menentukan titik yang sesuai pada gambar. Sepertiga dapat digunakan sebagai cek ilustrasi. Kadang-kadang satu atau lain dari sinar mungkin sulit untuk menggambarkannya, sehingga perlu dibuat pilihan lain.

Gambar. 9 . Gambar dari sebuah cermin cekung.

Perhatikan bahwa gambar terbentuk untuk tiga kasus pertama tetapi tidak untuk yang terakhir. Tidak ada gambar terbentuk ketika objek berada tepat pada titik fokus atau sebaliknya, gambar yang terbentuk di tak terhingga dan tidak dapat dilihat. Tiga gambar lainnya semua gambar nyata. Gambar nyata dapat ditampilkan pada layar karena cahaya secara fisik datang bersama-sama pada suatu titik dalam ruang. Perhatikan bahwa gambar sebenarnya dibentuk oleh cahaya yang menyatu setelah refleksi. Juga, gambar nyata selalu terbalik dengan benda aslinya. Dalam Gambar. 9, sinar cahaya dari bagian bawah objek tidak ditarik. Perjalanan cahaya sepanjang sumbu optik akan mencerminkan kembali sepanjang sumbu, jadi jika titik objek pada sumbu optik, titik gambar yang sesuai juga akan di sumbu optik.

Gambar terbentuk dapat dicirikan oleh ukuran dan penempatan. Lambangkan jarak dari objek ke cermin diberikan oleh O. Kemudian karakteristik gambar dapat diringkas sebagai berikut:

• Jika O> C, gambar terbalik, kecil, dan terletak antara F dan 2 F.
• Jika O = 2 F (di C), gambar akan terbalik, ukuran yang sama seperti obyek, dan terletak di 2 F; yaitu, jarak dari kedua objek dan gambar ke cermin adalah sama.
• Jika 2 F gambar terbalik, lebih besar dari objek, dan terletak> 2 F. Jalur cahaya yang reversibel. Jika objek ditempatkan dalam posisi gambar bekas, gambar maka akan berlokasi di mana objek awalnya, yaitu, keduanya akan bertukar posisi.

Gambar. 10. menunjukkan diagram untuk kasus ketika objek berada antara titik fokus (F) dan cermin. Dalam hal ini, gambar virtual terbentuk karena sinar tercermin menyimpang dari permukaan cermin. Gambar virtual adalah tegak, diperbesar, dan di belakang cermin. Gambar virtual tidak pernah terbalik.

Gambar. 10.  Pembentukan gambar virtual dalam cermin cekung.

Persamaan cermin berikut perkiraan berhubungan dengan jarak dari objek ke cermin (O), jarak dari gambar ke cermin (I), dan panjang fokus (f):

Tanda f adalah positif jika pada sisi yang sama sebagai cermin (cermin cekung) dan negatif jika tidak (cermin cembung). Kedua O dan I adalah positif dalam tanda jika mereka berbaring di sisi yang sama dari cermin sebagai sinar terpantul dan negatif jika mereka berbaring di sisi yang berlawanan.

Pembesaran didefinisikan sebagai rasio ukuran gambar dengan ukuran objek. Rasio ini adalah sama dengan rasio dari jarak:

Dengan demikian, perbesaran 10 × berarti gambar terlihat adalah 10 kali ukuran objek bila dilihat tanpa alat pembesar. 

Cermin Cembung

Teknik grafis untuk mencari citra cermin cembung ditunjukkan pada Gambar 11 . Untuk cermin cembung, gambar di sisi berlawanan dari cermin adalah virtual, dan gambar pada sisi yang sama dari cermin adalah nyata. Gambar. 11. menunjukkan gambar, virtual tegak, dan lebih kecil. Dibandingkan dengan gambar virtual cermin cekung, gambar virtual dari cermin cembung masih tegak, tetapi berkurang (lebih kecil) bukan membesar dan pada sisi berlawanan dari cermin bukan sisi yang sama. Sekali lagi, gambar virtual terbentuk dengan memperpanjang kembali sinar divergen tercermin.

Gambar. 11 . Pembentukan gambar virtual dalam cermin cekung.