MAKALAH TENTANG ALAT OPTIK, INTERFERENSI CAHAYA, DAN DIFRAKSI CAHAYA

BAB  I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Ilmu pengetahuan sangat berperan penting dalam kehidupan sehari hari terutama cabang ilmu matematika dalam hal ini mempelajari tentang fungsi invers, fungsi trigonometri dan fungsi hiperbola yang akan di bahas dalam pembahasan ini.

B.     Rumusan Masalah

·         Bagaimanan penggunaan invers?

·         Apa pengertian Trigonometri?

·         Kapan Trigonometri digunakan?

·         Apa fungsi Trigonometri?

·         Apa saja ruang lingkup Trigonometri?

·         Bagaimana cara membuat grafik hiperbola?

C.    Tujuan

·         Untuk mengetahui konsep invers pada suatu fungsi.

·         Untuk mengetahui penggunaan invers

·         Untuk mengetahui dan memahami lebih dalam tentang trigonometri, sehingga

·         dapat menggunakan aplikasi-aplikasi trigonometri dalam kehidupan sehari-hari

·         Untuk mengetahui dan memahami lebih tentang grafik hiperbola

                                                                             

BAB  II

PEMBAHASAN

2.1  Pengertian Alat Optik

Optik adalah cabang fisika yang menggambarkan perilaku dan sifat cahaya dan interaksi cahaya dengan materi. Optik dijelaskan dan ditandai dengan fenomena optik. Kata berasal dari ὀπτική optik Latin, yang berarti tampilan.  Alat optik adalah alat yang berupa benda bening yang digunakan untuk menghasilkan bayangan melalui pemantulan atau pembiasan cahaya.

Alat optik terdiri dari alat optik alamiah dan alat optik buatan. Alat alamiah misalnya mata, sedangkan alat optik buatan seperti kacamata, lup, mikroskop, teleskop, kamera, proyektor, dll. Alat optik yang paling utama adalah mata, karena mata merupakan alat untuk melihat. Banyak pengetahuan yang kita peroleh melalui proses penglihatan melalui mata. Fungsi alat-alat optik yang lainnya sebenarnya adalah membantu proses penglihatan atau pengamatan. Lensa optik bisa terbuat dari bahan kaca, plastik, fiber, dan lain sebagainya

2.2  Macam-macam Alat Optik

a)      Mata dan Kacamata

Mata adalah salah satu organ tubuh manusia yang sangat penting. Mata merupakan salah satu panca indera manusia. Mata merupakan indera untuk penglihatan. Tanpa mata, kita tidak dapat melihat benda-benda yang ada di dunia ini. Mata bisa melihat apabila ada cahaya. Dalam gelap mata tidak dapat melihat, karena tidak ada cahaya yang masuk ke dalam mata.

Kemampuan manusia dalam melihat suatu benda tidak lepas dari peran mata sebagai alat optik. Bentuk mata menyerupai bola. Pada bola mata terdapat benda bening yang disebut lensa mata. Lensa mata bersifat tembus cahaya. Lensa mata berupa lensa cembung. Lensa mata memiliki fungsi membiaskan sinar-sinar yang datang ke mata. Dengan demikian bayangan benda dapat tepat jatuh di retina mata. Jadi mata memiliki fungsi seperti pada kamera. Oleh karena itu mata disebut alat optik.

b)      Lup

Lup adalah alat optik berlensa cembung (lensa positif) yang di gunakan untuk mengamati / melihat benda kecil agar tampak besar. Jika kita mengamati objek dengan lup, maka benda harus di letakkan di ruang I (antara titik pusat lensa lup dengan jarak fokus lup). Sifat bayangan yang di bentuk lup adalah maya, tegak di perbesar. Dan bila kita akan mengamati objek dalam waktu yang lama dengan menggunakan lup, maka benda harus di letakkan pada titik fokusnya mata berakomodasi.

Perajin perhiasan emas dan perak juga menggunakan alat ini untuk memperoleh hasil yang lebih baik.sedangkan oleh siswa lup di gunakan saat praktikum biologi di pakai untuk mengamati bagian hewan atau tumbuhan agar kelihatan besar dan jelas.Sebagai alat optik,lup berupa lensa cembung tebal(berfokus pendek).Sifat bayangan yang di harapkan dari benda kecil yang di lihat dengan lup adalah tegak dan di perbesar.Orang yang melihat benda dengan menggunakan lup akan mempunyai sudut penglihatan(sudut anguler) yang lebih besar daripada orang yang melihat dengan mata biasa.

Ada dua cara memakai lup,yaitu dengan mata tak berakomodasi dan mata berakomodasi.

1.      Untuk mata berakomodasi maksimum,benda di letakan diantara F dan O atau jarak benda (so) selalu lebih kecil daripada jarak titik (f)

2.      Untuk mata yang tidak berakomodasi,benda di letakkan tepat pada titik api (f) atau jarak benda (so) sama dengan jarak titik api lup (f).

c)      Kamera

Kamera adalah sebuah alat yang mengarahkan bayangan yang difokuskan oleh lensa/sistem optik lain keatas permukaan foto sensitif yang berada dalam tempat tetutup/ film. Kamera mempunyai prinsip kerja seperti mata manusia. Kamera yang paling sederhana adalah alat potret yang dinamakan camera obscura. Kamera ini terbentuk sebuah kotak tertutup yang salah satu sisinya berlubang kecil.

Bagian-Bagian kamera:

1.    Lensa Cembung    : Untuk membentuk bayangan pada film

2.    Diafragma             : Untuk mengatur cahaya masuk kamera

3.    Shutter                  : Sebagai pembuka/ penutup lensa

4.    Ulir Sekrup           : Untuk memfokuskan cahaya masuk kamera

5.    Film                     : Yang peka terhadap cahaya untuk menangkap bayangan yang di bentuk lensa kamera.

Prinsip kerja kamera

Prinsip kerja kamera dan mata adalah sama. Apabila mata melihat benda, sinar dari benda yang masuk ke mata dibiaskan lensa mata. Bayangan jatuh di layar mata atau retina. Sifat bayangan yang terjadi nyata, diperkecil dan terbalik. Pelat film berupa celluloid, pelat itu dilapisi gerak bromida dan sangat peka terhadap cahaya. Apabila bayangan objek mengenai pelat film akan tercetak sebagai gambar negatif. Setelah proses pencucian, film dapat dicetak sebagai gambar positif pada kertas foto.

d)     Mikroskop

Mikroskop adalah alat untuk melihat dan mengamati benda dan jasad renik atau objek yang sangat kecil. Mikroskop terdiri dari dua lensa cembung, yang masing-masing di sebut sebagai lensa objektif dan lensa okuler.

Lensa objektif adalah lensa pada mikroskop yang letaknya dekat dengan objek yang diamati, sedangkan lensa okuler adalah lensa pada mikroskop yang letaknya dekat dengan mata, ketika kita mengamati objek dengan mikroskop. Lensa okuler pada mikroskop berfungsi seperti lup.

Sifat bayangan yang di bentuk mikroskop:

1.      Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. Lensa ini fokusnya lebih kecil dari lensa okuler.

2.      Bayangan yang di bentuk oleh lensa okuler bersifat maya, tegak dan di perbesar. Lensa ini fokusnya lebih besar dari lensa objektif.

3.      Bayangan akhir yang dibentuk oleh mikroskop bersifat maya, terbalik, dan diperbesar.

Cara kerja mikroskop

Cara kerja mikroskop adalah sebagai berikut:Objek atau benda yang di amati harus di letakan di antara Fob dan 2Fob,sehingga lensa objektif membentuk bayangan yang terbalik dan di perbesar.Bayangan yang di bentuk lensa objektif merupakan benda bagi lensa okuler.Lensa okuler berperan seperti lup yang dapat di atur/di geser-geser sehingga mata dapat mengamati dengan cara berakomoasi atau tidak berakomodasi.Untuk pengamatan dengan akomodasi maksimum,maka bayangan yang di bentuk oleh lensa okuler harus jatuh/di letakan pada titik dakat mata(PP).Perbesaran yang di peroleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa objektif dan lensa okuler yaitu: M=Moby x Mok. Untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi,maka bayangan yang di bentuk oleh lensa okuler harus berada pada titik jauh mata.

e)      Teropong

Teropong merupakan alat optik yang biasa digunakan untuk melihat benda yang jaraknya terletak jauh sehingga tampak lebih dekat dan jelas. Teropong terdiri dari dua lensa positif yaitu lensa yang mengarah pada obyek adalah  obyektif dan lensa yang mengarah pada mata adalah  okuler.

Prinsip utama pembentukan bayangan pada teropong adalah: lensa obyektif membentuk bayangan nyata dari sebuah obyek jauh dan lensa okuler berfungsi sebagai lup. Dengan demikian cara mengamati obyek apakah mau dengan cara berakomodasi maupun tidak berakomodasi tergantung dari posisi lensa okulernya. Oleh karena itu jarak antara obyektif dan okuler dapat diubah-ubah. Panjang teropong adalah jarak antara lensa obyektif dan lensa okulernya.

f)       Periskop

Alat optik periskop adalah sebuah alat optik yang berfungsi untuk melihat objek yang tersembunyi. Periskop biasanya berbentuk memanjang. Periskop juga dapat digunakan untuk melihat atau mengintai sesuatu dari tempat yang tersembunyi. Periskop juga dapat digunakan untuk melihat benda yang berada di atas atau di bawah pengguna periskop.

Pada periskop sederhana, kunci dari prinsip kerja periskop pada kedua cermin yang ada di dalam tubuh alat optik tersebut. Secara umum, periskop ini bekerja denga menangkap cahaya yang dipantulkan benda atau objek oleh cermin pertama yang berada di bagian atas periskop. Kemudian, bayangan yang ditangkap dari cermin pertama ini diteruskan pada cermin kedua yang berada di bawah periskop sekaligus berfungsi sebagai media untuk memantulkan bayangan objek atau benda ke mata manusia.

g)      Proyektor Slide

Proyektor adalah sebuah perangkat optik yang memproyeksikan gambar atau gambar bergerak pada sebuah permukaan datar, biasanya sebuah layar putih atau dinding putih. Kebanyakan proyektor membuat gambar dengan cara menyinari objek melalui lensa transparan kecil, namun proyektor sekarang dapat memproyeksikan gambar secara langsung, dengan menggunakan laser.

Sebuah proyektor yang menggunakan sistem optical mekanikal untuk memproyeksikan foto slide. Foto slide maksudnya, sekumpulan foto yang di tampilkan secara bergantian sesuai urutannya / susunannya layaknya membuka album foto. Perlu di catat bahwa, foto yang digunakan pada Slide Projektor  bukanlah foto yang sudah jadi seperti foto yang dicetak di kertas foto, tapi negatif / film dari foto-foto tersebut. Atau orang bilang "klise" foto, istilah lain untuk negatif foto. Berikut gambar Slide Projektor.  Jadi, Slide Projektor ini cara kerjanya yaitu dengan menyinari lembaran-lambaran negatif film dan memproyeksikan ke sebuah permukaan datar.

h)           Oftalmoskop

Oftalmoskop adalah alat ayng memencarkan seberkas sinar kedalam mata, memungkinkan dokter memeriksa retina atau bagian belakang bola mata melalui pupil. Pemeriksaan oftalmoskopi dan penafsiran pemeriksaan hasil pemeriksaan ini merupakan bagian terpenting dari rangkaian pemeriksaan medik yang komprehensif. Dengan prosedur ini dapat dilihat gejala-gejala yang dapat menunjukkan adanya retina lepas, glaukoma, tekanan darah tinggi, penyakit diabetes melitus, tumor otak dan penyakit-penyakit lain.

Bagian mata dalam dinamakan fundus dan  melewati retina , diskus optikus, makul dan pembuluh darah retina. Dapat dilihat melalui oftalmoskop, suatu instrument yang dipergunakan dengan cara dipegang yang memproyeksikan cahaya melalui prisma dan membelokan cahaya dengan sudut 90 derajat, memungkinkan pemeriksa melihat retina. Oftalmoskop direk memiliki  berapa lensa yang tersusun pada roda. Lensa dapat dipilih dengan memutar roda dengan telunjuk tanpa menghentikan inspeksi.

Apertur tanpa filter yang kecil sudah cukup dan paling berguna pada oftalmoskop standar. Oftalmoskopi indirek melibatkan penggunaan skop binokuler dengan pencahayaan terang, yang memungkinkan  pengintipan fundus okuli yang lebih luas.

2.3       Pengertian interferensi cahaya

Interferensi adalah interaksi antar gelombang di dalam suatu daerah. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama dengan nol, sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.Interferensi merupakan perpaduan/interaksi dua atau lebih gelombang cahaya dapat menghasilkan suatu pola yang teratur terang-gelap. Intererensi adalah hasil kerja sama dua gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik di dalam ruang dan menimbulkan fenomena fisik yang dapat diamati.

Agar interferensi yang stabil dan berkelanjutan dari gelombang cahaya dapat diamati, dua kondisi berikut harus dipenuhi:

·         Sumber harus bisa mempertahankan suatu beda fasa yang tetap (sumber koheren).

·         Sumber harus monokromatis dan menghasilkan cahaya dengan panjang gelombang sama.

·         Jika sumbernya monokromatik, maka pola interferensi adalah hitam-putih.

·         Pola interferensi stabil, jika memiliki frekuensi sama.

·         Perbedaan frekuensi yang signifikan mengakibatkan beda fasa yang bergantung waktu, sehingga I12 = 0.

·         Jika sumber memancarkan cahaya putih, maka komponen merah berinterferensi dengan merah, biru dengan biru dan seterusnya.

·         Pola interferensi akan terlihat jelas, jika sumber memiliki amplitudo yang hampir sama atau sama.

·         Daerah pusat dari pola terang atau gelap menunjukkan interferensi yang konstruktif atau destruktif sempurna.

·         Interferensi terjadi pada cahaya yang terpolarisasi linier atau polarisasi lain, termasuk cahaya natural / alami (Hukum Fresnel-Arago).

Ketika dua gelombang yang koheren menyinari/melalui dua celah sempit, maka akan teramati pola interferensi terang dan gelap pada layar. Jarak tempuh cahaya yang melalui dua celah sempit mempunyai perbedaan (beda lintasan), hal ini yang menghasilkan pola interferensi. Pola interferensi terbagi dua, yaitu:

1)      Interferensi Maksimum (Konstruktif)

Interferensi Maksimum adalah gelombang saling memperkuat/konstruktif, menghasilkan garis terang. Interferensi maksimum terjadi jika kedua gelombang memiliki fase yang sama (sefase), yaitu jika selisih lintasannya sama dengan nol atau bilangan bulat kali panjang gelombang λ

d sin θ = m λ; m = 0, 1, 2 ……….Bilangan m disebut orde terang . Untuk m = 0 disebut terang pusat, m = 1 disebut terang ke-1 dst. Karena jarak celah ke layar l jauh lebih besar dari jarak kedua celah d (l >> d), maka sudut θ sangat kecil, sehingga sin θ = tan θ = p/l,

dengan demikian : pd/l = m λ dengan p adalah jarak terang ke-m ke pusat terang.

2)      Interferensi Minimum (Destruktif)

Interferensi Minimum adalah gelombang saling memperlemah/destruktif, menghasilkan garis gelap. Interferensi minimum terjadi jika beda fase kedua gelombang 180 derajad, yaitu jika selisih lintasannya sama dengan bilangan bulat kali setengah panjang gelombang λ
d sin θ = (m – ½ )λ; m = 1, 2, 3 …………Bilangan m disebut orde gelap. Tidak ada gelap ke 0. Untuk m = 1 disebut gelap ke-1 dst.

Mengingat sin θ = tan θ = p/l, maka: pd/l = (m – ½ )λ dengan p adalah jarak terang ke-m ke pusat terang. Jarak antara dua garis terang yang berurutan sama dengan jarak dua garis gelap berurutan. Jika jarak itu disebut Δp, maka :  Δp d = λ l

2.3.1    Syarat terjadinya interferensi cahaya

             Kedua sumber cahaya harus bersifat koheren (Kedua sumber cahaya mempunyai beda fase,frekuensi dan amplitude sama). Thomas Young, seorang ahli fisika membuat dua sumber cahaya dari satu sumber cahaya, yang dijatukan pada dua buah celah sempit.Satu sumber cahaya, dilewatkan pada dua celah sempit, sehingga cahaya yang melewati kedua celah itu, merupakan dua sumbeer cahaya baru. Seperti pada gambar berikut :

Hasil interferensi dari dua sinar/cahaya koheren menghasilkan pola terang dan gelap.

Ø Interferensi maksimum/terang/konstruktif, terjadi bila :

Atau

Keterangan :

P=jarak dari terang/gelap ke-m dengan terang pusat (meter)

d=jarak kedua sumber cahaya/celah(meter)

l=jarak antara sumber cahaya dengan layar (meter)

m=bilangan (1,2,3…dst)

l=panjang gelombang (meter, atau Amstrong A0=1.10-10meter)

Ø Interferensi Minimum/Gelap/Destrutip, terjadi jika:

                 atau             

2.3.2       Penerapan interferensi cahaya dalam kehidupan sehari-hari

Dalam kehidupan sehari-hari, kita melihat gelembung air sabun akan terlihat berwarna-warni. Begitu juga genangan minyak tanah diatas permukaan air, akan terlihat sama berwarna warni. Warna-warni pelangi menunjukkan pada kita bahwa sinar matahari adalah gabungan gabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Akan tetapi warna pada gelombang sabun, lapisan minyak, warna bulu burung merah dan burung kalibri bukan disebabkan oleh pembiasan. Tetapi karena terjadi interferensi konstruktif dan distruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. Adanya gejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang.

Warna-warni terbentuk karena adanya interferensi gelombang cahaya yang memasuki lapisan tipis sabun. Karena cahaya putih seperti sinar matahari memiliki banyak panjang gelombang maka sinar yang masuk kedalam lapisan sabun dan yang dipantulkan oleh lapisan sabun itu juga akan mengalami pembiasan dan pemantulan yang tidak sama karena masing-masing panjang gelombang memiliki indeks bias sendiri-sendiri. Lintasan yang dilalui masing-masing gelombang tidak sama. Sinar putih ini mengalami dispersi atau penguraian warna dan terbentuklah cahaya berwarna-warni. Berwarna-warni karena cahaya yang jatuh ke gelembung sabuk dipantulkan dan dibiaskan secara tidak merata karena indeks bias yang berbeda di tiap titik gelembung gara-gara tidak samanya ketebalan gelembung sabun.

2.3.3       Proses terjadinya pelangi

Bagaimana proses terjadinya pelangi adalah bermula dari ketika cahaya matahari melewati sebuah tetes hujan yang kemudian dibelokkan atau dibiaskan menuju tengah tetes hujan tersebut, yang memisahkan cahaya putih itu menjadi sebuah warna spektrum. Kemudian, warna-warna yang terpisah ini memantul di belakang tetes hujan dan memisah lebih banyak lagi saat meninggalkannya. Akibatnya, cahaya tampak melengkung menjadi kurva warna yang disebut sebagai pelangi. Cahaya dengan panjang gelombang terpendek seperti ungu, terdapat di bagian kurva dan yang memiliki panjang gelombang terpanjang seperti merah terdapat pada bagian luar.

Interferensi merupakan sifat cahaya yang dapat diamati ketika perbedaan gelombang cahaya dicampur bersamaan. Contoh interferensi adalah pelangi yang kamu lihat dalam gelembung sabun, spektrum warna oval, dan kilauan warna dari beberapa bulu burung. Di sebagian area pola interferensi, gelombang cahaya berada dalam fase, dengan bukit dan lembah saling menguatkan, membentuk daerah yang berkilau. Di daeah lain, di luar fase, dengan bukit dan lembah yang berlawanan, membentuk daerah yang suram. Terdapat berbagai variasi cara untuk memperagakan interferensi, pada bagian daerah yang terang maupun daerah suram, dan perbedaan warna menggambarkan perbedaan panjang gelombang cahaya. interferensi menghasilkan gelombang yang berhimpit. Ketika dua bukit (titik tertinggi) gelombang bertemu, mereka bergabung menjadi gelombang yang lebih besar. Ketika bukit sebuah gelombang dan lembah (titik terendah) gelombang bertemu, gelombang saling mengapuskan satu sama lain. Posisi bukit dan lembah disebut fase.

2.4       Difraksi Cahaya

Kamu telah tahu bahwa difraksi adalah peristiwa pelenturan muka gelombang ketika melewati celah sempit. Pola difraksi gelombang cahaya dapat diamati dengan eksperimen menggunakan difraksi celah tunggal dan kisi difraksi.

A.       Difraksi Celah Tunggal

Setiap titik pada celah tunggal dapat dianggap sebagai sumber gelombang sekunder. Selisih antara kedua berkas yang terpisah sejauh d adalah d sin θ.

Gambar Pola difraksi celah tunggal.

Analogi dengan pola interferensi celah ganda Young, pola terang difraksi celah tunggal diperoleh jika:

d sin θ = n λ, dengan n = 0, 1, 2, 3, …

dengan d adalah lebar celah.

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika

d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n = 1, 2, 3, …

B.     Difraksi pada kisi

Kisi difraksi terdiri atas banyak celah dengan lebar yang sama. Lebar tiap celah pada kisi difraksi disebut konstanta kisi dan dilambangkan dengan d. Jika dalam sebuah kisi sepanjang 1 cm terdapat N celah konstanta kisinya adalah:

Pola terang oleh kisi difraksi diperoleh jika:

d sin θ = n λ, dengan n =0, 1, 2, 3, …

dengan d adalah konstanta kisi dan θ adalah sudut difraksi.

Interferensi minimum (garis gelap) terjadi jika

d sin θ = (n – ½ )λ, dengan n =1, 2, 3, …

Gambar Skema difraksi oleh kisi.

Dalam optika dikenal difraksi Fresnel dan difraksi Fraunhofer. Difraksi Fresnel terjadi jika gelombang cahaya melalui celah dan terdifraksi pada daerah yang relatif dekat, menyebabkan setiap pola difraksi yang teramati berbeda-beda bentuk dan ukurannnya, relatif terhadap jarak. Difraksi Fresnel juga disebut difraksi medan dekat.

Difraksi Fraunhofer terjadi jika gelombang medan melalui celah atau kisi, menyebabkan perubahan hanya pada ukuran pola yang teramati pada daerah yang jauh. Gelombang-gelombang cahaya yang keluar dari celah atau kisi pada difraksi Fraunhofer hampir sejajar. Difraksi fraunhofer juga disebut difraksi medan jauh.

Daftar pustaka

http://nurulhidayati280199.blogspot.co.id/2016/04/makalah-interferensi-cahaya.html

https://fisikamemangasyik.wordpress.com/fisika-3/optik-fisis/c-difraksi-cahaya/