OPTIKA GEOMETRI

Optika merupakan cabang fisika yang mempelajari cahaya.  Bahasan mengenai optika terbagi menjadi dua yaitu :
1. Optika Geometri (membahas fenomena pemantulan dan pembiasan)
2. Optika Fisis (membahas fenomena polarisasi, difraksi dan interferensi)

Seperti telah diketahui cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang bergerak dengan kecepatan tiga ratus ribu kilometer tiap detik dalam ruang hampa udara ( tanpa medium ).  Kita dapat melihat benda-benda disekitar karena pantulan cahaya dari benda itu.

Yang dibahas :

1.                   cermin (datar, cekung,cembung)

2.                   lensa (tebal,tipis)

3.                   prisma.

Maya artinya :  tidak bisa ditangkap layar, dibelakang cermin

Nyata artinya : bisa ditangkap layar, di depan cermin

Persamaan umum cermin :

  f = ½ R

s    = jarak benda ke cermin

s’   = jarak bayangan ke cermin

f     = jarak titik fokus

R    = jari-jari kelengkungan

M = perbesaran bayangan = magnify

h    = tinggi benda

h’ = tinggi bayangan

3 sinar istimewa pada cermin cekung :

1. sinar // sbut dipantulkan ke fokus
2. sinar dari fokus dipantulkan // sbut
3. sinar melewati R dipantulkan kembali ke R.

Langkah2 menggambar ;

1 Sumbu utama,

2 Cermin,

3 tentukan titik R pada sumbu utama

4 tentukan titik F,

5 tentukan tinggi dan posisi benda s,

6 gambarkan dua Sinar Istimewa,

7 temukan ketemu s’

LKS :  dikerjakan dan ditulisk

Sebuah benda tingginya 2 cm terletak 4 cm didepan cermin datar.

a. tentukan letak bayangan dengan menggunakan gambar (hk pemantulan)

b. tentukan letak bayangan dengan menggunakan metode rumus

c.  sifat bayangan.

Sebuah benda tingginya 1 cm terletak 2 cm didepan cermin cekung yang mempunyai jari-jari kelengkungan 6.

d.  tentukan letak bayangan dengan menggunakan gambar (hk pemantulan)

e.  tentukan letak bayangan dengan menggunakan metode rumus

f.   sifat bayangan.

 

Sebuah benda tingginya 2 cm terletak 4 cm didepan cermin cembung

g. tentukan letak bayangan dengan menggunakan gambar (hk pemantulan)

h. tentukan letak bayangan dengan menggunakan metode rumus

i.  sifat bayangan.

Cermin Cembung

Disebut pula cermin negatif

Bersifat divergen (menyebarkan cahaya)

Sifat bayangan yang dibentuk :

- selalu maya

- selalu diperkecil

- selalu dibelakang cermin

”sinar-sinar sejajar sumbu utama cermin cembung dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus di belakang cermin”

”sinar-sinar menuju pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali berimpit dengan sinar datang”

Contoh soal.

Sinar-sinar sejajar sumbu utama pada cermin cembung dipantulkan seolah-olah berasal dari sebuah titik yang teletak 1 meter di belakang cermin, jika benda yang tingginya 2 meter terletak 4 meter di depan cermin, tentukanlah

- letak bayangan

- tinggi bayangan

- perbesaran

PEMBIASAN ;

Proses perubahan arah cahaya karena melewati dua medium yang berbeda kerapatan optiknya.

Kerapatan optik dinyatakan dengan indeks bias.  Indeks bias terbagi menjadi dua indeks bias mutlak dan indeks bias relatif.

Indeks bias mutlak :

.n_x  = indek bias mutlak medium

.c   = cepat rambat cahaya di ruang hampa

.c   = 3 x 10^{8 m}/_s

.v_x  = kecepatan cahaya dalam medium

Indeks bias relatif :

n  = indek bias mutlak medium

c  = kecepatan cahaya di ruang hampa 3x10^{8  m}/_s

v  = kecepatan cahaya dalam medium

n_1-2 =  indek bias relatif med 1 thd med 2

n_2-1 =  indek bias relatif med 2 thd med 1

Hukum pembiasan (Willebrord Snellius)  1621

I.   sinardatang, sinar bias, garisnormal, bidang batas terletak pada satu bidang datar

II.  dua poin yaitu :               

Ø  sinar dari medium rapat ke renggang dibiaskan menjauhi garis normal

Ø  dari renggang ke rapat dibiaskan mendekati garis normal

n₁ = indek bias mutlak medium pertama

n₂ = indek bias mutlak medium kedua

q₁  = sudut datang

q₂ = sudut bias

Contoh soal : (pr)

1.    Kecepatan cahaya di dalam kaca 2 x  10^{8 m}/_s berapakah indek bias mutlak kaca?

2.    Berapa indeks bias relatif kaca terhadap air ?

3.    Berapa indeks bias relatif air terhadap kaca ?

4.    Sudut seberkas sinar datang dari udara ke air sebesar 45° terhadap garis normal, tentukan besar sudut biasnya jika indek bias mutlak air 4/3 .

5.    Kecepatan cahaya di dalam kaca 1,5 x  10^{8 m}/_s berapakah indeks bias mutlak kaca?

Pemantulan sempurna ;

Syarat terjadi pemantulan sempurna adalah :

1.sinar datang dari medium rapat ke renggang

2.sudut datang lebih besar sudut batas, yang dimaksud sudut batas adalah sudut datang yang menyebabkan sinar tidak dibiaskan atau tidak dipantulkan.

3.Sudut kritis atau sudut batas yaitu, sudut datang yang menghasilkan sinar tidak dibiaskan atau tidak dipantulkan (teta 2 = 90 derajat)

LENSA TEBAL

Yaitu medium dengan indeks bias tertentu dan jari-jari tertentu.

Persamaan pembentukan bayangan pada lensa tebal sebagai berikut :

.n_m    = indeks bias medium

.n_L      = indeks bias lensa

.s      = letak benda

.s’     = letak bayangan

.R     = jari-jari

.f      = jarak fokus

 LENSA TIPIS

Lensa tipis mempunyai bagian-bagian tertentu yaitu pusat lensa (vertex), terdapat dua jari-jari kelengkungan dan dua titik fokus. Harga jari-jari tergantung jenis lensanya.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Persamaan pembuatan lensa tipis sebagai berikut ;

Sedangkan persamaan pembentukan bayangan pada lensa tipis sama dengan cermin.

jika letak bayangan dan benda sepihak maka bayangan maya

jika letak bayangan dan benda tidak sepihak maka bayangan nyata (bisa ditangkap layar)

Lensa tipis mempunyai kekuatan lensa, kekuatan lensa dengan satuan dioptri berbanding terbalik dengan jarak fokus. Semakin kecil jarak fokus maka semakin kuat lensa itu.

.p = kuat lensa (dioptri)
.f = jarak fokus dalam meter
.1 = satu



Soal :

1. Lensa bikonveks terbuat dari kaca dengan indeks bias mutlak 1,5. jika indeks bias medium udara   1   tentukan jarak fokus lensa bila jari-jari kelengkungan 15 cm.

2. Tentukan jarak fokus lensa pada nomer 1 diatas jika lensa dimasukkan dalam medium air yang indek biasnya 4/3.

3. Lensa bikonkaf terbuat dari intan dengan indeks bias 2. Jika jari jari kelengkungannya 3cm, tentukan jarak fokus lensa di udara.

4. Tentukan jarak fokus lensa jika lensa dimasukkan dalam air.

5. Lensa Plankonkaf mempunyai jari-jari 5 cm, tentukan jarak fokus lensa tersebut jika lensa terbuat dari kaca.

6. Sebuah benda terletak 10 cm didepan lensa bikonveks yang mempunyai jarak fokus 15 cm. Tentukan letak bayangan dan sifat bayangan yang terjadi.

7. Tentukan jarak benda jika bayang terjadi 5 cm dibelakang lensa yang terbuat dari kaca dengan jarak fokus 10 cm.


Lensa Gabungan

Beberapa lensa dapat digabung maka akan diperoleh fokus lensa gabungan yaitu ;

Dinamika Partikel

Kinematika adalah cabang ilmu fisika yang membahas gerakan benda tanpa mempersoalkan penyebab dari gerak benda.
Dinamika partikel adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari gerak benda yang membahas khusus pada penyebab gerakan benda.  Dinamika partikel merupakan bagian dari bahasan MEKANIKA KLASIK.  Mekanika klasik membahas statika dan dinamika.  Karena ilmu ini ditemukan dan dikembangkan oleh Sir Issac Newton maka sering disebut sebagai Mekanika Newton.

Hukum Newton tentang gerak ada tiga yaitu ;

Hukum I Newton (Hukum Inersia);

Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan terus diam. Sedangkan, benda yang mula-mula bergerak beraturan, akan terus bergerak dengan kecepatan tetap''

Hukum Newton I dapat diinterpretasikan sebagai berikut :

• Sebuah benda, akan tetap berada dalam keadaan diam atau akan terus bergerak, kecuali jika dipaksa berubah dengan menerapkan gaya luar ke benda tersebut

Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dengan
Keterangan :

adalah resultan vektor dari gaya

• Sebuah benda akan tetap diam, atau bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan tetap, kecuali diberi gaya luar.

Hukum II Newton :

"Jika suatu gaya total bekerja pada benda, maka benda akan mengalami percepatan, di mana arah percepatan sama dengan arah gaya total yang bekerja padanya. Vektor gaya total sama dengan massa benda dikalikan dengan percepatan benda"

Rumus Umum  Hukum II  :  

F = m.a

F = gaya (N)
m = massa (kg)
a  = percepatan (m/s2)

Contoh soal 1 :

Berapakah gaya total yang dibutuhkan untuk memberi percepatan sebesar 10 m/s² kepada mobil yang bermassa 2000 kg ?

Contoh soal 2 :

Dirimu mendorong sebuah kotak bermassa 1 kg yang terletak pada permukaan meja datar tanpa gesekan,dengan gaya sebesar 5 N. berapakah percepatan yang dialami kotak tersebut ?

Contoh soal 3 :

Mesin sebuah mobil sedan mampu menghasilkan gaya sebesar 10000 N. Massa pengemudi dan mobil tersebut sebesar 1000 kg. Jika gaya gesekan udara dan gaya gesekan antara ban dan permukaan jalan sebesar 500 N, berapakah percepatan mobil tersebut ?

Contoh soal 4 :

Sebuah gaya yang dikerjakan pada sebuah benda bermassa m₁ menghasilkan percepatan 2 m/s². Gaya yang sama ketika dikerjakan pada sebuah benda bermassa m₂ menghasilkan percepatan sebesar 4 m/s².

(a) berapakah nilai perbandingan antara m₁ dan m₂ (m₁/m₂) ?

(b) berapakah percepatan yang dihasilkan jika m₁ dan m₂ digabung (m₁ + m₂) ?

Bentuk matematis persamaan Hukum II Newton berubah-ubah sesuai dengan sistem massa dan gaya yang bekerja misalnya :

1.  sebuah benda diberikan sebuah gaya luar

2.  dua benda yang diberikan sebuah gaya luar

3.  sebuah benda dipengaruhi beberapa gaya luar

4.  beberapa gaya luar bekerja pada lebih dari satu benda

Berapa penerapan hukum II Newton yang sering dibahas pada soal :
1.  Benda yang diam pada permukaan licin diberikan gaya mendatar
2.  Benda yang diam pada permukaan licin diberikan gaya membentuk sudut terhadap arah datar
3.  Dua benda yang dihubungkan dengan katrol tanpa gesekan
4.  Dua benda yang dihubungkan dengan tali kemudian ditarik dengan tali secara mendatar
5.  Benda diatas meja dihubungkan dengan tali ke benda lain yang jatuh melalui katrol tanpa gesekan
6.  Balok diatas bidang miring 

Gaya-gaya yang sering dipakai dalam perhitungan percepatan :

1. Gaya Normal

2. Gaya Berat benda

3. Gaya Gesekan

4. Gaya Tegang Tali

Diagram benda bebas :

Suatu cara penyelesaian mekanika dengan menggambarkan benda-benda dibawah pengaruh gaya-gaya sehingga diketahui arah percepatan benda.  Keterampilan menggambarkan Free Body Diagram

1.  Keterampilan menggambarkan benda, permukaan dan tali

2.  Keterampilan menggambarkan vektor gaya-gaya

3.  Keterampilan menentukan dan menggambar vektor kecepatan

Soal-Lanjutan :

Contoh soal 1 :

Sebuah truk gandeng bermassa 3000 kg sedang melaju dengan kelajuan 100 km/jam. berapakah gaya total yang dibutuhkan untuk menghentikan truk tersebut pada jarak 50 meter ? (23.520N)

Contoh soal 2 :

Sebuah mobil bermassa 500 kg dipercepat oleh mesinnya dari keadaan diam hingga bergerak dengan laju 50 m/s dalam waktu 50 s. Apabila gaya gesekan diabaikan, berapakah gaya yang dihasilkan mobil ? (500N)

Contoh soal 3 :

Sebuah mobil bermassa 500 kg bergerak dengan kelajuan 50 m/s. Jika mobil tersebut direm oleh sopirnya dan berhenti setelah menempuh jarak 100 m, berapakah gaya rem yang bekerja pada mobil tersebut ?   (-12,5) tanda minus menununjukkan perlambatan atau arah percepatan berlawanan dengan arah gerak)

File-fle animasi dapat diunduh di
http://www.4shared.com/video/WDDZDDfr/gaya_hk_1_newton.html

Lembar Kerja Siswa silahkan di unduh di
http://www.4shared.com/document/nPq_dWN6/LKS_HKUM_Newton_.html


Hukum III Newton :

F aksi = - F reaksi

Jika suatu benda melakukan gaya aksi pada benda kedua, maka benda kedua juga melakukan gaya reaksi pada benda pertama yang arahnya berlawanan.  Jika gaya aksi dan reaksi sama besar maka sistem diam dan jika besar gaya aksi dan reaksi tidak sama maka resultan gaya total tidak sama dengan nol maka sistem mengalami percepatan.



Gaya sentripetal adalah gaya yang membuat benda untuk bergerak melingkar. Gaya ini bukan merupakan gaya fisis, atau gaya dalam arti sebenarnya, melainkan hanya suatu penamaan atau penggolongan jenis-jenis gaya yang berfungsi membuat benda bergerak melingkar. Bermacam-macam gaya fisis dapat digunakan sebagai gaya sentripetal, antara lain gaya gravitasi, elektrostatik, tegangan tali, gesekan dan lainnya. Istilah sentripetal berasal dari kata bahasa Latin, yaitu centrum ("pusat") dan petere ("menuju arah"), yang berarti menuju arah pusat lingkaran.