BAB XIV CAHAYA DAN PEMANTULANYA

Transkripsi

1 227 BAB XIV CAHAYA DAN PEMANTULANYA. Apakah cahaya terebut? 2. Bagaimana ifat perambatan cahaya? 3. Bagaimana ifat pemantulan cahaya? 4. Bagaimana pembentukan dan ifat bayangan pada cermin? 5. Bagaimana hubungan antara jarak benda dan jarak bayangan pada cermin lengkung? Sampai ekarang para akhli maih berpendapat bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang perambatannya tidak memerlukan medium. Mengapa mereka berpendapat demikian dan bagaimanakah ifat-ifat pemantulan erta pembiaan cahaya terebut? Untuk memahami hal terebut, pelajarilah dengan baik eluruh kegiatan dan uraian berikut ini. Gambar 4-. Perambatan gelombang 227

2 CAHAYA SEBAGAI GELMBANG Chritiaan Huygen ( ) adalah orang yang pertama mengemukakan teori bahwa cahaya adalah perambatan gelombang, ama halnya eperti gelombang bunyi yang merupakan gelombang mekanik. Gambar 4-2. Chritiaan enomena yang memperkuat teori cahaya ebagai gelombang, adalah peritiwa pemantulan, pembiaan, interfreni dan lenturan cahaya yang merupakan ifat-ifat umum dari emua jeni gelombang. Jika cahaya ebagai gelombnag, apakah medium yang dipergunakan untuk merambat? Permaalahan terebut muncul karena peramatan gelombang mekanik elalu memerlukan medium, edangkan cahaya dapat merambat di ruang hampa (vakum), Untuk mengatai permaalahan terebut, Chritiaan Huygen mengemukakan hipotea bahwa medium perambatan cahaya adalah ether yang keberadaannya mengii eluruh ruangan alam emeta ini. Pemantulan Pembiaan Lenturan Lenturan dan Interfereni Gambar 4-3. Beberapa ifat-ifat 228

3 229 Gambar 4-4. Jame Clerk Teori cahaya ebagai gelombang, juga dikemukakan oleh Jame Clerk Maxwell (83-879). Tetapi jeni gelombangnya berupa gelombang elektromagnetik. Teori terebut ia kemukakan berdaarkan pemikiran bahwa perubahan medan litrik dan perubahan medan magnet akan merambat berupa gelombang elektromagnetik dengan kecepatan yang ama dengan kecepatan cahaya, yaitu c=3.0 8 m -. Berdaarkan pemikiran terebut, maka diimpulkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Untuk menguji kebenaran hipotea tentang keberadaan ether yang mengii eluruh alam emeta, pada tahun 887 Albert Michelon dan Edward Morley melakukan percobaan dengan alat interferometer. Karena percobaan terebut gagal membuktikan keberadaan ether, maka diimpulkan zat ether alam itu tidak ada dan perambatan gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium. Secara ekperimen, keberadaan gelombang elektromagnetik baru dapat dibuktikan pada tahun 888 oleh Heinrich Hertz ( ). Berkat kemajuan ilmu dan teknologi, aat ini telah diperoleh berbagai jeni gelombang elektromagnetik eperti yang terlihat pada gambar pektrum gelombang elektromagnetik berikut. Gambar 4-5. Spektrum Gelombang 229

4 230 Selain cahaya tampak, maih ada jeni gelombang elektromagnetik lain yang tidak dapat kita lihat, yaitu cahaya infra merah, cahaya ultra ungu, gelombang radio, gelombang TV, gelombang radar, inar X (rotgen) dan inar (gamma) eperti yang dihailkan oleh unur-unur radioaktif. Semua gelombang elektromagnetik memiliki kecepatan merambat yang ama di dalam ruang vakum, yaitu c o = m -. Akan tetapi maing-maing jeni gelombang elektromagnetik terebut memiliki perbedaan dalam frekueni dan panjang gelombang. Sama eperti jeni gelombang yang lainnya, hubungan antara kecepatan, frekueni dan panjang gelombang dari gelombang elektromagnetik adalah : c = f λ... (4-) Dengan : c = kecepatan, atuannya (m - ) f = frekueni, atuannya (Hz) λ = panjang gelombang, atuannya (m) Seungguhnya cahaya matahari yang kita lihat putih, adalah terdiri dari beberapa warna cahaya, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu, eperti warna pelangi yang ering kita lihat diangkaa. Maing-maing warna memiliki perbedaan frekueni dan panjang gelombang, ehingga energinyapun berbeda-beda. Hal itu dapat dielidiki dengan menggunakan alat pektrometer. Gambar 4-6. pektrometer dan pektrum Tuga dikui 4- Berdaarkan data panjang gelombang dalam gambar 4-6, coba kalian dikuikan, berapakah frekueni inar merah dan inar ungu pada pektrum cahaya matahari terebut? Cocokkan hail perhitungan itu dengan data yang tercantum pada pektrum gelombang elektromagnetik gambar 4-5, apakah euai? Ingat nm (nanometer) = 0-9 m 230

5 23 Sinar infra merah memiliki energi pana yang paling bear, tetapi energi kimianya paling kecil. Maka inar infra merah banyak dipakai untuk terapi yang memerlukan pemanaan. Demikian eterunya cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu, memiliki energi pana emakin mengecil, tetapi energi kimianya emakin membear. Sinar ultra ungu memiliki enegi kimia paling bear, tetapi energi pananya paling kecil. Itulah ebabnya mengapa inar ultra ungu dapat meruak kulit dan menimbulkan kangker PEMANTULAN CAHAYA Pada umumnya emua benda yang kita lihat dapat memantulkan cahaya, ebab proe dapat melihat uatu benda, adalah mauknya cahaya yang dipantulkan oleh benda terebut ke mata kita. Benda yang dapat memantulkan cahaya dengan baik adalah cermin, ebab berka cahaya yang mengenai permukaan cermin hampir eluruhnya dipantulkan kembali.. Sifat-ifat pemantulan cahaya. Dengan menggunakan cermin atau benda mengkilap lainnya, kita ering bermain untuk memantulkan cahaya matahari dari luar kela ke dalam kela ehingga penglihatan teman kita menjadi ilau. Bagaimanakah cara kalian melakukan hal terebut? Sekarang coba kalian pergunakan ebuah cermin datar, untuk melakukan percobaan ebagai berikut. Tuga percobaan 4- Proedur percobaan :. Periapkan ebuah ala dari oftboard, cermin datar, empat buah jarum pentul, buur derajat dan kerta HVS. 2. Letakkan cermin datar ecara tegak di ata oftboard yang telah diberi ala kerta HV A B Cermin datar 3. Tancapkan dua jarum pentul dengan kemiringan tertentu, mialnya di titik A dan B, ehingga terbentuk bayangan A dan B. A B i r N C D Mata 4. Kemudian lakukan pengamatan dari arah CD edemikian rupa, ehingga pada aat menancapkan dua jarum pentul di titik C dan D kedua jarum pentul terebut membentuk atu gari luru dengan bayangan A dan B. 23

6 Sebelum cermin dan jarum pentul diangkat, beri tanda letak cermin dengan gari dan letak jarum pentul dengan titik. Kemudian tarik gari AB dan CD ehingga berpotongan pada gari cermin.. Maka gari AB ebagai inar datang dan CD ebagai inar pantul. 6. Buat gari normal (N) yang tegak luru dengan cermin, tepat di titik inar terebut dipantulkan. Kemudian ukur berapa bear udut datang (i) dan udut pantul (r). 7. Ulangi percobaan terebut beberapa kali, dengan mengubah-ubah kemiringan jarum A dan B ehingga bear udut datangnya berbeda-beda. Catat emua data yang diperoleh dalam bentuk tabel. Pertanyaan : Keimpulan apakah yang diperoleh dari hail percobaan terebut? Dengan menggunakan alat keping optik eperti gambar 4-7, kita dapat menyelidiki ifat-ifat pemantulan cahaya. Dari celah empit (L) kita maukkan eberka inar datang ehingga mengenai permukaan cermin datar. Perambatan inar datang (Sd) dan inar pantul (Sp) dapat dilihat pada bidang keping optik. Berapa bear udut datang (i) dan udut pantul (r) dapat diukur dengan menggunakan buur derajat pada bidang keping optik terebut. Karena bidang keping optik dapat berputar, maka bear udut datang dapat diatur agar euai dengan keinginan kita. Gambar 4-7. Keping optik dan pemantulan Jika arah inar datang diubah, maka arah inar pantul juga berubah. Tetapi elalu berlaku hukum pemantulan cahaya ebagai berikut :. Sinar datang, gari normal dan inar pantul berada dalam atu bidang 2. Bear udut datang (i) elalu ama dengan bear udut pantul (r) Berdaarkan hukum pemantulan terebut, maka berka cahaya yang dipantulkan oleh uatu permukaan yang tidak rata (kaar) dapat menuju keegala arah. Pemantulan itulah yang diebut ebagai pemantulan difu atau pemantulan baur. Gambar 4-8. Pemantulan empurna dan 232

7 233 Suatu kamar yang menggunakan item penerangan difu akan teraa lebih ejuk dan tidak menyilaukan, ebab cahaya lampunya dapat terebar ecara merata keeluruh ruangan terebut. 2. Pembentukan bayangan pada cermin datar Dilihat dari bentuk permukaannya, maka ada cermin datar dan cermin lengkung. Ada dua jeni cermin lengkung yaitu cermin cekung dan cermin cembung. Apakah kegunaan maing-maing cermin terebut? Untuk keperluan berhia dan merapikan pakaian yang dipakai, maka hampir etiap hari kita bercermin dengan menggunakan cermin datar. Bagaimana cara meluki bayangan dan ifat-ifat bayangan pada cermin datar? Benda di depan cermin menjadi umber cahaya, ehingga emua berka inar dari benda yang mengenai cermin akan dipantulkan euai dengan hukum pemantulan. Gambar 4-9. Bayangan lilin pada N r i B 2 2 B A 3 3 A 4 N i r 4 Sinar () dipantulkan menjadi ( ), inar (2) dipantulkan menjadi (2 ). Sehingga perpanjangan inar pantul terebut akan membentuk bayangan titik (B) di (B ). Sinar (3) dipantulkan menjadi (3 ), inar (4) dipantulkan menjadi (4 ). Sehingga perpanjangan inar pantul terebut akan membentuk bayangan titik (A) di (A ). Gari A B adalah bayangan benda AB yang dibentuk oleh cermin datar. Gambar 4-0. Pembentukan bayangan pada Sifat-ifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah : ama bear (h=h ), ama jauh (= ), tegak dan elau berupa bayangan emu (maya). Diebut bayangan emu, karena bayangan itu dibentuk oleh perpanjangan inar pantul yang hanya dapat dilihat ecara langung tanpa menggunakan layar. 233

8 234 Untuk mendapatkan bayangan yang jumlahnya lebih dari atu, dua cermin datar haru diletakkan berhadapan ehingga membentuk bear udut tertentu, benda diletakkan diantara permukaan kedua cermin terebut. Banyaknya bayangan yang akan terjadi bergantung pada bear udut yang dibentuk oleh permukaan kedua cermin, yaitu : α 360 N... (4-2) Dengan : N = jumlah bayangan yang terbentuk α = udut yang antara kedua cermin datar Jika bear udutnya α = 30 o, maka jumlah bayangan yang akan terbentuk 360 adalah : N buah Pembentukan bayangan pada cermin cekung Cermin lengkung yang akan kita pelajari adalah cermin cekung dan cembung yang kelengkungannya menyerupai bidang bola (feri), ehingga ada yang diebut ebagai titik puat kelengkungan bidang cermin (M). Berka inar ejajar yang mengenai permukaan cermin cekung, akan dipantulkan ke atu titik yang diebut ebagai titik api atau foku (). Karena cermin cekung berifat mengumpulkan cahaya atau konvergen, maka cermin cekung banyak dipakai ebagai reflektor pada berbagai item lampu orot. f SU M SU = umbu utama = Titik puat bidang cermin = Titik api (foku) M = Titik puat kelengkungan bidang cermin = Panjang foku R = Jari-jari R Gambar 4-. Cermin cekung berifat Berdaarkan hukum pemantulan maka ada tiga inar itimewa (mudah diingat) pada pemantulan cermin cekung, yaitu : 234

9 SU M. Sinar datang ejajar umbu utama, akan dipantulkan melalui foku. 2. Sinar datang melalui foku, akan dipantulkan ejajar umbu utama. 3. Sinar datang melalui titik puat kelengkungan, akan dipantulkan kembali melalui titik puat kelengkungan. Dengan menggeunakan pemantulan inar-inar itimewa terebut, maka cara meluki pembentukan bayangan pada cermin cekung dapat dilihat pada gambar 9-9 berikut. S Jika benda (AB) terletak diruang dua (R-2) yaitu antara foku dan titik puat kelengkungan, maka akan B terbentuk bayangan (A B ) di ruang A M h tiga (R-3) yaitu di depan titik puat A lengkungan. Sifat-ifat bayangannya h adalah: nyata, terbalik, diperkecil. B S Gambar 4-2. Pemantulan inar itimewa pada Gambar 4-3. Contoh pembentukan bayangan pada = jarak benda = jarak bayangan Tuga dikui 4-2 Dikuikanlah contoh gambar 9-9, ecara berkelompok, kemudian luki pembentukan bayangannya jika letak benda berubah eperti maing-maing gambar berikut. Berikan penjelaan bagaimana ifat-ifat bayangan yang diperoleh. M M M M R- = ruang atu antara titik dan R-3 = ruang di depan titik M R-2 = ruang dua antara titik dan M R-4 = ruang di belakang cermin 235

10 Pembentukan bayangan pada cermin cembung Karena bagian cembungnya yang berifat ebagai cermin, maka letak titik puat kelengkungan (M) dan foku () cermin cembung berada di belakang. Ruang di depan cermin diebut ebagai ruang empat (R-4). SU M Berka inar ejajar yang mengenai permukaan cermin cembung, akan dipantulkan eolah-olah datang dari atu titik yaitu foku (). Berarti cermin cembung memiliki ifat menyebarkan cahaya atau divergen. Gambar 4-4. Cermin cekung berifat Berdaarkan hukum pemantulan maka ada tiga inar itimewa (mudah diingat) pada pemantulan cermin cembung, yaitu : M SU 2 3 Gambar 4-5. Pemantulan inar itimewa pada. Sinar datang ejajar umbu utama, akan dipantulkan eolaholah dari foku. 2. Sinar datang menuju foku, akan dipantulkan ejajar umbu utama. 3. Sinar datang menuju titik puat kelengkungan, akan dipantulkan kembali eolah-olah dari titik puat kelengkungan. Dengan menggunakan pemantulan inar-inar itimewa terebut, maka cara meluki pembentukan bayangan pada cermin cembung dapat dilihat pada gambar 4-6 berikut. Benda (AB) elau berada di ruang empat (R-4). Maka B akan elalu terbentuk bayangan (A B ) di ruang B h atu (R-) dengan ifat-ifat : h emu, tegak dan diperkecil. A A M Itulah ebabnya mengapa cermin cembung bagu S S dipergunakan ebagai kaca pion pada kendaraan. Gambar 4-6 Pembentukan bayangan pada = jarak benda = jarak bayangan 236

11 Pembearan dan rumu cermin Untuk menentukan berapa bear bayangan yang dibentuk oleh cermin, maka pembearan (M) didefiniikan ebagai perbandingan bear bayangan (h ) dengan bear benda (h), yaitu M... () Karena dari pembentukan bayangan pada cermin lengkung (lihat gambar 4-3 dan 4-6), egitiga AB ebangun dengan egitiga A B, berarti : h' h... (2) Dengan menubtituikan peramaan () ke dalam peramaan (2), maka pembearan (M) dapat juga ditentukan dengan perbandingan jarak bayangan ( ) dan jarak bendanya (), yaitu : h' h M h' h... (4-3) Bagaimanakah hubungan antara jarak benda, jarak bayangan dengan jarak foku pada cermin? Untuk mengetahui hal itu, lakukanlah percobaan berikut ecara berkelompok. Tuga percobaan 4-2 Proedur percobaan :. Siapkan peralatan bangku optik, lengkap dengan cermin cekung, umber cahaya dan benda berbentuk anak panah eperti yang terlihat pada gambar. 237

12 Atur letak benda dan layar edemikian rupa, ehingga pada layar terbentuk bayangan benda yang paling terang dan jela. Kemudian ukur jarak benda () dan jarak bayangannya ( ) dari cermin. 3. Ulangi percobaan terebut beberapa kali, tapi dengan jarak benda yang berbeda-beda. Catat emua data dan hail perhitungan yang diperoleh ke dalam tabel berikut. Jarak benda (cm) Jarak bayangan ' (cm)... Pertanyaan : Keimpulan apakah yang diperoleh dari hail percobaan terebut? Percobaan yang dilakukan dengan teliti dan benar, akan menghailkan : = C (kontan)... (3) Karena benda yang terletak di foku (f), akan membentuk bayangan di jauh takhingga ( ), maka dari peramaan (3) diperoleh bear kontanta C, yaitu : C C... (4) f f Dengan menubtituikan peramaan (4) ke peramaan (3), maka diperoleh hubungan : f... (4-4) Untuk inar-inar yang membentuk udut kecil dengan umbu utama (inar parakial), panjang foku ama dengan etengah jari-jari : f R 2... (4-5) Dengan menubtituikan peramaan (4-5) ke dalam peramaan (4-4), maka diperoleh hubungan : 238

13 239 2 R... (4-6) Dengan : = jarak benda (elalu poitip) = jarak bayangan (bayangan ejati poitip, emu negatip) f = panjang foku (cermin cekung poitip, cembung negatip) R = jari-jari kelengkungan (cermin cekung poitip, cembung negatip) CNTH SAL DAN PENYELESAINNYA. Benda etinggi 4 cm diletakkan 2 cm di depan cermin cembung yang memiliki jarak foku 4 cm. Berapakah tinggi bayangannya? Diketahui : h = 4 cm, = 2 cm dan f = - 4 cm (cermin cembung) Ditanyakan : h =...? Jawaban : f M h' h h' = - 3cm (bayangan emu) h = cm 2. Berapa jarak foku cermin agar dapat membentuk bayangan emu yang diperbear 2 kali, dengan jarak benda ke bayangan ejauh 2 cm. Diketahui : M = 2 kali + = 2 cm Ditanyakan : f =...? Jawaban : M = = 2 = 4 cm = 2(4) = 8 cm 239

14 240 S Bayangan yang dibentuk emu, diperbear, pati menggunakan cermin cekung. Jarak bayangannya ( ) negatip, maka : M f S f f = 8 cm f 4 8 (jarak foku cermin cekung poitip) TUGAS MERANGKUM Untuk menata kembali eluruh pengetahuan yang telah kalian peroleh dari bab ini, ekarang cobalah membuat rangkuman dengan menjawab pertanyaan berikut :. Apa perbedaan teori gelombang cahaya yang dikemukakan oleh Chritiaan Huygen dan Jame Clerk Maxwell? 2. Peritiwa apakah yang memperkuat teori cahaya ebagai gelombang? 3. Bagaimanakah hubungan antara kecepatan, frekueni dan panjang gelombang? 4. Bagaimanakah rumuan hukum pemantulan cahaya? 5. Apakah yang dimakudkan dengan pemantulan baur? 6. Benda apakah yang dapat memantulkan cahaya dengan empurna? Jelakan mengapa demikian! 7. Apakah perbedaan cermin cekung dan cermin cembung? 8. Apakah yang dimakudkan dengan pembearan pada cermin? 9. Bagaimanakah hubungan antara jarak foku dan jari-jari cermin, untuk inar-inar yang membentuk udut kecil dengan umbu utama? 0. Bagaimanakah hubungan antara panjang foku, jarak benda dan jarak bayangan pada cermin lengkung? 240

15 24 SAL-SAL UNTUK LATIHAN A. Bentuk Soal Pilihan Ganda Pilih alah atu alternatif jawaban yang paling benar, dengan jalan memberikan tanda ilang (X) pada lembar jawaban yang telah diediakan.. rang yang pertama kali mengemukakan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik adalah:... A. Huygen B. Maxwell C. Hertz D. Michelon 2. Peritiwa yang memperkuat teori cahaya ebagai gelombang adalah :. Refraki 2. Difraki 3. Interfereni 4. Diperi Jawaban yang benar adalah :... A. dan 3 B. 2 dan 4 C., 2 dan 3 D., 2, 3 dan 4 Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Pemantulan eberka inar datang AB menjadi inar pantul BC dapat A 2 3 B N 4 C dilukikan eperti gambar. Jika N adalah gari normal, maka nomor udut yang dikatakan ebagai udut datang adalah :... A. B. 2 C. 3 D. 4 Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Bear udut pantul pada peritiwa pemantulan cahaya pada gambar berikut adalah :... A 30 o B N C A. 30 o B. 45 o C. 60 o D. 90 o Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Cermin yang baik dipergunakan ebagai kaca pion, adalah cermin :... A. Datar B. Cekung C. Cembung D. Lengkung Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Staiun radio M yang dipancarkan dengan frekueni 0 8 Hz, memiliki panjang gelombang :... A. 0,3 m B. 3,0 m C.3,3 m D.33 m Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian :... 24

16 Benda yang diletakkan pada jarak 4 cm, oleh cermin cekung dibentuk bayangan emu pada jarak 2 cm. Berarti panjang foku cermin cekung adalah :... A. 8 cm B. 6 cm C. 3 cm D. 2 cm Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Benda diletakkan 5 cm di depan cermin cembung yang memiliki jarak foku 0 cm, maka pembearan bayangannya adalah :... A. 2 kali B. (3/2) kali C. (2/3) kali D. (/2) kali Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Pernyataan yang ama dengan alah atu hukum pemantulan cahaya adalah bear udut :... A 2 3 B N 4 C A. = 2 B. 2 = 3 C. 3 = 4 D. 4 = 0. Jika ebuah benda berada di depan dua cermin datar yang membentuk udut ebear 90 o, maka jumlah bayangan yang terbentuk adalah :... A. buah B. 2 buah C. 3 buah D. 4 buah Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian :... B. Bentuk Soal Uraian. Sopir melihat bayangan mobil yang ada dibelakangnya melalui kaca pion. Jika bayangan terebut 0,2 kali bear mobil ebenarnya dan jarak foku kaca pion 5 m, berapakah jarak mobil yang ada dibelakangnya? 2. Berapakah panjang foku cermin cekung yang haru dipakai, agar dapat membentuk bayangan nyata diperbear 2 kali dengan jarak antara benda ke bayangan ejauh 6 cm. Lukikan pembentukan bayangannya. 3. Apa jeni cermin dan berapa jarak fokunya, agar cermin dapat membentuk bayangan emu yang diperkecil 3 kali dengan jarak antara benda ke bayangan ejauh 8 cm. Lukikan pembentukan bayangannya. 4. Dimanakah letak benda, agar cermin cekung yang memiliki jarak foku 6 cm dapat membentuk bayangan nyata dengan pembearan 2 kali. Lukikan pembentukan bayangannya. 5. Berapakah panjang foku cermin cekung yang haru dipakai, agar dapat membentuk bayangan nyata diperkecil 2 kali dengan jarak antara benda ke bayangan ejauh 2 cm. Lukikan pembentukan bayangannya. 242