Bab 1 dokumen tersebut membahas tentang sifat-sifat cahaya, termasuk kecepatan cahaya, indeks bias, jejak optik, hukum pemantulan dan pembiasan, prinsip Fermat, dan dispersi warna.

1. BAB I
SIFAT-SIFAT CAHAYA
Cahaya merupakan besaran yang paling utama pada optic, karena optic
bekerja bedasarkan sifat-sifat dari cahaya. Dari hasil eksperimen diperoleh sifat ini
dan digunakan untuk mendapatkan sebuah teori atau postulat.
1.1. Kecepatan cahaya.
Kecepatan cahaya telah mengalami berbagai perhitungan oleh para ilmuan. Mulai dari
zaman para astronom kuno hingga jaman munculnya fisika modern. Pada tahun 1600
Galileo mencoba mengukur kecepatan cahaya, namun belum mendapatkan hasil. Baru
pada tahun 1849 Fisikawan Perancis Armand H L Fizeu dengan percobaanya berhasil
mendapatkan kecepatan cahaya yang besarnya c = 312,000 km/s . Kemudian hasil
dari Fizeu itu disempurnakan oleh A.A.Michelson yang berhasil mengukur kecepatan
cahaya yang besarnya c = 299,792.5 km/s = 2.997925 x 10 8 m/s . Kemudian
ditemukan bahwa semua gelombang elektromagnetik dari mulai sina X sampai pada
gelombang panjang (gelombang radio ) mempunyai kecepatan seperti kecepatan
cahaya. Untuk keperluan perhitungan secara sigifikan kecepatan cahaya pada ruang
hampa/udara adalah 3.108 m/s. (udara/ruang hampa mempunyai indeks bias n = 1).
1.2. Indeks Bias (refractive index)
Indeks bias didefinisikan sebagai perbandingan anatara kecepatan rambat cahaya pada
ruang hampa dengan kecepatan cahaya pada benda itu. Indeks bias disimbulkan oleh
n, dimana :
kecepa tan .cahaya.dalam.ruang .hampa
indeks.bias =
kecepa tan .cahaya.dalammedium
1

2. c
n= ………………………………………… (1.1)
v
Sebagai contoh indeks bias :
nkaca = 1,520
nair = 1,333
nudara =1,00
Perhitungan secara cermat perhitungan indeks bias untuk udara pada suhu 0oC dan
tekanan 1 atm(760 mm Hg) diperoleh indeks bias udara adalah nudara= 1,000292
Besarnya indeks bias menunjukkan besarnya kerapatan medium, semakin rapat
medium, semakin besar indeks biasnya. Dalam keperluan alat-alat optic digunakan
medium yang mempunyai indeks bias anatara 1,52 sampai 1,57.
1.3. Jejak Optik (optical path)
Dalam prinsip optic geometri ada suatu besaran yang disebut dengan jejak optic.
Lintasa cahaya (d) dalam suatu medium didefisisikan sebagai perkalian anatara
kecepatan dan waktu rambat dalam medium.
d = v.t ……………………………………. (1.2)
c c
Dari definisi n= maka diperoleh v = dan kemudian diperoleh :
v c
c
d = .t atau diperoleh n.d = c.t Besaran hasil antara n dengan d disebut
n
dengan jejak optic (Δ). Atau Δ = n.d Sebagai contoh misalnya cahaya merambat
dalam medium d, d’, d’’,……dengan indeks biasnya n, n’, n’’…..maka jejak optiknya
dapat dituliskan sebagai berikut:
………………………… (1.3)
Dapat digambarkan sebagi berikut:
2

3. Gambar 1.1. jejak optic melalui beberapa medium optic
1.4. Hukum Pemantulan dan Pembiasan.
Jika cahaya melalui medium yang berbeda kerapatannya, maka sebagian dari cahaya
tersebut dipantulkan kembali dan sebagian yng lain dibiaskan. Arah dari sinar
tersebut melalui aturan tertentu.
Pada gambar 1.2. dilukiskan
bagaimana sinar yang dipantulkan dan
sinar yang dibiaskan. Sinar datang I
dari medium dengan indeks bias n
menuju medium dengan indeks bias n’
pada bidang batas MM’ akan
dipantulkan R. Pada pemantulan
berlaku sudut datang (Φ) sama denagn
sudut pantul (Φ’), dengan adalah garis
Gb. 1.2. Pemantulan dan
pembiasan cahaya
normal.
Kemudian juga berlaku sinar datang sinar pantul dan gris normal terletak pada satu
bidang datar yang sama. Inilah yang disebut hokum Snellius untuk pemantulan.
Disamping dipantulkan cahaya juga dibiaskan (T). Pada pembiasan diperoleh harga
perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut pantul selalu diperoleh bilangan
yang konstan.
3

4. ……………….…………….
(1.4)
Kemudian sinar datang sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
Kelakuan ini merupakan hokum Snellius untuk pembiasan. Dari persamaan (1.4)
dapat juga dituliskan sebagai :
…………………… (1.5)
Dari persamaan (1.4) dengan persamaan (1.1) maka diperoleh :
…………………………………….. (1.6)
Jika harga n untuk udara/rung hampa adalah 1 maka diperoleh:
…………………………………….. (1.7)
Jika sudut datang dan sudut biasnya kecil (sudut kecil adalah sudut yang
mempunyai harga sin = tan = harga sudut itu sendiri) maka diperoleh :
……………………………………. (1.8)
1.5. Prinsip Fermat.
Cahaya yang melalui medium menempuh lintasan mempunyai jejak seperti pada
persamaan (1.3). Untuk menempuh lintasan diperlukan waktu yang masing-masing
adalah berbeda.
Pada tahun 1650 Seorang matamatikawan
Perancis menyatakan bahwa:”lintasan
cahaya yang merambat dari sau titik ke
titik lain dalam suatu medium
memerlukan waktu yang minimum atau
Gb. 1.3. Jejak sinar terdekat maksimum atau tetap tidak berubah”.
pada pemantulan
4

5. Hukum pemantulan dan pembiasan dapat dijelaskan dengan prinsip fermat ini. Pada
gambar (1.3) sebuah sinar berasal dari Q menuju B kemudian menuju Q’’. Garis
lurus terpendek diperoleh jika dari QBQ’’.
Sinar yang melalui QAQ’’ dan QCQ’’ mempunyai lintasan yang lebih panjang
daripada QBQ’’. Pada pembiasan cahaya dari Q menuju bidang batas medium yang
berbeda A kemudian dibiaskan menuju Q’.Waktu yang diperlukan untuk lintasan itu
adalah:
d d'
t= + …………………………………… (1.9)
v v'
c
Dengan menggunakan n = maka diperoleh harga t adalah :
v
n.d + n '.d ' Δ
t= = …………………………….. (1.10)
c c
Dengan ……………………………….. (1.11)
Dari gambar (1.4) didapatkan:
…..………………… (1.12)
Gb. 1.4. Jejak sinar pada pembiasan
Untuk mendapatkan hrga maksimum atau minimum maka persamaan harus
didiferensialkan sebagai berikut
5

6. ..(1.13)
Diperoleh: ………(1.14)
Atau dapat ditulis sebgai:
………... (1.15)
Persamaan ini merupakan persamaan hukum Snellius untuk pembiasan.
1.6. Dispersi Warna.
Sifat yang menarik bagai cahaya adalah jika dilewatkan pada medium yang
mempunyai indeks bias yang berbeda maka cahaya itu kan diuraikan menjadi
beberapa warana sesuai dengan urutan panjang gelombang atau frekuensinya. Dari
gambar 1.5. menunjukkan bahwa jika sinar cahaya putih dilewatka pada medium yang
berbeda kerapannya, mka akan diuraikan mejadi beberapa warna.
Hal ini menunjukkan bahwa setiap warna
cahaya mempunyai indeks bias terhadap
medium yang berbeda-beda. Sudut
antara sinar bias bias warna F (biru)
dengan sinar bias warna C (merah)
disebut dengan sudut disperse. Sudut
deviasi rerata dari spectrum terletak pada
Gb. 1.5. Jejak sinar pada
cahaya warna kuning (sinar D).
Sebagai kasus khusus misalnya kaca kerona yang mempunyai indeks bias:
. Berdasarkan suatu pendekatan
untuk sudut yang kecil untuk sinar F dan C diperoleh harga :
. Sedang sudut deviasi untuk warna D tergantung dari indeks
6

7. bias warna D yaitu yang harganya sama dengan 0,52300. Perbandingan
antara sudut disperse dengan sudut deviasi disebut dengan daya disperse yang dapat
dinyatakan sebagai:
……………………..………. (1.16)
Kebalikan dari daya disperse disebut dengan indeks disperse dan dinyatakan:
…………………… (1.17)
1.7. Soal Latihan
1. Tunjukkan bahwa cahaya yang dipantulkan oleh cermin datar berputar 2x bila
cahaya diputar x!
2. Jika indeks bias bahan gelas 1,5253 tentukan kecepatan cahaya pada gelas
tersebut!
3. Pada pembiasan kepler menawarkan sebuah rumus dengan formula
dengan n’ indeks bias relative. Carilah sudut datang
φ yang mempunyai indeks bias n’=1,7320 bila sudut biasnya φ’=32,0o
menggunakan:
a. Formula kepler.
b. Formula Snellius .
4. Sebuah cahaya datang dari udara menuju kaca yang berbentuk prisma dengan
sudut datang 55,0o terhadap garis normal. Cahaya datang ke prisma kemudian
keluar ke udara lagi. Jika sudut pembias prisma 60o, hitung:
a. Sudut deviasi untuk permukaan pertama!
b. Sudut deviasi untuk permukaan kedua
c. Masing-masing dengan perhitungan dan dengan gambar!.
7

8. 5. Sebuah kaca flinta padat dibuat berbentuk prisma. Jika indeks biasnya untuk
warna merah, kuning dan biru masing-masing nc = 1,64357, nd = 1,64900 dan nf =
1,66270, hitunglah:
a. Daya dispersi kaca flinta.
b. Konstanta dispersinya.
8