Optik Geometris adalah cabang dari fisika optik yang mempelajari perilaku cahaya dengan mengasumsikan bahwa cahaya merambat dalam bentuk garis lurus (berkas cahaya). Pendekatan ini tidak mempertimbangkan sifat gelombang cahaya, sehingga cocok digunakan untuk menjelaskan fenomena yang melibatkan pemantulan (refleksi) dan pembiasan (refraksi).
Optik geometris banyak digunakan dalam desain alat optik seperti lensa, cermin, teleskop, dan mikroskop.
1. Konsep Dasar Optik Geometris
Optik geometris didasarkan pada Hukum Pemantulan dan Hukum Pembiasan. Pendekatan ini menggunakan sinar cahaya (ray) untuk merepresentasikan arah rambatan cahaya.
Asumsi Dasar
- Cahaya merambat dalam garis lurus di media homogen.
- Interaksi cahaya dengan medium diatur oleh hukum refleksi dan refraksi.
- Tidak mempertimbangkan difraksi, interferensi, atau polarisasi.
2. Fenomena Utama dalam Optik Geometris
a. Pemantulan (Refleksi)
Pemantulan adalah proses di mana cahaya yang mengenai permukaan memantul kembali ke medium asalnya.
Hukum Pemantulan:
- Sudut datang (θi\theta_iθi) sama dengan sudut pantul (θr\theta_rθr).
- Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal berada pada satu bidang.
Jenis Cermin:
- Cermin Datar: Menghasilkan bayangan tegak, maya, dan sama besar dengan benda.
- Cermin Cekung: Dapat menghasilkan bayangan nyata atau maya, tergantung pada posisi benda relatif terhadap fokus (F).
- Cermin Cembung: Menghasilkan bayangan maya, tegak, dan diperkecil.
b. Pembiasan (Refraksi)
Pembiasan adalah pembelokan arah cahaya saat melewati batas antara dua medium dengan indeks bias berbeda.
Hukum Pembiasan (Snell):n1sinθ1=n2sinθ2n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2n1sinθ1=n2sinθ2
di mana:
- n1,n2n_1, n_2n1,n2: Indeks bias medium 1 dan 2.
- θ1,θ2\theta_1, \theta_2θ1,θ2: Sudut datang dan sudut bias.
Fenomena Terkait:
- Total Internal Reflection (Pantulan Dalam Total): Terjadi ketika cahaya dari medium dengan indeks bias lebih tinggi menuju medium dengan indeks bias lebih rendah dengan sudut datang lebih besar dari sudut kritis (θc\theta_cθc). sinθc=n2n1(n1>n2)\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1} \quad (n_1 > n_2)sinθc=n1n2(n1>n2)
c. Lensa
Lensa adalah alat optik yang menggunakan pembiasan cahaya untuk membentuk bayangan benda.
Jenis Lensa:
- Lensa Cembung (Konvergen):
- Memusatkan cahaya.
- Dapat membentuk bayangan nyata atau maya, tergantung posisi benda.
- Digunakan dalam kaca pembesar, kamera, dan mikroskop.
- Lensa Cekung (Divergen):
- Menyebarkan cahaya.
- Selalu membentuk bayangan maya, tegak, dan diperkecil.
- Digunakan dalam kacamata untuk penderita rabun jauh (miopia).
Persamaan Lensa Tipis:1f=1so+1si\frac{1}{f} = \frac{1}{s_o} + \frac{1}{s_i}f1=so1+si1
di mana:
- fff: Panjang fokus.
- sos_oso: Jarak benda.
- sis_isi: Jarak bayangan.
Perbesaran Bayangan:M=hiho=−sisoM = \frac{h_i}{h_o} = -\frac{s_i}{s_o}M=hohi=−sosi
di mana:
- hi,hoh_i, h_ohi,ho: Tinggi bayangan dan tinggi benda.
- Tanda negatif menunjukkan pembalikan bayangan.
d. Prisma
Prisma memanfaatkan pembiasan cahaya untuk memisahkan cahaya putih menjadi spektrum warna.
Dispersi Cahaya: Cahaya putih yang melewati prisma mengalami pembiasan berbeda untuk setiap panjang gelombang, sehingga terpecah menjadi spektrum warna (merah hingga ungu).
3. Alat-Alat Optik dalam Optik Geometris
a. Mikroskop
- Menggunakan kombinasi lensa cembung untuk memperbesar benda kecil.
- Prinsip kerja: Lensa objektif menghasilkan bayangan nyata yang diperbesar, kemudian diperbesar lagi oleh lensa okuler.
b. Teleskop
- Menggunakan lensa atau cermin untuk mengamati benda jauh seperti bintang.
- Prinsip kerja: Mengumpulkan cahaya dari objek jauh dan memfokuskan bayangan agar dapat dilihat dengan jelas.
c. Kamera
- Menggunakan lensa konvergen untuk memfokuskan cahaya pada sensor atau film.
- Prinsip kerja: Cahaya dari objek difokuskan untuk membentuk bayangan nyata pada sensor.
d. Periskop
- Menggunakan kombinasi cermin untuk melihat benda di atas atau di balik rintangan.
4. Kelebihan dan Keterbatasan Optik Geometris
Kelebihan:
- Mudah digunakan untuk analisis fenomena optik sehari-hari.
- Sangat berguna dalam desain alat optik seperti lensa, cermin, dan prisma.
Keterbatasan:
- Tidak dapat menjelaskan fenomena gelombang seperti difraksi, interferensi, atau polarisasi.
- Tidak memperhitungkan sifat kuantum cahaya.
5. Perbedaan dengan Optik Fisis
| Aspek | Optik Geometris | Optik Fisis |
|---|---|---|
| Model Cahaya | Garis lurus (ray) | Gelombang elektromagnetik |
| Fenomena yang Dibahas | Refleksi, refraksi | Difraksi, interferensi, polarisasi |
| Aplikasi | Lensa, cermin | Laser, spektroskopi |
6. Aplikasi Optik Geometris
- Kacamata: Mengoreksi rabun jauh (miopia) atau rabun dekat (hipermetropia).
- Teleskop dan Mikroskop: Untuk pengamatan benda jauh dan kecil.
- Peralatan Kamera: Untuk membentuk gambar pada sensor atau film.
- Fiber Optik: Memanfaatkan prinsip pemantulan dalam total untuk transmisi cahaya.
Optik geometris adalah fondasi penting dalam banyak aplikasi teknologi modern, terutama yang melibatkan desain dan manipulasi sinar cahaya.
