Optika geometrisDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Belum Diperiksa

Muka gelombang

Optika geometris atau optika sinar menjabarkan perambatan cahaya sebagai vektor yang

disebut sinar. Sinar adalah sebuah abstraksi atau "instrumen" yang digunakan untuk menentukan arah

perambatan cahaya. Sinar sebuah cahaya akan tegak lurus denganmuka gelombang cahaya tersebut, dan

ko-linear terhadap vektor gelombang.

Menurut prinsip Fermat, jarak yang ditempuh sebuah sinar antara dua buah titik, adalah jarak tempuh

terpendek dan tercepat.[1]Sebelumnya, pada tahun 60, Heron dari Alexandria, seorang matematikawan

berkebangsaan Yunani yang tinggal di salah satu propinsiRoma, Ptolemaic Egypt, menjelaskan

prinsip refleksi sinar cahaya dengan jarak tempuh terkecil dalam medium dengan

beberapacermin datar. Ibn al-Haytham, dalam bukunya Kitab al-Manazir atau Book of Optics pada tahun

1021 memperluas prinsip Heron untukrefleksi dan refraksi dan menetapkan versi pertama principle of least

time[2] dengan definisi sinar sebagai aliran partikel energi[3] yang merambat dengan kecepatan konstan[4][5]

[6] pada jarak tempuh yang lurus[4] dengan radiasi ke segala arah. Hanya satu sinar yang terlihat

yaitu sinar dengan radiasi tegak lurus terhadap arah pandang mata. Penyederhanaan principle of least

time ditulis oleh Pierre de Fermat pada suratnya ke Cureau de la Chambre tertanggal 1 Januari 1662,

segera mendapat sanggahan oleh Claude Clerselier, seorang ahli optika dan juru bicara ternama

golongan Cartesian pada bulan Mei 1662. Salah satu sanggahannya:

... Fermat's principle can not be the cause, for otherwise we would be attributing knowledge to nature: and

here, by nature, we understand only that order and lawfulness in the world, such as it is, which acts without

foreknowledge, without choice, but by a necessary determination.

Pada masa kini, definisi prinsip Fermat menambahkan jarak tempuh sinar yang stasioner.

Optika geometris menjelaskan sifat cahaya dengan pendekatan paraksial atau hampiran sudut kecil

dengan penjabaran matematis yang linear, sehingga komponen optik dan sistem kerja cahaya seperti

ukuran, posisi, pembesaran subyek yang dijelaskan menjadi lebih sederhana, diantaranya dengan teknik

optik Gaussian dan penelusuran sinar paraksial.[7] Cahaya didefinisikan sebagai partikel yang merambat,

yang disebut sinar. Ali Sina Balkhi (980–1037), juga mengatakan bahwa the perception of light is due to

the emission of some sort of particles by a luminous source.[8] Pierre Gassendi pada tahun 1660 membuat

proposal teori partikel cahaya. Isaac Newton mempelajari teori Gassendi dan teori plenum Descartes.

Pada tahun 1675, Newton dalam buku Hypothesis of Light membuat Corpuscular theory of Light yang

direvisi hingga tahun 1704 dalam bukunya Opticks, yang menerangkan

fenomena refleksi dan refraksi cahaya dengan asumsi cepat rambat yang lebih tinggi ketika cahaya

melalui medium yang padat tumpat karena daya tarik gravitasi yang lebih kuat. Teori ini mengilhami Pierre

Simon marquis de Laplacedengan hipotesa lobang hitam, sebuah benda yang sangat padat hingga cahaya

pun tidak dapat lepas dari padanya. Laplace menarik hipotesanya saat teori gelombang optik fisis

bermunculan. Essay Laplace kemudian dikembangkan oleh Stephen Hawking dan George F.R. Ellis dalam

buku The large scale structure of space-time.

[sunting]Refleksi

Diagram refleksi sinar cahaya spekular

Refleksi atau pantulan cahaya terbagi menjadi 2 tipe: specular reflection dan diffuse reflection. Specular

reflection menjelaskan perilaku pantulan sinarcahaya pada permukaan yang mengkilap dan rata,

seperti cermin yang memantulkan sinar cahaya ke arah yang dengan mudah dapat diduga. Kita dapat

melihat citra wajah dan badan kita di dalam cermin karena pantulan sinar cahaya yang baik dan teratur.

Menurut hukum refleksi untuk cermin datar, jarak subyek terhadap permukaan cermin berbanding lurus

dengan jarak citra di dalam cermin namun parity inverted, persepsi arah kiri dan kanan saling terbalik.

Arah sinar terpantul ditentukan oleh sudut yang dibuat oleh sinar cahaya insiden terhadap normal

permukaan, garis tegak lurus terhadap permukaan pada titik temu sinar insiden. Sinar insiden dan pantulan

berada pada satu bidang dengan masing-masing sudut yang sama besar terhadap normal. [9]

Citra yang dibuat dengan pantulan dari 2 (atau jumlah kelipatannya) cermin tidak parity inverted. Corner

retroreflector memantulkan sinar cahaya ke arah datangnya sinar insiden.[9]

Diffuse reflection menjelaskan pemantulan sinar cahaya pada permukaan yang tidak mengkilap

(Inggris:matte) seperti pada kertas atau batu. Pantulan sinardari permukaan semacam ini mempunyai

distribusi sinar terpantul yang bergantung pada struktur mikroskopik permukaan. Johann Heinrich

Lambert dalamPhotometria pada tahun 1760 dengan hukum kosinus Lambert (atau cosine emission

law atau Lambert's emission law) menjabarkan intensitas radian luminasi sinar terpantul yang

proposional dengan nilai kosinus sudut θ antara pengamat dan normal permukaan Lambertian dengan

persamaan:

 photons/(s·cm2·sr)

[sunting]Refraksi

Illustrasi hukum Snellius untuk n1 < n2, seperti pada antarmuka udara/air. θ1 dan θ2 adalah sudut kritis

biasdimana sinar merah merambat menurut prinsip Fermat dan membentuk jendela Snellius. Pada sudut yang

lebih besar terjadi total internal reflection sedangkan pada sudut yang lebih kecil, cahaya akan merambat

lurus.

Ketika gelombang elektromagnetik menyentuh permukaan medium dielektrik dari suatu sudut, leading

edge gelombang tersebut akan melambat sementara trailing edgenya tetap melaju normal.[10] Penurunan kecepatan leading edge disebabkan karena interaksi

denganelektron dalam medium tersebut.[11] Saat leading

edge menumbuk elektron, energi gelombang tersebut akan diserap dan kemudian diradiasi kembali.

Penyerapan dan re-radiasi ini menimbulkan keterlambatan sepanjang arah perambatan gelombang.

Kedua hal tersebut menyebabkan perubahan arah rambat gelombang yang disebut refraksi atau

pembiasan. Perubahan arah rambat gelombang cahaya dapat dihitung dari indeks

bias berdasarkan hukum Snellius:

dimana:

 dan   adalah sudut antara normal dengan masing-masing sinar bias dan sinar insiden

 dan   adalah indeks bias masing-masing medium

 dan   adalah kecepatan gelombang cahaya dalam masing-masing medium

Letak bayangan benda akibat proses refraksi pada lensa

Perhitungan letak bayangan pada lensa dan cermin akan mengikuti:

di mana

 adalah jarak objek/benda dari lensa/cermin

 adalah jarak bayangan benda dari lensa/cermin

 adalah jarak fokus = R/2.

Rumus perhitungan untuk perbesaran bayangan, M:

di mana tanda negatif menyatakan objek yang terbalik (objek yang berdiri

tegak memakai tanda positif).

Hukum Snellius juga disebut Hukum pembiasan atau Hukum

sinus dikemukakan oleh Willebrord Snellius pada tahun 1621 sebagai

rasio yang terjadi akibat prinsip Fermat. Pada tahun 1637,René

Descartes secara terpisah menggunakan heuristic momentum

conservation in terms of sines dalam tulisannya Discourse on

Method untuk menjelaskan hukum ini. Cahaya dikatakan mempunyai

kecepatan yang lebih tinggi pada medium yang lebih padat

karena cahaya adalah gelombang yang timbul akibat terusiknya plenum,

substansi kontinu yang membentuk alam semesta.