Dalam permasalahan yang berkaitan dengan optika, terdapat empat jenis pendekatan yang dapat digunakan, yaitu optika geometri, optika gelombang, optika elektromagnetik, dan optika kuantum. Artikel ini akan fokus pada pembahasan mengenai pengertian optika geometri, prinsip-prinsip dasarnya, serta cakupan aplikasinya.
Baca Juga: Pengertian dan Contoh Gelombang Stasioner di Kehidupan
Pengertian Optika Geometri, Prinsip dan Cakupannya
Salah satu pendekatan yang dapat digunakan dalam optika adalah optika geometri. Optika geometri merupakan pendekatan yang mempelajari fenomena optik ketika panjang gelombang cahaya jauh lebih kecil daripada ukuran peralatan atau objek yang digunakan untuk mempelajarinya.
Pendekatan ini memungkinkan pemahaman tentang bagaimana cahaya bergerak dan berinteraksi dengan benda melalui jalur lurus, menggunakan konsep sinar cahaya. Selain itu, energi foto memiliki ukuran lebih rendah dari sensitivitas peralatan.
Dengan demikian, panjang gelombang dan karakteristik foton tidak akan dibahas dalam proses analisis sistem optika menggunakan pendekatan optika geometri parameter.
Prinsip yang menjadi dasar optika geometri adalah prinsip Fermat yaitu “Fermat’s principle of least time”. Dari prinsip ini akan melahirkan beberapa cakupan optika geometri antara lain pemantulan (reflection) dan pembiasan cahaya (refraction).
Pemantulan Cahaya
Seperti penjelasan sebelumnya, optika geometri mempelajari perambatan cahaya dalam bentuk sinar, salah satunya adalah fenomena pemantulan cahaya. Pemantulan cahaya terjadi ketika arah rambat cahaya berubah setelah mengenai permukaan pantul dan kembali ke medium asalnya.
Secara sederhana, pemantulan cahaya adalah proses di mana cahaya memantul kembali setelah mengenai permukaan suatu benda. Berdasarkan sifat bidang pantulnya, pemantulan cahaya terbagi menjadi dua jenis, yaitu pemantulan teratur dan pemantulan baur.
Fokus utama dari optika geometri adalah mempelajari pemantulan teratur yang terjadi pada cermin datar maupun cermin lengkung, seperti cermin cekung, cermin cembung, dan cermin parabola.
Hukum Pemantulan Cahaya
Hukum Snellius pada pemantulan cahaya berdasarkan pengertian optika geometri menyatakan bahwa sinar datang, sinar pantul, dan garis normal semuanya terletak pada satu bidang datar dan berpotongan di satu titik. Pada proses pemantulan cahaya, konsep penting yang harus kita pahami adalah bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul.
Ini berarti bahwa besar sudut antara sinar datang dan garis normal akan selalu sama dengan sudut antara sinar pantul dan garis normal.
1. Cermin Datar
Cermin datar memanfaatkan konsep hukum pemantulan cahaya, di mana sinar yang jatuh dengan sudut datang iii pada permukaan cermin akan dipantulkan dengan sudut pantul rrr yang besarnya sama dengan sudut datang.
Bayangan yang terbentuk pada cermin datar memiliki sifat-sifat sebagai berikut: bayangan bersifat maya (tidak dapat tertangkap layar), tegak (memiliki orientasi yang sama dengan benda), dan ukurannya sama besar dengan benda yang memantulkan cahaya.
2. Cermin Cekung
Tidak hanya pada terjadi pada cermin datar, pemantulan cahaya berdasarkan pengertian optika geometri juga terjadi pada cermin cekung. Cermin ini adalah cermin yang sisi depannya melengkung ke dalam. Sifat bayangan cermin bergantung pada letak benda di depan cermin.
Baca Juga: Contoh Penerapan Hukum Hooke Beserta Rumusnya
3. Cermin Cembung
Cermin cembung merupakan cermin lengkung yang sisi depannya melengkung ke luar. Pusat lengkungnya terletak di bagian belakang sehingga titik fokus juga di belakang dan jarak fokusnya bernilai negatif. Sifat bayangan cermin ini adalah maya, tegak dan diperkecil.
4. Cermin Parabola atau Ellipsoidal
Cermin parabola menggunakan konsep pemantulan cahaya dalam optika geometri untuk memusatkan energi cahaya ke satu titik fokus. Biasanya cermin berlapis dengan bahan reflektif seperti aluminium atau perak untuk meningkatkan kemampuan memantulkan cahaya.
Prinsip kerjanya adalah setiap sinar cahaya yang datang sejajar dengan sumbu utama cermin akan dipantulkan dan dipusatkan pada titik fokus. Pada cermin parabola, jumlah jarak dari kedua titik (r1 dan r2) pada permukaan elips selalu konstan, yang memungkinkan cahaya terkumpul secara efisien di titik fokus.
Pembiasan Cahaya
Cakupan kedua dalam pengertian optika geometri adalah pembiasan cahaya. Pembiasan cahaya terjadi ketika cahaya mengalami perubahan arah saat melewati medium yang memiliki perbedaan kerapatan optik.
Ketika cahaya melewati batas antara dua medium dengan kerapatan optik yang berbeda, seperti dari udara ke air atau kaca, cahaya akan berbelok dari jalur aslinya. Fenomena ini terjadi akibat perubahan kecepatan cahaya saat berpindah dari satu medium ke medium lainnya.
Hukum Pembiasan Cahaya
Hukum Snellius menjelaskan bahwa, sinar datang, sinar bias dan garis normal berada pada satu bidang datar. Apabila sinar datang dari medium renggang ke medium rapat, maka sinar akan berbelok mendekati garis normal. Akan tetapi, apabila sinar datang dari medium rapat ke medium renggang, maka sinar akan berbelok jauh dari garis normal.
1. Lensa Cembung
Lensa cembung adalah salah satu penerapan pembiasan cahaya yang menjadi pokok bahasan pengertian optika geometri karena di salah satu permukaannya berbentuk melengkung ke arah luar. Secara geometris, lensa ini adalah lensa yang memiliki ketebalan paling besar di bagian pusat. Sifat bayangan pada lensa ini tergantung pada letak benda di depan lensa.
2. Lensa Cekung
Lensa cekung merupakan lensa yang salah satu atau kedua permukaan berbentuk melengkung ke arah dalam, sehingga membentuk bagian tipis pada pusatnya. Sifat bayangan yang dihasilkan lensa ini tidak tergantung pada letak benda. Pada semua posisi, sifat yang dihasilkan selalu maya, tegak dan diperkecil.
Baca Juga: Sifat Bayangan Lensa Cembung dengan Sinar Istimewa
Pada intinya pengertian optika geometri adalah mempelajari tentang pemantulan dan pembiasan cahaya. Hukum yang digunakan dalam pemantulan dan pembiasan ini adalah hukum Hukum Snellius. Pemantulan cahaya terjadi pada cermin datar, cekung, cembung, dan parabola. Sedangkan pembiasan cahaya terjadi pada lensa cembung dan cekung. (R10/HR-Online)
