FISIKA RADIOLOGI - OPTIK GEOMETRI

OPTIK GEOMETRI

Pemantulan Cahaya:

n  Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik

n  Melihat benda è pemantulan cahaya oleh benda  dan pantulannya mengenai mata

1.      Isaac Newton (1642-1727) :

•         Mengenai teori emisi

•         Cahaya terdiri dari bagian masa yang sangat kecil yang dipancarkan oleh sumber cahaya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar

2.      Chritian Huygens (1629-1695) :

•         Teori modulasi/ teori gelombang.

•         Cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi/ merupakan gelombang, perbedaannya hanya terletak pada frekwensi dan panjang gelombangnya.

•         Cahaya merambat dengan perantaraan gelombang-gelombang cahaya.

3.      Thomas Young (1778-1829) dan Augustin Fresnel (1788-1827)

•         Cahaya dapat melentur dan berinterferensi

•         Hal ini tidak dapat diterangkan dengan teori emisi Newton

4.      Jean Leon Foucault (1831-1879)

•         Kecepatan merambat cahaya dalam zat cair lebih kecil dari pada kecepatan rambat cahaya dalam udara

•         Bertentangan dengan teori emisi Newton

5.      James Clerk Maxwell (1831-1879)

•         Cepat rambat cahaya sama dengan cepat rambat gelombang-gelombang elektromagnetik

•         Kesimpulanè cahaya adalah gelombang elektromagnetik

6.      Pieter Zeeman (1852-1943)

•         Pengaruh magnet yang kuat terhadap berkas cahaya

7.      Johannes Stark (1874-1957)

•         Medan listrik yang sangat kuat pun berpengaruh terhadap berkas cahaya

8.      Max KarlErust Luding Plank (1858-1947) :

•         Cahaya adalah paket-paket kecil yang disebut kwanta

•         Paket-paket energi dari cahaya disebut photon

•         Teori kuantum cahaya

9.      Albert Einstein (1879-1955)

•         Gejala fotolistrik, è pemancaran elektron-elektron oleh suatu zat tertentu karena disinar. Cahaya memiliki sifat sebagai partikel dan gelombang elektromagnetik (dualisme)

•         Sifat gelombang atau materi pada cahaya tergantung pada cara mengamatinya

10.  Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894)

·         Gelombang elektromagnetik itu adalah gelombang transversal, sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi

Pemantulan Baur dan Teratur

·         Jika cahaya datang pada permukaan pemantul yang tidak rata maka akan terjadi pemantulan baur atau pemantulan difus

·         Jika pada permukaan rata dan halus maka  terjadi pemantulan teratur

Hukum Pemantulan Huggen

·         Sinar datang, sinar pantul dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada bidang datar.

Sudut datang = sudut pantul

Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar

·         Maya

·         Sama besar dengan bendanya (perbesaran = 1)

·         Tegak dan  berlawanan arah

·         Jarak benda ke cermin = jarak bayangan ke cermin

Bayangan :

·         Bayangan nyata adalah bayangan yang dapat langsung dilihat pada alat optik tetapi dapat ditangkap oleh layar dan terjadi karena pertemuan langsung sinar-sinar cahaya (bukan perpanjangan)

·         Bayangan maya adalah bayangan yang tidak dapat langsung dilihat pada alat optik dan tidak dapat ditangkap oleh layar dan terjadi karena perpanjangan sina-sinar cahaya

Bayangan :

Panjang minimum

·         Cermin datar yang diperlukan agar kita dapat melihat seluruh badan kita adalah setengah dari tubuh kita

·         Medan penglihatan adalah ruang dibelakang cermin yang dapat dilihat oleh mata. Medan penglihatan paling luas jika kedudukan mata tepat pada garis sumbu cermin

·         Jumlah bayangan yang dibentuk oleh n cermin datar bersudut α adalah :

·         N = (360⁰/ α)-1

Pemantulan cahaya oleh cermin

·         Cermin Cekung (Konkaf)

·         Cermin Cembung (konvex)

1.      Cermin Cekung (Konkaf)

·         Mengumpulkan sinar

·         Pantulan terjadi di bagian dalam cermin

·         R dan f adalah positif (f = ½ R)

Hubungan s, s’ dan f

• 1/s +1/s’ = 1/f = 2/R
• Bila benda nyata tandanya positif (+)
• Bila benda maya tandanya negatif (-)
• Bila bayangan nyata tandanya positif (+)
• Bila bayangan maya tandanya negatif (-)
• Pembesaran bayangan M = |h’/h| = |s’/s|

Sinar Istimewa

• Sinar sejajar sumbu utama dipantulkan oleh cermin melalui titik fokus (f)
• Sinar melalui titik fokus dipantulkan oleh cermin sejajar sumbu utama
•  Sinar melalui titik pusat lengkung dipantulkan kembali oleh cermin melalui titik yang sama

Pembagian Daerah

• Terdiri dari 4 daerah
• S = Jarak benda ke cermin
• S’ = Jarak bayangan ke cermin
• .f = Jarak fokus ke cermin
• R = Jari jari lengkung cermin

Benda di Daerah III

• Nyata
• Terbalik
• Diperkecil

Benda di Daerah II

• Nyata
• Terbalik
• Diperbesar

Benda di Daerah I

•         Maya

•          Tegak

•          Diperbesar

Benda di Daerah IV

·         Nyata

·         Tegak

·         Diperkecil

Benda di C

·         Nyata

·         Terbalik

·         Sama besar

            Daerah Titik Fokus (f)

·         Tak hingga

·         Garis sejajar

2.      Cermin Cembung (Konvex)

·         Menyebarkan sinar

·         Pantulan terjadi di bagian luar cermin

·         R dan f adalah negatif

Daerah I

·         Maya

·         Tegak

·         Diperkecil

Daerah II

·         Nyata

·         Tegak

·         Diperbesar

Daerah III

n  Maya

n  Tegak

n  Diperkecil

Daerah Titik Fokus

·         Maya

·         Tak hingga

Pembiasan Cahaya :

·         Perubahan arah rambat atau pembelokan pada saat cahaya melewati 2 medium yang berbeda

·         Pembiasan cahaya terjadi karena perbedaan kecepatan merambat

Hukum Snellius Pembiasan

·         Sin i/Sin r = c/v = n

·         Sin i/Sin r = n₂/n₁ = v₁/v₂

·         n₁Sin i = n₂ Sin r

·         c  = Kec cahaya di ruang hampa

·         v  =  Kec cahaya di medium

·         n  =  Indeks bias medium

Lanjutan....

·         Sinar datang, sinar bias dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar

·         Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal dan sebaliknya

Catatan:

·         Frekuensi cahaya tidak berubah ketika cahaya melewati dua medium yang berbeda indeks biasnya

Indeks Bias Mutlak

·         Kemampuan medium membelokkan cahaya yang berasal dari ruang vakum/udara

·         Semakin besar indeks biasnya maka semakin besar cahaya akan dibelokkan mendekati garis normal

·          n>1, i>r

Indeks Bias Relatif :

·         Perbandingan antara indeks bias medium 1 dengan medium 2

·         n₂₁ disebut sebagai indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

.n<1 atau n>1, i<r

Pembiasan Pada Kaca Plan Pararel

·         Sin i/Sin r = Sin r’/Sin r = i = r’

·         X = d[Sin (i-r)/Cos r]

Prisma

·         Benda bening yang dibatasi oleh bidang datar yang membentuk sudut satu sama lain

·         Sinar melewati prisma maka sinar mengalami perubahan arah

Pembiasan Cahaya Pada Prisma

·         Sudut deviasi (δ) adalah sudut apit yang dibentuk oleh perpanjangan sinar datang mula-mula dengan sinar bias akhir dalam prisma

·         β = r₁ + i₂

·         èδ= (i₁ + r₂ ) – β

·         Sudut deviasi minimum (δ_m) tercapai jika i₁ = r₂

·         δ_m= (i₁ + r₂ ) - β è δ_m = 2i - β

·          è i₁ =½(δ_m + β)

·         r₁ = ½β

·         Untuk sudut pembias yang kecil (β<15°) maka nilai sinus mendekati nilai sudutnya

·         δ_m = (n-1)β

Pemantulan Sempurna

·         Jika  i (sudut datang) kecil maka semua sinar datang akan dipantulkan

·         Sudut datang semakin besar maka semakin banyak sinar datang yang dipantulkan oleh bidang batas

·         Sudut bias mencapai 90° seluruh sinar akan dipantulkan oleh bidang batas sehingga terjadi pemantulan sempurna

·         Sudut kritis/sudut batas adalah sudut dimana sudut bias mencapai  90°

·         Pemantulan sempurna terjadi jika sinar berasal dari medium dengan indeks bias lebih tinggi

·         Sin i_k = 1/n_m

·         i_k  =  Sudut kritis

·         n_m =  Indeks bias medium

Pembiasan Cahaya Pada Lensa Tipis

·         Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan melengkung

Hubungan f, R dan n

·         1/s + 1/s’ = 1/f = [(n₂/n₁)-1][1/R₁-1/R₂]

·         R₁  =  Jari-jari lensa searah sinar datang

·         R₂  =  Jari-jari lensa searah sinar bias

·         catatan:

·         Jika s sepihak dengan sinar datang diberi tanda positif

·         Jika s’ sepihak dengan sinar bias diberi tanda positif

Jika R sepihak dengan sinar datang diberi tanda

              Jenis-Jenis Lensa :

             

Lensa Konkaf :          

Pembesaran Bayangan

• M =|h’/h| = |S/S’|
• Kuat lensa èP = 1/f
• Lensa Gabungan
• P_gab = P₁ +P₂……dst
•          = 1/f₁ + 1/f₂

Alat Alat Optik

·         Mata

·         Loupe

·         Mikroskop

Mata

·                        Alat optik yang daya penglihatnya sangat terbatas

·                        Perlu alat bantu sesuai keperluan

Mata Melihat Jelas

·                        Berakomodasi è Melihat jelas dengan menyesuaikan bentuk lensa mata

·                        Tidak berakomodasi è Melihat dengan jelas tanpa mengubah bentuk lensa mata

Mata Normal

·                        Titik dekat mata terletak 25 cm è benda berada 25 cm dari lensa mata

·                        Benda kurang dari 25 cm èberakomodasi sekuat kuatnya

·                        Benda jauh tidak berhingga ètidak berakomodasi

Mata Lihat Dekat (Miop)

·                        Titik dekat mata lebih kecil dari 25 cm

·                        Lensa mata kurang cekung

·                        Membantu mata miop harus dengan lensa cekung (negatif)

Mata Lihat Jauh (Presbiop)

·                        Titik dekat mata lebih besar dari 25 cm

·                        Lensa mata kurang cembung

·                        Membantu mata miop harus dengan lensa cembung (positif)