Cahaya dan Optik

Hukum Snell menyatakan n = sin i / sin r, dengan n ialah indeks biasan medium. Indeks biasan juga boleh ditulis n = c/v, iaitu nisbah laju cahaya dalam vakum kepada laju dalam medium.

• Pantulan dalam penuh berlaku apabila cahaya bergerak dari medium tumpat ke medium kurang tumpat dan sudut tuju melebihi sudut genting, dengan sin c = 1/n.
• Aplikasi: gentian optik, periskop prisma dan fatamorgana.

Kanta membentuk imej mengikut persamaan 1/f = 1/u + 1/v, dan pembesaran m = v/u.

• Kanta cembung (menumpu) membentuk imej nyata dan songsang apabila objek di luar titik fokus, tetapi imej maya dan tegak apabila objek di dalam fokus.
• Kanta cekung (mencapah) sentiasa membentuk imej maya, tegak dan diperkecil.

Kuasa kanta P = 1/f dalam unit dioptre, positif untuk cembung dan negatif untuk cekung.

Kedalaman ketara ialah kedalaman imej sesuatu objek di dalam medium yang kelihatan lebih cetek daripada kedalaman nyata, akibat pembiasan cahaya apabila cahaya keluar dari medium lebih tumpat ke udara.

• Indeks biasan boleh dihitung sebagai n = D/d, dengan D kedalaman nyata dan d kedalaman ketara. Inilah sebabnya kolam renang kelihatan lebih cetek daripada sebenarnya.
• Cermin cekung menumpukan cahaya. Mentol yang diletakkan di titik fokusnya menghasilkan alur cahaya selari, seperti dalam lampu suluh dan lampu hadapan kereta.
• Cermin cembung mencapahkan cahaya dan sentiasa membentuk imej maya, tegak dan diperkecil dengan medan penglihatan yang luas, sesuai untuk cermin sisi kenderaan dan cermin keselamatan di selekoh.

Alat optik menggabungkan dua kanta cembung:

• Teleskop astronomi — kanta objek mempunyai panjang fokus panjang (fₒ) dan kanta mata panjang fokus pendek (fₑ). Dalam pelarasan normal, jarak antara kanta ialah fₒ + fₑ, pembesaran M = fₒ/fₑ dan imej akhir terbentuk di infiniti.
• Mikroskop majmuk — kedua-dua kanta mempunyai panjang fokus pendek. Objek diletakkan sedikit di luar titik fokus kanta objek, dan kanta mata bertindak sebagai kanta pembesar. Jarak antara kanta lebih besar daripada fₒ + fₑ.

Konvensyen tanda dalam rumus kanta: jarak objek nyata u positif; jarak imej nyata positif dan imej maya negatif; panjang fokus kanta cembung positif dan kanta cekung negatif.

• Mengukur sudut dari permukaan — sudut tuju, sudut pantulan dan sudut biasan sentiasa diukur dari garis normal.
• Syarat pantulan dalam penuh — cahaya mesti bergerak dari medium lebih tumpat ke medium kurang tumpat, dan sudut tuju mesti melebihi sudut genting. Kedua-dua syarat perlu dinyatakan.
• Mengabaikan tanda negatif — nilai v negatif bermakna imej maya yang terbentuk di sebelah yang sama dengan objek.
• Kuasa kanta — f mesti ditukar kepada meter. Kanta cembung f = 20 cm mempunyai P = 1 ÷ 0.20 = +5 D.