Cahaya dan Optik

Bab ini bertanya jenis kanta yang digunakan untuk membetulkan rabun dekat dan rabun jauh, dan faktor selain ketebalan yang mempengaruhi panjang fokus kanta m/s 200.

7.1 Pembentukan Imej oleh Kanta

Kanta merupakan medium lut sinar seperti kaca yang mempunyai satu atau dua permukaan melengkung, dan kanta dibahagikan kepada kanta cembung dan kanta cekung m/s 202. Sinar cahaya menumpu selepas melalui kanta cembung dan mencapah selepas melalui kanta cekung m/s 202. Oleh itu, kanta cembung dikenali sebagai kanta penumpu dan kanta cekung dikenali sebagai kanta pencapah m/s 202.

Bagi kanta cembung, titik fokus, F, ialah tempat sinar cahaya yang selari dengan paksi utama menumpu selepas melalui kanta m/s 203. Bagi kanta cekung, sinar yang mencapah diekstrapolasikan ke belakang, dan titik persilangannya ialah titik fokus m/s 203. Aktiviti 7.1 menggunakan Kit Sinar Optik untuk menunjukkan sifat ini dan lebih sesuai dilakukan dalam keadaan yang gelap m/s 203. Tiga sinar cahaya selari dari kotak sinar ditujukan ke arah kanta, dan titik persilangannya ditandakan sebagai titik fokus m/s 204.

Pusat optik, O, ialah titik pada pusat kanta, dan sinar cahaya yang melaluinya tidak terbias m/s 205. Paksi utama melalui pusat optik dan titik fokus, manakala paksi kanta menerusi pusat optik dan berserenjang dengan paksi utama m/s 205. Panjang fokus, f, ialah jarak antara titik fokus dengan pusat optik, jarak objek, u, ialah jarak antara objek dengan pusat optik, dan jarak imej, v, ialah jarak antara imej dengan pusat optik m/s 205.

Dalam Aktiviti 7.2, kanta cembung dihalakan ke suatu objek jauh di luar tingkap kerana sinar cahaya dari objek jauh adalah selari m/s 206. Skrin putih dilaraskan sehingga imej yang tajam terbentuk, dan jarak antara pusat kanta dengan skrin ialah panjang fokus m/s 206. Kedudukan dan ciri-ciri imej juga dapat ditentukan melalui gambar rajah sinar dengan dua sinar cahaya utama m/s 206.

Bagi kanta cembung, sinar cahaya yang selari dengan paksi utama terbias dan melalui titik fokus m/s 207. Bagi kanta cekung, sinar cahaya yang selari dengan paksi utama terbias dan seolah-olah dari titik fokus m/s 207. Bagi kedua-dua kanta, sinar cahaya yang menuju ke pusat optik bergerak pada garis lurus tanpa terbias m/s 207.

Bagi kanta cembung, objek lebih jauh dari 2F menghasilkan imej nyata, songsang dan dikecilkan di antara F dengan 2F m/s 208. Objek pada 2F menghasilkan imej nyata dan songsang di 2F yang sama saiz dengan objek m/s 208. Objek di antara F dengan 2F menghasilkan imej nyata, songsang dan dibesarkan yang lebih jauh dari 2F m/s 208. Objek pada F menghasilkan imej di infiniti, dan objek di antara F dengan pusat optik menghasilkan imej maya, tegak dan dibesarkan, iaitu cara kanta pembesar digunakan m/s 208. Bagi kanta cekung, imej bagi mana-mana jarak objek adalah maya, tegak, dikecilkan dan berada di antara objek dengan kanta cekung m/s 209.

7.2 Peralatan Optik

Kegunaan peralatan optik dihubungkaitkan dengan jenis imej, iaitu nyata atau maya, dan saiz imej yang dibentuk oleh kanta m/s 210. Dalam mikroskop, kanta objek membentuk imej nyata, songsang dan dibesarkan bagi objek di antara F dengan 2F m/s 210. Kanta mata pula bertindak pada objek di antara F dengan pusat optik untuk membentuk imej maya, tegak dan dibesarkan m/s 210. Kuasa pembesaran mikroskop sama dengan kuasa pembesaran kanta objek didarab dengan kuasa pembesaran kanta mata m/s 211. Kanta objek 40 kali dan kanta mata 4 kali menghasilkan kuasa pembesaran 160 kali m/s 211.

Dalam teleskop, kanta objek membentuk imej nyata, songsang dan dikecilkan di F bagi objek di infiniti m/s 212. Kanta mata, dengan imej ini pada F, membentuk imej akhir maya, tegak dan dibesarkan di infiniti m/s 212. Pada pelarasan normal, jarak di antara kanta objek dan kanta mata ialah fₒ + fₑ supaya imej dilihat dalam keadaan yang lebih selesa m/s 212. Dalam Aktiviti 7.3, model teleskop ringkas dibina dalam silinder kertas berongga dengan kanta cembung fₒ ≥ 10 cm dan kanta cembung fₑ ≤ 2 cm m/s 213.

Kanta dalam telefon pintar dan televisyen litar tertutup (CCTV) hanya setebal beberapa milimeter, dan kanta rata boleh setebal beberapa mikron sahaja, dengan 1 mikron = 0.001 mm m/s 214. Dalam kamera DSLR, semakin pendek panjang fokus kanta, semakin luas medan penglihatan m/s 214. Aktiviti 7.4 mengkaji penggunaan kanta dalam kamera, telefon pintar, projektor LCD, cermin mata, kanta pembesar dan CCTV m/s 215. Kanta air dapat berfungsi sebagai kanta pembesar m/s 215.