Nota Sains Bab 7 Tingkatan 5: CAHAYA DAN OPTIK
RINGKASAN
Ringkasan Komprehensif (Nota Sains Bab 7 Tingkatan 5: CAHAYA DAN OPTIK)
Bab ini membincangkan konsep asas cahaya dan optik, dengan tumpuan khusus kepada pembentukan imej oleh kanta. Kanta ialah medium lut sinar, seperti kaca, yang mempunyai sekurang-kurangnya satu permukaan melengkung. Kanta terbahagi kepada dua jenis utama: kanta cembung dan kanta cekung.
Kanta cembung, yang juga dikenali sebagai kanta penumpu, berfungsi menumpukan sinar cahaya selari yang melaluinya ke satu titik yang dikenali sebagai titik fokus. Sebaliknya, kanta cekung, yang dikenali sebagai kanta pencapah, menyebabkan sinar cahaya selari yang melaluinya mencapah seolah-olah berasal dari satu titik fokus. Terdapat pelbagai bentuk bagi kedua-dua jenis kanta, seperti dwicembung, planocembung, dan meniskus cembung untuk kanta cembung, serta dwicekung, planocekung, dan meniskus cekung untuk kanta cekung.
Pembentukan imej oleh kanta cembung bergantung sepenuhnya pada kedudukan objek. Ciri-ciri imej yang terhasil (nyata atau maya, songsang atau tegak, dibesarkan, dikecilkan, atau sama saiz) berubah mengikut jarak objek dari pusat optik. Sebagai contoh, apabila objek diletakkan di antara titik fokus (F) dan pusat optik, kanta cembung bertindak sebagai kanta pembesar, menghasilkan imej yang maya, tegak, dan dibesarkan.
Prinsip-prinsip ini diaplikasikan secara meluas dalam pelbagai peralatan optik untuk membantu dan mengatasi had keupayaan deria penglihatan manusia. Antara peralatan yang dibincangkan ialah:
• Mikroskop: Menggunakan dua kanta cembung, iaitu kanta objek dan kanta mata. Kuasa pembesarannya dikira dengan mendarabkan kuasa pembesaran kanta objek dengan kuasa pembesaran kanta mata. Imej akhir yang terbentuk adalah maya, songsang, dan dibesarkan.
• Teleskop: Juga menggunakan kanta objek dan kanta mata. Pada pelarasan normal, jarak antara kedua-dua kanta ialah hasil tambah panjang fokusnya (ƒo + ƒe). Imej akhir yang terbentuk adalah maya, songsang, dan dibesarkan, terletak di infiniti untuk keselesaan pemerhatian.
• Kamera DSLR: Panjang fokus kanta yang digunakan mempengaruhi medan penglihatan. Kanta dengan panjang fokus yang lebih pendek akan menghasilkan medan penglihatan yang lebih luas.
Teknologi moden telah memajukan penggunaan kanta. Telefon pintar kini dilengkapi dengan pelbagai kamera untuk fungsi yang berbeza, dan kanta yang digunakan semakin nipis. Malah, sebarang bahan lut sinar seperti air boleh dijadikan kanta, yang dikenali sebagai konsep kanta air. Perkembangan terkini dalam bidang optik juga telah berjaya menghasilkan kanta rata (flat lens) yang hanya setebal beberapa mikron, membuka potensi untuk peranti yang lebih nipis dan ringan.
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)
1. Soalan: Berdasarkan konteks yang diberikan, mengapakah telefon pintar moden sering kali dilengkapi dengan lebih daripada satu kamera? Jawapan: Telefon pintar moden mempunyai beberapa kamera untuk membolehkan pengguna mengambil gambar dengan ciri yang berbeza, sama seperti penggunaan kanta yang berbeza pada kamera DSLR. Setiap kamera mungkin mempunyai panjang fokus yang berbeza. Sebagai contoh, satu kamera dengan panjang fokus pendek boleh digunakan untuk medan penglihatan yang luas (gambar landskap), manakala kamera lain dengan panjang fokus yang lebih panjang boleh digunakan untuk zum optik bagi objek yang jauh tanpa mengurangkan kualiti imej.
2. Soalan: Seorang jurugambar ingin mengambil gambar sebuah taman permainan yang luas dari jarak 15 meter. Beliau mempunyai dua pilihan kanta: satu dengan panjang fokus 24 mm dan satu lagi dengan panjang fokus 70 mm. Kanta manakah yang lebih sesuai untuk menangkap keseluruhan taman permainan dalam satu gambar? Terangkan jawapan anda. Jawapan: Kanta yang lebih sesuai ialah kanta dengan panjang fokus 24 mm. Berdasarkan sumber, semakin pendek panjang fokus kanta, semakin luas medan penglihatan. Dengan menggunakan kanta 24 mm, jurugambar tersebut akan dapat menangkap kawasan yang lebih luas dan merangkumi keseluruhan taman permainan dari jarak 15 meter, berbanding dengan kanta 70 mm yang akan memberikan medan penglihatan yang lebih sempit.
3. Soalan: Sebuah kumpulan pelajar ingin membina sebuah teleskop ringkas yang kuat untuk melihat objek di angkasa. Apakah kriteria pemilihan kanta objek dan kanta mata yang perlu mereka pertimbangkan untuk menghasilkan imej yang paling jelas dan terang? Jawapan: Berdasarkan aktiviti membina model teleskop, pelajar perlu memilih kanta cembung untuk kedua-dua kanta objek dan kanta mata. Untuk menghasilkan teleskop yang kuat, kanta objek harus mempunyai panjang fokus yang panjang (contohnya, ƒo ≥ 10 cm), manakala kanta mata harus mempunyai panjang fokus yang pendek (contohnya, ƒe ≤ 2 cm). Gabungan ini akan menghasilkan pembesaran yang tinggi.
4. Soalan: Semasa berjalan di taman selepas hujan, anda ternampak setitis air di atas sehelai daun. Apabila anda melihat urat daun melalui titisan air itu, urat tersebut kelihatan lebih besar. Terangkan fenomena ini menggunakan konsep yang dibincangkan dalam bahan sumber. Jawapan: Fenomena ini berlaku kerana titisan air tersebut berfungsi sebagai kanta cembung. Sumber menyatakan bahawa sebarang bahan lut sinar, termasuk air, boleh digunakan untuk membina kanta (konsep kanta air). Permukaan melengkung titisan air menyebabkan ia menumpukan cahaya, sama seperti kanta cembung. Apabila urat daun (objek) berada dalam jarak fokus titisan air, ia bertindak seperti kanta pembesar, menghasilkan imej maya, tegak, dan dibesarkan.
5. Soalan: Teknologi optik kini telah berjaya mencipta “kanta rata” yang hanya setebal beberapa mikron. Jika kanta ini digunakan dalam pembuatan telefon pintar, apakah kesan utamanya terhadap reka bentuk dan saiz peranti tersebut? Jawapan: Kesan utama penggunaan kanta rata terhadap telefon pintar ialah ia akan membolehkan peranti tersebut direka bentuk menjadi lebih nipis dan ringan. Sumber menyatakan bahawa perkembangan teknologi telah menjadikan kanta dalam telefon pintar setebal beberapa milimeter sahaja, dan kanta rata adalah jauh lebih nipis (beberapa mikron). Ini akan mengurangkan ketebalan modul kamera, yang sering menjadi komponen paling tebal, sekali gus membolehkan keseluruhan badan telefon pintar menjadi lebih nipis.
KOLEKSI LATIHAN
| LATIHAN | SKEMA |
GLOSARI
| Istilah | Penerangan |
| Kanta | Medium lut sinar seperti kaca yang mempunyai satu atau dua permukaan melengkung. |
| Kanta Cembung | Kanta yang menumpukan sinar cahaya. Juga dikenali sebagai kanta penumpu. Boleh berbentuk dwicembung, planocembung, atau meniskus cembung. |
| Kanta Cekung | Kanta yang mencapahkan sinar cahaya. Juga dikenali sebagai kanta pencapah. Boleh berbentuk dwicekung, planocekung, atau meniskus cekung. |
| Pusat Optik (O) | Titik pada pusat kanta. Sinar cahaya yang melalui pusat optik tidak terbias. |
| Paksi Utama | Garis lurus yang melalui pusat optik sesuatu kanta dan titik fokus, F. |
| Paksi Kanta | Garis lurus yang menerusi pusat optik dan berserenjang dengan paksi utama. |
| Titik Fokus (F) | Bagi kanta cembung, ia adalah titik pada paksi utama tempat penumpuan sinar cahaya. Bagi kanta cekung, ia adalah titik pada paksi utama di mana sinar cahaya seolah-olah mencapah darinya. |
| Panjang Fokus (ƒ) | Jarak antara titik fokus (F) dengan pusat optik (O). |
| Jarak Objek (u) | Jarak antara objek dengan pusat optik. |
| Jarak Imej (v) | Jarak antara imej dengan pusat optik. |
| Imej Nyata | Imej yang boleh terbentuk pada skrin. Dihasilkan apabila sinar cahaya yang terbias menumpu pada satu titik. |
| Imej Maya | Imej yang tidak boleh terbentuk pada skrin. Dihasilkan apabila sinar cahaya yang terbias kelihatan mencapah dari satu titik. |
| Kanta Objek | Kanta dalam mikroskop atau teleskop yang paling dekat dengan objek. |
| Kanta Mata | Kanta dalam mikroskop atau teleskop yang paling dekat dengan mata pemerhati. |
| Pelarasan Normal | Keadaan pada teleskop di mana jarak antara kanta objek dan kanta mata adalah hasil tambah panjang fokus kedua-dua kanta (ƒo + ƒe). |