Instrumen optik – masalah dan penyelesaian

Instrumen optik – masalah dan penyelesaian

Cermin cekung

1. Sebuah objek setinggi-h diletakkan pada jarak yang lebih kecil daripada panjang fokus f. Tentukan sifat-sifat imej tersebut.

Penyelesaian

Menurut rajah di atas, sifat-sifat imej adalah maya, tegak dan lebih besar daripada objek.

2. Jika suatu objek diletakkan di tengah antara titik fokus dan cermin cekung, imej yang terbentuk oleh cermin itu ialah:

1. Lebih besar 2 kali ganda daripada objek

2. Tegak

3. Jarak imej = panjang fokus

4. Maya

Pernyataan yang betul ialah…..

Penyelesaian:

Panjang fokus (f) = 20 cm dan jarak objek (d _o ) = 10 cm, seperti rajah di bawah:

a) Jarak imej

1/f = 1/d _o + 1/d _i

1/20 = 1/10 + 1/h _i

1/20 – 1/10 = 1/h _i

1/20 – 2/20 = 1/h _i

-1/20 = 1/h _i

d _i = -20 cm

Tanda tolak menunjukkan bahawa imej adalah maya atau sinar tidak melalui titik tersebut.

b) Pembesaran imej

M = -d _i / d _o = -(-20)/10 = 20/10 = 2 kali ganda

Tanda tambah menunjukkan bahawa imej itu tegak dan imej itu lebih besar 2 kali ganda daripada objek.

Sifat imej

1. Imej 2 kali lebih besar daripada objek

2. Tegak

3. Jarak imej = panjang fokus = 20 cm

4. Maya

Cermin cembung

3. Jarak suatu objek ialah 2 meter di hadapan cermin cembung dan tinggi imej ialah 1/16 kali ganda tinggi objek. Berapakah panjang fokus cermin itu?

Diketahui:

Jarak objek (d _o ) = 2 meter

Pembesaran imej (M) = 1/16 kali ganda

Dikehendaki: panjang fokus cermin cembung

Penyelesaian:

Jarak imej:

Jarak imej ialah – 1/8 meter. Tanda tolak menunjukkan bahawa imej itu maya.

Panjang fokus (f):

Tanda tolak menunjukkan bahawa panjang fokus adalah maya.

4. Tentukan sifat-sifat imej h-tinggi, yang terletak di hadapan cermin cembung.

Penyelesaian

Menurut rajah, sifat-sifat imej adalah maya, tegak dan lebih kecil daripada objek.

Kaca pembesar

7. Kanta berpanjangan fokus 5 m yang digunakan sebagai kanta pembesar. Kanta yang digunakan oleh mata normal apabila mata difokuskan pada titik dekatnya. Apakah pembesaran sudut kanta pembesar itu?

Diketahui:

Panjang fokus (f) = 5 cm

Titik berhampiran mata normal (N) = 25 cm

Dikehendaki: Pembesaran sudut

Penyelesaian:

Jika mata difokuskan pada titik dekatnya, jarak imej = titik dekat mata normal. Persamaan pembesaran sudut:

M = Pembesaran sudut, N = titik berhampiran mata normal, f = panjang fokus kanta pembesar

Pembesaran sudut apabila mata difokuskan pada titik dekatnya:

Mata rabun dekat dan mata rabun jauh

8. Seseorang yang mempunyai mata rabun dekat menggunakan cermin mata +2 Diopter . Berapakah jarak terdekat yang boleh dilihat oleh seseorang tanpa cermin mata.

Diketahui:

Kuasa kanta (P) = +2 diopter

Dikehendaki : Jarak terdekat

Penyelesaian:

Kanta menumpu atau kanta mencapah?

Kuasa kanta adalah positif kerana kanta yang digunakan ialah kanta positif atau kanta menumpu.

Berapakah panjang fokus kanta tersebut?

P = 1/f

2 = 1/f

f = 1/2 = 0.5 m = 50 cm

Panjang fokus ialah 50 cm.

Mata rabun dekat dan mata rabun jauh?

Mata rabun dekat kerana kanta yang digunakan adalah kanta positif.

Berapakah jarak terdekat yang dapat dilihat oleh seseorang tanpa cermin mata?

Agar mata dapat melihat objek pada jarak 25 cm seperti mata biasa, kanta hendaklah membentuk imej pada jarak x cm di hadapan kanta. Imej berada di hadapan kanta supaya imej tegak dan maya. Imej adalah maya supaya jarak bayang-bayang (s') adalah negatif.

-1/d _i = 1/f – 1/d _o

-1/d _i = 1/50 – 1/25 = 1/50-2/50 = -1/50

-d _i = -50/1 = -50 cm = -0.50 meter

d _i = 50 cm = 0.5 meter

Jarak terdekat yang dapat dilihat oleh seseorang tanpa cermin mata ialah 50 cm. Jarak terdekat yang dapat dilihat oleh mata biasa ialah 25 cm.

Cermin mata

9. Titik dekat seseorang yang mempunyai mata rabun jauh ialah 50 cm. Berapakah kuasa kanta yang digunakan oleh orang itu supaya ia boleh melihat objek pada jarak 25 cm?

Penyelesaian

Jarak berhampiran titik mata normal ialah 25 cm dan jarak berhampiran titik mata seseorang yang rabun jauh ialah 50 cm. Kanta yang digunakan oleh orang itu ialah kanta menumpu.

Agar objek yang diperhatikans berada 25 cm di hadapan mata, kanta hendaklah membentuk gambar pada jarak 50 cm di hadapan mata dan kanta. Image mesti berada di hadapan mata untuk dilihat supaya gambar adalah tegak dan maya.

Diketahui:

Jarak objek (d _o ) = 25 cm

Jarak imej (d _i ) = -50 cm (negatif kerana maya)

Dikehendaki : Panjang fokus (f) dan kuasa kanta (P)

Penyelesaian:

1/f = 1/s + 1/s'

1/f = 1/25 + 1/-50

1/f = 2/50 – 1/50

1/f = 1/50

f = 50/1 = 50 cm = 0.5 m

Tanda tambah menunjukkan bahawa kanta sedang menumpu.

P = 1/f = 1/0.5 = +2 Diopter

Kuasa kanta itu ialah +2 D.

Mikroskop

10. Sebuah mikroskop mempunyai kanta objektif dan kanta okular dengan panjang fokus 0.9 cm dan 5 cm. Seseorang meletakkan objek 10 mm di hadapan kanta objektif untuk diperhatikan melalui kanta okular tanpa akomodasi. Jika objek tersebut mempunyai panjang 0.5 mm dan jarak bacaan normal orang itu ialah 25 cm, maka panjang objek tersebut akan dilihat sebagai...

Diketahui:

Panjang fokus kanta objektif (f _ob ) = 0.9 cm = 9 mm

Panjang fokus kanta okular (f _ok ) = 5 cm = 50 mm

Jarak objek dari kanta objektif (s _ob ) = 10 mm

Panjang objek (h _o ) = 0.5 mm

Titik berhampiran mata normal (N) = 25 cm = 250 mm

Dikehendaki: Panjang imej ( _t )

Penyelesaian:

Jarak imej dari kanta objektif

1/s _ob ' = 1/f _ob – 1/s _ob = 1/9 – 1/10 = 10/90 – 9/90 = 1/90

s _ob ' = 90/1 = 90 mm

Pembesaran penuh mikroskop apabila mata dalam keadaan relaks atau apabila imej berada pada infiniti, dikira menggunakan persamaan:

Panjang imej = panjang objek x jumlah pembesaran = (0.5 mm)(45) = 22.5 mm.

11. Panjang fokus kanta objektif mikroskop ialah 2.0 cm. Sebuah objek diletakkan pada jarak 2.2 cm. Panjang mikroskop ialah 24.5 cm. Mata dalam keadaan normal dan relaks. Berapakah pembesaran keseluruhan mikroskop itu.

Diketahui:

Panjang fokus kanta objektif (f _ob ) = 2.0 cm

Jarak objek dari kanta objektif (d _ob ) = 2.2 cm

Panjang mikroskop (l) = 24.5 cm

Titik berhampiran mata normal (N) = 25 cm

Mata terasa relaks.

Dikehendaki: Pembesaran penuh mikroskop (M)

Penyelesaian:

Mata berada dalam keadaan relaks apabila imej berada pada infiniti.

Pembesaran penuh mikroskop apabila mata dilonggarkan:

M = pembesaran keseluruhan

l = panjang mikroskop = jarak antara kanta objektif dan kanta okular = panjang fokus kanta okular + jarak imej dari kanta objektif (d _ob ') = f _ok + d _ob '

Jarak imej dari kanta objektif (d _ob '):

1/f _ob = 1/d _ob + 1/d _ob '

1/d _ob ' = 1/f _ob – 1/d _ob = 1/2 – 1 / 2.2 = 2.2 / 4.4 – 2 / 4.4 = 0.2 / 4.4

d _ob ' = 22

Jarak imej dari kanta objektif ialah 22 cm.

Panjang fokus kanta okular (f _ok ):

l = f _ok + s _ob '

f _ok = l – d _ob ' = 24.5 – 22 = 2.5 cm

Pembesaran keseluruhan mikroskop (M):

12. Titik dekat mata normal ialah 25 cm. Berapakah pembesaran mikroskop?

Diketahui:

Titik berhampiran mata normal (N) = 25 cm

Jarak objek (d _ob ) = 1.2 cm

Panjang fokus kanta objektif (f _ob ) = 1 cm

Panjang fokus kanta okular (f _ok ) = 5 cm

Jarak antara kanta objektif dan kanta okular = 10 cm

Dikehendaki: Pembesaran mikroskop

Penyelesaian:

Jika imej akhir berada pada infiniti maka mata berada pada tahap pengenduran (akomodasi minimum). Jika imej akhir berada pada titik dekat (25 cm), mata tidak mengendur tetapi terfokus pada titik dekat (akomodasi maksimum).

Persamaan pembesaran mikroskop apabila mata difokuskan pada titik dekat (akomodasi maksimum):

Jarak imej dari kanta objektif (d _ob '):

1/d _ob ' = 1/d _ob – 1/d _ob = 1/1 – 1 / 1.2 = 12/12 – 10/12 = 2/12

d _ob ' = 12/2 = 6 cm

Pembesaran imej:

Masalah dan penyelesaian mikroskop

Teleskop

Masalah dan penyelesaian teleskop 1

Masalah dan penyelesaian teleskop 2

1. Apakah prinsip asas di sebalik instrumen optik?
   • jawapanPrinsip asas di sebalik instrumen optik ialah manipulasi cahaya, terutamanya melalui pembiasan dan pantulan, untuk membentuk dan membesarkan imej, membantu kita memerhati objek dengan lebih baik atau mengukur sifat cahaya tertentu.
2. Bagaimanakah cermin mata pembetulan berfungsi untuk meningkatkan penglihatan?
   • jawapanCermin mata pembetulan mempunyai kanta yang mengimbangi kekurangan mata dalam memfokuskan cahaya. Untuk rabun dekat, kanta cekung menyebarkan sinaran cahaya, manakala untuk rabun jauh, kanta cembung menumpu sinaran cahaya, membolehkan mata memfokuskan imej pada retina dengan betul.
3. Mengapakah kanta pembesar menjadikan objek kelihatan lebih besar?
   • jawapanKanta pembesar ialah kanta cembung yang menghasilkan imej maya, diperbesarkan dan tegak bagi objek apabila objek diletakkan dalam jarak fokus kanta. Mata melihat imej yang diperbesarkan ini sebagai lebih besar daripada objek itu sendiri.
4. Bagaimanakah apertur kamera mempengaruhi kualiti imej?
   • jawapanApertur mengawal jumlah cahaya yang memasuki kamera. Apertur yang lebih besar membenarkan lebih banyak cahaya, yang boleh menghasilkan gambar cahaya malap yang lebih baik. Walau bagaimanapun, apertur yang lebih besar juga mengurangkan kedalaman medan, bermakna bahagian imej yang lebih kecil akan berada dalam fokus. Sebaliknya, apertur yang lebih kecil meningkatkan kedalaman medan tetapi mungkin memerlukan masa pendedahan yang lebih lama atau tetapan kepekaan yang lebih tinggi.
5. Mengapakah teropong sering mempunyai nombor seperti “10×50” yang tertulis padanya?
   • jawapanDalam teropong “10×50”, “10x” bermaksud objek akan kelihatan 10 kali lebih dekat berbanding dengan mata kasar. “50” merujuk kepada diameter kanta objektif dalam milimeter. Kanta objektif yang lebih besar boleh mengumpul lebih banyak cahaya, menjadikan imej lebih cerah, terutamanya berguna dalam keadaan cahaya malap.
6. Bagaimanakah teleskop mengumpul lebih banyak cahaya daripada mata manusia, dan mengapakah ini penting untuk memerhati bintang yang jauh?
   • jawapanTeleskop mempunyai kanta objektif (atau cermin) yang jauh lebih besar daripada mata manusia, membolehkannya mengumpul dan menumpukan lebih banyak cahaya. Keupayaan pengumpulan cahaya yang meningkat ini adalah penting untuk memerhati objek cakerawala yang jauh dan samar yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar.
7. Apakah perbezaan antara teleskop pembiasan dan teleskop pantulan?
   • jawapanTeleskop pembiasan (atau refraktor) menggunakan kanta untuk membengkokkan dan memfokuskan cahaya, manakala teleskop pantulan (atau reflektor) menggunakan cermin. Refraktor sering mengalami aberasi kromatik, yang boleh menyebabkan pinggiran berwarna di sekeliling objek. Reflektor mengelakkan masalah ini tetapi mungkin memerlukan penjajaran dan pelarasan yang lebih kerap.
8. Mengapakah mikroskop menggunakan pelbagai kanta?
   • jawapanMikroskop menggunakan gabungan kanta (objektif dan kanta mata) untuk mencapai pembesaran dan resolusi yang tinggi. Kanta objektif membesarkan spesimen, dan kemudian kanta mata membesarkan imej tersebut dengan lebih lanjut. Gabungan ini membolehkan pemerhatian terperinci terhadap struktur kecil.
9. Bagaimanakah gentian optik menghantar maklumat pada jarak yang jauh?
   • jawapanGentian optik menggunakan prinsip pantulan dalaman penuh. Isyarat cahaya (daripada laser) dimasukkan ke dalam gentian dan memantulkan dinding dalam gentian, bergerak pada jarak yang jauh dengan kehilangan keamatan yang minimum. Isyarat cahaya ini boleh membawa sejumlah besar data.
10. Apakah peranan prisma dalam spektrometer?

• jawapanDalam spektrometer, prisma menyebarkan cahaya yang masuk kepada warna komponennya (spektrum) berdasarkan panjang gelombang. Ini membolehkan analisis sumber cahaya untuk menentukan komposisi, keamatan dan sifat-sifatnya yang lain.