BAHAN AJAR PESERTA DIDIK (BAPD)
C. Pemantulan Cahaya
Pada waktu malam hari, kita tidak dapat melihat benda-benda yang ada di sekeliling kita. Namun, pada siang hari kita dapat melihat benda-benda yang ada di sekeliling kita. Berdasarkan kenyataan tersebut dapat dismpulkan bahwa kita dapat melihat jika ada cahaya yang masuk ke mata kita.
Kita akan dapat melihat suatu benda jika ada cahaya dari benda tersebut yang masuk ke mata kita. Hal ini menunjukkan bahwa setiap benda dapat memantulkan cahaya yang mengenainya. Bahkan, benda-benda yang tidak terkena cahaya secara langsung pun dapat kita lihat, seperti di bawah pohon, di kolong tempat tidur, atau di gua. Hal ini merupakan bukti bahwa cahaya mempunyai sifat dapat dipantulkan.
Gambar 3.5 Pemantulan dari permukaan air yang halus menghasilkan bayangan burung yang jelas.
216
Jika kita menjatuhkan seberkas sinar pada suatu cermin datar yang bersih, cermin tersebut tampak sangat terang (menyilaukan mata). Namun, jika kita menjatuhkan seberkas sinar pada tembok yang kasar, tembok tersebut tampak agak suram (tidak seterang cermin).
Gambar di atas merupakan hasil percobaan Snellius tentang pemantulan, yang dinyatakan dalam hukum pemantulan sebagai berikut.
1. Sinar datang , sinar pantul, dan garis normal (N) terletak pada suatu bidang datar dan ketiganya berpotongan pada satu titik
2. Sudut pantul (i) sama dengan sudut datang (r)
Berdasarkan jenisnya, pemantulan dibedakan menjadi dua jenis, yaitu: a) Pemantulan Teratur
Ketika berkas sinar-sinar sejajar ditujukan ke permukaan cermin datar, bagaimanakah berkas sinarr-sinar pantulnya? Berkas sinar-sinar sejajar yang mengenai cermin datar dipantulkan pada arah yang sejajar juga. Peristiwa ini
217
terjadi karena permukaan cermin datar halus atau rata. Karena sinar-sinar pantul sejajar maka banyak sinar-sinar pantul yang masuk ke mata pengamat. Permukaan cermin datar tampak bersinar terang. Pemantulan yang terjadi pada cermin datar ini disebut pemantulan teratur.
b) Pemantulan baur atau difus
Ketika berka-berkas sinar sejajar ditujukan ke permukaan tembok, bagaimanakah berkas sinar-sinar pantulnya? Pada tembok, permukaannya tdiak halus (kasar). Oleh karena itu, berkas-berkas sinar yang mengenai tembok terpantul tidak teratur. Pertistiwa pemantulan sepert ini disebut pemantulan baur atau pemantulan difus.
Gambar 3.7 Pemantulan teratur
218
Uraian di atas menunjukkan bahwa bayangan benda terbentuk karena pemantulan sinar secara teratur. Bayangan tidak terbentuk jika sinar-sinar dari benda dipantulkan baur. Contoh benda yang memantulkan sinar secara teratur (sempurna) adalah cermin. Menurut bentuknya, cermin dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu cermin datar, dan cermin lengkung.
1. Cermin datar
Pernahkah kamu memperhatikan bayangan kamu sendiri di depan cermin? Apa yang kamu dapat jelaskan tentang bayanganmu tersebut? Tentu saja bayangan kita pada cermin memiliki ukuran yang sama dengan tubuh kita. Selain itu, jarak antara tubuh kita ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin. Bayangan kita sama persis dengan aslinya, hanya saja bayangan kita mengahadap terbalik. Jika kita mengangkat tangan kanan maka seolah-olah bayangan kita mengangkat tangan kiri. Perhatikan gambar 2.9.
219 dengan: s jarak tubuh ke cermin
s’ jarak bayangan ke cermin h tinggi tubuh
h’ tinggi bayangan
Sifat bayangan pada cermin datar adalah sebagai berikut:
a. Bersifat semu atau maya karena bayangan yang terbentuk berada di belakang cermin. Bayangan semu, yaitu bayangan yang terjadi karena pertemuan perpanjangan sinar-sinar cahaya. Sedangkan, bayangan nyata adalah pertemuan langsung sinar-sinar cahaya (bukan perpanjangan).
b. Tegak dan menghadap kea rah yang berlawanan terhadap cermin c. Tinggi benda sama dengan tinggi bayangan.
d. Jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin.
Jika dua cermin diletakkan sedemikian rupa sehingga membentuk sudut tertentu dan diletakkan sebuah benda di antara kedua cermin tersebut, maka bayangan yang dibentuk oleh cermin satu merupakan benda bagi cermin yang lain. Cermin datar biasa digunakan untuk tata rias dalam kehidupan sehari-hari
Gambar 3.10 Bayangan yang dibentuk oleh dua cermin yang
220
Jika sebuah benda diletakkan di antara dua cermin yang membentuk sudut α, maka
banyaknya bayangan (n) yang dibentuk adalah:
Contoh soal
Sebuah benda diletakkan di depan cermin datar sedemikian rupa sehingga membentuk sudut 600 satu sama lain. Berapakah jumlah bayangan benda yang terbentuk? Penyelesaian: Diketahui : α 600 Ditanya : n …? Jawab : n n 5 buah bayangan.
Jadi, bayangan yang terbentuk adalah 5 buah bayangan 2. Cermin lengkung
a. Cermin cekung
Selain pada cermin datar, peristiwa pemantulan dapat terjadi pada cermin cekung. Cermin cekung adalah cermin yang bentuknya melengkung seperti bagian dalam bola.
221
Pada pemantulan cahaya oleh cermin cekung, jarak antara benda dan cermin memengaruhi bayangan yang dihasilkan. Bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung merupakan perpotongan sinar pantul atau merupakan perpotongan dari perpanjangan sinar pantul. Cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen). Cermin cekung biasa digunakan sebagai alas reflector lampu mobil, motor, dan senter.
Pada cermin cekung, terdapat tiga sinar istimewa, yaitu sebagai berikut:
Gambar 3.12 Sifat cermin cekung Gambar 3.11 Cermin cekung
222
1) Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
2) Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3) Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan cermin.
Gambar 3.13 Sinar istimewa cermin cekung
Gambar 3.14 sinar istimewa cermin cekung
223
Dengan menggunakan ketiga sinar istimewa pada cermin cekung di atas dapat dilukis pembentukan bayangan pada cermin cekung sebagai berikut:
1) Jika benda diletakkan diluar pusat kelengkungan, bayangan yang dibentuk akan bersifat nyata, terbalik, diperkecil, dan terletak di antara pusat kelengkungan cermin (P) dan titik fokus (F)
2) Jika benda diletakkan di antara pusat kelengkungan cermin (P) dan titik fokus (F), bayangan yang dibentuk akan bersifat nyata, terbalik, diperbesar dan terletak di depan titik pusat kelengkungan cermin.
Gambar 3.16 Pembentukan bayangan pada cermin cekung
224
3) Jika benda diletakkan tepat pada titik fokus, akan membentuk bayangan maya di tak terhingga.
4) Jika benda diletakkan di antara titik fokus dan cermin, bayangan yang terbentuk bersifat maya, tegak, diperbesar, dan berada di belakang cermin.
5) Jika benda diletakkan di titk pusat kelengkungan cermin, bayangan yang terbentuk pada pusat kelengkungan cermin dan sama besar dengan bendanya.
Gambar 3.18 Pembentukan bayangan pada cermin cekung
225
Hubungan antara jarak benda (s), dan jarak bayangan (s’) akan
menghasilkan jarak fokus (f). secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:
dengan: f jarak fokus ke cermin (m) s jarak benda ke cermin (m) s’ jarak bayangan ke cermin (m)
Contoh soal.
Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan cermin cekung. Jika jarak fokus cermin tersebut 6 cm, tentukanlah jarak bayangan yang dibentuk!
Penyelesaian
Diketahui : s 10 cm f 6 cm
226 Ditanya : s’ ….? Jawab : s’ s’ 5 cm
Oleh karena jarak bayangan ke cermin positif, bayangannya adalah nyata, diperbesar, dan terbalik. b. Cermin cembung
Selain cermin datar, cermin cekung terdapat pula cermin cembug. Pada cermin cembung, bagian mukanya berbentuk seperti kulit bola tetapi bagian muka cermin cembung melengkung keluar. Titik fokus cermin cembung berada dibelakang cermin sehingga bersifat maya dan bernilai negatif. Cermin cembung banyak digunakan sebagai kaca spion pada mobil dan kendaran bermotor. Dengan menggunakan cermin cembung, seorang
227
pengemudi dapat melihat kendaraan dibelakangnya tanpa harus menengok. Jadi, keberadaan cermin cembung sangat menunjang keamanan berlalu lintas di jalan raya.
Jika sinar datang sejajar sumbu utama, mengenai cermin cembung sinar pantul akan menyebar. Cermin cembung memiliki sifat menyebarkan sinar (divergen). Jika sinar-sinar pantul pada cermin cembung diperpanjang pangkalnya, sinar akan berpotongan di titik fokus di belakang cermin.
Pada cermin cembung, berlaku hukum pemantulan sinar istimewa, yaitu sebagai berikut:
Gambar 2.21 Cermin cembung
228
1) Sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus (F).
2) Sinar datang menuju titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
3) Sinar datang menuju pusat kelengkungan cermin (P) akan dipantulkan kembali seolah-olah dari pusat kelengkungan cermin (P).
Gambar 3.23 Sinar istimewa pada cermin cembung
Gambar 3.24 Sinar istimewa pada cermin cembung
229
Untuk membentuk bayangan sebuah benda yang terletak di depan cermin cembung, kita cukup menggunakan 2 buah berkas sinar istimewa di atas. Bayangan benda pada cermin cembung selalu berada di antara titik O dan F. Perhatikanlah gambar berikut!
Bayangan yang dihasilkan oleh cermin cembung selalu lebih kecil, maya, dan tegak.
Hubungan antara jarak benda ke cermin, jarak bayangan ke cermin, dan titik fokus adalah sebagai berikut:
dengan: f jarak fokus ke cermin (m) s jarak benda ke cermin (m) s’ jarak bayangan ke cermin (m)
Gambar 3.26 Pembentukan bayangan pada cermin cembung
230
karena f , persamaan di atas dapat ditulis:
R jari-jari kelengkungan cermin (m)
Pada cermin cekung, titik fokus (f) dan jari-jari kelengkungan (R) bernillai positif. Jika jarak bayangan yang dihasilkan bernilai negatif, maka bayangan yang terbentuk adalah maya. Sedangkan cermin cembung memiliki titik fokus (f), dan jari-jari kelengkungan (R) bernilai negatif.
Bayangan benda yang dibentuk oleh cermin-cermin cekung dapat lebih besar atau lebih kecil dari ukuran bendanya. Sedangkan bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung selalu lebih kecil dari bendanya.
Jika bayangan yang terbentuk lebih besar dari ukuran bendanya. Maka dikatakan bayangan diperbesar. Sebaliknya , jika bayangan yang terbentuk dari ukuran bendanya, maka dikatakan bayangan diperkecil. Perbandingan antara tinggi bayangan dengan tinggi benda disebut perbesaran bayangan yang dirumuskan sebagai berikut:
Dengan: M perbesaran bayangan
h’ tinggi bayangan (m)
231 h tinggi benda (m)
s’ jarak bayangan ke cermin (m)
s jarak benda ke cermin (m) Contoh soal.
Sebuah benda setinggi 3 cm berada pada jarak 5 cm di depan cermin cembung yang memilki titik fokus 5 cm. Tentukan:
a) Jarak bayangan ke cermin. b) Perbesaran bayangan. c) Tinggi bayangan. Penyelesaian Diketahui : h 3 cm s 5 cm f 5 cm Ditanya : a) s’ ….? b) M ….? c) h’ ….? Jawab : a)
232
s’ -2,5 cm
Jadi, jarak bayangannya 2,5 cm di belakang cermin.
b) M
Jadi, perbesaran cermin tersebut adalah
c) M
h’
1,5 cm
Jadi, tinggi bayangan benda adalah 1,5 cm