BAB 12
CAHAYA DAN ALAT-ALAT OPTIK
A. PERAMBATAN CAHAYA
Cahaya merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik, sehinggga sifat- sifat gelombang elektromagnetik berlaku pada cahaya.Sifat-sifat cahaya antara lain :1) dapat dipantulkan ( refleksi ), 2) dapat dibiaskan / dapat dibelokkan ( refraksi ), 3) dapat digabungkan ( interferensi ), 4) dapat dilenturkan ( difraksi ), 5) kecepatannya 3 . 108 m/s, 6) memiliki energi, dan 7) dapat merambat dalam ruang hampa.
Benda-benda yang dapat memancarkan cahaya disebut sumber cahaya. Contoh : matahari, lampu listrik, lampu petromak, dan lilin. Benda-benda yang tidak dapat memancarkan cahaya disebut benda gelap. Benda gelap dikelompokkan menjadi 3 macam, yaitu :
1) Benda tidak tembus cahaya. Contoh : kayu, tembok, kursi, dan meja.
2) Benda tembus cahaya. Contoh : plastik, kaca, air, dan lensa.
3) Benda bening. Contoh: cermin datar, cermin cekung,cermin cembung, permukaan benda yang mengkilap.
Cahaya merambat lurus, sehingga pada benda tidak tembus cahaya jika disinari dengan seberkas cahaya akan membentuk bayang-bayang.
Gambar Bayang-bayang yang dibentuk oleh benda gelap.
Berkas cahaya ada 3 macam, yaitu :
1. Berkas cahaya sejajar. Contoh : berkas cahaya lampu senter.
2. Berkas cahaya mengumpul ( konvergen ), Contoh : berkas cahaya yang difokuskan oleh cermin cekung.
3. Berkas cahaya menyebar ( divergen ), contoh: berkas cahaya lampu neon, berkas cahaya bola lampu.
B. PEMANTULAN CAHAYA
Benda dapat kita lihat karena benda tersebut mendapat cahaya, kemudian memantulkan cahaya tersebut ke mata kita. Proses pemantulan cahaya dapat diterangkan dengan Hukum Pemantulan Cahaya sebagai berikut :
O
p d
B N A Hukum pemantulan cahaya berbunyi:
1. Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
2. Sudut datang cahaya (d) sama dengan sudut pantulnya (p).
(Petunjuk: Dalam pembahasan tentang pemantulan dan pembiasan ini, istilah cahaya dan sinar adalah sama)
Garis AO menunjukkan lintasan sinar datang, garis OB menunjukkan lintasan sinar pantul, sedang garis ON adalah garis normal yang posisinya tegak lurus dengan bidang cermin. Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan garis normal.
Sudut pantul adalah sudut yang dibentuk oleh sinar pantul dengan garis normal.
Jenis pemantulan cahaya yang terjadi pada benda tidak tembus cahaya ada dua macam, yaitu pemantulan beraturan ( regular ) dan pemantulan baur (difus).
Pemantulan beraturan terjadi pada benda yang permukaannya rata, seperti pemantulan cahaya yang terjadi pada cermin datar. Berkas cahaya sejajar oleh cermin datar dipantulkan sejajar. Pemantulan baur ( difus ) terjadi pada benda yang permukaannya tidak rata. Berkas cahaya sejajar yang mengenai permukaan tidak teratur akan dipantulkan baur. Dengan adanya pemantulan baur, di bawah meja ruang kelas terlihat terang walaupun cahaya matahari tidak langsung masuk ke dalam ruang kelas.
Pemantulan teratur Pemantulan baur
Sebuah benda yang terletak di depan cermin akan terbentuk bayangannya. Cermin adalah benda gelap yang dapat memantulkan seluruh berkas cahaya yang jatuh pada permukaannya. Cermin ada tiga jenis yaitu cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung.
A. Pemantulan Cahaya pada Cermin 1. Cermin Datar
Cermin datar adalah kaca yang salah satu permukaannya dilapisi amolgam perak. Pada cermin datar, bagian yang memantulkan cahaya berupa bidang datar.
Pembentukan bayangan pada cermin datar:
Proses pembentukan bayangan pada cermin datar menggunakan Hukum Pemantulan Cahaya. Proses pembentukan bayangan pada cermin datar menggunakan hukum pemantulan cahaya.
Keterangan : sd = sinar datang ; sp = sinar pantul ; o = sudut datang sama besar dengan sudut pantul cahaya ; So = jarak benda ke cermin dan Si = jarak bayangan ke cermin.
Bayangan yang terjadi pada cermin datar memiliki sifat sebagai berikut:
- Maya atau semu, karena bayangannya tidak dapat ditangkap dengan layar, karena terbentuk dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul.
- Jarak benda sama dengan jarak bayangan.
- Tinggi benda sama dengan tinggi bayangan.
- Posisi bayangan berlawanan dengan posisi benda (sisi sebelah kiri menjadi sisi sebelah kanan).
Perbesaran bayangan pada cermin datar : M = hi ho ; karena hi = ho, maka M = 1
P embentukan bayangan pada cermin datar
M = perbesaran bayangan pada cermin datar.Itulah sebabnya pada waktu kita bercermin di depan cermin datar, bayangan dan muka kita yang sesungguhnya sama besar, tetapi posisinya berlawanan. Penerapan cermin datar dalam kehidupan sehari-hari disamping digunakan untuk bercermin juga dapat digunakan untuk bahan membuat alat Periskop Cermin.
2. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung
Cermin cekung dapat mengumpulkan cahaya, sehingga cermin cekung disebut cermin konvergen (cermin positif).
Bagian-bagian cermin cekung :
III II I IV
Bagian-bagian cermin cekung
Keterangan :
P = pusat kelengkungan cermin;
R = jari-jari cermin;
f = jarak focus cermin
O = pusat bidang cermin;
F = titik api cermin atau fokus cermin;
SU = sumbu utama yaitu garis yang menghubungkan pusat kelengkungan cermin ( P ) dengan pusat bidang cermin (O);
Jarak O - F = jarak F – P;
f = ½ R atau R = 2 f
Pembagian ruang benda dan ruang bayangan pada cermin cekung :
Ruang O – F disebut ruang I; ruang F – P disebut ruang II; ruang P - ( tak terhingga ) disebut ruang III dan ruang O - ( tak terhingga ) disebut ruang IV.
Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung :
Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung
1. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
2. Sinar yang datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
3. Sinar yang datang melalui titik pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali ke pusat.
Dalam melukis bayangan hendaknya dibedakan. Benda digambar lebih tebal daripada sinarnya, sedangkan bayangan digambar dengan garis putus-putus.
1. Lukisan bayangan sebuah benda yang terletak di ruang I ( antara O - F ) di depan cermin cekung.
Sifat bayangan : maya / semu, diperbesar, sama tegak, di ruang IV.
2. Lukisan bayangan sebuah benda yang terletak di ruang II ( antar F - P ) di depan cermin cekung .
Sifat bayangan : nyata / sejati, diperbesar, terbalik, di ruang III.
Catatan : Bayangan mayaatau semu adalah bayangan yang terbentuk dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul. Bayangan nyata atau sejati adalah bayangan yang terbentuk dari perpotongan sinar-sinar pantul.
3. Lukisan bayangan sebuah benda yang terletak di Ruang III ( lebih besar dari 2 f )
Sifat bayangan : nyata / sejati, diperkecil, terbalik, di ruang II.
Jumlah ruang benda dan ruang bayangan pada peristiwa pemantulan cahaya selalu lima.
Tabel Ruang Benda dan Ruang Bayangan pada Cermin Cekung ( berlaku pula untuk lensa )
Ruang benda Ruang bayangan Jumlah Sifat bayangan
I IV 5 - maya
- sama tegak - diperbesar
II III 5 - nyata
- terbalik - diperbesar
III II 5 - nyata
- terbalik - diperkecil
Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan dan jarak fokus cermin cekung dirumuskan :
Si 1 So
1 f
1
f = jarak titik api ( fokus ) cermin ( m ; cm ) So = jarak benda ( m ; cm )
Si = jarak bayangan ( m ; cm )
Perbesaran bayangan pada cermin cekung dirumuskan :
M =
ho hi So
Si
Tanda harga mutlak “
” artinya, nilai perbesaran bayangan selalu positip.M = perbesaran bayangan ( ... kali ) ho = tinggi benda ( m ; cm )
hi = tinggi bayangan ( m ; cm )
Petunjuk penggunaan rumus pada cermin cekung :
- Nilai “ f “ dan “ R “, selalu positip (+), karena pusat kelengkungan berada di depan cermin.
Contoh Soal:
1. Sebuah cermin cekung mempunyai jarak fokus 50 cm. Sebuah benda diletakkan pada jarak 40 cm di depan cermin. Hitunglah :
a) jarak bayangan yang dibentuk oleh cermin ! b) perbesaran bayangan yang terjadi pada cermin !
Diketahui : f = 50 cm So = 40 cm
Ditanya : a) S1 b) M
Jawab :a)
Si 1 So
1 f
1
So 1 f 1 Si
1 =
cm 200
1 cm
200 5 cm 200
4 cm
40 1 cm 50
1
Si = - 200 cm
b) M = 5kali
40 200 So
Si
2. Sebuah benda diletakkan pada jarak 8 cm di depan cermin cekung yang berjari-jari 12 cm. Berapa centimeterkah jarak bayangan yang terjadi ?
Diketahui : So = 8 cm R = 12 cm, sehingga f = ½ R = ½ ( 12 cm ) = 6 cm
Ditanya : Si Jawab :
cm 24
1 cm 24
3 cm 24
4 cm 8
1 cm 6
1 So
1 f 1 Si
1
Si 1 So
1 f 1
Si = 24 cm
Penerapan prinsip kerja cermin cekung dalam kehidupan sehari-hari : 1. Reflektor lampu mobil, lampu motor, dan lampu senter.
2. Antena parabola ( antena gelombang mikro )
3. Cermin cekung yang digunakan untuk perlengkapan tata rias atau perlengkapan salon kecantikan.
3. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung
Cermin cembung selalu membentuk bayangan diperkecil, itulah sebabnya cermin ini digunakan sebagai kaca spion, sehingga kendaraan dan benda-benda di belakang mobil atau sepeda motor dapat terlihat.
Bagian-bagian cermin cembung:
IV I II III
Keterangan:
P = pusat kelengkungan cermin;
R = jari-jari cermin;
O = pusat bidang cermin;
F = titik api cermin / focus cermin;
SU = sumbu utama yaitu garis yang menghubungkan pusat kelengkungan cermin ( P ) dengan pusat bidang cermin ( O ).
Jarak O - F = jarak F – P = f = jarak titik api atau jarak focus cermin (f = ½ R).
Pembagian ruang pada cermin cembung Ruang I = o - F
Ruang II = F - P Ruang III = P - Ruang IV = O -
Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung
Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung juga ada tiga jenis yaitu:
1. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan seakan-akan dari titik fokus.
2. Sinar yang datang menuju ke titik fokus, dipantulkan sejajar sumbu utama.
3. Sinar yang datang menuju titik pusat kelengkungan, dipantulkan kembali seakan- akan dari titik pusat kelengkungan cermin.
Ruang benda pada cermin cembung hanya ada satu macam, yaitu ruang IV, dengan demikian maka bayangan terjadi di ruang I ( di belakang cermin). Bayangan yang terbentuk oleh cermin cembung selalu bersifat : maya atau semu, diperkecil, dan sama tegak.
Lukisan bayangan pada cermin cembung
Sifat bayangan : maya / semu, diperkecil, sama tegak.
Rumus cermin cembung ( untuk pengayaan). Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan dan jarak focus cermin cembung dirumuskan :
Si 1 So
1 f
1
f = jarak titik api ( fokus ) cermin ( m ; cm ) So = jarak benda ( m ; cm )
Si = jarak bayangan ( m ; cm )
Perbesaran bayangan pada cermin cekung dirumuskan :
M =
ho hi So
Si
Tanda harga mutlak “
” artinya, nilai perbesaran bayangan selalu positip.M = perbesaran bayangan ( ... kali ) Ho = tinggi benda ( m ; cm )
Hi = tinggi bayangan ( m ; cm )
Petunjuk penggunaan rumus pada cermin cembung :
- Nilai “ f “ dan “ R “, selalu negatip (-), karena pusat kelengkungan berada di belakang cermin.
- Dalam perhitungan “ Si“ hasilnya selalu negatip, berarti bayangannya maya/ semu.
Contoh soal:
1. Sebuah pensil terletak pada jarak 10 cm di depan cermin cembung yang berjari- jari 30 cm. Tentukan jarak bayangan yang dibentuk cermin cembung , dan lukislah bayangan yang terjadi !
Diketahui : So = 10 cm
R = - 30 cm, sehingga : f = ½ R = ½. ( - 30 cm ) = - 15 cm ingat, bahwa nilai R dan f pada cermin cembung negatip ( - )
Ditanya : a) Si b) Lukisan bayangan Jawab :
a)
Si 1 So
1 f
1
cm 6 S
5 cm Si 30
cm 30
5 cm
30 3 cm 30
2 cm
10 1 cm 15
1 So
1 f 1 Si
1
i
b. Lukisan bayangan :
2. Sebuah bayangan maya terjadi pada jarak 8 cm di belakang cermin cembung. Jika cermin tersebut mempunyai jarak titik api cermin 12 cm, hitunglah :
a) jarak benda terhadap cermin
b) perbesaran bayangan yang terjadi pada cermin.
Diketahui : Si = - 8 cm ( tanda negatip “ - “, karena bayangan maya ) f = - 12 cm ( tanda negatip “ - “, karena cermin cembung ) Ditanya : a) So
b) M Jawab :
a)
Si 1 So
1 f
1
cm 24 So
cm 24
1 cm 24
3 cm 24
2 cm
8 1 cm 12
1 cm
8 1 cm
12 1 Si
1 f 1 So
1
Jadi, jarak benda ke cermin adalah 24 cm.
b) kali
3 1 cm 24
cm 8 So
M Si
Jadi, perbesaran bayangannya = kali 3
1
Penerapan prinsip kerja cermin cembung dalam kehidupan kita sehari-hari misalnya untuk kaca spion sepeda motor, dan kaca spion mobil . Bayangan yang terbentuk pada kaca spion selalu maya / semu, diperkecil, dan sama tegak, sehingga benda yang berjarak dekat maupun jauh selalu dapat terlihat.
II. PEMBIASAN CAHAYA
Pembiasan cahaya adalah peristiwa membeloknya cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatannya. Medium = zat optik = zat perantara adalah zat yang dapat dilalui oleh cahaya.
Peristiwa pembiasan dapat dijelaskan dengan hukum Snellius sebagai berikut.
A
i
udara
kaca A1 O B1
r
N B
AO = sinar datang N = garis normal OB = sinar bias
Hukum Snellius Pada Pembiasan Cahaya :
1. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
2. Perbandingan proyeksi sinar datang A1 O dan proyeksi sinar bias B1O selalu tetap.
Tetapan ( konstanta ) tersebut disebut indek bias, yang diberi simbol “ n “.
Keterangan :
Garis normal adalah garis yang tegak lurus dengan bidang batas. Bidang batas adalah bidang yang membatasi dua medium. Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan garis normal. Sudut bias adalah sudut yang dibentuk oleh sinar bias dengan garis normal.
Besarnya indek bias kaca ( n kaca) dapat dihitung dengan menggunakan rumus : n kaca =
O B
O A
1 1
Zat optik atau medium yang memiliki indek bias lebih besar dikatakan lebih rapat, sedangkan yang mempunyai indek bias lebih kecil dikatakan lebih renggang atau kurang rapat.
Pada peristiwa pembiasan cahaya ada tiga ( 3 ) kemungkinan yang terjadi, yaitu : 1. Sinar yang datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat dibiaskan
mendekati garis normal (gambar 1).
2. Sinar yang datang dari zat optik lebih rapat ke zat optik kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal (gambar 2).
3. Sinar yang datang tegak lurus bidang batas akan diteruskan (gambar 3)
air air air
kaca udara udara
(1) (2) (3)
Indek bias suatu medium dapat ditentukan jika diketahui kecepatan cahaya pada masing-masing medium. Cahaya yang merambat dari medium “ 1 “ dengan kecepatan “ C1
“, ke medium 2 dengan kecepatan “ C2 “, mempunyai indek bias sebesar :
2 1 1 2
C C n n . Jika medium 1 adalah udara yang indek biasnya = 1, maka rumus di atas menjadi :
2 1 2
C C
n 1 atau
2 1
C n C .
Dengan : n = indek bias medium, C1 = kecepatan cahaya di udara ( C1 = 3. 108 m/s ) C2= kecepatan cahaya di dalam medium/zat optik atau medium yang dituju (m/s).
Contoh soal:
1. Tentukan kecepatan cahaya dalam air yang indek biasnya 4
3 , jika cahaya datang dari udara ke air.
Diketahui : na = 4
3 C1 = 3. 108 m/s
Ditanya : C2
Jawab :
2 1
C
n C , sehingga
s 2,25x10 m 4
9x10 4
.(3) 3x10 3
4 3.x10 na
C C 8
8 8
8 1
2
2. Cahaya merambat dari udara ke kaca dengan kecepatan cahaya 2 . 10 8 m/s.
Hitunglah indek bias kaca!
Diketahui : C1 = 3. 108 m/s C2 = 2. 108 m/s Ditanya : nk
Jawab :
2 3 x10 2
x10 3 C
n C 8
8
2 1
k
Cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang, dengan demikian, maka rumus gelombang berlaku pada cahaya, yaitu : v = . f , dengan v = kecepatan gelombang.
Untuk cahaya berlaku : C1 = 1 . f , dan C2 = 2 . f Dari rumus :
2 1
C
n C , maka n = λ .f λ .f
2
1 atau
2 1
λ n λ
dimana n = indek bias medium, 1 = panjang gelombang cahaya di udara ( m ) dan
2 = panjang gelombang cahaya di dlm medium(m) Pemantulan sempurna
Suatu saat mungkin kamu pernah melihat seperti ada genangan air di tengah jalan beraspal pada siang hari yang panas, padahal sebelumnya tidak hujan. Setelah kamu mendekat ternyata yang ada di situ hanyalah aspal yang melapisi jalan. Peristiwa ini disebut fatamorgana. Peristiwa tersebut di atas berkaitan erat dengan peristiwa pemantulan sempurna.
Pada peristiwa pembiasan cahaya, jika cahaya datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal. Jika sudut datang cahaya tersebut terus diperbesar, maka suatu saat cahaya tersebut tidak lagi dibiaskan, tetapi akan dipantulkan sempurna.
Syarat agar terjadi pemantulan sempurna :
1. Sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat.
2. Sudut datang harus lebih besar dibanding sudut batas / sudut kritis.
Sudut batas atau sudut kritis adalah sudut datang yang menghasilkan sudut bias sebesar 90o. Contoh peristiwa pemantulan sempurna dalam kehidupan sehari-hari :
1. Berlian tampak berkilauan.
2. Pada waktu siang hari pada musim panas , jalan raya yang beraspal tampak seperti tergenang air ( terjadinya fatamorgana ).
Pembiasan Cahaya pada Lensa
Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan lengkung, atau satu permukaan lengkung dan satu permukaan datar. Lensa ada dua ( 2 ) macam, yaitu lensa cembung dan lensa cekung. Lensa cembung ( lensa konvek = lensa konvergen = lensa positip ), terdiri atas :
a) Lensa bikonvek ( cembung - cembung ) b) Lensa plan - konvek ( cembung - datar ) c) Lensa konkaf - konvek (cembung - cekung )
Ciri - ciri lensa cembung antara lain : - Bagian tepi menipis, bagian tengah menebal - Nilai jarak focus “ f “ dan jari-jari “ R “ selalu positip.
2. Lensa Cekung ( lensa konkaf = lensa divergen = lensa negatip ), terdiri atas : a) Lensa bikonkaf ( cekung - cekung )
b) Lensa plan-konkaf ( datar - cekung )
c) Lensa konvek - konkaf ( cekung - cembung ) Ciri - ciri lensa cembung antara lain :
- Bagian tepi menebal, bagian tengah menipis
- Nilai jarak focus “ f “ dan jari-jari “ R “ selalu negatip.
Pembiasan Cahaya pada Lensa Cembung
Apabila ada sebuah benda berada di depan lensa cembung, maka benda dibiaskan oleh lensa itu sehingga terbentuk bayangannya. Bagaimana prinsip terbentuknya bayangan pada lensa cembung akan kamu pelajari dalam bahasan ini, namun pahami terlebih dahulu pembagian ruang benda dan ruang bayangan pada lensa cembung berikut ini!
Pembagian ruang benda dan ruang bayangan pada lensa cembung:
Ruang O – F disebut ruang I; ruang F - M disebut ruang II; ruang M - ( tak terhingga ) disebut ruang III dan ruang O - ( tak terhingga ) disebut ruang IV. Pada gambar di atas , bagian atas sumbu utama ( SU ) merupakan ruang benda, sedangkan di bagian bawah sumbu utama merupakan ruang bayangan. Titik focus yang bekerja pada lensa cembung adalah titik focus “ F1 “.
Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung :
Sinar-sinar Istimewa pada Lensa Cembung.
1. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dibiaskan menuju focus F1.
2. Sinar yang datang melalui titik fokus F2 dibiaskan sejajar sumbu utama.
3. Sinar yang datang melalui titik pusat optik akan diteruskan.
Bagaimana cara melukis bayangan yang terjadi pada lensa cembung? Untuk melukis bayangan yang terjadi pada lensa cembung gunakan sinar-sinar pada lensa cembung! Untuk lebih jelasnya pahami contoh berikut ini.
1. Lukislah bayangan sebuah benda yang diletakkan di ruang II di depan lensa cembung!
Sifat bayangan yang terjadi : nyata, terbalik, diperbesar, di ruang III.
2. Lukisllah bayangan sebuah benda yang diletakkan di ruang I di depan lensa cembung!
Sifat bayangan yang terjadi : maya / semu, diperbesar, sama tegak, di ruang IV.
Pembiasan Cahaya Pada Lensa Cekung
Kamu dapat melukis bayangan yang terjadi pada lensa dengan mudah apabila kamu memahami sinar-sinar istimewa pada lensa. Di samping itu kamu juga perlu memahami pembagian ruang benda dan ruang bayangan pada lensa. Pembagian ruang benda dan ruang bayangan pada lensa cekung adalah sebagai berikut.
Ruang O – F disebut ruang I; Ruang F - M disebut ruang II; ruang M - ( tak terhingga ) disebut ruang III dan ruang O - ( tak terhingga ) disebut ruang IV.
Pada gambar tersebut, bagian atas sumbu utama ( SU ) merupakan ruang benda, sedangkan di bagian bawah sumbu utama merupakan ruang bayangan. Titik fokus yang bekerja pada lensa cekung adalah titik focus “ F1 “.
Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung :
Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung.
1. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dibiaskan seolah-olah dari focus F1.
2. Sinar yang datang menuju titik fokus F2 dibiaskan sejajar sumbu utama.
3. Sinar yang datang melalui titik pusat optik akan diteruskan.
Lukisan bayangan pada lensa cekung :
1. Lukislah bayangan sebuah benda yang diletakkan di ruang IV di depan lensa cekung : Bagaimanakah sifat bayangan yang terbentuk?
Sifat bayangan yang terjadi : maya/semu, sama tegak, dipekecil, di ruang I
Rumus Lensa
( Untuk Pengayaan )
Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, jarak titik api / focus lensa cembung dan lensa cekung dirumuskan :
Si 1 So
1 f
1
f = jarak titik api ( fokus ) lensa ( m ; cm ) So = jarak benda ( m ; cm )
Si = jarak bayangan ( m ; cm )
Perbesaran bayangan pada lensa (lensa cembung dan lensa cekung) dirumuskan :
M =
ho hi So
Si
Tanda harga mutlak “
” artinya, nilai perbesaran bayangan selalu positip.M = perbesaran bayangan ( ... kali ) ho = tinggi benda ( m ; cm )
hi = tinggi bayangan ( m ; cm ) Kekuatan Lensa
Kekuatan lensa adalah bilangan yang menunjukkan kebalikan dari harga titik fokosnya.Kekuatan lensa juga disebut Daya lensa.Untuk menghitung kekuatan lensa, jarak titik api / fokus lensa harus dinyatakan dalam satuan meter ( m ). Kekuatan lensa ( lensa cembung dan lensa cekung ) dirumuskan
f P 1 P = kekuatan lensa atau daya lensa ( dioptri ) f = jarak titik api / fokus lensa ( m ).
Contoh soal:
Sebuah lensa cembung mempunyai jari-jari kelengkungan lensa 100 cm. Hitunglah kekuatan lensa itu!
Diketahui: R = 100 cm
f = ½ R = ½ x 1 m = 0,5 m Ditanya : P
Jawab : f P 1 =
m 0,5
1 = 2 dioptri Jadi kekuatan lensa tersebut 2 dioptri.
ALAT-ALAT OPTIK
A. Mata sebagai Alat Optik
Mata disebut alat optik karena di dalam mata terdapat lensa mata yang prinsip kerjanya sama dengan lensa. Bagian terpenting mata adalah lensa mata, pupil dan retina.
Retina mata berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan.
Keterangan:
1 = Kornea mata
2 = Otot siliar, berfungsi untuk menggerakkan lensa mata.
3 = Iris atau selaput pelangi, berfungsi mengatur lebar pupil
4 = Pupil berfungsi untuk mengatur jumlah cahaya yang
masuk ke mata. Ketika gelap pupil melebar sehingga cahaya yang masuk ke mata lebih banyak dan benda-benda di sekitar kita dapat terlihat, sedangkan ketika sangat terang pupil menyempit sehingga cahaya yang masuk sedikit sehingga tidak silau.
5 = Lensa mata mengatur pembiasan cahaya yang terjadi di mata.
6 = Retina, berfungsi tempat terbentuknya bayangan.
Benda yang terlihat oleh mata berada di ruang III ( lebih besar dari 2F ), sehingga bayangan terbentuk di ruang II dengan sifat nyata, terbalik, dan diperkecil. Pada mata normal, bayangan benda selalu jatuh tepat pada retina, karena lensa mata dapat menebal dan menipis secara otomatis. Kemampuan mata untuk menyembung dan memipihkan lensanya agar sesuai dengan jarak benda disebut daya akomodasi. Akomodasi maksimum terjadi pada saat mata melihat benda yang paling dekat ( lensa mata menyembung maksimum ), sedangkan akomodasi minimum terjadi pada saat mata melihat benda yang paling jauh ( lensa mata memipih sepipih-pipihnya ).
Berkaitan dengan penglihatan benda pada jarak dekat dan jarak jauh maka kita memiliki titik dekat dan titik jauh mata. Titik dekat mata ( punctum proximum = pp ) adalah titik terdekat mata sehingga benda masih dapat terlihat dengan jelas dalam keadaan berakomodasi maksimum. Untuk mata normal titik dekatnya dua puluh lima centimeter (pp = 25 cm). Sedangkan titik jauh mata (punctum remotum = pr) adalah titik terjauh mata sehingga benda masih dapat terlihat dengan jelas dalam keadaan tidak berakomodasi.
Untuk mata normal titik jauhnya tak terhingga (pr = ).
retina retina
Skema titik dekat dan titik jauh mata normal dapat kamu lihat pada gambar berikut ini.
PP PR
25 cm (tak hingga)
PP = punctum proximum (titik dekat mata) dan PR = punctum remotum (titik jauh mata). Apabila seseorang titik dekat atau titik jauhnya telah bergeser dari keadaan normal seperti yang ditunjukkan oleh diagram di atas maka orang itu disebut mengalami cacat mata.
B. Cacat Mata
Cacat mata adalah kelainan yang terjadi pada mata karena kemampuan lensa mata untuk berakomodasi sudah berkurang. Cacat mata ada tiga tiga (3) macam, yaitu rabun jauh ( miopi ), rabun dekat ( hipermetropi ), dan mata tua ( presbiopi ).
1. Rabun Jauh ( Miopi )
Rabun jauh adalah cacat mata yang disebabkan lensa mata cenderung menebal atau mencembung, sehingga titik jauh mata semakin dekat, sehingga bayangan benda jatuh di depan retina.
PP PR
25 cm (tak hingga)
Skema cacat mata miopi
Mata untuk mengamati benda pada jarak dekat. Lensa mata mencembung
Mata untuk mengamati benda yang letaknya jauh. Lensa mata memipih
Penderita miopi kurang jelas apabila melihat benda-benda yang letaknya jauh.
Penderita miopi diderita oleh orang-orang yang biasa melihat pada jarak dekat, seperti pelajar, tukang jam / arloji, dan tukang jahit. Penderita miopi dapat ditolong dengan memakai kacamata berlensa cekung (lensa negatif).
2. Rabun Dekat ( Hipermetropi )
Rabun dekat adalah cacat mata yang disebabkan lensa mata cenderung memipih atau mencekung, sehingga titik dekat mata semakin jauh, sehingga bayangan benda jatuh di belakang retina.
PP PR
25 cm (tak hingga)
Skema cacat mata hipermetropi
Penderita rabun dekat kurang jelas apabila melihat benda-benda yang letaknya dekat.
Rabun dekat biasanya diderita oleh orang-orang yang biasa melihat pada jarak jauh, seperti para pengemudi atau sopir. Penderita hipermetropi dapat ditolong dengan memakai kacamata berlensa cembung ( lensa positif ).
Cacat mata hipermetropi
sebelum memakai kaca mata Cacat mata hipermetropi setelah memakai kaca mata berlensa cembung (positiff)
3. Mata Tua (Presbiopi)
Mata tua adalah cacat mata yang disebabkan oleh usia lanjut, sehingga daya akomodasi melemah, titik dekat dan titik jauh mata telah bergeser.
PP PR
25 cm (tak hingga)
Skema cacat mata presbiopi
Penderita presbiopi dapat ditolong dengan menggunakan kaca mata berlensa rangkap atau bifokal. Kaca mata ini tersusun dari dua lensa. Lensa bagian bawah terbuat dari lensa cembung (positif) digunakan untuk melihat benda-benda yang berjarak dekat sedangkan lensa yang bagian atas terbuat dari lensa cekung yang digunakan untuk melihat benda yang berjarak jauh.
C. Kamera
Kamera adalah alat optik yang digunakan untuk membuat gambar pada film negatif.
Mutu gambar yang dihasilkan oleh kamera bergantung pada susunan lensa yang terdapat dalam kamera itu. Semakin banyak lensa yang tersusun dalam kamera itu semakin tinggi mutu gambar yang dihasilkan.
Bagian-bagian utama kamera adalah lensa objektif, film, diafragma, dan shutter.
Lensa obyektif berfungsi untuk memproyeksikan bayangan yang terbentuk pada layar (film), film berfungsi untuk tempat terbentuknya bayangan (sebagai layar), diafragma berfungsi untuk mengatur cahaya yang masuk ke dalam kamera dan shutter berfungsi untuk menutup dan membuka lensa objektif.
Bagian-bagian utama kamera
lensa
film
diafragma
Benda ayang akan diambil gambarnya terletak di ruang III (lebih besar dari 2F) sehingga bayangannya terbentuk di ruang II dengan sifat nyata, terbalik, dan diperkecil.
Bayangan yang terbentuk pada kamera jatuh tepat pada plat film
Prinsip kerja kamera dan mata mempunyai kesamaan, yaitu melalui lensa benda diproyeksikan pada layar sehingga terbentuk bayangan nyata, terbalik dan di perkecil.
Perbedaan kamera dengan mata terletak pada sistem akomodasi. Pada mata, lensa mata dapat mencembung dan memipih atau berakomodasi secara otomatis sehingga bayangan benda selalu jatuh di retina, sedangkan pada kamera, agar bayangan selalu jatuh pada plat film, maka lensa harus diatur sehingga tepat pada fokusnya.
D. Lup (Kaca Pembesar)
Lup (kaca pembesar) merupakan alat optik yang paling sederhana, karena hanya tersusun dari sebuah lensa cembung. Lup
digunakan untuk mengamati benda-benda yang kecil. Salah satu contoh orang yang menggunakan lup adalah tukang reparasi jam.
Untuk mengamati benda dengan mata berakomodasi maksimum, benda yang diamati diletakkan di ruang I (antara O – F) sehingga bayangannya terletak di ruang IV dengan sifat: maya, sama tegak, dan diperbesar.
Untuk mata yang tidak berakomodasi, benda diletakkan di titik fokus, sehingga bayangan terbentuk di jauh tak terhingga.
E. Produk Teknologi yang menggunakan Alat-alat optik
Peralatan hasil teknologi yang memanfaatkan alat-alat optik banyak kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya mikroskop, periskop, teleskop, episkop, diaskop dan overhead proyektor (OHP).
1. Mikroskop
Mikroskop adalah alat untuk mengamati benda-benda yang sangat kecil. Mikroskop memiliki 2 lensa, yaitu lensa objektif dan lensa okuler.
Lensa objektif adalah lensa yang dekat dengan objek atau benda yang akan diamati. Sedangkan lensa okuler adalah lensa yang dekat dengan mata pengamat. Jarak antara lensa obyektif dan lenda okuler disebut panjang mikroskop.
Prinsip kerja mikroskop:
Benda yang diamati dengan mikroskop diletakkan di ruang II. Hal ini dapat dilakukan dengan cara menggeser-geser lensa objektif terhadap benda yang akan diamati.
Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif memiliki sifat nyata, terbalik dan diperbesar.
Bayangan oleh lensa objektif berfungsi sebagai benda bagi lensa okuler. Oleh lensa okuler bayangan benda oleh lensa objektif tersebut diperbesar lagi sehingga diperoleh bayangan akhir yang lebih besar dengan sifat maya, terbalik (terhadap benda) dan diperbesar.
Perbesaran bayangan pada mikroskop merupakan perkalian antara perbesaran oleh lensa objektif dan perbesaran oleh lensa okuler. Misalnya perbesaran lensa objektif = 10 kali, sedangkan perbesaran oleh lensa okuler = 25 kali. Perbesaran mikroskop tersebut sebesar 10 x 25 = 250 kali.
2. Periskop (Teropong Kapal selam)
Periskop adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda di permukaan laut.
Periskop lensa juga tersusun dari lensa obyektif dan lensa okuler.
Prinsip kerja teropong kapal selam
Benda yang di amati dengan periskop berada di permukaan laut. Pengamat berada di bawah permukaan laut (dalam kapal selam). Cahaya yang datang dari benda yang diamati diterima oleh prisma pertama. Cahaya ini dipantulkan sempurna menuju prisma kedua. Oleh prisma kedua cahaya ini dibiaskan
menuju ke lensa okuler, sehingga pengamat dapat melihat benda yang diamati.
3. Teropong atau Teleskop
Teleskop adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang sangat jauh letaknya. Teleskop ada dua macam yaitu teleskop bumi dan teleskop bintang.
a. Teropong bumi atau teropong medan (Yojana)
Teropong bumi digunakan untuk mengamati benda-benda yang berada di permukaan bumi. Pada teropong medan, di dalamnya dilengkapi dengan prisma siku-siku sama kaki yang berfungsi sebagai pembalik bayangan, sehingga bayangan yang terlihat oleh pengamat sama tegak seperti benda aslinya. Pembalik bayangan juga dapat
menggunakan lensa positif atau cembung. Lensa atau prisma pembalik diletakkan di antara lensa obyektif dan okuler.
b. Teropong Bintang atau Teleskop Bintang
Teropong bintang digunakan untuk mengamati benda-benda di angkasa. Benda yang diamatai dengan teleskop berada di jauh tak terhingga, sehingga berkas cahaya yang masuk ke lensa objektif merupakan berkas cahaya sejajar, akibatnya bayangan terjadi di titik fokus.
4. Episkop
Episkop adalah alat optik yang digunakan untuk memproyeksikan gambar tidak tembus cahaya dengan lensa proyektor. Benda yang diamati dengan episkop berada di ruang II sehingga bayangan yang terbentuk terletak di ruang III dengan sifat nyata, terbalik dan
diperbesar. Keuntungan episkop yaitu dapat digunakan di tempat yang agak terang.
Teropong bumi
5. Diaskop atau Proyektor Slide
Diaskop adalah alat optik yang digunakan untuk memproyeksikan gambar diapositif, sehingga terbentuk bayangan nyata pada layar.
Prinsip kerja proyektor slide:
Film slide mendapat cahaya dari lampu proyeksi. Dengan bantuan reflektor (cermin cekung) berkas cahaya itu menuju lensa pembesar, kemudian dibiaskan menuju film slide.
Cahaya dari film slide ini diteruskan ke lensa proyektor (lensa fokus) kemudian dibiaskan menuju layar sehingga di layar terbentuk bayangan.
Keuntungan menggunakan slide proyektor antara lain; dapat menampilkan objek secara terperinci, urutan film dapat diubah sesuai keinginan, dapat digunakan untuk menjelaskan objek yang tidak dapat dibawa ke kelas, lebih praktis dan mudah disimpan karena ukuran film relatif kecil.
6. Overhead Proyektor atau OHP
OHP adalah alat optik yang digunakan untuk memproyeksikan gambar tembus cahaya atau transparansi. Overhead proyektor memiliki beberapa kelebihan yaitu (1) dapat digunakan di ruang yang agak terang, (2) transparansi dapat menggunakan plastik dan (3) warna bayangan sama dengan warna benda aslinya.
Prinsip kerja overhead proyektor :
Benda yang akan dibentuk bayangannya diletakkan di atas meja transparansi. Objek berupa benda transparan ini mendapat cahaya dari lampu proyeksi yang telah
dipantulkan oleh reflektor (cermin cekung) menuju kondensor dan cermin datar I.
Cahaya dari benda diteruskan menuju cermin datar II, dan oleh cermin datar II dipantulkan menuju lensa proyektor. Cahaya yang diterima oleh lensa proyektor tersebut dibiaskan menuju ke layar sehingga di layar terbentuk bayangan.
