BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kalau kita membahas optik berarti membahas tentang konsep cahaya. Teori cahaya ada dua konsep fisika yang dipakai, yaitu cahaya dianggap sebagai partikel dan cahaya sebagai gelombang. Optika adalah ilmu yang membahas tentang konsep cahaya sebagai gelombang. Optika dibagi menjadi optika geometri (pemantulan dan pembiasan) dan optika fisis (difraksi, interferensi atau polarisasi) (Kanginan, 2004). Optik sebagai salah satu cabang ilmu fisika yang memanfaatkan gelombang elektromagnet dan gelombang cahaya khususnya saat ini, bidang aplikasinya berkembang sangat pesat. Pemanfaatan sistem optik dalam desain dan konstruksi komponen mikroelektronika, semakin mengektifkan dan mengefisiensikan pembuatan peralatan elektronik dan instrumentasi. Dalam sistem komunikasi, sistem optik juga lebih meningkatkan kemampuan penyaluran dan transformasi informasi. Demikian pula dalam sistem pemantauan dengan sistem informasi geografis (Geographic Information System). Sistem optik ini meningkatkan kualitas dan kuantitas dari hasil pemantauan sumber daya alam pada permukaan maupun di bawah permukaan bumi. Dalam bidang kesehatan penggunaan spektrum cahaya; seperti sinar laser, ultraviolet (UV) sampai dengan inframerah menjadi sangat maju dalam bidang diagnosis maupun terapi, terlebih lagi dalam aplikasinya pada bidang spektroskopi sangat berkembang dengan pesatnya (Kamajaya, 2003). Dalam bidang informasi dan komunikasi, penggunaan optik berkembang dengan pesat dan diramalkan akan mampu mengungguli penggunaan material lain. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Karena itu cahaya dapat merambat baik melalui medium ataupun tanpa medium (vakum). Ilmu fisika yang mempelajari tentang cahaya disebut optika, yang dibagi menjadi dua : optika geometris dan optika fisis. Optika geometris mempelajari tentang pemantulan dan pembiasan , sedangkan optika fisis mempelajari tentang polarisasi, interferensi , dan difaraksi cahaya. Diketahui bahwa ketika cahaya mengenai bidang batas antara dua medium (misalnya udara dan prisma), cahaya akan dibelokkkan . Peristiwa pembelokakan cahaya ketika mengenai pembatas medium inilah yang disebut pembiasan. Dan sebagian cahaya akan dipantulkan, cahaya yang dipantulkan akan memiliki sudut pantul yang sama dengan sudut sinar datangnya. Optika geometri mempelajari sifat-sifat atau karakter Makalah Sains 1 |
1
propagasi cahaya dalam medium, misalnya: pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), penerusan (transmisi), dan penjalaran (propagasi) cahaya pada alat-alat optik. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, Penulis dapat merumuskan masalah sebagai mana berikut: 1.2.1 Apa yang dimaksud dengan pemantulan dan pembiasan cahaya? 1.2.2 Bagaimanakah sifat-sifat dari pemantulan dan pembiasan cahaya? 1.2.3 Bagaimanakah aplikasi dari penggunaan cermin dan lensa pada alat optik? 1.3 Tujuan 1.3.1 Untuk mengetahui definisi dari pemantulan dan pembiasan cahaya. 1.3.2 Untuk mengetahui sifat-sifat dari pemantulan dan pembiasan cahaya. 1.3.3 Untuk mengetahui aplikasi dari penggunaan cermin dan lensa pada alat optik 1.4 Manfaat 1.4.1 Dapat mengetahui definisi dari pemantulan dan pembiasan cahaya. 1.4.2 Dapat mengetahui sifat-sifat dari pemantulan dan pembiasan cahaya. 1.4.3 Dapat mengetahui aplikasi dari penggunaan cermin dan lensa pada alat optik
Makalah Sains 1 |
2
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pemantulan Cahaya (Light Reflection) Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambat dengan cara pancaran (radiasi) sehingga tidak memerlukan medium untuk merambat. Cahaya timbul karena ada sumber cahaya. Setiap benda yang memancarkan cahaya disebut sumber cahaya. Contohnya bintang, matahari, api, dan lampu. Benda-benda yang tidak memancarkan cahaya sendiri disebut benda gelap. Contohnya planet bumi dan manusia. Jika cahaya mengenai suatu benda, maka cahaya tersebut dapat dipantulkan dan dibiaskan. Cahaya memiliki beberapa sifat-sifat cahaya, di antaranya cahaya dapat merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan, mengalami difraksi dan interferensi (Sunardi, 2006). 2.1.1
Jenis Dan Hukum Pemantulan a. Jenis berkas cahaya Berkas cahaya sejajar
Berkas cahaya mengumpul (konvergen)
Berkas cahaya menyebar (divergen)
Makalah Sains 1 |
3
a. Jenis Pemantulan -
Pemantulan Teratur (specular reflection) terjadi karena pemantulan cahaya oleh permukaan-permukaan halus seperti cermin datar, sehingga berkas-berkas cahaya sejajar satu dengan yang lainnya. Contoh pemantulan teratur yaitu pemantulan cahaya oleh cermin datar, dan pemantulan cahaya lampu kendaraan pada malam hari
-
ketika jalanan basah/hujan (Kanginan, 2004). Pemantulan Baur (diffuse reflection) terjadi karena pemantulan cahaya oleh permukaan yang kasar seperti kertas, sehingga cahaya yang dipantulkan ke segala arah (berkas-berkas cahaya tidak sejajar satu dengan yang lainnya).Contoh pemantulan baur yaitu pemantulan cahaya oleh kertas HVS, dan pemantulan cahaya lampu kendaraan pada malam hari ketika jalanan kering.
Gambar 1. a) Penggambaran pemantulan teratur (Specular reflection) b)
Penggambaran pemantulan baur (Diffuse reflection)
c)
Foto pemantulan teratur (Specular reflection) dengan menggunakan sinar laser
d)
Foto pemantulan baur (Diffuse reflection) dengan menggunakan sinar laser
Makalah Sains 1 |
4
b. Hukum Pemantulan 1. Sinar datang (sinar jatuh), garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r), i = r.
Gambar 2. Hukum Pemantulan 2.1.2 Cermin A. Jenis-jenis Cermin Jenis-jenis cermin dapat dilihat pada bagan berikut ini:
Cermin adalah salah satu benda optik yang memiliki dua permukaan yang berbeda, yaitu Diagram 1. Jenis-Jenis cermin bagian depan yang mengkilap, dan bagian belakang yang gelap. Cermin datar memiliki Makalah Sains 1 |
5
permukaan yang datar, sedangkan cermin lengkung memiliki permukaan yang lengkung. Cermin datar dapat memantulkan seluruh berkas cahaya yang jatuh kepadanya. Sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah : a. Tegak b. Simetris, yaitu sama bentuk dan sama tinggi dengan bendanya c. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin. d. Bayangan bersifat maya atau semu e. Berkebalikan (bertukar) sisi, yaitu bagian kanan benda menjadi bagian kiri bayangan.
Gambar 3. Ilustrasi Cermin Datar Kasus pada cermin datar Terdapat cermin datar yang tingginya setengah dari tinggi benda, misalkan tinggi benda 100 cm dan tinggi cermin datar adalah 50 cm. Bagaimanakah cara atau berapakah jarak benda agar benda tersebut dapat terlihat secara keseluruhan? Jarak benda ke cermin datar dekat atau jauh, bayangan benda tersebut akan tetap terlihat secara keseluruhan apabila posisi cermin digantungkan pada posisi y = 0.5h – x . dengan h adalah tinggi benda, x jarak mata keujung kepala kita (bayangan) dan y adalah jarak ujung bawah cermin ke lantai. Jadi syarat pertama agar secara keseluruhan benda terlihat pada cermin datar adalah cermin datar tersebut tingginya setengah dari tinggi benda. Kedua, jarak cermin diletakkan dari atas tanah (jaraknya tepat diletakkan pada jarak y = 0.5h – x ).
Sedangkan Cermin lengkung yang akan dibahas adalah cermin bola. Jika permukaan bola bagian dalam yang mengkilap, jenis cermin adalah cermin cekung. Jika permukaan Makalah Sains 1 |
6
bagian luar bola yang mengkilap, jenis cermin adalah cermin cembung. Ruang di belakang cermin yang dapat dilihat oleh mata disebut dengan medan penglihatan. Medan penglihatan tergantung pada ukuran cermin dan letak mata di depan cermin Berikut ini adalah istilah-istilah pada cermin lengkung:
O belakang
.
R f
depan
Gambar 2. Cermin cekung
M
O depan
.
R f
M
belakang
Gambar 3. Cermin cembung
B. Cermin Cekung Cermin cekung adalah benda yang terbuat dari kaca atau logam dengan permukaan yang mengkilap dan melengkung ke dalam (Kamajaya, 2003). Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar atau konvergen. Disebut cermin cekung karena bidang pantulnya mempunyai permukaan melengkung ke dalam. Titik potong berpusatnya sinar-sinar pantul disebut titik fokus. B.1 Sinar-sinar Istimewa pada cermin Cekung Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
M
Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
M
Sinar datang melalui pusat kelengkungan cermin dipantulkan melalui titik itu juga.
Makalah Sains 1 |
7
M
Keterangan Gambar : M = Titik pusat kelengkungan cermin F = Titik fokus O = Titik utama bidang cermin
MO = R = jari-jari FO = f = jarak titik fokus
Untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin cekung digunakan langkah-langkah berikut: 1)
Lukis dua buah sinar istimewa
2)
Sinar selalu datang dari bagian depan cermin dan dipantulkan kembali ke bagian depan. Perpanjangan sinar-sinar di belakang cermin dilukis sebagai garis putus-putus.
3)
Perpotongan kedua buah sinar pantul yang dilukis pada langkah pertama merupakan letak bayangan.
B.2 Pembentukan bayangan pada cermin cekung 1. Jika objek terletak di ruang III, maka bayangan yang terbentuk terletak di ruang II yang bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil.
2. Jika objek terletak di ruang II, maka bayangan yang terbentuk berada di ruang III yang bersifat nyata, terbalik dan diperbesar. Makalah Sains 1 |
8
3.
Jika objek terletak di ruang I, maka bayangan yang terbentuk berada di ruang IV yang bersifat maya, tegak, dan diperbesar.
4.
Jika objek terletak di titik M, maka bayangan yang terbentuk adalah nyata, tebalik, dan sama besar.
5. Jika objek terletak di titik F, maka bayangan yang terbentuk adalah maya dan tak terhingga.
Makalah Sains 1 |
9
C. Cermin Cembung Cermin cembung adalah benda yang terbuat dari kaca atau logam dengan permukaan yang mengkilap dan melengkung keluar. Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar (divergen). Disebut cermin cembung karena bidang pantulnya mempunyai permukaan melengkung keluar (Kamajaya, 2003). C.1 Sinar-Sinar Istimewa Pada Cermin Cembung : Sinar datang sejajar sumbu utama cermin dipantulkan seolah-olah datang dari titik fokus.
M
Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.
M
Sinar datang seolah-olah menuju titik kelengkungan cermin dipantulkan seolaholah datang dari titik pusat kelengkungan tersebut.
M
Makalah Sains 1 |
10
Untuk dapat melukis banyangan pada cermin cembung diperlukan minimal dua sinar istimewa sama dengan cermin cekung. Sifat bayangan yang terbentukpada cermin cembung adalah maya, tegak, diperkecil. Untuk ukuran yang sama, cermin cembung memberikan medan penglihatan yang lebih luas dibandingkan cermin datar. Oleh karena itu, cermin cembung digunakan sebagai kaca spion mobil dan cermin cembung dalam ukuran besar juga dapat ditemui dipasang di tikungan-tikungan tajam, maupun di pertokoan.
M
Gambar 4. Bayangan yang terbentuk pada cermin cembung Keterangan Gambar : F = Titik focus M = Titik pusat kelengkungan cermin 2.1.3 Perhitungan Pembentukan Bayangan Pada Cermin Secara matematis dinyatakan dengan persamaan : 1 1 1 f S0 Si
dimana, f = ½ R adalah jarak titik api S0 = jarak benda terhadap cermin Si = jarak bayangan terhadap cermin, dinyatakan dengan nilai negatif Rumus perbesaran bayangan : Makalah Sains 1 |
11
M
Si h i So ho
Pembuktian Rumus :
Buktikan : f
R 2
PF + FO = PO f+f =R 2f = R f
R 2
Kemudian untuk rumus: 1 1 1 f S0 Si
Makalah Sains 1 |
12
Tan θ1 = ho/So
Tan θ2 = hi/Si
Tan θ1= Tan θ2 ho/So = hi/Si Si/So = hi/ho…………………..(1) Selanjutnya : Tan α1 = ho / So – R
Tan α2 = hi / R- Si
Tan α1 = Tan α2 ho / So – R = hi / R- Si R- Si / So – R = hi / ho R- Si / So – R = Si/So R So - Si So = Si So - R Si R So + R Si = Si So + Si So (So + Si) R = 2 Si So So/ Si So + Si/ Si So = 2/R 1/ Si + 1/ So = 1/F Contoh Soal dan Penyelesaiannya 1) Jarak fokus sebuah cermin cekung 8 cm. Tentukan letak, perbesaran, dan sifat bayangan dari benda yang terletak di depan cermin sejauh 20 cm! Penyelesaian: Dik:
f = 8 cm So = 20 cm
Ditanya:
Si = .... ? M = .... ? sifat bayangan? Makalah Sains 1 |
13
Jawab: Jarak bayangan: 1 1 1 s o si f 1 1 1 s o si f
1 1 1 5 2 3 s ' 8 20 40 40 40
Si = 40/3 cm Perbesaran: Si M So
40 3 2 20 3
Sifat bayangan yang terbentuk adalah : Nyata, terbalik, diperkecil
2) Jarak fokus sebuah cermin cembung 10 cm. Sebuah benda setinggi 6 cm diletakkan 25 cm di depan cermin. Tentukanlah letak bayangan, perbesaran bayangan, dan tinggi bayangan! Penyelesaian: Dik:
f = -10 cm (negatif karena cermin cembung) h = 6 cm S0 = 25 cm
Ditanya:
Si = .... ? M = .... ? h’ = .... ?
Jawab: Jarak bayangan: Makalah Sains 1 |
14
1 1 1 s o si f 1 1 1 si f so
Si =
1 1 1 10 4 14 si 10 25 100 100 100
100 = -7,14 cm (negatif berarti letaknya di belakang cermin cembung) 14
Perbesaran bayangan: Si M So
100 14 4 0,29 25 14
Tinggi bayangan: M
hi hi M .ho = 0,29 . 6 ho
h’ = 1,74 cm
Sifat bayangan : Maya, tegak, dan diperkecil
2.2 Lensa Hukum Pembiasan
Normal
Hukum pembiasan Snellius menyatakan bahwa: 1.
Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar 2. Sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal, dan sinar datang dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal. Dimana : i = sudut datang dan r = sudut bias
i
Udara Air
r
Makalah Sains 1 |
15
Gambar 5. Pembiasan cahaya
Jenis-jenis Lensa Benda-benda yang dapat melakukan pembiasan yaitu prisma dan lensa. Prisma adalah balok transparan dengan penampang berbentuk segitiga, biasanya dibuat dari bahan kaca. Bentuk prisma yang terbanyak adalah prisma bersudut 45 0 – 450 – 900 dan prisma sama sisi 600 – 600 – 600. Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung, yang dapat berbentuk silindris atau bola. Lensa silindris memusatkan cahaya dari sumber titik yang jauh pada satu garis, sedangkan permukaan bola yang melengkung ke segala arah memusatkan cahaya dari sumber yang jauh pada suatu titik (Foster, 2004). Ada dua jenis lensa yaitu lensa cekung dan lensa cembung. Lensa cekung (konkaf) memiliki bagian tengah lebih tipis daripada bagian tepinya. Sinar-sinar bias pada lensa ini bersifat memencar (divergen) sehingga lensa cekung disebut juga dengan lensa divergen. Lensa cembung (konveks) memiliki bagian tengah lebih tebal daripada bagian tepinya. Sinar-sinar bias pada lensa ini bersifat mengumpul (konvergen) sehingga lensa cembung juga disebut lensa konvergen. Perhatikan gambar berikut ini:
.
sumbu f 1 utama
. O
.
f2
Gambar 5. Lensa cembung
.. .. .
sumbu f 1 utama
f1
O O
f2
Gambar 6. Lensa cekung
Garis yang menghubungkan pusat kedua bola yang membentuk permukaan lensa disebut sumbu utama lensa. Titik pada sumbu utama tempat dipusatkannya berkas-berkas sinar sejajar sumbu utama disebut titik fokus lensa sedangkan jarak dari titik fokus ke pusat lensa disebut jarak fokus, f. Kedua permukaan lensa belum tentu memiliki jari-jari lengkung yang sama. Pengelompokan jenis-jenis lensa dapat dilihat pada bagan berikut ini. Makalah Sains 1 |
16
Diagram 2. Jenis-jenis lensa
2.3 Penggunaan Hukum Pembiasan Indeks Bias Indeks bias mutlak suatu medium dapat dipandang sebagai suatu ukuran kemampuan medium itu untuk membelokkan cahaya. Medium yang memiliki indeks bias lebih besar adalah medium yang lebih kuat membelokkan cahaya (Sunardi, 2006). Persamaan Snellius menyatakan bahwa: n1 sin Θ1 = n2 sin Θ2...........................................................................................................(5) Hubungan antara cepat rambat dengan indeks bias dinyatakan dengan: v1 n1 = v2 n2.......................................................................................................................(6) Dan hubungan antara panjang gelombang dengan indeks bias dinyatakan dengan: λ1 n1 = λ2 n2.......................................................................................................................(7) Dimana: n1 = indeks bias medium 1 Makalah Sains 1 |
17
n2 = indeks bias medium 2 Θ1 = sudut sinar datang di medium 1 Θ2 = sudut sinar bias di medium 2 v1 = cepat rambat gelombang di medium 1 v2 = cepat rambat gelombang di medium 2 λ1 = panjang gelombang di medium 1 λ2 = panjang gelombang di medium 2 Pembentukan Bayangan pada Lensa dan Sifat-sifatnya Langkah-langkah dalam melukis pembentukan bayangan pada lensa adalah sebagai berikut: 1)
Lukis dua buah sinar utama
2)
Sinar selalu datang dari depan lensa dan dibiaskan ke belakang lensa
3)
Perpotongan kedua buah sinar bias yang dilukis pada langkah pertama adalah letak bayangan. Jika perpotongan didapat dari perpanjangan sinar bias, maka bayangan yang terjadi adalah maya dan dilukis dengan garis putus-putus.
Sinar-sinar istimewa lensa cembung antara lain: 1) Sinar yang datang sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan melalui titik fokus (aktif) 2) Sinar yang datangnya menuju titik fokus pasif lensa akan dibiaskan sejajar sumbu utama 3) Sinar yang datangnya melewati titik pusat optik akan diteruskan tanpa dibiaskan Sinar-sinar istimewa lensa cekung antara lain : 1) Sinar yang datangnya sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan seakan-akan dari titik fokus pertama. 2) Sinar yang datang menuju titik fokus kedua akan dibiaskan sejajar sumbu utama 3) Sinar yang datang melalui titik pusat optik akan diteruskan dan tidak mengalami pembiasan Rumus umum cermin lengkung dan rumus perbesaran linier pada cermin lengkung juga berlaku untuk lensa tipis yaitu:
Makalah Sains 1 |
18
1 1 1 s s' f
M
(persamaan 4)
h' s ' h s
(persamaan 3)
Sedangkan perjanjian tanda untuk menggunakan persamaan di atas pada lensa tipis yaitu: s bertanda (+) jika benda terletak di depan lensa (benda nyata) s bertanda (-) jika benda terletak di belakang lensa (benda maya) s’ bertanda (+) jika bayangan terletak di belakang lensa (bayangan nyata) s’ bertanda (-) jika bayangan terletak di depan lensa (bayangan maya) f bertanda (+) untuk lensa cembung/konveks/konvergen f bertanda (-) untuk lensa cekung/konkaf/divergen h’ bertanda (+) menyatakan bayangan tegak (maya) h’ bertanda (-) menyatakan bayangan terbalik (nyata) Persamaan Pembuat Lensa Jarak fokus lensa dalam suatu medium berhubungan dengan jari-jari kelengkungan bidang depan dan bidang belakang lensa dan indeks bias bahan lensa, yang dinyatakan dengan: 1 n2 1 1 1 ..........................................................................................(8) f n1 R1 R2
Dimana: n2 = indeks bias bahan lensa n1 = indeks bias medium di sekitar lensa R = jari-jari bidang lengkung R1 atau R2 (+) untuk bidang cembung R1 atau R2 (-) untuk bidang cekung R1 atau R2 (~) untuk bidang datar Persamaan di atas sering digunakan untuk menetukan jarak fokus lensa yang ingin dibuat oleh para pembuat lensa sehingga disebut persamaan pembuat lensa. Kuat Lensa Besaran yang menyatakan ukuran lensa dinamakan kuat lensa/daya lensa (P) yang secara matematis dirumuskan dengan: Makalah Sains 1 |
19
P
1 ............................................................................................................................(9) f 100
untuk f dalam satuan meter atau P f
jika f dalam cm.
Kuat lensa menggambarkan kemampuan lensa untuk membelokkan sinar. Satuan kuat lensa adalah dioptri. Contoh Soal dan Penyelesaiannya Cepat rambat cahaya di udara 3 x 108 m/s dan frekuensinya 6 x 1014 Hz.
1) Hitung: a)
cepat rambat cahaya dalam kaca (indeks bias 1,5)
b)
panjang gelombang cahaya di udara
c)
panjang gelombang cahaya dalam kaca
Penyelesaian: vu = 3 x 108 m/s
Dik:
f = 6 x 1014 Hz nu = 1 nk = 1,5 Ditanya:
a)
vk = .... ?
b) λu = .....? c) λk = .....? Jawab: a) vu nu = vk nk → vk
vu nu 3 x108 x1 nk 1,5
vk = 2 x 108 m/s b)
vu = f . λu
u
vu 3 x108 f 6 x1014
λu = 0,5 x 10-6 m c)
Ingat bahwa frekuensi gelombang selalu tetap di medium apapun, sehingga: vk = f . λk k
vk 2 x108 f 6 x1014
λu = 0,33 x 10-6 m
Makalah Sains 1 |
20
2)
Seekor ikan sedang berenang pada kedalaman 1,2 m di bawah permukaan air danau (indeks bias 4/3). a)
Berapakah kedalaman semu ikan yang diamati oleh seorang anak?
b)
Jika dibalik, ikan yang memandang wajah anak yang berada 1,2 m di atas permukaan air danau, berapakah ketinggian semu anak tersebut, yang diamati oleh ikan?
Penyelesaian: Dik:
h = 1,2 m na = 4/3
Ditanya:
a) h’ikan = ....? b) h’anak = ....?
Jawab: a)
h'ikan 1 h 1,2 h'ikan 0,9 m h na na 4 3
b)
h'anak na h'anak na .h 4 3 .1,2 1,6 m h
3)
Sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa konvergen dengan jarak fokus 15 cm. Tentukan: a)
letak bayangan
b)
perbesaran bayangan
c)
sifat-sifat bayangan
Penyelesaian: Dik:
s = +30 cm (di depan lensa) f = +15 cm (lensa cembung)
Ditanya:
a)
s’ = ... ?
b) M = .....? c)
sifat-sifat bayangan?
Jawab: a)
1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 s s' f s' f s 15 30 30 30
s’ = 30 cm (s’ positif berarti di belakang lensa/bayangan nyata) Makalah Sains 1 |
21
b) M
s ' 30 1 (M negatif berarti bayangan terbalik) s 30
c) Sifat-sifat bayangan: - nyata - 30 cm di belakang lensa - terbalik (M negatif) - sama besar dengan bendanya ( 4)
M 1)
Sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa divergen dengan jarak fokus 15 cm. Tentukan: a)
letak bayangan
b)
perbesaran bayangan
c)
sifat-sifat bayangan
Penyelesaian: Dik:
s = +30 cm (di depan lensa) f = -15 cm (negatif karena lensa cekung)
Ditanya:
a)
s’ = ... ?
b) M = .....? c) sifat-sifat bayangan? Jawab: 1
1
1
1
1
1
1
1
a) s s ' f s ' f s 15 30
2 1 3 30 30
s’ = -10 cm (s’ negatif berarti bayangan di depan lensa) b) M
s' (10) 1 s 30 3
(M positif menunjukkan bayangan maya dan tegak)
c) Sifat-sifat bayangan: - maya - tegak - 10 cm di depan lensa - diperkecil (M=1/3<1)
Makalah Sains 1 |
22
5)
Jarak fokus sebuah lensa ketika berada di udara adalah 12 cm. Berapakah jarak fokus lensa jika lensa itu dicelupkan ke dalam air? Indeks bias lensa = 1,5 dan indeks bias air = 4/3. Penyelesaian: Untuk lensa berada di udara: n2 = nlensa = 1,5 n1 = nudara = 1 1 1 n2 1 1 f ud n1 R1 R2 1 1,5 1 12 1
1 1 R1 R2
1 1 1 ...................................(*) 0,5 12 R1 R2
Untuk lensa dicelup dalam air: n2 = nlensa = 1,5 n1 = nair = 4/3 n 1 1 1 2 1 f air n1 R1 R2
1,5 1 1 f air 4 3
1 1 R1 R2
1 4,5 4 f air 4 4
1 1 R1 R2
1 0,5 1 1 ..........................................................................................(**) f air 4 R1 R2
Dengan membagi persamaan (*) dan (**) diperoleh:
0,5 1R1 1R2 0, 5 1 1 1 f air 4 R1 R2 1 12
f air 4 f air 48 cm 12
2.4 Peralatan Optik 1) Mata Bagian-bagian Mata Makalah Sains 1 |
23
Mata manusia terdiri dari kornea, cairan aqueous humor, lensa mata (lensa kristalin), iris, pupil, vitreous humor, retina, otot siliar, dan saraf optik. Ketika cahaya masuk ke mata melalui kornea, dibiaskan oleh cairan aqueous humor . Iris mengendalikan besar kecilnya pupil, yang mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke lensa mata. Cahaya ini difokuskan oleh lensa mata ke retina, yang terdiri atas berjuta-juta sel sensitif (sel batang dan sel kerucut). Ketika dirangsang oleh cahaya sel-sel ini mengirim sinyal-sinyal melalui saraf optik ke otak (Kanginan, 2004). Jadi, suatu bayangan nyata benda dapat diterima dengan jelas jika bayangan tersebut jatuh di retina. Bayangan yang dibentuk pada retina adalah nyata, terbalik, dan lebih kecil, namun bayangan yang terbalik ini diinterpretasikan oleh otak sebagai bayangan tegak. Untuk mencapai retina, cahaya mengalami 5 kali pembiasan yaitu dari udara (n = 1), kornea (n = 1,38), aqueous humor (n = 1,33), lensa (rata-rata n = 1,40), dan vitreous humor (n = 1,34). Prosentase pembiasan yang terbesar terjadi pada bidang batas antara udara-kornea karena perbedaan indeks bias antara keduanya paling besar daripada bidang batas pembiasan yang lainnya. Mata memiliki jarak bayangan tetap karena jarak lensa mata dan retina adalah tetap. Agar benda-benda dengan jarak berbeda dapat difokuskan pada retina maka jarak fokus lensa mata harus diatur. pengaturan jarak fokus ini dilakukan oleh otot siliar. Proses dimana lensa mengubah jarak fokus untuk keperluan memfokuskan benda-benda pada berbagai jarak disebut akomodasi mata. Cacat Mata (Aberasi) dan Cara Menanggulanginya Mata dapat melihat dengan jelas jika letak benda berada dalam jangkauan penglihatan, yaitu antara titik dekat mata (punctum proximum) dan titik jauh mata (punctum remotum). Titik dekat mata adalah titik paling dekat ke mata dimana suatu benda dapat diletakkan dan masih menghasilkan suatu bayangan tajam pada retina ketika mata berakomodasi maksimum. Titik jauh mata adalah lokasi paling jauh benda dimana mata yang relaks (mata tak berakomodasi) dapat memfokuskan benda. Mata normal (emetropi) memiliki titik dekat 25 cm dan titik jauh tak berhingga (~). 1)
Rabun jauh (miopi) Mata rabun jauh memiliki titik dekat lebih kecil daripada 25 cm dan titik jauh pada jarak tertentu. Cacat ini disebabkan oleh karena lensa mata tidak dapat menjadi pipih Makalah Sains 1 |
24
sebagaimana mestinya sehingga bayangan jatuh di depan retina. Cacat mata ini dapat dibantu dengan lensa cekung, karena lensa cekung akan memencarkan cahaya sebelum masuk ke mata sehingga dapat membuat bayangan jatuh tepat di retina. 2)
Rabun dekat (hipermetropi) Mata rabun dekat memiliki titik dekat lebih besar daripada 25 cm dan titik jauh pada jarak tak terhingga. Keadaan ini terjadi karena lensa mata tidak dapat menjadi cembung sebagaimana mestinya sehingga bayangan jatuh di belakang retina. Untuk membantu penderita rabuh dekat digunakan kacamata berlensa cembung yang akan menguncupkan cahaya sebelum masuk ke mata sehingga bayangan akan jatuh tepat di retina.
3)
Mata tua (presbiopi) Mata tua adalah cacat mata akibat berkurangnya daya akomodasi mata pada usia lanjut. Titik dekatnya lebih besar dari 25 cm dan titik jauhnya pada jarak tertentu. Mata presbiopi ditolong dengan kacamata berlensa rangkap/bifokal.
4)
Astigmatisma Cacat mata astigmatisma disebabkan oleh kornea mata yang tidak berbentuk sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang daripada bidang lainnya (bidang silinder). Akibatnya, benda titik difokuskan sebagai garis pendek. Mata astigmatisma juga memfokuskan sinar-sinar pada bidang vertikal lebih pendek daripada bidang horisontal. Cacat mata ini dapat dibantu dengan kacamata silindris.
5)
Katarak dan glaukoma Seseorang yang berumur panjang sewaktu-waktu dalam hidupnya akan mengalami pembentukan katarak, yang membuat lensa matanya secara parsial atau secara total buram (tak tembus cahaya). Pengobatan umum untuk katarak adalah operasi pembersihan lensa. Glaukoma disebabkan oleh peningkatan abnormal pada tekanan fluida dalam mata. Peningkatan tekanan ini dapat menyebabkan pengurangan suplai darah ke retina, yang akhirnya dapat mengarah kepada kebutaan. Jika gejala penyakit ini ditemukan lebih dini, penyakit ini bisa ditanggulangi dengan obat atau pembedahan. Makalah Sains 1 |
25
Contoh Soal dan Penyelesaiannya 1)
Seorang penderita rabun jauh memiliki titik jauh 100 cm. Jika ia ingin dapat melihat benda-benda jauh seperti orang normal, berapa kuat lensa yang harus digunakannya? Penyelesaian: (Pada penderita cacat mata, fungsi kacamata adalah untuk menghasilkan bayangan benda agar jatuh pada titik dekat/titik jauh penderita (s’ = pp atau pr), sehingga bayangan tersebut berada di depan lensa. Menurut perjanjian, untuk bayangan yang terletak di depan lensa s’ bernilai (-).) Dik:
s’ = -100 cm s = ~ (penderita ingin melihat benda-benda jauh seperti orang normal, dimana orang normal memiliki titik jauh tak berhingga/benda-benda dianggap berada pada jarak tak berhingga)
Ditanya:
P = .... ?
Jawab: P
100 f
1 1 1 f s s'
1 1 1 1 1 ( )0 f ~ 100 100 100
f = - 100 cm P
2)
100 1 dioptri 100
Seorang penderita rabun dekat memiliki titik dekat 100 cm. Jika ia ingin dapat membaca pada jarak baca normal, tentukan kuat lensa yang harus digunakannya! Penyelesaian: Dik:
s’ = -100 cm s = 25 cm (benda terletak di titik dekat orang normal)
Ditanya:
P = .... ?
Jawab: Makalah Sains 1 |
26
P
100 f
1 1 1 f s s'
f
P
1 1 1 4 1 3 ( ) f 25 100 100 100 100
100 33,3 cm 3
100 100
3 dioptri
3
Lup (Kaca Pembesar) Lup adalah alat optik yang paling sederhana yang hanya menggunakan sebuah lensa cembung. Lup digunakan untuk melihat angka-angka yang sangat kecil, dan banyak digunakan oleh tukang arloji untuk melihat komponen-komponen arloji yang berukuran kecil.
Gambar 6. Lup
Mikroskop
Makalah Sains 1 |
27
Gambar 7. Mikroskop Mikroskop merupakan alat optik yang menggunakan dua buah lensa positif. Satu lensa diletakkan di dekat objek yang disebut lensa objektif dan lensa lainnya diletakkan dekat mata pengamat yang disebut lensa okuler. Fungsi mikroskop yaitu untuk melihat bendabenda renik (benda-benda yang sangat kecil). Sifat bayangan yang dibentuk oleh mikroskop adalah maya, diperbesar, dan terbalik. Untuk menghitung perbesaran pada Mikroskop dapat menggunakan rumus di bawah ini:
Teropong
Gambar 8. Teropong Teropong atau teleskop merupakan alat optik yang digunakan untuk mengamati bendabenda yang jauh letaknya agar tampak lebih dekat dan jelas. Teropong dapat Makalah Sains 1 |
28
dikelompokkan dalam dua bagian yaitu teropong lensa (bias), yaitu teropong yang menggunakan lensa, dan teropong cermin (pantul), yaitu teropong yang menggunakan cermin dan lensa. Yang termasuk teropong bias yaitu: 1)
Teropong bintang (teropong astronomi), menggunakan dua lensa positif, untuk mengamati benda-benda yang jauh.
2)
Teropong bumi, digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat jauh di permukaan bumi. Teropong ini dilengkapi dengan lensa pembalik yang juga lensa positif, yang ditempatkan setelah lensa objektif, yang fungsinya adalah untuk membalikkan bayangan sehingga bayangan akhir menjadi tegak.
3)
Teropong panggung (teropong Galilei), menggunakan lensa positif sebagai lensa objektif, dan lensa negatif sebagai lensa okuler. Bayangan akhir yang dihasilkan adalah bayangan tegak.
4)
Teropong prisma (binokuler), menggunakan dua lensa positif yang berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler, dan prisma sebagai pengganti lensa pembalik.
Sedangkan teropong pantul, misalnya teropong pantul astronomi, menggunakan cermin cekung besar yang berfungsi sebagai pemantul cahaya, satu cermin datar kecil, dan satu lensa cembung.
Perbesaran pada teropong dapat dihitung menggunakan rumus :
Makalah Sains 1 |
29
BAB III PENUTUP 3.1 Simpulan Dari hasil pembahasan diatas maka dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu: 1. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang merambat dengan cara pancaran (radiasi) sehingga tidak memerlukan medium untuk merambat. 2. Pemantulan cahaya pada permukaan datar seperti cermin, atau permukaan air yang tenang, termasuk pemantulan teratur. Sedangkan pemantulan cahaya pada permukaan kasar seperti pakaian, kertas dan aspal jalan, termasuk dalam pemantulan baur. 3. Cermin cekung adalah benda yang terbuat dari kaca atau logam dengan permukaan yang mengkilap dan melengkung ke dalam. Sedangkan cermin cembung adalah benda yang terbuat dari kaca atau logam dengan permukaan yang mengkilap dan melengkung keluar. 4. Pembiasan adalah jika seberkas cahaya datang dan membentuk sudut terhadap permukaan (bukan hanya tegak lurus), berkas tersebut dibelokkan pada waktu memasuki medium yang baru. 5. Ada dua jenis lensa yaitu lensa cekung dan lensa cembung. Lensa cekung (konkaf) memiliki bagian tengah lebih tipis daripada bagian tepinya. Sinar-sinar bias pada lensa ini bersifat memencar (divergen) sehingga lensa cekung disebut juga dengan lensa divergen. Lensa cembung (konveks) memiliki bagian tengah lebih tebal daripada bagian tepinya. Sinar-sinar bias pada lensa ini bersifat mengumpul (konvergen) sehingga lensa cembung juga disebut lensa konvergen. 6. Aplikasi penggunaan cermin dan lensa terdapat pada alat-alat optik seperti Luv, Miksroskop, dan Teropong Makalah Sains 1 |
30
3.2 Saran Adapun saran penulis sehubungan dengan bahasan makalah ini, kepada rekan-rekan mahasiswa agar lebih meningkatkan, menggali dan mengkaji lebih dalam tentang bagaimana pengertian optik geometris, pembentukan bayangan dan pembiasan bayangan
DAFTAR PUSTAKA
Kanginan, Marthen. 2004. Fisika SMA 3A. Jakarta: Erlangga. Goenawan, J..1999. Fisika 3A. Jakarta: Grasindo. Foster, Bob. 2004. Terpadu Fisika 1B. Jakarta: Erlangga. Kamajaya. 2003. Pintar Fisika 2. Jakarta: Ganeca Exact. Sunardi, Etsa Indra Irawan. 2006. Fisika Bilingual 2. Bandung: Yrama Widya.
Makalah Sains 1 |
31
