CAHAYA DAN ALAT OPTIK 8.2 RINIE PRATIWI

Dari Crayonpedia

Langsung ke: navigasi, cari

Daftar isi

Cahaya dan Alat Optik

Cahaya dapat kita temui dimana-mana. Tetapi apakah cahaya itu? Cahaya menunjukkan beberapa sifat tertentu yang mirip dengan sifat gelombang. Cahaya memantul dengan cara yang sama seperti gelombang memantul. Pada bab ini kamu juga akan mengamati beberapa sifat lain gelombang yang dimiliki cahaya, misalnya pembiasan dan dispersi. Kamu juga akan mempelajari bagaimana mekanisme pemantulan cahaya pada cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung. Selain itu, kamu juga akan mempelajari bagaimanakah pembentukan bayangan karena pembiasan cahaya pada lensa cekung dan lensa cembung. Kamu diharapkan dapat memanfaatkan berbagai aturan pemantulan dan pembiasan cahaya dalam kehidupan sehari-hari. Selain itu, fenomena pemantulan dan pembiasan ini bermanfaat untuk merancang alat-alat optik, misalnya pada lup, kamera, mikroskop, dan teropong.

Sifat-sifat Cahaya

Amatilah alam sekitarmu. Langit cerah berwarna biru, sawah hijau kekuning-kuningan, serta bunga beraneka warna. Tahukah kamu, bahwa kamu dapat melihat semua itu karena adanya sesuatu di alam ini yang disebut cahaya. Mungkin pernah terjadi suatu malam lampu di rumahmu padam. Dapatkah kamu melihat benda-benda di sekitarmu? Apa yang harus kamu lakukan agar benda-benda di sekitarmu itu dapat terlihat kembali? Lakukan kegiatan dalam Lab Mini 11.1 untuk menyelidiki apa yang terjadi pada dirimu jika tidak ada cahaya yang dapat ditangkap oleh matamu.

Sudah sejak lama manusia menemukan bahwa api dapat menghasilkan cahaya. Selanjutnya ditemukan obor, lilin, lampu minyak, sampai lampu listrik. Kita bahkan menggunakan baterai untuk menyimpan energi yang dapat menghasilkan cahaya pada lampu senter. Alami atau buatan, cahaya mungkin merupakan suatu misteri bagimu. Kamu tidak dapat memegang cahaya. Cahaya tidak mempunyai wujud, namun cahaya ada di sekitarmu. Kamu mungkin mengira tidak tahu banyak tentang cahaya. Itu tidak sepenuhnya benar. Sebab cahaya memiliki beberapa sifat yang serupa dengan bunyi. Pada saat kamu mempelajari cahaya, perhatikan persamaan dan perbedaan antara cahaya dan bunyi. Sekarang, marilah kita pelajari sifat-sifat cahaya itu.

Cahaya Merambat Lurus

Dari sebuah sumber cahaya, seperti ditunjukkan Gambar 11.1cahaya merambat ke semua arah. Apabila medium yang dilalui cahaya itu serba sama, bagaimanakah rambatan cahaya itu? Untuk menyelidiki bagaimana cahaya merambat, lakukan kegiatan dalam Lab Mini 11.2 seperti ditunjukkan Gambar 11.2. Pernahkah kamu merasa takut dengan bayangbayangmu sendiri? Pernahkah kamu membuat bayangbayang di dinding dengan tanganmu? Mengapa bayangbayang dapat terbentuk? Bayang-bayang terjadi sebagai akibat cahaya merambat pada garis lurus. Hal ini tidak sulit untuk dipahami. Jika kamu menyalakan lampu senter dalam ruangan yang gelap,

Image:cahaya merambat luus.jpg

Image:lilin.jpg

Image:kura2.jpg

kamu melihat suatu berkas cahaya lurus. Jika sebuah benda memasuki berkas tersebut, maka benda tersebut menghalangi sebagian cahaya tersebut dan dihasilkan sebuah bayang-bayang. Cahaya tidak membelok di sekitar benda tersebut. Bayang-bayang merupakan suatu daerah gelap yang terbentuk pada saat sebuah benda menghalangi cahaya yang mengenai suatu permukaan. Kamu dapat melihatnya pada Gambar 11.3. Jika sumber cahaya cukup besar, bayangbayang sering terdiri dari dua bagian. Apabila cahaya tersebut terhalang seluruhnya, terbentuklah umbra, yaitu bagian pertama bayang-bayang yang sangat gelap. Daerah di luar umbra menerima sebagian cahaya, terbentuklah penumbra, yaitu bagian kedua bayang-bayang yang terletak di luar umbra dan tampak berwarna abu-abu kabur, seperti Gambar 11.4.

Image:bayang bayang gelap.jpg

Pemantulan Cahaya

Sesaat sebelum kamu berangkat sekolah, kamu mungkin menyempatkan bercermin sejenak untuk melihat penampilanmu. Agar kamu dapat melihat bayanganmu di cermin, cahaya harus terpantul darimu, mengenai cermin, dan dipantulkan kembali oleh cermin ke dalam matamu. Pemantulan cahaya terjadi ketika cahaya mengenai suatu benda dan dipantulkan oleh benda tersebut. Gambar 11.5 menunjukkan sebuah contoh pemantulan. Lakukan kegiatan Lab. Mini 11.3.

Hukum Pemantulan

Perhatikan Gambar 11.6. Berkas sinar yang mengenai cermin disebut sinar datang. Sedangkan berkas sinar yang meninggalkan cermin disebut sinar pantul. Sebuah garis putus-putus yang digambar tegak lurus permukaan cermin disebut garis normal. Sudut yang dibentuk oleh sinar datang dan garis normal disebut sudut datang, yang dilambangkan dengan i. Sedangkan sudut yang dibentuk oleh sinar pantul dan garis normal disebut sudut pantul, yang dilambangkan dengan r. Hukum pemantulan menyatakan bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul. Setiap cahaya yang dipantulkan, apakah dipantulkan dari sebuah cermin, aluminium foil, atau bulan mengikuti hukum pemantulan tersebut.

Image:mengaca.jpg

Image:cahaya yg dipantulkan.jpg

Jenis Pemantulan

Mengapa kamu dapat melihat pantulanmu atau bayanganmu pada cermin? Mengapa kamu tidak dapat melihat pantulanmu atau bayanganmu pada dinding? Pada kedua kasus tersebut cahaya dipantulkan dari suatu permukaan. Jawabannya terletak pada bagaimana cahaya itu dipantulkan. Jenis permukaan yang dikenai cahaya menentukan jenis pemantulan yang dihasilkan. Cermin mempunyai permukaan halus. Semua sinar yang mencapai permukaan cermin datang dengan sudut yang sama sehingga sinar itu juga dipantulkan pada sudut yang sama. Jenis pemantulan ini disebut pemantulan teratur. Ini serupa dengan bola yang memantul dari lantai datar , ditunjukkan Gambar 11.7 Permukaan suatu dinding tidak benar-benar halus. Ini mungkin mengherankan kamu karena boleh jadi kamu berpikir bahwa kebanyakan dinding memiliki permukaan halus. Jika kamu memperbesar permukaan suatu dinding, kamu akan melihat bahwa permukaan itu kasar dan tidak teratur. Karena permukaan dinding tidak halus, tiap-tiap sinar mencapai permukaan tersebut dengan sudut berbeda. Tiaptiap sinar masih mematuhi hukum pemantulan. Sehingga, tiap-tiap sinar tersebut dipantulkan pada sudut yang berbeda. Jadi cahaya yang dipantulkan itu dihamburkan ke segala arah. Cahaya yang dipantulkan yang tersebar ke banyak arah yang berbeda dikarenakan suatu permukaan tidak teratur disebut pemantulan baur. Gambar 11.8 memperlihatkan pemantulan baur.

Image:gambar 17 & 18.jpg

Image:pantulan permukaan air.jpg

Meskipun pemantulan baur tidak dikehendaki untuk melihat bayanganmu, pemantulan baur itu penting. Seandainya sinar matahari tidak dihamburkan ke segala arah oleh permukaan tidak rata dan partikel-partikel debu di udara, kamu hanya akan dapat melihat benda-benda yang terkena sinar matahari langsung. Segala sesuatu yang terlindung di bawah pohon atau berada di dalam rumah akan tidak terlihat karena berada dalam tempat gelap gulita. Di samping itu, cahaya sinar matahari akan begitu kuat sehingga kamu akan mengalami kesulitan dalam penglihatan. Kamu akan sulit melihat gorilla dalam Gambar 11.9.

Pembiasan Cahaya

Gelombang-gelombang cahaya normalnya merambat dalam garis lurus. Apabila gelombang-gelombang cahaya itu bergerak dari satu jenis zat ke jenis zat yang lain, seperti dari udara ke air, kecepatan gelombang cahaya itu berubah. Bagaimana arah rambat cahaya, apabila cahaya merambat dari satu jenis zat ke jenis zat lain, seperti dari udara menuju ke air? Kamu akan mendapatkan keanehan jika melakukan kegiatan dalam Lab Mini 11.4, seperti yang ditunjukkan Gambar 11.10. Cahaya di dalam gelas terisi air dan uang logam pada Lab Mini 11.4 mengalami pembelokan.

Image:pembiasan.jpg

Pembelokan ini disebabkan cahaya itu merambat melewati zat-zat yang berbeda dan berubah kelajuannya. Pembelokan cahaya itu disebut pembiasan cahaya. Pembiasan cahaya adalah pembelokan gelombang cahaya yang disebabkan oleh suatu perubahan dalam kelajuan gelombang cahaya pada saat gelombang cahaya tersebut merambat dari satu zat ke zat lainnya. Mengapa kamu dapat melihat kembali uang logam pada kegiatan dalam Lab Mini 11.3 setelah air dituangkan ke dalam gelas? Cahaya yang berasal dari uang logam berubah arah ketika cahaya itu merambat menuju matamu. Cahaya itu dibelokkan ketika cahaya itu melewati air menuju udara. Gambar 11.11 menunjukkan suatu contoh pembiasan. Karena pembiasan, sebuah tongkat kelihatan bengkok atau patah ketika dicelupkan ke dalam air. Pembiasan juga menyebabkan ikan di dalam akuarium,

Image:kartuun.jpg

seperti ditunjukkan Gambar 11.13 tampak lebih dekat ke permukaan. Demikian juga halnya uang logam, pada Gambar 11.11, akan tampak lebih terangkat atau lebih dekat ke permukaan sehingga terlihat oleh mata kamu. Gambar 11.13A menunjukkan bahwa cahaya dibiaskan atau dibelokkan mendekati garis normal. Hal ini terjadi karena laju cahaya di air lebih kecil daripada laju cahaya di udara. Kelajuan cahaya akan berkurang ketika cahaya merambat dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat. Misalnya, dari udara menuju air. Gambar 11.13B menunjukkan bahwa cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Hal ini terjadi karena laju cahaya di udara lebih besar daripada laju cahaya di air. Kelajuan cahaya akan bertambah jika cahaya merambat dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat. Misalnya, dari air menuju udara.

Image:garis normal.jpg

Indeks Bias

Setiap medium mempunyai suatu indeks bias tertentu, yang merupakan suatu ukuran seberapa besar suatu bahan membiaskan cahaya. Indeks bias suatu zat adalah perbandingan kelajuan cahaya di udara dengan kelajuan cahaya di dalam zat tersebut. Kelajuan cahaya di udara selalu lebih besar daripada di dalam zat lain. Oleh karena itu, indeks bias zat selain udara selalu lebih besar daripada satu. Semakin besar indeks bias suatu zat, semakin besar cahaya dibelokkan oleh zat tersebut. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya. Dalam spektrum cahaya tampak, panjang gelombang cahaya bervariasi dari gelombang merah yang terpanjang sampai gelombang ungu yang terpendek.

Dispersi Cahaya

Pernahkah kamu melihat pelangi di langit? Apakah warna-warna dalam pelangi tersebut? Bagaimanakah terjadinya warna-warna dalam pelangi itu? Jika kamu pernah melihat pelangi, berarti kamu pernah melihat suatu contoh peristiwa dispersi cahaya. Dispersi cahaya merupakan peristiwa terurainya cahaya putih menjadi warna-warna spektrum.

Image:mejiku.jpg

Gambar 11.14 menunjukkan apa yang terjadi ketika cahaya putih melalui sebuah prisma. Prisma segitiga membiaskan cahaya dua kali. Pertama, pada saat cahaya masuk ke dalam prisma dan kedua pada saat cahaya keluar dari prisma dan keluar ke udara. Oleh karena cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dibiaskan lebih besar daripada cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang, maka warna ungu dibelokkan paling besar. Warna cahaya manakah yang kamu harapkan dibelokkan paling kecil? Sebagai hasil dari pembiasan yang berbeda-beda tersebut, warna-warna yang berbeda dipisahkan ketika warna-warna tersebut keluar dari prisma. Apakah cahaya yang meninggalkan prisma mengingatkan kamu pada sebuah pelangi? Sama halnya dengan prisma, titik-titik hujan juga membiaskan cahaya. Pembiasan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda dapat menyebabkan cahaya putih dari matahari terurai menjadi warna-warna tunggal spektrum cahaya tampak. Isac Newton mengemukakan bahwa sesungguhnya cahaya putih mengandung semua dari tujuh warna yang terdapat pada pelangi. Berdasarkan urutan penurunan panjang gelombang, maka warna-warna yang seharusnya kamu lihat pada pelangi adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

Benda-benda Gelap

Tidak semua benda yang tampak oleh kita memancarkan cahaya sendiri. Benda-benda yang memancarkan cahaya sendiri disebut sumber cahaya. Sangat sedikit benda yang memancarkan cahaya sendiri. Dapatkah kamu menyebutkan beberapa contoh benda yang memancarkan cahaya sendiri? Sebagian besar benda-benda yang terdapat di sekitar kita tidak memancarkan cahaya sendiri. Benda-benda yang tidak memancarkan cahaya sendiri disebut benda gelap. Pada Gambar 11.15 ditunjukkan beberapa contoh benda gelap. Berdasarkan kemampuan suatu benda untuk dilewati cahaya, benda gelap dapat dibedakan menjadi benda tidak tembus cahaya, benda bening, dan benda tembus cahaya. Benda-benda gelap yang menghalangi cahaya untuk melewatinya disebut opaque atau benda tidak tembus cahaya. Kayu, besi, dan sebagian besar bagian tubuhmu adalah opaque. Kayu, besi, dan sebagian besar tubuhmu itu memantulkan atau menyerap energi cahaya. Pada Gambar 11.15, tembok merupakan benda tidak tembus cahaya. Benda-benda yang membiarkan cahaya melewatinya dengan mudah disebut transparans atau benda bening. Air, udara, dan beberapa jenis kaca meneruskan cahaya dan tidak menyerap cahaya. Pada Gambar 11.15, kaca merupakan benda bening.

Image:tidak tembus cahaya.jpg

Benda-benda yang membiarkan sebagian cahaya melewatinya, namun menyebarkan sebagian cahaya lainnya disebut translusens atau benda tembus cahaya. Kain korden yang tipis, seperti yang terlihat pada Gambar 11.15, dan beberapa jenis plastik merupakan contoh-contoh benda tembus cahaya.

Hukum Pembiasan

Tentunya kamu sudah dapat menyebutkan contoh kejadian sehari-hari yang dapat dijelaskan dengan konsep pembiasan. Dasar kolam tampak lebih dangkal dari sebenarnya, sebatang pensil yang dicelupkan ke dalam air tampak bengkok, merupakan contoh kejadian sehari-hari yang berkaitan dengan terjadinya pembiasan cahaya. Untuk memahami tentang pembiasan cahaya, kamu dapat melakukan kegiatan seperti dalam Gambar 11.16. Seberkas cahaya (sinar laser/kotak cahaya) arahkan ke permukaan kaca planparalel (lihat Gambar 11.16). Lakukan juga untuk berbagai sudut datang. Bagaimanakah arah sinar yang merambat melalui kaca terhadap sinar datang dari kotak cahaya/sinar laser? Ternyata, sinar dibelokkan pada saat mengenai bidang batas udara-kaca. Sinar datang dari udara dibiaskan dalam kaca mendekati garis normal. Buatlah sebuah lingkaran dengan pusat pada bidang batas, tempat pertemuan sinar datang, sinar bias, dan garis normal, seperti ditunjukkan Gambar 11.17. Hitunglah Perbandingan proyeksi sinar datang dan proyeksi sinar bias untuk berbagai sudut datang, misalnya A’O dibanding B’O, dan seterusnya. Bagaimanakah nilai perbandingan tersebut? Berdasarkan kegiatan di atas, dapat disimpulkan bahwa: “Perbandingan proyeksi sinar datang dan proyeksi sinar bias pada perambatan cahaya dari satu medium ke medium lain merupakan bilangan tetap.” Orang pertama yang menemukan bahwa terdapat perbandingan yang tetap antara proyeksi sinar datang dengan proyeksi sinar bias itu adalah seorang ilmuwan Belanda bernama Snellius. Oleh karena itu, pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum Snellius. Perhatikan Gambar 11.16 untuk memahami hukum Snellius.

Image:udara ke kaca.jpg

IMage:lintasan sinar.jpg

Nilai perbandingan tersebut dikenal dengan nama indeks bias, dan dinyatakan dengan lambang n. Jadi, untuk sinar dari udara ke kaca, indeks bias kaca adalah:

Image:n ao bo.jpg

Nilai perbandingan tersebut dikenal dengan nama indeks bias, dan dinyatakan dengan lambang n. Jadi, untuk sinar dari udara ke kaca, indeks bias kaca adalah:

B.Cermin dan Lensa

Pada Subbab E kamu telah mempelajari sifat-sifat cahaya, yaitu pemantulan dan pembiasan. Pemantulan terkait erat dengan cermin. Sedangkan pembiasan terkait erat dengan lensa. Pada Subbab F ini kamu akan mempelajari tentang cermin dan lensa.

Cermin

Cermin terbuat dari kaca yang salah satu permukaannya dilapisi dengan lembaran tipis aluminium atau perak. Cahaya yang mengenai cermin akan dipantulkan. Ada tiga jenis cermin, yaitu cermin datar, cekung, dan cembung.

Cermin Datar

Jenis cermin yang sering kamu gunakan untuk bercermin setiap pagi adalah sebuah cermin datar. Cermin datar adalah sepotong kaca datar yang dilapisi dengan bahan yang bersifat memantulkan cahaya pada salah satu permukaannya. Pernahkah kamu melihat bayangan seluruh tubuhmu pada cermin datar? Apa yang kamu lihat pada saat kamu berdiri di depan cermin itu? Bayanganmu kelihatan tegak dengan ukuran yang sama dengan ukuranmu.

Image:cermin datar.jpg

Gambar 11.18 menunjukkan bagaimana bayangan-mu terbentuk oleh cermin datar. Cahaya dari kamu menuju cermin dan dipantulkan kembali dari cermin ke matamu. Bayanganmu tampak di belakang cermin karena kamu merasa cahaya yang dipantulkan itu seperti datang dari suatu tempat di belakang cermin. Bayangan itu disebut bayangan maya. Bayangan maya adalah suatu bayangan yang tidak dapat ditangkap dengan layar. Artinya apabila di belakang cermin itu diletakkan layar, pada layar itu tidak akan tampak bayangan tersebut. Hal ini dikarenakan cermin tersebut tidak tembus cahaya, dan tidak ada sinar cahaya di belakang cermin yang berasal dari kamu.

Cermin Cekung dan Cermin Cembung

Cermin tidak selalu datar. Jika permukaan sebuah cermin melengkung ke dalam, cermin itu disebut cermin cekung (Gambar 11.19A). Jika permukaan sebuah cermin melengkung ke luar cermin itu disebut cermin cembung (Gambar 11.19B). Cermin cekung dan cermin cembung masing-masing memiliki tiga titik penting, yaitu titik fokus F, titik pusat kelengkungan C, dan titik pusat optik A. Kedua cermin tersebut memiliki sumbu utama atau sumbu optik, yaitu garis lurus yang ditarik melalui ke tiga titik tersebut. CA adalah jari-jari cermin (R) dan titik F berada di tengah-tengah CA. Oleh karena itu, CF = FA. FA adalah panjang fokus (f). Bayangan yang dihasilkan cermin cekung dan cermin cembung dapat diperoleh dengan meng-gambar tiga sinar istimewa. Ketiga sinar tersebut ditandai dengan 1, 2, dan 3 pada Gambar 11.20A dan Gambar 11.20B. Sinar 1 yang datang sejajar dengan sumbu cermin dipantulkan melalui

Image:sumber a-b.jpg

titik fokus F untuk cermin cekung, Gambar 11.20A atas, dan dipantulkan seperti datang dari titik fokus internal untuk cermin cembung, Gambar 11.20B atas. Sinar 2 yang datang melalui titik pusat kelengkungan cermin C dipantulkan kembali sepanjang jalan yang sama pada saat datang untuk cermin cekung, Gambar 11.20A tengah, dan tampak seperti dipantulkan dari titik pusat kelengkungan internal C untuk cermin cembung, Gambar 11.20B tengah. Sinar 3 yang datang melalui titik fokus F dipantulkan sejajar dengan sumbu cermin untuk cermin cekung, Gambar 11.20A bawah, dan sinar 3 yang datang ke arah titik fokus internal cermin cembung F dipantulkan sejajar dengan sumbu cermin, Gambar 11.20B bawah. Bunga pada Gambar 11.20A dipantulkan oleh sebuah cermin cekung. Cermin cekung menghasilkan bayangan yang berbeda dengan bayangan yang dihasilkan oleh cermin datar. Bayangan yang dibentuk bergantung pada letak benda di depan cermin tersebut. Untuk lebih memperjelas lakukan kegiatan pada Lab. Mini 11.5.

Image:sinar istimewa.jpg

Image:mawar balik.jpg

Gambar 11.20 B memperlihatkan salah satu cara pembentukan bayangan pada cermin cekung. Sinar 1 yang sejajar dengan sumbu optik dipantulkan melalui titik fokus. Sinar 2 melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu optik. Perpotongan sinar-sinar pantul itu menghasilkan bayangan nyata terbalik. Bila kamu meletakkan layar tepat pada tempat bayangan tersebut, maka bayangan tersebut akan tampak pada layar. Gambar 11.21 memperlihatkan bayangan yang dihasilkan oleh benda yang diletakkan pada berbagai tempat di depan cermin cekung. Bayangan yang dihasilkan oleh benda yang berada di antara puncak cermin (A) dan titik fokus (F) adalah maya, tegak, dan diperbesar (Gambar 11.21A). Pada Gambar 11.21A sinar yang datang menuju puncak cermin A tersebut dipantulkan dengan sudut pantul sama dengan sudut datang. Bayangan yang dihasilkan oleh benda yang berada di antara titik fokus (F) dan titik pusat keleng-kungan cermin (C) adalah nyata, terbalik, dan

diperbesar (Gambar 11.22B). Bayangan yang dihasilkan oleh benda yang berada di belakang titik pusat kelengkungan cermin (C) adalah nyata, terbalik, dan diperkecil (Gambar 11.22C). Apa yang terjadi jika kamu menempatkan sebuah benda tepat pada titik fokus cermin cekung? Gambar 6.22 memperlihatkan bahwa jika benda diletakkan pada titik fokus, maka cermin memantulkan semua sinar cahaya secara sejajar dengan sumbu cermin. Tidak ada bayangan yang dapat dilihat karena sinar-sinar itu tidak berpotongan.

Image:cream.jpg

Image:sinar cahaya datang.jpg

Pernahkah kamu membuka bagian depan lampu senter? Kamu pasti menemukan cermin cekung di belakang bola lampu senter. Bola lampu tersebut diletakkan pada titik fokus cermin agar diperoleh berkas cahaya yang kuat. Cermin cekung juga digunakan pada lampu utama mobil dan lampu sorot untuk menghasilkan sinar-sinar yang mendekati sejajar. Pernahkah kamu melihat sebuah cermin besar yang dipasang di atas lorong-lorong sebuah toko? Jenis cermin yang melengkung ke luar seperti ditunjukkan pada Gambar 11.23A disebut cermin cembung. Gambar 11.23B menunjukkan bagaimana cermin cembung tersebut menghasilkan bayangan dengan menggam-barkan sinar sejajar sumbu cermin (Sinar 1) dan sinar menuju pusat kelengkungan cermin (Sinar 2). Sinar-sinar pantul cermin cembung menyebar ke luar sehingga tidak pernah bertemu. Oleh karena itu, bayangan cermin cembung selalu maya, tegak, dan lebih kecil daripada benda sebenarnya. Di samping itu, karena cermin cembung menyebarkan sinar pantul, maka cermin cembung memungkinkan diperoleh daerah pandang yang luas. Itulah sebabnya mengapa cermin cembung banyak digunakan di tempattempat tertentu seperti toko swalayan, pabrik, dan kaca spion mobil. Perlu kamu perhatikan bahwa melalui kaca spion perkiraanmu terhadap jarak dapat salah. Seperti terlihat pada Gambar 11.23B, bayangan maya lebih kecil itu menimbulkan kesan benda sebenarnya di belakang mobil itu tampak lebih jauh bila dilihat melalui kaca spion. Artinya benda yang sebenarnya sudah dekat itu terlihat masih jauh lewat kaca spion. Sejumlah kaca spion yang

IMage:sebuah cermin.jpg

dipasang di samping luar mobil memperingatkan pengemudi bahwa jarak dan ukuran yang terlihat di kaca spion tidak seperti jarak dan ukuran yang sebenarnya.

Persamaan Cermin Cekung dan Cermin Cembung

Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak fokus pada cermin cekung dan cermin cembung, dapat dinyatakan dengan persamaan berikut ini.

Image:rumus cermin.jpg

Keterangan: so = jarak benda ke cermin (meter) si = jarak bayangan ke cermin (meter) f = jarak fokus cermin (meter) Sedangkan jarak fokus cermin cekung maupun cermin cembung dapat dinyatakan dengan persamaan f = 1/2 R

Oleh karena itu persamaan cermin cekung dan cermin cembung dapat pula dinyatakan dengan persamaan:

Image:rumus cermin2.jpg

dengan R adalah jari-jari kelengkungan cermin. Dalam menggunakan persamaan cermin cekung maupun cermin cembung, perlu diperhatikan aturan-aturan tanda berikut ini. 1. Jarak benda (so) bertanda positif (+) untuk benda nyata (benda terletak di depan cermin) dan bertanda negatif (-) untuk benda maya (benda terletak di belakang cermin). 2. Jarak bayangan (si) bertanda positif (+) untuk bayangan nyata (bayangan terletak di depan cermin) dan bertanda negatif (-) untuk bayangan maya (bayangan terletak di belakang cermin). 3. Jari-jari kelengkungan (R) dan jarak fokus (f) bertanda positif (+) untuk cermin cekung dan bertanda negatif (- ) untuk cermin cembung. Perhatikan contoh berikut untuk lebih memahami hubungan jarak benda dan jarak bayangan.

Lensa

Pernahkah kamu menggunakan kaca pembesar, kamera, atau mikroskop? Jika pernah, berarti kamu pernah menggunakan lensa untuk membentuk bayangan. Lensa adalah benda bening yang membiaskan cahaya. Kebanyakan lensa terbuat dari kaca atau plastik dengan dua permukaan. Lensa mempunyai dua permukaan lengkung (Gambar 11.24) atau satu permukaan lengkung. Seperti halnya cermin lengkung, berdasarkan bentuknya, lensa dibedakan atas lensa cembung dan lensa cekung.

Lensa Cembung

Lensa cembung adalah lensa dengan bagian tengah lebih tebal daripada bagian tepi. Sinar-sinar cahaya yang datang sejajar sumbu lensa dibiaskan menuju titik fokus. Sinar-sinar itu mengumpul pada titik fokus, sehingga sinarsinar itu bisa membentuk bayangan nyata yang dapat diproyeksikan pada layar. Besar pembiasan cahaya pada suatu lensa bergantung pada indeks bias bahan lensa dan lengkung permukaan lensa, sedangkan indeks bias bergantung pada cepat rambat cahaya dalam bahan lensa tersebut. Seperti ditunjukkan Gambar 11.24, lensa cembung tebal akan membiaskan cahaya lebih besar daripada lensa cembung tipis. Panjang

Image:sebuah lensa cembung.jpg

fokus lensa cembung tebal lebih pendek daripada panjang fokus lensa cembung tipis. Seperti halnya pada cermin, pada lensa juga dapat digambarkan tiga sinar istimewa seperti ditunjukkan pada Gambar 11.25. Sinar 1 digambarkan datang sejajar sumbu lensa dan dibiaskan lensa tersebut sehingga sinar tersebut keluar melalui titik fokus F (Gambar 11.25A). Sinar 2 digambar datang melalui titik fokus F’ dan dibiaskan lensa tersebut sehingga sinar tersebut keluar sejajar sumbu lensa (Gambar 11.25B). Sinar 3 digambar datang melalui pusat lensa dan keluar dari lensa tetap lurus segaris dengan sinar datang tersebut (Gambar 11.25C). Untuk melukiskan bayangan suatu benda, sekurang-kurangnya diperlukan dua sinar istimewa (Gambar 11.25D). Lensa cembung dapat menghasilkan banyak jenis bayangan, baik nyata maupun maya, tegak, terbalik, diperbesar, atau diperkecil. Jenis bayangan yang dibentuk bergantung pada posisi benda dan panjang fokus lensa. Diagram pada Gambar 11.26 menun-jukkan bayangan yang dihasilkan dari tiga lokasi benda yang berbeda yang dilukis dengan meng-gunakan satu sinar datang sejajar sumbu lensa (Sinar 1) dan satu sinar datang melalui pusat lensa

Image:tiga sinar istimewa.jpg

Lensa Cekung

lebih tipis daripada bagian tepi. Seperti ditunjukkan pada Gambar 11.27A, cahaya yang lewat melalui sebuah lensa cekung dibelokkan ke arah tepi lensa atau menjauhi sumbu lensa. Sinar-sinar yang datang sejajar sumbu lensa itu dibiaskan menyebar, sehingga tidak pernah dihasilkan bayangan nyata. Seperti diperlihatkan pada Gambar 11.27B sinar-sinar bias itu seperti datang dari titik fokus F. Bayangan yang dibentuk selalu maya, tegak, dan lebih kecil daripada benda sesungguhnya seperti ditunjukkan pada Gambar 11.27B. Bayangan yang dibentuk lensa cekung mirip dengan bayangan yang dibentuk cermin cembung. Dua-duanya, lensa cekung dan cermin cembung menyebarkan cahaya dan membentuk bayangan maya.

Image:bayangan yg dihasilkan lensa.jpg

Lensa seharusnya tidak dikacaukan dengan cermin. Di samping ada cermin cembung dan cekung juga ada lensa cembung dan cekung. Tetapi, perlu diingat bahwa lensa membiaskan cahaya, sedangkan cermin memantulkan cahaya. Lensa dapat ditemukan di dalam teropong, kamera, dan mikroskop. Kamu mungkin membayangkan, sebuah lensa harus dari kaca. Air dapat juga digunakan sebagai lensa. Lensa air sangat mirip dengan kaca pembesar. Lab Mini 11.6 dapat kamu lakukan untuk mengetahui kebenarannya.Pada Subbab selanjutnya, kamu akan mempelajari lebih mendalam tentang alat-alat optik, misalnya kamera, teleskop , dan mikroskop.

Image:sinar cahaya.jpg

C.Alat-Alat Optik

Kamera

Apakah kamu menyimpan foto-foto favorit kamu dalam album? Pernahkah kamu berfikir tentang bagaimana sebuah kamera memindahkan bayangan ke sebuah film? Sebuah kamera mengumpulkan cahaya melalui sebuah lensa dan memproyeksikan bayangan pada film atau sensor yang peka terhadap cahaya (Gambar 11.28). Pada saat kamu mengambil gambar suatu benda dengan sebuah kamera, cahaya dipantulkan dari benda tersebut dan masuk ke lensa kamera. Kamera memiliki diafragma dan pengatur cahaya (shutter) untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam lensa. Dengan jumlah cahaya yang tepat akan diperoleh foto atau gambar yang jelas. Sementara itu, untuk memperoleh foto yang tajam dan tidak kabur perlu mengatur fokus lensa. Cahaya yang melalui lensa kamera tersebut memfokuskan bayangan benda pada film foto. Bayangannya nyata, terbalik, dan lebih kecil daripada benda aslinya. Perhatikan persamaan prinsip kerja kamera sederhana ini dengan diagram cahaya lensa cembung. Ukuran bayangan tersebut bergantung pada panjang fokus lensa dan jarak lensa itu pada film tersebut. Misalkan kamu dan teman kamu memotret benda yang sama dan pada jarak yang sama. Gambar kamu akan kelihatan berbeda dengan gambar temanmu jika kamera yang digunakan mempunyai lensa yang berbeda. Beberapa lensa yang mempunyai panjang fokus pendek menghasilkan bayangan benda yang relatif lebih kecil, namun mencakup banyak obyek di sekelilingnya. Lensa ini dinamakan lensa sudut lebar. Karena panjang fokusnya

Image:cameera.jpg

Image:footo.jpg

pendek, maka untuk memfokuskan bayangan tersebut, lensa itu harus ditempatkan dekat pada film. Foto pada Gambar 11.29 dipotret dengan lensa sudut-lebar. Lensa foto jarak jauh atau lensa tele mempu-nyai panjang fokus lebih panjang dan ditempatkan lebih jauh dari film dibandingkan lensa sudut lebar. Lensa tele mudah dikenali karena lensa tersebut menonjol dari kamera untuk memperbesar jarak antara lensa dengan film. Bayangan kelihatan diperbesar dan benda kelihatan lebih dekat dari yang sebenarnya, seperti ditunjukkan pada Gambar 11.30. Lensa ini dipilih misalnya ketika memotret benda dari jarak jauh.

Mata

Seperti ditunjukkan pada Gambar 11.31, dalam beberapa hal, mata memiliki persamaan dengan kamera.

Image:mata camera.jpg

Gambar 11.31A menunjukkan kamera memiliki lensa cembung yang digunakan untuk memfokuskan bayangan pada film. Kamera memiliki diaprahma dan shutter untuk mengatur cahaya yang masuk ke dalam kamera. Seperti ditunjukkan pada Gambar 11.31B, mata juga memiliki lensa cembung yang memfokuskan cahaya pada retina. Iris merupakan suatu diafragma yang terbuka dan tertutup untuk mengatur jumlah cahaya yang memasuki mata. Kelopak mata, tidak digambar pada Gambar 11.31B, dapat dipandang sebagai shutter. Bedanya, shutter pada kamera umumnya terbuka selama sepersekian detik, sedangkan kelopak mata pada umumnya sampai beberapa detik, bergantung kapan seseorang membuka atau mengedipkan mata. Apakah yang menentukan jelas atau tidaknya penglihatanmu ketika melihat kata-kata pada halaman ini? Kemampuan kamu memfokuskan penglihatan pada katakata pada halaman ini bergantung pada apakah bagian-bagian matamu berfungsi dengan baik. Cahaya masuk ke mata kamu melalui cairan bening mata kamu, yaitu kornea. Cahaya itu kemudian lewat melalui celah terbuka yang disebut pupil. Bagian berwarna dari mata kamu, yaitu iris, mengatur ukuran pupil untuk mengendalikan berapa banyak cahaya dapat lewat melalui sebuah lensa cembung fleksibel di belakang pupil. Cahaya itu kemudian dikumpulkan untuk membentuk bayangan terbalik pada retina. Lensa dalam mata kamu lunak dan otot-otot lentur dalam mata dapat mengubah bentuk lensa mata tersebut menjadi lebih cembung atau pipih. Mengubah bentuk lensa mata menyesuaikan dengan letak benda yang dilihat disebut mata berakomodasi. Pada saat kamu melihat benda yang jauh, kamu membutuhkan panjang fokus lensa yang lebih besar, maka otot-otot mata kamu mengatur bentuk lensa kamu menjadi pipih atau kurang cembung. Pada kondisi seperti ini dikatakan mata melihat tanpa berakomodasi. Pada saat kamu memusatkan pandangan pada benda-benda dekat diperlukan panjang fokus yang lebih pendek. Ini dipenuhi dengan otot-otot mata meningkatkan kelengkungan lensa sehingga lensa tersebut menjadi lebih cembung. Jika jarak benda sama dengan 25 cm, dikatakan mata sedang berakomodasi maksimum. Benda yang terletak pada jarak lebih dekat dari 25 cm tidak dapat dilihat dengan jelas atau kabur.

Memperbaiki Penglihatan Kamu

Jika kamu mempunyai penglihatan yang sehat, kamu seharusnya mampu melihat benda secara jelas pada jarak kira-kira 25 cm atau lebih. Banyak orang yang membutuhkan penglihatan mereka dikoreksi. Untuk memperoleh penglihatan normal, bayangan suatu benda harus difokuskan pada retina di alam mata kamu. Jika bayangan itu difokuskan di depan atau di belakang retina, masalah penglihatan akan muncul. Gambar 11.32A menunjukkan bayangan yang difokuskan di depan etina. Orang ini menderita rabun jauh. Gambar 11.32B menunjukkan bagaimana lensa cekung mengoreksi penderita rabun jauh tersebut (miopi) dengan menyebarkan sinar cahaya sebelum masuk ke mata penderita. Gambar 11.32B menunjukan bayangan yang difokuskan di belakang

Image:penyakit mata.jpg

Kaca Pembesar (Lup)

Seberapa besar suatu objek terlihat dengan mata, dan seberapa jelas kita dapat melihat bagian-bagian kecil pada objek tersebut, bergantung pada ukuran bayangan objek tersebut pada retina. Ukuran bayangan tersebut bergantung pada sudut pada mata yang berhadapan dengan objek

tersebut. Sebagai misal, uang logam seratusan yang dipegang dengan jarak 30 cm dari mata tampak dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan uang logam yang sama yang dipegang dengan jarak 60 cm dari mata tersebut. Ini dikarenakan sudut yang dihadapi dua kali lebih besar (Gambar 11.32). Apabila kita ingin mengamati bagianbagian kecil suatu objek, kita mendekatkan benda tersebut ke mata kita sehingga objek tersebut menghadapi sudut lebih besar. Namun, lensa mata kita hanya dapat menyesuaikan sampai suatu titik tertentu, untuk mata normal jaraknya 25 cm dari mata tersebut, yaitu ketika mata berakomodasi maksimum. Sebuah kaca pembesar memungkinkan kita untuk menempatkan objek tersebut lebih dekat ke mata kita sehingga objek tersebut menghadapi sudut lebih besar. Seperti ditunjukkan pada Gambar 11.33A, objek tersebut ditempatkan pada titik fokus atau dekat dengan titik tersebut. Kemudian lensa kaca pembesar tersebut menghasilkan suatu bayangan maya, yang paling sedikit harus berjarak 25 cm dari mata agar mata tersebut dapat memfokuskan dan mengamati bagian-bagian kecil objek tersebut dengan baik. Membandingkan Gambar 11.34 A yang menunjukkan suatu objek yang dilihat dengan kaca pembesar dengan Gambar 11.34 B yang menunjukkan objek yang sama yang dilihat dengan tanpa kaca pembesar, tampak bahwa sudut yang dihadapi objek tersebut jauh lebih besar (IMage:8.jpg’) apabila menggunakan kaca pembesar dibandingkan bila objek tersebut dilihat tanpa menggunakan kaca pembesar (IMage:8.jpg ) .

Image:Bayangan.jpg

Mikroskop

Alat apakah yang kamu gunakan untuk melihat sel, sehelai rambut, atau amuba? Kamu mungkin pernah mendengar namanya, yaitu mikroskop. Sebuah mikroskop menggunakan lensa-lensa. Lensa cembung dengan panjang fokus relatif pendek untuk memperbesar benda-benda kecil yang jaraknya dekat. Lensa-lensa tersebut berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler. Gambar 11.35 menunjukkan susunan lensa-lensa dalam sebuah mikroskop. Untuk memperoleh angka pembesaran yang dikehendaki, mikroskop tersebut

Image:obyek yg dilihat.jpg

menggunakan dua lensa okuler dan dua lensa objektif. Benda yang diamati ditempatkan pada sebuah slide transparan dan disinari dari bawah. Gambar 11.36 menunjukkan diagram cahaya sebuah mikroskop untuk mata melihat dengan berakomodasi. Cahaya tersebut melalui lensa objektif dan membentuk bayangan nyata I1 yang diperbesar. Bayangan itu diperbesar sebab benda itu terletak di antara satu dan dua jarak fokus lensa objektif tersebut. Bayangan nyata tersebut diperbesar lagi oleh lensa okuler untuk menghasilkan bayangan maya yang diperbesar I2. Susunan lensa seperti ini memungkinkan menghasilkan bayangan ratusan kali lebih besar dari objek aslinya.

Image:lensa okuler.jpg

Image:obyektif & okuler.jpg

Teleskop

Mempelajari alat-alat optik yang diuraikan terdahulu, kamu dapat menyimpulkan bahwa cermin-cermin dan lensa-lensa merupakan komponen yang sangat penting dari alat-alat optik, yaitu alat yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat membantu mata manusia dalam mengadakan pengamatan. Dalam bagian ini, kamu akan mempelajari alat optik lain, yaitu teleskop. Pernahkah kamu melihat bulan melalui teleskop? Dengan sebuah teleskop yang baik, kamu dapat melihat kawah dan ciri-ciri lain di permukaan bulan secara jelas. Teleskop dirancang untuk mengumpulkan cahaya dari benda-benda yang jauh. Sekarang banyak informasi yang dapat kita peroleh tentang bulan, planet, galaksi, dan benda angkasa lainnya melalui teleskop. Sekitar tahun 1600, pembuat lensa di Belanda membangun sebuah teleskop untuk mengamati bendabenda yang jauh. Pada tahun 1609 Galileo membangun dan menggunakan teleskop sendiri untuk menemukan bulannya Jupiter, fase-fase Venus, dan beberapa seluk beluk galaksi Milky Way. Sekarang para ilmuwan menggunakan beberapa jenis teleskop dengan berbagai perbaikan rancangan. Gambar 11.37 menunjukkan bagaimana sebuah teleskop dapat memperbaiki penglihatan kita terhadap bulan.

Image:melihat bulan.jpg

Teleskop Bias

Sebuah teleskop yang umum adalah teleskop bias. Sebuah teleskop bias sederhana menggunakan dua buah lensa untuk mengumpulkan dan memfokuskan cahaya dari benda-benda jauh. Gambar 11.38 adalah diagram sebuah teleskop bias untuk mata melihat dengan berakomodasi. Bagaimana bekerjanya teleskop bias tersebut sehingga dapat memperbaiki penglihatan kita terhadap benda-benda jauh dapat dijelaskan dengan Gambar 11.39. Komponen utama jenis teleskop ini adalah lensa objektif dan lensa okuler. Lensa objektif tersebut merupakan sebuah lensa cembung besar dengan panjang fokus panjang, dan lensa okuler yang dapat digerak-gerakkan dan memiliki panjang fokus yang relatif pendek. Sinar-sinar dari suatu objek jauh pada dasarnya paralel dan membentuk suatu bayangan (I0) pada titik fokus objektif (Fo). Bayangan ini bertindak sebagai suatu objek untuk okuler, yang digerak-gerakkan sedemikian rupa sehingga bayangan tersebut tepat jatuh di dekat dan di dalam titik fokusnya (Fe). Suatu bayangan yang besar, terbalik, dan maya (Ie) terlihat oleh pengamat. Ada beberapa masalah berhubungan dengan teleskop bias. Lensa objektif harus lebih besar agar memungkinkan masuknya cahaya yang cukup banyak untuk membentuk bayangan yang terang. Lensa kaca yang berat ini sulit dibuat dan mahal. Berat lensa itu sendiri dapat menyebabkan lensa itu melengkung dan bayangan menjadi rusak.

Image:teleskop bias.jpg

Image:teleskop pantul.jpg

Teleskop Pantul

Karena adanya permasalahan seperti yang telah dijelaskan pada teleskop bias tersebut, kebanyakan teleskop besar adalah teleskop pantul. Teleskop pantul menggunakan sebuah cermin cekung, sebuah cermin datar, dan sebuah lensa cembung untuk mengumpulkan dan memfokuskan cahaya dari benda jauh. Gambar 6.78B adalah diagram dari sebuah teleskop pantul. Kadang-kadang kamu ingin melihat benda-benda jauh sedemikian rupa sehingga kelihatan tegak. Bayangkan seandainya kamu menonton pertandingan baseball melalui teropong jika bayangannya terbalik. Prinsip kerja teropong sama dengan teleskop pantul, kecuali ada dua set lensa yang dipasang, yaitu satu buah untuk tiap mata. Lensa ketiga atau sepasang prisma pemantul ditambahkan pada teropong untuk membalikkan bayangan yang terbalik agar kelihatan tegak. Teropong Bumi seperti yang digunakan untuk mengamati burung, juga dirancang untuk menghasilkan bayangan yang tegak.


Beri Penilaian

Rating : 4.0/5 (30 votes cast)


Peralatan pribadi