APLIKASI VISUALISASI PEMBENTUKAN BAYANGAN BENDA UNTUK PEMBELAJARAN FISIKA SMA MATERI LENSA TIPIS BIKONVEKS DAN BIKONKAF

Transkripsi

1 APLIKASI VISUALISASI PEMBENTUKAN BAYANGAN BENDA UNTUK PEMBELAJARAN FISIKA SMA MATERI LENSA TIPIS BIKONVEKS DAN BIKONKAF Frizco Surgaria 1 Dr. Ir. Joko Lianto Buliasi,M.Sc 1 Dwi Sunaryono, S.kom, M.kom 1 1 Jurusan Teknik Informatika,Fakultas Teknologi Informasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya 60111, Indonesia freeze@cs.its.ac.id Di era pembelajaran yang berpusat pada siswa, penggunaan aplikasi visual dengan komputer merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk mempermudah pemahaman akan materi fisika yang seringkali dianggap susah. Aplikasi yang dibuat digunakan sebagai penunjang mata pelajaran fisika khususnya materi lensa dimana aplikasi mampu memvisualisasikan pembentukan bayangan benda pada lensa bikonveks dan bikonkaf beserta output perhitungan seperti perbesaran bayangan, posisi bayangan, tinggi bayangan, serta sifat bayangannya. Aplikasi dibuat dengan menggunakan tool EJS, dimana penggunaan EJS memiliki kemampuan mengintegrasikan teks, gambar, animasi yang dapat membantu dalam pengembangan proses pembelajaran fisika. Dari hasil ujicoba yang dilakukan, telah terbukti bahwa aplikasi ini mampu bekerja dengan baik dan efisien sehingga menghasilkan output perhitungan dan visualisasi pembentukan bayangan yang benar. Kata kunci : pembelajaran, lensa bikonveks, lensa bikonkaf, visualisasi, EJS I. PENDAHULUAN Seringkali materi fisika dianggap sebagai pelajaran yang sulit dalam dunia pendidikan sekolah. Dalam hal ini salah satu faktor yang menjadi perhatian adalah bagaimana seorang pengajar mampu menjelaskan materi dengan baik dan tidak membosankan sehingga mampu menarik semangat siswa untuk mempelajari dan memahaminya. Dalam pembelajaran ilmu fisika, sebagian besar memerlukan suatu media peraga atau alat penunjang untuk memudahkan pemahaman materi tersebut terutama untuk materi yang berhubungan dengan fenomena-fenomena alam, demikian juga halnya dengan menjelaskan fenomena pada pembentukan bayangan suatu benda pada lensa dari sudut pandang fisika, dimana lensa merupakan bagian dari sains yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari. Walaupun demikian konsep dasar tentang pembentukan bayangan pada lensa tersebut belum banyak dipahami oleh siswa. Eksperimen merupakan salah satu metode yang biasa digunakan untuk memudahkan pemahaman, tetapi dalam kenyataannya metode ini terdapat beberapa kendala diantaranya keterbatasan waktu yang tersedia, peralatan yang kurang memadai serta kurang responnya siswa terhadap apa yang sedang dihadapi. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan dari segi fasilitas untuk media pembelajaran untuk siswa yakni menggunakan media virtual dengan memanfaatkan aplikasi komputer. Dimana dengan media virtual ini siswa bisa melakukan eksperimen untuk membuktikan suatu teori dengan mudah, jelas, dan tepat. Di era pembelajaran yang berpusat pada siswa (student centered learning) dan kurikulum pendidikan yang berorientasi pada kompetensi saat ini, kebutuhan akan model peraga visual yang dapat menarik minat siswa untuk belajar lebih komprehensif terasa semakin meningkat. Penggunaan aplikasi visual dengan komputer merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk meggambarkan fenomena-fenomena fisika secara jelas atau secara visual sehingga mudah untuk diamati dan dipahami. Oleh karena itu diperlukan software yang dapat membantu pemahaman secara jelas dan singkat, Dalam hal ini media pemrograman Java dapat mengambil peran yang besar. Java adalah sebuah bahasa pemrograman computer berbasiskan kepada Object Oriented Programming dengan unsur-unsur seperti bahasa C++ dan bahasa-bahasa lainnya yang memiliki libraries yang cocok untuk lingkungan internet. Di samping keuntungannya yang bersifat open source, Java juga dapat melakukan banyak hal dalam pemrograman, seperti membuat animasi dan aplikasi interaktif, sehingga sesuai untuk media pembelajaran fisika yang menyajikan objek berupa gambar, suara, animasi, dan data multimedia lainnya. Penggunaan bahasa pemrograman Java lebih menguntungkan, karena bahasa pemrograman Java bisa dioperasikan oleh semua operating system (OS), baik windows, Linux, Solaris, MacOS atau yang lain. II. DASAR TEORI Lensa cembung merupakan lensa yang memiliki ciri lebih tebal di tengah-tengahnya daripada pinggirnya, sedangkan lensa bikonveks adalah lensa cembung yang kedua permukaannya berupa bidang cembung. Lensa Bikonveks termasuk dalam lensa cembung atau lensa konveks dimana merupakan lensa yang bersifat mengumpulkan cahaya sehingga disebut sebagai lensa konvergen atau lensa positif. Jika sinar-sinar sejajar dilewatkan pada lensa cembung, sinar-sinar biasnya akan berkumpul pada satu titik (gambar 2.1). Sifat lensa cembung adalah Titik pertemuan sinar-sinar bias disebut titik fokus (titik api).

2 3. Bila nomor ruang bayangan lebih besar dari nomor ruang benda, maka ukuran bayangan lebih besar dari bendanya dan sebaliknya. Gambar 2.1 Lensa cembung mengumpulkan cahaya Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya berbentuk cekung lebih tipis dari bagian tepinya sedangkan lensa bikonkaf adalah lensa cekung yang kedua permukaannya berupa bidang cekung. Jika sinar-sinar sejajar dikenakan pada lensa cekung, sinar-sinar biasnya akan menyebar seolah-olah berasal dari satu titik yang disebut titik focus (gambar 2.2). Titik fokus lensa cekung berada pada sisi yang sama dengan sinar datang sehingga titik fokus lensa cekung bersifat maya atau semu dan bernilai negatif. III. MELUKIS PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA LENSA Pembentukan bayangan pada lensa dapat dilukis dengan bantuan berkas-berkas sinar istimewa. Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah sebagai berikut: a. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus F Gambar 3.1 Berkas sinar istimewa I Gambar 2.2 Lensa cekung menyebarkan cahaya Dalil Esbach merupakan metode untuk menentukan posisi dan sifat- sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa bikonveks (lensa positif). Untuk lensa nomor ruang untuk benda dan nomor ruang untuk bayangan dibedakan. Nomor ruang untuk benda menggunakan angka Romawi (I, II, III, dan IV), sedangkan untuk ruang bayangan menggunakan angka Arab (1, 2, 3 dan 4) seperti pada gambar berikut ini: b. Sinar yang datang melalui titik fokus pasif F akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama. Gambar 3.2 Berkas sinar istimewa II c. Sinar yang melalui titik pusat optik (O) akan diteruskan (tidak dibiaskan). Gambar 2.3 Penomoran Ruang Menurut Dalil Esbach Berdasarkan gambar 2.3 di atas, berikut ini adalah aturanaturan penomoran ruang pada lensa dalam menentukan sifat bayangan dari ketentuan Dalil Esbach yaitu : 1. Jumlah nomor ruang benda dan nomor ruang bayangan sama dengan lima. 2. Untuk setiap benda nyata dan tegak: a. Semua bayangan yang terletak di belakang lensa bersifat nyata dan terbalik. b. Semua bayangan yang terletak di depan lensa bersifat maya dan tegak. Gambar 3.3 Berkas sinar istimewa III Berkas sinar-sinar istimewa di atas dibutuhkan untuk menentukan bayangan suatu benda yang dibentuk oleh lensa dengan memanfaatkan perpotongan berkas sinar istimewa tersebut, dimana hasilnya diperlihatkan pada gambar berikut.

3 Berkas sinar-sinar istimewa di atas dibutuhkan untuk menentukan bayangan suatu benda yang dibentuk oleh lensa dengan memanfaatkan perpotongan berkas sinar istimewa tersebut (gambar 3.8) Gambar 3.4. Pembentukan bayangan pada lensa yang didapat dari perpotogan berkas sinar-sinar istimewa. Sinar datang sejajar dengan sumbu utama (sinar a) akan dibiaskan melalui titik fokus F1 (sinar c) dan sinar dating melalui titik fokus F2 (sinar b) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (sinar d). Hasil perpotongan sinar-sinar bias (sinar c dan d) membentuk satu titik ujung bayangan. Jika ditarik garis tegak lurus dari sumbu utama ke titik itu akan terbentuk bayangan Seperti halnya pada lensa cembung, untuk menggambarkan bayangan pada lensa cekung pun dapat digunakan perjalanan tiga sinar istimewanya. Tiga sinar istimewa pada lensa cekung adalah sebagai berikut: a. Sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah dari titik fokus F Gambar 3.8. Pembentukan bayangan pada lensa yang didapat dari perpotogan berkas sinar-sinar istimewa. IV. EASY JAVA SIMULATION (EJS) EJS (EJS) adalah suatu Software (perangkat lunak) yang bersifat opensource sebagai alat desain untuk menciptakan simulasi peristiwa alam (Sains) melalui komputer. EJS digunakan dalam mengembangkan permodelan pemahaman fisika, yang memberikan suatu gambaran dan kemudahan sebagai penunjang pemahaman ilmu sains khususnya materi fisika. Tampilan awal dari program EJS adalah window interface dengan tiga panel utama yaitu: Descripton, Model, dan View (gambar 4.1). Terdapat beberapa ikon dalam Workpanel Selector dan Taskbar di atas, masing-masing Introduction, Model, View, New, Open, Save, Save As, Run, Font, Option, dan Information. Gambar 3.5 Berkas sinar istimewa I b. Sinar datang menuju titik fokus pasif F2 akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama. Gambar 3.6 Berkas sinar istimewa II c. Sinar datang melalui pusat lensa O akan diteruskan. Gambar 4.1 Tampilan awal EJS Pada panel Desecription merupakan halaman pendahuluan yang berisi penjelasan materi yang akan divisualisasikan dan informasi lain yang berupa teks ataupun persamaan-persamaan fisika yang digunakan dasar pembuatan visualisasi. Halaman ini mempunyai tujuan agar user mengetahi dasar-dasar teori dari materi fisika terkait, sehingga memudahkan pemahaman dalam pembelajaran fisika. Gambar 3.7 Berkas sinar istimewa III

4 .V. METODE PENELITIAN Diagram di bawah ini memaparkan rancangan alur proses aplikasi yang dibuat. Gambar 4.2 Interface EJS pada panel Model Pada panel Model terdapat lima sub panel yang terdiri atas variables yang berfungsi sebagai halaman untuk mendeklarasikan variabel-variabel yang digunakan dalam pembuatan aplikasi, sub panel initialization digunakan untuk memberikan inisialisasi nilai awal pada variabel yang digunakan saat awal pertama kali aplikasi dijalankan, sub panel evolution mempunyai arti penting khusus digunakan untuk menandai apa yang harus dikerjakan aplikasi ketika evolusi berjalan, digunakan untuk pembuatan pergerakan obyek apabila diperlukan, sub panel fixed relations digunakan untuk menulis kode EJS yang diperlukan untuk menetapkan adanya hubungan yang pasti antar variabel yang mempresentasikan system fisis yang divisualisasikan, yang terakhir adalah sub panel custom digunakan untuk menambahkan kode perintah yang mendefinisikan metode pemrograman Java. Sedangkan panel View sebagai suatu alat menggambar dan mendesain visualisasi dari gejala fisika dan plot datanya, terbagi atas dua bingkai Tree of elements yang berada di sebelah kiri dan Elements for the view terdapat disebelah kanan. Pada panel View inilah tampilan visualisasi yang akan dibuat dapat didesain sebagaimana tampilan gejala fisika nyata. Dua panel terakhir Model dan View saling berpengaruh satu sama lain, ketika keadaan Model dimodifikasi atau diubah maka akan berpengaruh pada tampilan View yang berakibat pada tampilan hasil simulasi. Berdasarkan diagram di atas, secara umum aplikasi dibuat dengan langkah-langkah berikut : Step I. Membuat description yang berupa paparan singkat mengenai materi terkait, bertujuan agar pengguna mengerti dasar teori pembentukan bayangan benda pada lensa bikonveks dan bikonkaf. Step II. Deklarasikan variable yang digunakan pada panel modelsub panel variable Step III. Membuat frame utama pada panel view, yang digunakan sebagai antar muka untuk menampilkan visualisasi pembentukan bayangan benda Step IV Membuat control input pada panel view untuk lensa bikonveks dan bikonkaf untuk menghasilkan output yang dicari. Step V Menerapkan persamaan pembuat lensa dan perbesaran benda serta merancang program untuk menentukan sifat bayangan pada panel model-sub peanel fixed relations sehingga menghasilkan output yang benar. Gambar 4.3 Tampilan pada panel View dengan Tree of elements dan Elements for the view VI. HASIL DAN PENGUJIAN Lingkungan uji coba yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini meliputi perangkat lunak dan perangkat keras. Uji coba dilakukan pada sebuah PC dengan prosesor Intel(R) DualCore(TM). CPU dengan memori sebesar 512 MB RAM. Sistem operasi yang digunakan adalah Windows XP service pack 2000 dan bahasa komputasi yang digunakan untuk implementasi metode adalah EJS versi 4.2.

5 Uji coba yang digunakan dalam aplikasi ini menggunakan beberapa metode. Metode yang digunakan antara lain : 1. Menggunakan Dalil Esbach untuk menentukan posisi dan sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa. Hasil output bayangan dari aplikasi tersebut akan dicocokkan kebenarannya berdasarkan Dalil Esbach 2. Menggunakan variasi input yang bisa diperoleh dari contoh soal pada buku-buku fisika atau refrensi soalsoal fisika yang teruji lainnya. A. Pengujian Aplikasi terhadap Dalil Esbach Skenario 1: Sebuah benda diletakkan di ruang I, yakni di suatu titik antara F dan pusat optik. Penyelesaian permasalahan berdasarkan Dalil Esbach adalah: Karena jumlah nomor ruang benda dan nomor ruang bayangan harus lima, berarti bayangan ada di ruang 4 (di depan lensa). Jadi, sesuai dengan dalil Esbach sifat bayangan adalah maya dan tegak (karena terletak di depan lensa) serta diperbesar (karena nomor ruang bayangan lebih benda dibandingkan nomor ruang benda). Jadi sifat bayangan yang dihasilkan adalah maya, tegak, dan diperbesar Gambar 6.4 Output benda berada di ruang II dan bayangan benda berada di ruang 3 B. Pengujian dengan Variasi Input Uji input dan output aplikasi dilakukuan dengan menentukan output s, h, M, dan sifat bayangan dengan variasi input seperti di bawah ini: Skenario 1 : f=0.8 dm, h=0.7 dm, s=1.2 dm. Skenario 2 : f=1 dm, h=2 dm, s=7 dm Skenario 3 : f=1 dm, h=1.5 dm, s=0.5 dm Skenario 4 : f=1.5 dm, h=2 dm, s=3 dm Maka diperoleh hasil output aplikasi seperti berikut: Skenario 1: Gambar 6.1 Output benda berada di ruang I dan bayangan benda berada di ruang 4 Gambar 6.5 Input Output Aplikasi Berdasarkan Skenario 1 Gambar 6.2 Output Sifat Bayangan adalah maya, tegak, dan diperbesar Skenario 2: Sebuah benda diletakkan di ruang II, yakni di suatu titik antara F dan 2 F Penyelesaian permasalahan berdasarkan Dalil Esbach adalah: Karena jumlah nomor ruang benda dan nomor ruang bayangan harus lima, berarti bayangan ada di ruang 3 (di belakang lensa) dimana sesuai dengan dalil Esbach sifat bayangan adalah nyata dan terbalik serta diperbesar (nomor ruang bayangan lebih besar dibandingkan nomor ruang benda). Jadi bayangan yang dihasilkan adalah nyata, terbalik, dan diperbesar Dari langkah di atas maka didapat visualisasi pembentukan bayangan benda pada lensa bikonveks seperti pada gambar berikut ini: Gambar 6.3 Output sifat bayangan adalah maya, tegak, diperbesar Gambar 6.6 Visualisasi Bayangan Benda Berdasarkan Skenario 1

6 Skenario 2: Skenario 4: Gambar 6.7 Input Output Aplikasi Berdasarkan Skenario 2 Dari langkah di atas maka didapat visualisasi pembentukan bayangan benda pada lensa bikonveks seperti pada gambar berikut ini: Gambar 6.11 Input Output Aplikasi Berdasarkan Skenario 4 Dari langkah di atas, telah diperoleh output perhitungan aplikasi, hasil visualisasi pembentukan bayangan benda pada lensa tersebut adalah diperlihatkan pada gambar berikut ini: Skenario 3: Gambar 6.8 Visualisasi Bayangan Berdasarkan Skenario 2 Gambar 6.9 Input Output Aplikasi Berdasarkan Skenario 3 Dari langkah di atas maka didapat visualisasi pembentukan bayangan benda pada lensa bikonveks seperti pada gambar berikut ini: Gambar 6.12 Visualisasi Bayangan Berdasarkan Skenario 4 VII. KESIMPULAN Berdasarkan aplikasi yang telah dibuat beserta ujicoba yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut. 1. Aplikasi visualisasi pembentukan bayangan pada lensa bikonveks dan bikonkaf ini dapat menghitung nilai output s, h, M pada soal-soal pada materi Fisika SMA dengan kontrol input. 2. Aplikasi visualisasi ini terbukti mampu bekerja dengan baik dan benar dalam memvisualisasikan pembentukan bayangan benda pada lensa bikonveks maupun pada lensa bikonkaf beserta berkas sinar istimewanya dengan benar. 3. Output sifat bayangan yang dihasilkan oleh aplikasi terbukti benar dan sesuai dengan Dalil Esbach. 4. Visualisasi yang dihasilkan pada aplikasi ini mampu bersifat dinamis, baik posisi benda, posisi bayangan, tinggi benda, tinggi bayangan, dan berkas sinar istimewa yang dihasilkan berdasarkan input yang telah ditentukan oleh pengguna. Sehingga memberikan kemudahan bagi pengguna dalam memahami visualisasi yang dihasilkan Gambar 6.10 Visualisasi Bayangan Berdasarkan Skenario 3

7 VIII. DAFTAR PUSTAKA [1] Alonso, Marcelo & Edward J.Finn.(1994). Dasar- Dasar Fisika Universitas Edisi Kedua. (Penerjemah Dra. Lea Prasetyo & Ir.Kusnul Hadi). Jakarta: Erlangga [2] Esquembre F, Easy Java Simulations: a Software Tool to Create Scientific Simulations in Java, computer Physics Communications, vol. 156, 2004, pp [3] Esquembre F, Easy Java Simulations, the Manual for EJS version 3, Downloaded from [4] Halliday, David dan Robert Resnick, 1990, Fisika Jilid 1 dan 2 (Alih bahasa : Pantur Silaban dan Erwin Sucipto), Edisi ke-3. Jakarta : Erlangga.. [5] Kanginan, Marthen,1989. Buku pelajaran Fisika SMA Jilid 2B.Jakarta :Erlangga. [6] Sears, F.W, Zemansky, M.W, Young, H.D University Physics, 7th edition. New York: Addison- Wesley Publishing Company [7] Wolfgang, Christian and Francisco Esquembre, Modeling Physics with Easy Java Simulations The Physics Teacher, Volume 45, Issue 8, November 2007, pp