Kata kunci : bayangan, jarak fokus, lensa tipis

Transkripsi

1 JARAK FOKUS LENSA TIPIS Herayanti, Muh. Shadiq. K, Rezky Amaliah Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar Pendidikan Fisika 204 Abstrak Telah dilakukan percobaan tentang jarak fokus lensa tipis dengan tujuan untuk menentukan jarak fokus sebuah lensa cembung dan lensa cekung, memplot grafik hubungan antara jarak bayangan dengan jarak benda suhingga diperoleh nilai jarak fokus berdasarkan grafik, membandingkan nilai teoritis dengan hasil plot grafik jarak fokus lensa yang diperoleh. Jarak fokus lensa cembung dan lensa cekung diperoleh dengan merajah /s terhadap /s. Dari data hasil analisis diperoleh untuk lensa cembung bahwa jarak benda berbanding terbalik dengan jarak bayangan. Sedangkan untuk lensa cekung jarak benda berbanding lurus dengan jarak bayangan. hasil analisis data diperoleh besar jarak fokus lensa cembung sebesar f =,6 ± 0,002 cm dan untuk lensa cekung sebesar f = 8,262 ± 0,005 cm. Secara teori besar jarak fokus lensa cembung dan cekung masing-masing 0 cm. Apabila dibandingkan dengan nilai teori maka dapat dikatakan bahwa praktikum yang kami lakukan berhasil karena tidak terlalu jauh berbeda dengan teori. Kata kunci : bayangan, jarak fokus, lensa tipis RUMUSAN MASALAH. Berapa besar jarak fokus lensa cembung dan lensa cekung? 2. Bagaimana hubungan antara jarak bayangan dengan jarak benda sehingga diperoleh nilai jarak fokus berdasarkan grafik? 3. Bagaimana perbandingan nilai teoritis dengan hasil plot grafik jarak fokus lensa yang diperoleh? TUJUAN. Untuk menentukan jarak fokus sebuah lensa cembung dan lensa cekung. 2. Memplot grafik hubungan antara jarak bayangan dengan jarak benda sehingga diperoleh nilai jarak fokus berdasarkan grafik. 3. Membandingkan nilai teoritis dengan hasil plot grafik jarak fokus lensa yang diperoleh.

2 METODOLOGI EKSPERIMEN Teori Singkat Alat optik sederhana yang paling penting adalah lensa tipis. Perkembangan alat-alat optik dengan menggunakan lensa berawal dari abad ke-6 dan ke-7, walaupun catatan mengenai kacamata yang paling tua berasal dari akhir abad ke- 3. Sekarang kita menemukan lensa pada kecamata, kamera, kaca pembesar, teleskop, teropong, mikroskop, dan peralatan kedokteran. Lensa tipis biasanya berbentuk lingkaran, dan kedua permukaannya melengkung. Keutamaan lensa ialah karena ia membentuk bayangan benda (Giancoli, 200: 263). Titik fokus merupakan titik bayangan untuk benda pada jarak takhingga pada sumbu utama. Berarti, titik fokus lensa bisa ditemukan dengan menentukan titik di mana berkas-berkas cahaya matahari atau benda jauh lainnya dibentuk menjadi bayangan yang tajam. Jarak titik fokus dari pusat lensa disebut jarak fokus, f. Lensa mana pun yang lebih tebal di tengah daripada di tepinya akan membuat berkas-berkas paralel berkumpul ke satu titik dan disebut lensa konvergen. Lensa yang lebih tipis di tengah daripada di sisinya disebut lensa divergen karena membuat cahaya paralel menyebar (Giancoli, 200: 265). Lensa memusat (konvergen), atau positif lebih tebal di bagian tengahnya dibanding pinggirnya dan akan memusatkan berkas cahaya sejajar ke suatu fokus nyata. Lensa menyebar (divergen), atau negatif lebih tipis bagian tengahnya dibanding bagian pinggirnya dan akan menyebarkan berkas sejajar dari fokus maya. Ketika suatu sinar menembus suatu lensa. Sinar tersebut membias atau membengkok pada setiap permukaan batas. Jika hubungan dengan lensa tipis, untuk penyederhanaan semua pembiasan dapat diasumsikan terjadi di sepanjang bidang vertikal yang ditarik ke bawah dari bagian tengah lensa. Dua sinar seberang yang berasal dari sebuah titik pada sebuah benda, yang digambar melalui sistem, akan menentukan bayangan titik tersebut. Terdapat tiga unsur yang sangat mudah digunakan karena kita tahu dengan tepat, tanpa melakukan perhitungan, bagaimana sinar tersebut akan melewati lensa biasa disebut dengan sinar-sinar istimewa (Bueche dan Hecht, 2006: 249).

3 Menurut Young dan Freedman (200: 552), menentukan posisi bayangan yang dibentuk oleh sebuah lensa tipis dengan menggambarkan beberapa sinar khusus yang dinamakan sinar utama yang berpancar dari sebuah titik benda itu yang tidak berada pada sumbu optik. Perpotongan sinar-sinar ini, setelah sinarsinar ini lewat melalui lensa, menentukan posisi dan ukuran bayangan itu. Ketiga unsur utama yang lintasannya biasanya mudah ditelusuri untuk lensa yaitu:. Sebuah sinar yang paralel dengan sumbu muncul keluar dari lensa itu dalam arah yang melalui titik fokus kedua F2 dari sebuah lensa konvergen, atau datang dari titik fokus kedua sebuah lensa divergen. 2. Sebuah sinar yang melalui pusat lensa tidak banyak dideviasikan, di pusat lensa itu kedua permukaan adalah paralel, sehingga sinar muncul pada sudut yang pada intinya sama ketika sinar masuk dan berjalan sepanjang garis yang pada intinya sama. 3. Sebuah sinar yang melalui (atau terus menuju) titik fokus pertama F muncul keluar paralel dengan sumbu. Untuk sebuah lensa tipis berlaku: f = s + s dengan f = jarak fokus, S = jarak antara benda dengan lensa dan S = jarak antara bayangan dengan lensa. Untuk lensa cekung, bayangan yang dihasilkan oleh benda nyata adalah bayangan maya, sehingga untuk menentukan jarak fokus lensanya, maka digunakan sebuah lensa positif (Herman, 205: 47). Panjang vokal f dari sebuah lensa tipis adalah jarak bayangan yang bersesuaian dengan jarak benda ditak terhingga, sama halnya dengan cermin. Jika p mendekati dan q mendekati f pada persamaan p + q = (n-) ( R - R 2 ) maka kita melihat bahwa kebalikan dari panjang fokal untuk sebuah lensa tipis adalah f =(n-) ( R - R 2 )

4 Hubungan ini disebut persamaan pembuat lensa karena dapat digunakan untuk menentukan nilai R dan R2 yang diperlukan untuk suatu nilai indeks bias dan panjang fokal f yang diinginkan. Jadi, jika indeks bias dan jari-jari kelengkungan sebuah lensa kita ketahui, maka persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung panjang fokalnya. Jika lensa tersebut dikelilingi oleh bahan selain udara, maka persamaan yang sama tetap dapat digunakan, dengan n sebagai rasio indeks bias bahan lensa dengan cairan di sekelilingnya (Serway&Jewett,200: 69). ALAT DAN BAHAN. Alat a. Bangku optik buah b. Rel presisi buah c. Pemegang slide diafragma buah d. Kabel penghubung ganda 2 buah e. Mistar plastik (00 cm) buah f. Lensa cembung (f = 00 mm, dan f = 200 mm) 2 buah g. Lensa cekung (f = 00 mm, dan f = 200 mm) buah h. Catu daya (power supply 0 A, 2 V AC/DC) buah i. Layar optik penangkap bayangan buah j. Bola lampu 2 V, 8 V buah k. Diafragma anak panah buah l. Tempat lampu bertangkai buah IDENTIFIKASI VARIABEL Kegiatan. Variabel yang diukur a. Jarak benda (cm) b. Jarak bayangan (cm) 2. Variabel yang dihitung a. Jarak fokus (cm)

5 Kegiatan 2. Variabel yang diukur a. Jarak benda (cm) b. Jarak bayangan (cm) 2. Variabel yang dihitung a. Jarak fokus (cm) DEFINISI OPERASIONAL VARIABEL Kegiatan. Jarak benda adalah panjang lintasan yang diukur dari benda ke lensa positif 2 (lensa cembung) menggunakan mistar dengan satuan cm. 2. Jarak bayangan adalah. 3. Jarak fokus adalah jarak yang dihitung melalui persamaan yang telah ditentukan dengan merajah /s terhadap /s, kemudian akan dibandingkan hasilnya terhadap nilai tertera pada lensa positif 2. Kegiatan 2. Jarak benda adalah panjang lintasan yang diukur dari benda atau posisi yang telah diberi tanda ke lensa negatif (cekung) menggunakan mistar dengan satuan cm 2. Jarak bayangan adalah panjang lintasan yang diukur dari lensa negatif (lensa cekung) ke layar saat diperoleh bayangan jelas pada layar dan diukur menggunakan mistar dengan satuan cm. 3. Jarak fokus adalah jarak yang dihitung melalui persamaan yang telah ditentukan dengan merajah /s terhadap /s, kemudian akan dibandingkan hasilnya terhadap nilai tertera pada lensa negatif (cekung). PROSEDUR KERJA Kegiatan. Menentukan jarak fokus lensa cembung dengan merajah /s terhadap /s. Meletakkan sumber cahaya, lensa positif (untuk memfokuskan cahaya di benda), benda, lensa positif 2 (yang akan ditentukan jarak fokusnya), dan layar

6 pada bangku optik secara berurutan. Mengatur jarak antara sumber cahaya dan lensa positif sebesar jarak fokus lensa. Mengatur jarak benda dan lensa positif l sekitar 0 cm. 2. Menempatkan layar pada jarak tertentu dari benda. 3. Menggeser lensa positif 2 yang berada di antara benda dan layar ke arah benda sehingga diperoleh bayangan yang jelas pada layar. Mengukur jarak dari benda ke lensa positif 2 sebagai jarak benda dan mengukur jarak dari lensa positif 2 ke layar sebagai jarak bayangan. 4. Mengulangi kegiatan 2 dan 3 secukupnya. Mencatat data yang diperoleh ke dalam tabel hasil pengamatan. Kegiatan 2. Menentukan jarak fokus lensa cekung (negatif) dengan merajah /s terhadap /s. Meletakkan sumber cahaya, lensa positif (untuk memfokuskan cahaya di benda), benda, lensa positif 2 (yang akan ditentukan jarak fokusnya), dan layar pada bangku optik secara berurutan. Mengatur jarak antara sumber cahaya dan lensa positif sebesar jarak fokus lensa. Mengatur jarak benda dan lensa positif sekitar 0 cm. 2. Membuat bayangan yang jelas dari benda pada layar. Menandai posisi bayangan tersebut (bayangan ini menjadi benda untuk lensa cekung). Menempatkan lensa negatif sebelum posisi bayangan yang ditandai. 3. Menempatkan layar pada posisi tertentu sekitar 00 cm dari posisi yang ditandai. 4. Menggeser lensa negatif mendekati atau menjauhi layar untuk memperoleh bayangan yang jelas. 5. Mengukur jarak dari posisi yang ditandai ke lensa negatif sebagai jarak benda dan mengukur jarak dari lensa negatif ke layar sebagai jarak bayangan. 6. Mengulangi kegiatan 3,4, dan 5 dengan menempatkan layar pada posisi yang lain. Mencatat data yang diperoleh ke dalam tabel hasil pengamatan.

7 HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA Hasil Pengamatan Kegiatan. Jarak Fokus Lensa Cembung Jarak Fokus Lensa Positif 2 = mm Tabel. Jarak fokus lensa cembung dengan merajah /s terhadap /s No Jarak benda (s) (cm) Jarak bayangan (s ) (cm) 23,45 ± 0,05 20,5 ± 0,05 2 2,0 ± 0,05 22,75 ± 0, ,35 ± 0,05 25,25 ± 0,05 4 7,60 ± 0,05 3,30 ± 0,05 5 6,85 ± 0,05 33,90 ± 0,05 6 6,5 ± 0,05 37,05 ± 0,05 7 5,60 ± 0,05 39,25 ± 0,05 8 5,20 ± 0,05 42,0 ± 0,05 9 4,90 ± 0,05 44,40 ± 0,05 0 4,55 ± 0,05 47,30 ± 0,05 Kegiatan 2. Jarak fokus lensa cekung Jarak fokus lensa cekung NST mistar = - 0 cm = - 00 mm = 0, cm Tabel 2. Jarak fokus lensa cekung dengan merajah /s terhadap /s No Jarak benda (s) (cm) Jarak bayangan (s ) (cm) 3,25 ± 0,05 6,05 ± 0,05 2 4,60 ± 0,05 7,95 ± 0,05 3 5,60 ± 0,05 2,35 ± 0,05 4 6,40 ± 0,05 6,60 ± 0,05 5 6,70 ± 0,05 9,70 ± 0,05 6 6,90 ± 0,05 22,70 ± 0,05 7 7,5 ± 0,05 25,35 ± 0,05 8 7,55 ± 0,05 28,35 ± 0,05 9 7,70 ± 0,05 30,85 ± 0,05

8 Jarak bayangan (/s ) 0 7,95 ± 0,05 34,5 ± 0,05 ANALISIS DATA Kegiatan. Jarak Fokus Lensa Cembung Tabel. 3 Jarak fokus lensa cembung dengan merajah /s terhadap /s No Jarak benda (/s) Jarak bayangan (/s ) 0, , , , ,0494 0, , , , , ,0692 0, ,064 0, , , ,067 0, , ,024 Analisis grafik kegiatan 0, Hubungan /s dan /s 0,08 0,06 0,04 0, ,02 0,04 0,06 0,08 0, Jarak benda (/s) Grafik. Hubungan /s dan /s untuk menentukan jarak fokus lensa cembung

9 A. Sumbu x. NST grafik pada sumbu x NST s = batas skala banyaknya jumlah skala = 0,02 5 = 0,004 cm 2. Jarak fokus pada sumbu x f = s = 2 NST s = 0,002 cm = PS NST = 22 0,004 = 0,088 cm f = s + s' s' = 0 f = s f = 0,088 cm f x = 0,088 =,363 cm KR = f f x 00% B. Sumbu y = 0,002,363 00% = 0,08 % (4 AB) f x = f x ± f f x =,363 ± 0,002 cm. NST grafik pada sumbu y

10 NST s = batas skala banyaknya jumlah skala = 0,02 5 = 0,004 cm 2. Jarak fokus pada sumbu y f = s = 2 NST = 2 0,004cm = 0,002 cm = PS NST s = 23 0,004 = 0,092cm f = s + s' s ' = 0 f = s f y = 0,092 cm f y = 0,092 cm = 0,869 cm KR = f f y 00% = 0,002 0,869 00% = 0,08 % (4 AB) f y = f y ± f f y = 0,869 ± 0,002 cm

11 C. Jarak fokus pada lensa cembung. Jarak fokus f = f +f 2 2 f =,363 cm+0,869 cm 2 22,232 cm f = 2 cm f =,6 cm KR = f 00% f KR = 0,002,6 00% KR = 0,08 % (4 AB) Karena ketidakpastian antara sumbu x dan sumbu y adalah sama, jadi jarak fokus lensa cembung : f = f ± f f =,6 ± 0,002 cm 2. Persen perbedaan % perbedaan = praktikum-teori praktikum+teori %,6 cm cm % perbedaan =,6 cm cm 00% =,6 00% = 0,57 % 0,558 Kegiatan 2. Jarak Fokus Lensa Cekung Tabel 4. Jarak fokus lensa cekung No Jarak benda (/s) Jarak bayangan (/s ) -0, , ,2739 0, ,7857 0, ,5625 0,06024

12 Jarak bayangan (/s ) 5-0,4925 0, ,4492 0, ,3986 0, ,3245 0, ,2987 0, ,2578 0,02928 Analisis grafik kegiatan 2 Hubungan /s dan /s' 0,25 0,2 0,5 0, 0,05 0-0,35-0,3-0,25-0,2-0,5-0, -0,05 0 Jarak benda (/s) Grafik 2. Hubungan /s dan /s untuk menentukan jarak fokus lensa cekung A. Sumbu x. NST grafik sumbu x NST s = batas skala banyaknya jumlah skala = = 0,0 cm 2. Jarak fokus pada sumbu x f = s = 2 NST = 0,005 cm

13 = PS NST s = 8,5 0,0 = 0,085 cm f = s + s' s ' = 0 f = s f x = 0,085 cm f x = 0,085 cm =,764 cm KR = f f x 00% = 0,005,764 00% = 0,042 % (4 AB) f x = f ± f f x =,764 ± 0,005 cm B. Sumbu y. NST grafik pada sumbu y NST s = batas skala banyaknya jumlah skala = 0,05 5 = 0,0 cm 2. Jarak fokus pada sumbu y f = s = 2 NST = 2 0,0 cm = 0,005 cm

14 = PS NST s = 2 0,0 = 0,2 cm f = s + s' s ' = 0 f = s f y = 0,2 cm f y = 0,2 cm = 4,762 cm KR = f f y 00% = 0,005 4,762 00% = 0, % (4 AB) f y = f ± f f y = 4,762 ± 0,005 cm C. Jarak fokus lensa cekung. Jarak fokus f = f + f 2 2 =,764 cm + 4,762 cm 2 6,526 cm = 2 cm = 8,263 cm KR = f f 00% KR = 0,005 8,263 00% KR = 0,06 % (4 AB)

15 Karena ketidakpastian antara sumbu x dan sumbu y adalah sama, jadi jarak fokus lensa cekung : f = f ± f f = 8,262 ± 0,005 cm 2. Persen perbedaan %perbedaan = praktikum-teori praktikum+teori 00% 2 % perbedaan = PEMBAHASAN 8,262 cm -0,00 cm 8,262 cm +0,00 cm 2 00% =,738 00% = 9,036 % 9,3 Berdasarkan hasil praktikum yang telah dilakukan, terdapat dua kegiatan. Kegiatan pertama menentukan jarak fokus lensa cembung dengan merajah /s terhadap /s. Kegiatan kedua menentukan jarak fokus lensa cekung dengan merajah /s terhadap /s. Setiap kegiatan dilakukan pengambilan data sebanyak 0 kali. Berdasarkan data hasil pengamatan untuk kegiatan pertama (lensa cembung) diperoleh bahwa semakin kecil jarak benda maka semakin besar jarak bayangan. Sehingga dapat dikatakan bahwa jarak bayangan berbanding tebalik dengan jarak benda. Kemudian untuk kegiatan kedua berdasarkan data hasil pengamatan diperoleh bahwa semakin besar jarak benda maka jarak bayangannya pun semakin besar pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa jarak bayangannya berbanding lurus dengan jarak bendanya. Kegiatan pertama diperoleh besar jarak fokus lensa cembung dari rata-rata jarak fokus pada sumbu x dan sumbu y masing-masing sebesar f x =,363 ± 0,002 cm dan f y = 0,869 ± 0,002 cm sehingga diperoleh besarnya jarak fokus lensa cembung sebesar f =,6 ± 0,002 cm. Apabila dibandingkan dengan besar jarak fokus secara teori yang tertera pada lensa yakni sebesar 0 cm, maka perbedaannya tidak terlalu besar dengan % perbedaan sebesar 0,57 %. Kegiatan kedua diperoleh besar jarak fokus lensa cekung dari rata-rata jarak fokus pada sumbu x dan sumbu y masing-masing sebesar f x =,764 ± 0,005 cm dan f y = 4,762 ± 0,005 cm sehingga diperoleh besar jarak fokus lensa cekung

16 yakni sebesar f = 8,262 ± 0,005 cm. Apabila dibandingkan dengan besar jarak fokus secara teori yang tertera pada lensa yakni sebesar 0 cm, maka perbedaannya tidak terlalu besar dengan % perbedaan sebesar 9,036 %. Dengan melihat hasil analisis dari kedua kegiatan maka dapat dikatakan bahwa praktikum yang kami lakukan berhasil karena tidak terlalu jauh berbeda dengan teori yang sebenarnya. Adapun data yang kurang sesuai mungkin disebabkan oleh ketidaktelitian dari praktikan sendiri sehingga pengambilan datanya kurang akurat. SIMPULAN DAN DISKUSI. Berdasarkan hasil analisis data diperoleh besar jarak fokus lensa cembung sebesar f =,6 ± 0,002 cm dan untuk lensa cekung sebesar f = 8,262 ± 0,005 cm. 2. Berdasarkan data hasil pengamatan pada kegiatan pertama diperoleh untuk lensa cembung, jarak benda berbanding terbalik dengan jarak bayangan. Kemudian untuk kegiatan kedua berdasarkan data hasil pengamatan diperoleh bahwa semakin besar jarak benda maka jarak bayangannya pun semakin besar pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa jarak bayangannya berbanding lurus dengan jarak bendanya. Jarak fokus lensa cembung dan lensa cekung diperoleh dengan merajah /s terhadap /s. 3. Perbandingan besar jarak fokus lensa cembung dan lensa cekung secara teoritis dengan hasil analisis plot grafik tidak terlalu besar. Secara teori besar jarak fokus lensa cembung dan cekung masing-masing 0 cm. Sedangkan secara praktikum atau hasil analisis masing-masing sebesar f =,6 ± 0,002 cm dan f = 8,262 ± 0,005 cm. Untuk praktikan diharapkan agar lebih teliti dan disiplin pada saat praktikum. Dan untuk asisten agar senantiasa mendampingi praktikannya pada saaat pengambilan data.

17 DAFTAR RUJUKAN Bueche Frederick J, Eugene Hecth Schaum s Outlines Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta: Erlangga D.C. Giancoli, 200. Fisika Edisi kelima Jilid 2. Jakarta: Erlangga Herman, asisten LFD Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA UNM Serway, Jewett Fisika untuk Sains dan Teknik Buku Tiga Edisi 6. Jagakarsa, Jakarta : Salemba Teknika Young Hugh D, Roger A. Freedman Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga.