BAB III OPTIK Kompetensi dasar : Memahami ciri-ciri cermin dan lensa Indikator Tujuan pembelajaran : : - Sifat dan fungsi cermin datar, cekung, dan cembung diidentifikasi - Hukum pemantulan dibuktikan melalui percobaan - Pola bayangan pemantulan cahaya pada cermin datar, cekung dan cembung diidentifikasi dan digambarkan - Sifat dan fungsi lensa cekung, dan cembung diidentifikasi - Hukum Snellius dalam pembiasan dibuktikan melalui percobaan - Pola pembentukan bayangan pembiasan cahaya pada lensa cekung dan cembung diidentifikasi dan digambarkan 1. Mengidentifikasi sifat cermin datar, cekung dan cembung 2. Mengidentifikasi fungsi cermin datar, cekung dan cembung 3. Membuktikan hukum pemantulan 4. Mengidentifikasi pola bayangan pemantulan cahaya pada cermin datar, cekung dan cembung 5. Mengidentifikasi sifat lensa cekung dan cembung 6. Mengidentifikasi fungsi lensa cekung dan cembung 7. Membuktikan hukum snellius dalam pembiasan 8. Mengidentifikasi pola bayangan pembiasan cahaya pada lensa cekung dan cembung Materi : 1. CAHAYA Sifat-sifat cahaya. Cahaya dianggap sebuah gelombang. Ilmuan yang mempelajari cahaya ialah Christian Huygens. Yang lahir di Den Haag tahun 1626 M. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Sifat-sifat cahaya sebagai berikut : 1. Pemantulan (refleksi) 2. Pembiasaan (refraksi) 3. Penggabungan atau perpaduan (interferensi) 4. Pelenturan (difraksi) 5. Polarisasi 1. PEMANTULAN CAHAYA Jenis-jenis Pemantulan cahaya : 1. Pemantulan baur : terjadi jika suatu berkas cahaya sejajar datang pada permukaan yang kasar atau tidak rata sehingga dipantulkan ke segala arah yang tidak tentu 2. Pemantulan teratur : terjadi jika suatu berkas cahaya sejajar datang pada permukaan yang halus atau rata.. Macam-macam sifat bayangan : 1. Semu/maya : bayangan tidak dapat ditangkap layar. Pada gambar digambarkan garis putus-putus
2. Nyata/riil : bayangan yang dapat ditangkap oleh layar pada gambar pemantulan/pembiasan digambar dengan garis yang utuh. Berkas cahaya : 1. Berkas sianr sejajar 2. Berkas sinar menyebar 3. Berkas sinar mengumpul a. Hukum pemantulan : 1. Sudut datang (i) = sudut pantul (r) i 2. Sinar datang, Sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar N I r b. Pemantulan pada cermin datar Sifat-sifat cermin datar sebagai berikut : 1. Jarak bayangan = jarak benda ke cermin 2. Tinggi bayangan yang terbentuk = tinggi benda 3. Bayangan maya Jumlah bayangan yang dibentuk oleh cermin datar : c. Pemantulan pada cermin lekung Cermin lekung adalah cermin yang pantulannya berbentuk lengkungan. Bentuk lengkungannya dapat berupa sferik (lengkungan bola), parabola, hiperbola atau ellipsoid. Yang ditinjau sekarang adalah cermin yang lengungannya berupa sferik. 1. Pembentukan bayangan oleh cermin cembung Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar yang jatuh padanya Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung yaitu : a. Sinar datang sejajar sumbu utama, dipantulkan seolah-olah berasal dari titik focus b. Sinar datang menuju titik focus dipantulkan sejajar sumbu utama c. Sinar menuju titik pusat dipantulkan seolah-olah berasal dari titik pusat juga. Sifat-sifat cermin cembung sebagai berikut : a. Menyebarkan bekas sinar b. Bayangan yang dibentuknya selalu di belakang cermin (menghasilkan bayangan maya) c. Bayangan yang dibentuk selalu diperkecil 1 2 3 F P 2. Pemantulan bayangan oleh cermin cekung Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung yaitu: a. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik focus cermin b. Sinar datang melalui titik focus dipantulkan sejajar sejajar sumbu utama
c. Sinar datang melalui pusat kelengkungan dipatulkan melalui titik pusat juga 1 2 3 P F Pembagian ruang pada cermin cekung I = Nomor ruang cermin dengan titik focus (F) II = Nomor ruang antara titik focus (F) dengan titik pusat (P) III = Nomor ruang antara titik pusat (P) sampai jauh tak hingga IV = Nomor ruang di belakang cermin Untuk menentukan ruang tempat letak bayangan benda dan sifat bayangannya, aturan-aturan sebagai berikut : a. Jumlah nomor ruang tempat benda dan nomor ruang tempat bayangan = 5 - Jika benda di ruang I, maka bayangan ada di ruang IV - Jika benda di ruang II, maka bayangan ada di ruang III - Jika benda di ruang III, maka bayangan ada di ruang II III II I IV P F b. Sifat bayangan 1. Bila benda di ruang I, sifat bayangan : maya (karena bayangan di ruang IV atau di belakang cermin,), diperbesar, tegak 2. Bila benda di ruang II, sifat bayangan : nyata (di depan cermin), diperbesar, terbalik 3. Bila benda di ruang III, sifat bayangan : nyata, diperkecil, terbalik 4. Bila benda berada di titik pusat, maka bayangan di titik pusat P juga. Sifat bayangan: Nyata, terbalik dan sama besar dengan bendanya. 5. Bila benda berada di titik focus F, maka bayangan berada di jauh tak hingga, dan begitu sebaliknya Contoh soal : Tentukan letak bayangan benda dan sifat-sifatnya jika benda itu berada : a. Di ruang I b. Di ruang III Jawab : a. Benda di ruang I Letak bayangan : V-I =IV (diruang IV) Sifat-sifat : maya, diperbesar, tegak b. Benda di ruang III Letak bayangan : V III = II (di ruang II) Sifat-sifat : nyata, diperkecil,terbalik P F
2. PEMBIASAN CAHAYA a. Hukum Snellius pada pembiasan Pertama kali dikemukakan oleh Willebrod Snellius (1591-1626), berbunyi sebagai berikut : 1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada sebuah bidang datar 2. Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya, Bila sinar datang dari medium lebih rapat ke medium lebih renggang maka dibiaskan menjauhi gas normal i renggang v1 r (v2) rapat r v2 i dengan rumusan secara matematis : Contoh : Pada saat cahaya lewat dari medium satu ke Medium lain, sudut bias bergantung pada sudut datang. Hal ini ditunjukkan sangat jelas oleh sinar cahaya yang meninggalkan prisma Indeks bias kaca lebih besar dibandingkan indeks bias air. Hasil pembelokkan akan lebih besar pada saat cahaya masuk atau keluar kaca
b. Pengertian indeks bias 1. Indeks bias mutlak : suatu ukuran kemampuan medium itu untuk membelokkan cahaya 2. Indeks bias relative : terjadi jika benda merambat dari medium 1 dengan cepat rambat c1 ke medium 2 dengan cepat rambat c2 Jadi indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1: Jika medium 1 nya ruang hampa uda ram aka rumusan menjadi : Ket : n = indeks bias mutlak c = cepat rambat cahaya dalam ruang hampa cm = cepat rambat cahaya dalam suatu medium Dengan kesimpulan rumusan : CONTOH SOAL : Diketahui indeks bias kaca 3/2 dan indeks bias air 4/3, berapakah : a. Indeks bias relatif kaca terhadap air b. Indeks bias relatif air terhadap gelas Jawab nk =3/2, dan na = 4/3 a. Indeks bias kaca terhadap air nk-a = nk /na = = 3/2 x ¾ = 9/8 = 1,125 b. Indeks bias air terhadap kaca Na-k= na /nk = = 4/3 x 2/3 = 8/9 = 0,89 c. Pembiasan pada Lensa a. Jenis-jenis lensa tipis Dibedakan atas 2 jenis lensa, yaitu : 1. Lensa konvergen = lensa yang bersifat mengumpulkan berkas sinar 2. Lensa divergen = lensa yang bersifat memancarkan sinar f f
f f terdapat juga beberapa jenis lensa yang mempunyai ciri dan sifat khusus, : 1. Lensa bikonveks R1 = Positif R2 = negatif 2. Lensa plankonveks R1 = positif R2 = 3. Lensa konvekskonkaf R1 = positif R2 = negatif 4. Lensa bikonkaf R1 = negatif R2 = positif 5. Lensa plankonkaf R1 = negatif R2 = b. Sinar sinar istimewa pada lensa cembung (konvergen atau konveks) 1. Sinar sejajar sumbu utama, dibiaskan melalui titik fokus 2. Sinar yang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama 3. Sinar yang melalui pusat lensa tidak dibiaskan a. Benda terletak di antara lensa dan titik Sifat : maya, tegak dan diperbesar
b. Benda terletak di antara titik fokus dan titik pusat Sifat : nyata, terbalik, diperbesar c. Benda terletak lebih jauh dari titik Sifat : nyata, terbalik, diperkecil c. Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung (divergen atau konkaf) 1. Sinar sejajar sumbu utama, dibiaskan seolah-olah melalui titik fokus 2. Sinar yang seolah olah melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama 3. Sinar yang melalui pusat lensa tidak dibiaskan Bayanagan yang dibentuk oleh lensa cekung selalu berada di depan Lensa dengan sifat-sifat : Selalu maya, selalu tegak dan selalu diperkecil. Tugas : 1. Jelaskan sinar-sinar istimewa cermin datar, cermin cembung dan cermin cekung 2. Jelaskan pola pembentukan bayangan pada cermin cembung dan cermin cekung 3. Indeks bias cairan gliserin 1,47 dan indeks bias intan 2,42 Tentukan : a. Indeks bias relatif intan terhadap cairan gliserin b. Indeks bias relatif cairan gliserin terhadap intan 4. Indeks bias air 1,33 dan indeks bias kaca 1,5. Bila seberkas cahaya datang dari air menuju kaca dengan sudut datang 45 0, berapa sudut bias cahaya pada kaca? 5. Kedalaman sebuah kolam 3 m. Jika kolam diisi penuh air yang indeks biasnya 4/3, berapakah kedalaman kolam tersebut menurut pengamat di atas permukaan air? Komptensi dasar : Menggunakan hukum pemantulan dan pembiasan cahaya Indikator : - Jarak dan tinggi bayangan hasil pemantulan cermin cekung dihitung dengan menggunakan hukum pemantulan - Jarak dan tinggi bayangan hasil pemantulan cermin cembung dihitung menggunakan hukum pemantulan - Jarak dan tinggi bayangan hasil pembiasan lensa cekung dihitung menggunakan hukum pembiasan - Jarak dan tinggi bayangan hasil pembiasan lensa cembung dihitung dengan menggunakan hukum pembiasan Tujuan pembelajaran : 1. Menghitung jarak bayangan hasil pemantulan cermin cekung menggunakan hukum pemantulan 2. Menghitung Tinggi bayangan hasil pemantulan cermin cekung menggunakan hukum pemantulan
3. Menghitung jarak bayangan hasil pemantulan cermin cembung menggunakan hukum pemantulan 4. Menghitung Tinggi bayangan hasil pemantulan cermin cembung menggunakan hukum pemantulan 5. Menghitung jarak bayangan hasil pembiasan lensa cekung menggunakan hukum pembiasan 6. Menghitung Tinggi bayangan hasil pembiasan lensa cekung menggunakan hukum pembiasan 7. Menghitung jarak bayangan hasil pembiasan lensa cembung menggunakan hukum pembiasan 8. Menghitung Tinggi bayangan hasil pembiasan lensa cembung menggunakan hukum pembiasan Materi : 1. Perhitungan jarak benda, jarak bayangan dan perbesaran pada cermin cekung dan cembung Secara matematis : Atau Karena : f = ½ R Ket : s = jarak benda terhadap cermin s 1 = jarak bayangan terhadap cermin f = jarak fokus R = jari jari lengkung cermin Catatan : a. Untuk cermin cembung harga f dan R negatif b. Untuk cermin cekung harga f dan R positif PERBESARAN BAYANGAN Persamaan matematisnya : Ket : M = pembesaran bayangan h = tinggi benda h 1 s s 1 = tinggi bayangan = jarak benda ke permukaan cermin = jarak bayangan ke permukaan cermin catatan : Bila dalam perhitungan di dapat : a. M (+) = sifat bayangan nyata dan terbalik b. M (-) = sifat bayangan maya dan tegak CONTOH SOAL Sebuah cermin cembung mempunyai jarak fokus 10 cm kemudian sebuah benda diletakkan pada sumbu utama berjarak 25 cm dan di depan cermin a. Tentukanlah jarak bayangan ke cermin dan pembesarannya b. Sebutkan sifat-sifat bayangannya Jawab : f = -10 cm s = 25 cm a. Jarak bayangan ke cermin
= - 7,143 cm Pembesarna bayangan M = 0,286 kali b. Sifat sifat bayangan a. Maya, karena s 1 bernilai negatif (dibelakang cermin) b. Tegak, karena nilai M positif c. Diperkecil, Karena M = 0,286 kali <1 TUGAS 1. Sebuah benda tingginya 5 cm depan 20 cm di depan sebuah cermin cembung yang jarak fokus 10 cm. Tentukanlah : a. Letak bayangan dan pembesaran b. Titik bayangan c. Sifat-sifat bayangan 2. Sebuah cermin cekung memiliki jarak fokus 10 cm. Tentukan letak dan pembesaran bayangan jika benda terletak di depan cermin sejauh : a. 25 cm, b. 10 cm, dan c. 5 cm. Jelaskan sifat-sifat bayangan pada tiap-tiap jawaban a, b, dan c 3. Perhitungan jarak benda, jarak bayangan dan perbesaran pada lensa cekung dan cembung 1. Jarak benda dan jarak bayangan Secara matematis : Dengan : n = indeks bias tempat di sekitar lensa, untuk udara n = 1 n 1 = indeka bias lensa jika lensa berada di udara, maka n = 1, secara matematis : Jika bendanya berada di jauh tak hingga, s =, maka bayangan berada di titik fokus lensa
Jika lensa tipis, maka menggunakan rumus Ada beberapa ketentuan : S (+) jika benda terletak di depan lensa (benda nyata) S (-) jiak benda terletak di belakang lensa (benda maya) S 1 (+) jika bayangan terletak di belakang lensa S 1 (-) jika bayangan terletak di depan lensa f (+) untuk lensa cembung f (-) untuk lensa cekung 2. Perbesaran bayangan Bila dalam perhitungan di dapat : a. M (+) = sifat bayangan maya dan gak b. M (-) = sifat bayangan nyata dan terbalik CONTOH SOAL Sebuah benda diletakkan 40 cm di depan lensa konvergen yang jarak fokusnya 20 cm. Tentukanlah : a. Letak bayangan b. Perbesaran bayangan c. Sifat-sifat bayangan Penyelesaian : S = +40 cm (di depan lensa) f = +20 cm (lensa konvergen atau cembung ) Diket : S = +40 cm (di depan lensa) f = +20 cm (lensa konvergen atau cembung ) a. Letak bayangan s 1 =...? S 1 = 40 cm Jadi letak bayangannya 40 cm di belakang lensa (bayangan nyata) b. Perbesaran bayangan M =...? c. Sifat bayangan = nyata, terbalik, sama besar dengan bendanya
TUGAS : 1. Sebuah lensa dibatasi oleh permukaan cembung berjari-jari 25 cm dan p[ermukaan cekung berjari-jari 50 cm. Indeks bias kaca lensa 1,50. Tentukalah jarak fokus lensa dan apakah lensa tersebut jenis lensa konvergen atau divergen! Petunjuk : Lensa konvergen jika fokus (f) positif dan divergen bila sebaliknya. 2. Sebuah benda diletakkan di depan lensa konvergen yang jarak fokusnya 15 cm. Tentukan letak, perbesaran, dan sifat bayangan jika benda diletakkan pada jarak : a. 20 cm b. 10 cm 3. Sebuah benda diletakkan 8 cm di depan lensa cekung yang memiliki jarak fokus 12 cm. Tentukan : a. Letakkan bayangan b. Perbesaran bayangan c. Sifat-sifat bayangan KUAT LENSA Besaran yang menyatakan ukuran lensa dinamakan Kuat Lensa (P), yang didefinisikan sebagai Kebalikan jarak fokus (f) P = 1/f Dengan : P = kuat lensa (dioptri) f = jarak fokus (m) Kuat lensa cembung (konvergen) bernilai (+) karena jarak fokus lensa cembung bernilai (+) sebaliknya kuat lensa cekung (divergen) bernilai (-) karena jarak fokusnya bernilai (-) TUGAS : 1. Cari materi tentang MATA(bagian-bagian mata, jenis-jenis cacat mata) 2. Jelaskan bagian-bagian kamera 3. Cari materi mengenai fungsi dan sifat pemanfaatan lensa sebagai lup 4. Cari materi mengenai fungsi dan sifat pemanfaatan lensa dalam mikroskop 5. Cari materi mengenai fungsi dan sifat pemanfaatan cermin dan lensa dalam teleskop