Handout Optik [PDF]

Citation preview

HANDOUT



MATERI



: OPTIK



Kelas



: XI Standar



Kompetensi Dasar



Indikator



12. Menerapkan



12.1 Membedakan



1. Menjelaskan konsep cermin



konsep optik



konsep cermin



Kompetensi



dan lensa 12.2 Menggunakan hukum pemantulan dan pembiasan



dan lensa 2. Menjelaskan hukum



pemantulan dan pembiasan cahaya 3. Mengaplikasikan cermin dan



lensa pada alat-alat optik



cahaya 12.3 Menggunakan cermin dan lensa



A. Pengertian Cermin Cermin merupakan suatu benda yang sangat halus dan mampu memantulkan cahaya. Cermin adalah benda yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang datang. Cermin dibagi menjadi tiga bagian: 1. Cermin datar, adalah cermin yang permukaan pantulnya berupa bidang datar. Permukaancermin datar sangat halus dan memiliki permukaan yang datar pada bagian pemantulannya,biasanya terbuat dari kaca. Di belakang kaca dilapisi logam tipis mengilap sehingga tidak tembus cahaya. 2. Cermin cembung, merupakan cermin konveks atau cermin negative. Pada cermin cembung, bagian mukanya berbentuk seperti kulit bola, tetapi bagian muka cermin cembung melengkung ke luar. Titik fokus cermin cembung berada di belakang cermin sehingga bersifat maya dan bernilai negatif. Cermin cembung memiliki sifat menyebarkan sinar (divergen). Jika sinar-sinar pantul pada cermin cembung kamu perpanjang pangkalnya, sinar akan berpotongan di titik fokus (titik api) di belakang



cermin. Pada perhitungan, titik api cermin cembung bernilai negatif karena bersifat semu. 3. Cermin cekung, merupakan cermin konkaf atau cermin positif. Cermin cekung memiliki permukaan pemantul yang bentuknya melengkung atau membentuk cekungan. Garis normal pada cermin cekung adalah garis yang melalui pusat kelengkungan, yaitu di titik M atau 2F. Sinar yang melalui titik ini akan dipantulkan ke titik itu juga. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen. Ketika sinar-sinar sejajar dikenakan pada cermin cekung, sinar pantulnya akan berpotongan pada satu titik. Titik perpotongan tersebut dinamakan titik api atau titik fokus (F). Ketika sinar-sinar datang yang melalui titik focus mengenai permukaan cermin cekung, ternyata semua sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama. Akan tetapi, jika sinar datang dilewatkan melalui titik M (2F), sinar pantulnya akan dipantulkan ke titik itu juga. Lensa adalah benda tembus cahaya yag terdiri atas dua bidang lengkung atau satu bidangdatar dan satu bidang lengkung.Lensa cembung ( positif ) = konves, macammacamnya: 1. Cembung cembung (bikonveks ) 2. Cembung datar ( plankonveks ) 3. Cembung cekung ( konkaf - konveks ) Lensa cekung ( negative ) = konkaf, macam-macamnya 1.



Cekung cekung ( bikonkaf )



2.



Cekung datar ( plankonkaf )



3.



Cekung cembung ( konveks-konkaf )



Perbedaan Cemin dan Lensa Perbedaan antara lensa dan cermin adalah dari segi sifatnya terhadap cahaya ataupun bayangan. Yaitu, cermin bersifat memantulkan cahaya(reflector) sedangkan lensa bersifat membiaskan atau meneruskan cahaya(refactor). Sinar istimewa pada cermin cekung adalah: 1.



Sinar yang datang sejajar sumbu utama, akan dipantulkan melalui titik fokus cermin.



2.



Sinar yang datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama.



3.



Sinar yang datang melalui titik pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan melaluititik pusat kelengkungan juga.



Sifat bayangan dari cermin cekung: 1. Jika benda berada di ruang I, maka bayangan berada di ruang IV. Sifat bayangannnya adalah maya, tegak, dan diperbesar. 2. Jika benda berada di ruang II, maka bayangan berada di ruang III. Sifat bayangannnya adalah nyata, terbalik, dan diperbesar. 3. Jika benda benda berada di ruang III, maka bayangan berada di ruang II. Sifat bayangannya adalah nyata, terbalik, dan diperkecil.



Sinar-sinar istemewa pada cermin cembung: 1. Sinar yang datang sejajar sumbu utama lensa akan dipantulkan melalui titik fokus 2. Sinar yang datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama lensa 3. Sinar yang datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan melaui pusat kelengkungan cermin juga.



B. Pengertian Lensa Lensa merupakan benda bening yang dibatasi dua buah bidang lengkung, biasanya dibatasi oleh permukaan silindris maupun permukaan bola. Lensa silindris bersifat konvergenyaitu menyatukan cahaya , sedangkan lensa yang berbentuk bola yang melengkung ke segala arah memusatkan cahaya dari sumber yang jauh pada suatu titik. Ada dua jenis lensa yaitu lensa cembumg dan lensa cekung. 1. Lensa Cembung Sinar-sinar istimewa lensa cembung: -



Sinar datang yang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah dari titik fokus



-



Sinar datang yang menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.



-



Sinar datang yang menuju pusat kelengkungan dipantulkan seolah-olah dari titik pusat kelengkungan itu.



2. Lensa Cekung Sinar-sinar istimewa lensa cekung: - Sinar datang yang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus (F). - Sinar datang yang melalui titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama - Sinar datang yang melalui titik pusat kelengkungan (P) dipantulkan kembali ke titik pusat kelengkungan itu. Persamaan Cermin dan Lensa



Pemantulan sempurna terjadi jika; 1. sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapat; 2. sudut datang lebih besar dibandingkan dengan sudut batas.



Rumus Indeks Bias Cahaya Untuk mengukur besarnya pembelokan arah cahaya jika sinar berpindah dari satu media ke media lain digunakan indeks bias (angka bias = penunjuk bias). Indeks bias mutlak suatu zat adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam zat itu. Nz = C : Cn Keterangan: Nz = indeks bias mutlak zat itu C = kecepatan cahaya dalam hampa (3 x 108 m/s) Cn = kecepatan cahaya dalam zat itu Indeks bias suatu medium dapat ditentukan jika kecepatan cahaya pada masing-masing medium diketahui.



CA = cepat rambat cahaya di medium A CB = cepat rambat cahaya di medium B Karena cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang maka rumus gelombang juga berlaku pada cahaya. Bunyi Hukum Pembiasan Cahaya (Hukum Snellius) Pembiasan



cahaya



diselidiki



oleh Willebrod



Snellius dan Willebrod



van



Roijen yang hasilnya dinyatakan dengan hukum Snellius sebagai berikut. 1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak dalam satu bidang datar. 2. Perbandingan proyeksi antara sinar datang dan sinar bias yang sama panjangnya pada bidang batas antara dua zat bening selalu merupakan bilangan tetap. Perbandingan tetap ini disebut indeks bias antara kedua zat itu. Peristiwa Pembiasan Cahaya Zat optik atau medium yang memiliki indeks bias lebih besar dikatakan lebih rapat, sedangkan medium yang mempunyai indeks bias lebih kecil dikatakan lebih renggang atau kurang rapat. Ada tiga kemungkinan yang terjadi pada peristiwa pembiasan, yaitu



1. sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal 2. sinar datang dari zat optik lebih rapat ke zat optik kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal 3. sinar yang datang tegak lurus bidang batas akan diteruskan tanpa dibiaskan. C. Alat Optik Cermin dan lensa serta prinsip kerjanya memberikan sarana pemahaman bagi pemanfaatannya untuk mempermudah dan membantu kehidupan manusia. Alat-alat yang bekerja berdasarkan prinsip optik (cermin dan lensa) digolongkan sebagai alat optik. 1. Mata salah satu alat optik alamiah yang merupakan salah satu anugerah dari Sang Pencipta adalah mata. Di dalam mata terdapat lensa kristalin yang terbuat dari bahan bening, berserat, dan kenyal. Lensa kristalin atau lensa mata berfungsi mengatur pembiasan yang disebabkan oleh cairan di depan lensa. Cairan ini dinamakan aqueous humor. Intensitas cahaya yang masuk ke mata diatur oleh pupil.



Bagian-bagian mata Cahaya yang masuk ke mata difokuskan oleh lensa mata ke bagian belakang mata yang disebut retina. Bentuk bayangan benda yang jatuh di retina seolah-olah direkam dan disampaikan ke otak melalui saraf optik. Bayangan inilah yang sampai ke otak dan memberikan kesan melihat benda kepada mata. Jadi, mata dapat melihat objek dengan jelas apabila bayangan benda (bayangan nyata) terbentuk tepat di retina. Lensa mata merupakan lensa yang kenyal dan fleksibel yang dapat menyesuaikan dengan objek yang dilihat. Karena bayangan benda harus selalu difokuskan tepat di retina, lensa mata selalu berubah-ubah untuk menyesuaikan objek yang dilihat. Kemampuan mata untuk menyesuaikan diri terhadap objek yang dilihat dinamakan daya akomodasi mata.



Daya akomodasi mata Saat mata melihat objek yang dekat, lensa mata akan berakomodasi menjadi lebih cembung agar bayangan yang terbentuk jatuh tepat di retina. Sebaliknya, saat melihat objek yang jauh, lensa mata akan menjadi lebih pipih untuk memfokuskan bayangan tepat di retina. Titik terdekat yang mampu dilihat oleh mata dengan jelas disebut titik dekat mata (punctum proximum/PP). Pada saat melihat benda yang berada di titik dekatnya, mata dikatakan berakomodasi maksimum. Titik dekat mata disebut juga dengan jarak baca normal karena jarak yang lebih dekat dari jarak ini tidak nyaman



digunakan untuk membaca dan mata akan terasa lelah. Jarak baca normal atau titik dekat mata adalah sekitar 25 cm. Cacat mata: 1. Miopi



2.



Hipermetropi



3. Astigmatisme



Rumus pada lensa cekung Untuk membantu mata rabun jauh, jarak fokus dan kuat lensa yang dapat digunakan untuk memperbaiki mata adalah: 1 1 1 = + ′ 𝑓 𝑠 𝑠 𝑃=



1 𝑓



Keterangan: s = titik terjauh mata normal = ~ s' = titik jauh penderita, bernilai (–) karena bayangan yang terlihat maya (dalam satuan m) f = fokus lensa P = kuat lensa (dioptri) Rumus pada lensa cembung Bagi penderita rabun dekat, maka untuk membantunya penglihatannya diperlukan jarak fokus dan kuat lensa sebesar: 1 1 1 = + ′ 𝑓 𝑠 𝑠 𝑃=



1 𝑓



Keterangan: s = titik dekat mata normal (25 cm) s' = titik dekat penderita, bernilai (–) karena bayangan yang terbentuk maya f = fokus lensa P = kuat lensa (dioptri) 2. Lup Lup adalah alat optik yang terdiri dari sebuah lensa cembung yang digunakan untuk mengamati benda-benda kecil sehingga tampak lebih besar dan jelas. Bayangan yang dihasilkan oleh lup adalah maya, tegak, dan diperbesar.



3. Mikroskop



Latihan Soal 1. Amatilah diagram pembentukan bayangan oleh mikroskop berikut ini!



Jika berkas sinar yang keluar dari lensa okuler merupakan berkas sejajar, dan mata yang mengamati berpenglihatan normal, maka perbesaran mikroskop adalah .... (Sn = 25 cm) .....



2.



a.



10 kali



b.



18 kali



c.



22 kali



d.



30 kali



e.



50 kali



Bayangan yang terbentuk oleh cedan sebuah benda yang tinggditempatkan di depan cermin bersifat



3.



a.



nyata, tegak, diperbesar



b.



maya, tegak, diperbesar



c.



nyata, tegak, diperkecil



d.



nyata, terbalik, diperbesar



e.



maya,tegak, diperkecil



Seseorang bermata hipermetropi supaya dapat melihat dengan normal harus menggunakan kaca mata yang kuat lensanya +2 dioptri. Maka jarak terdekat yang dapat dilihat orang tersebut tanpa kaca mata adalah .... a.



2,5 cm



b.



15 cm



c.



50 cm



d.



60 cm



e.



100 cm



4.



Seorang siswa ( S = 25 cm) melakukan percobaan menggunakan mikroskop, dengan data seperti gambar di atas, Perbesaran mikroskop adalah .... a. 30 kali b. 36 kali c. 40 kali d. 46 kali e. 50 kali 5. Sebuah benda diletakkan 20 cm di depan cermin cembung yang jarak fokusnya 30cm. Letak dan sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin tersebut adalah .... a.



60 cm di depan cermin, maya, tegak



b.



60 cm di belakang cermin, nyata, tegak



c.



60 cm di depan cermin, nyata, terbalik



d.



12 cm di belakang cermin, maya, tegak



e.



12 cm, di depan cermin, nyata, tegak



6. Seseorang bermata normal (titik dekatnya 25 cm) mengamati benda dengan mata berakomodasi maksimum. Diameter pupil matanya 2 mm dan mata peka terhadap cahaya 550.10-6 mm. Batas daya urai mata orang itu adalah .... a.



0,01 mm



b.



0,08 mm



c.



0,18 mm



d.



0,8 mm



e.



1,8 mm



7. Alat optik di bawah ini yang selalu menghasilkan bayangan maya, tegak dan diperkecil dari suatu benda nyata, adalah .... a. cermin datar b. cermin cekung c. cermin cembung



d. lensa positif e. lensa negatif 8. Letak bayangan yang dibentuk lensa bikonveks 20 cm di belakang lensa. Apabila kekuatan lensa 10 dioptri, maka jarak benda terhadap lensa adalah .... a. 5 cm b. 10 cm c. 15 cm d. 20 cm e. 40 cm 9. Seorang dengan mata normal menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum itu berarti .... a. Bayangan lensa obyektif 25 cm di belakang lensa b. Bayangan lensa obyektif tak hingga c. Bayangan lensa okuler tak hingga d. Bayangan lensa okuler 25 cm di depan e. Bayangan lensa okuler 25 cm di belakang 10. Sebuah lup mempunyai jarak fokus 5 cm, jika titik dekat mata normal = 25 cm, maka perbesaran lup untuk mata berakomodasi maksimum adalah…. a. 3 kali b. 4 kali c. 5 kali d. 6 kali e. 7 kali Essai! 1. Bayangan dari sebuah benda yang di bentuk oleh cermin cembung adalah …. 2. Seorang tukang servis jam memiliki titik dekat 20 cm, menggunakan lup yang jarak fokusnya 10 cm. Besar perbesaran bayangan dengan tanda berakomodasi adalah .... 3. Sebuah lensa berjarak fokus 5 cm, digunakan sebagai lup. Mata normal menggunakan lup tersebut dengan berakomodasi maksimum, maka perbesaran anguler lup adalah .... 4. Sebuah objek ditempatkan pada jarak 1,5 cm dari lensa objektif sebuah mikroskop, jika mikroskop memiliki jarak fokus lensa objektif dan okuler berturut-turut 10 mm dan 6 cm dan pengamatan dilakukan dengan akomodasi maksimum dengan titik dekat



30 cm, maka perbesaran mikroskop adalah ... kali 5. Seorang teropong diarahkan ke bintang, menghasilkan perbesaran anguler 25 kali. Jika jarak fokus objektif 150 cm, maka jarak antara lensa objektif dan lensa okuler teropong tersebut ......



LEMBAR KEGIATAN SISWA



LENSA CEMBUNG A. TUJUAN 1. Menentukan panjang fokus lensa cembung dengan benda di jauh tak hingga. 2. Menentukan jarak benda, jarak bayangan, panjang fokus lensa cembung dengan meletakkan benda di Ruang II dan III dan sifat bayangan. B. ALAT – ALAT 1. Lensa cembung 2. Layar 3. Sumber cahaya/lilin



4. Penggaris 5. Korek api 6. Bangku optik



C. DASAR TEORI Lensa cembung adalah lensa yang permukaan lengkungnya menghadap ke luar, bagian tengahnya lebih tebal dari pada bagian tepi. Bersifat mengumpulkan sinar (konvergen), artinyaa sinar-sinar yang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan menuju titik fokus lensa. Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung, antara lain: 1) Sinar datang sejajar sumbu utama lensa, dibiaskan melalui titik fokus aktif (F1) di belakang lensa. 2) Sinar datang melalui titik fokus pasif (F2) di depan lensa, dibiaskan sejajar sumbu utama. 3) Sinar datang melalui titik pusat optik (O), diteruskan tanpa dibiaskan. Rumus untuk mencari panjang fokus lensa cembung adalah:



D. PELAKSANAAN



1. 2.



3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.



susunlah alat seperti pada Gambar 1 dengan benda/sumber cahaya berada di jauh tak hingga (gunakan matahari/jendela ruangan sebagai sumber cahaya). Tentukan titik fokus dengan menggeser-geser layar hingga didapat bayangan yang paling jelas, kemudian ukur panjang fokusnya (s’ = f ). Data: f = …………… cm Susun alat seperti pada Gambar 2, ukur jarak benda ke lensa cembung (s). Geser-geserlah layar hingga diperoleh bayangan yang paling jelas, kemudian ukur jarak bayangan ke lensa cembung (s’). Ulangi langkah 3 dan 4 sampai tiga kali. Susun alat seperti pada Gambar 3, ukur jarak benda ke lensa cembung (s). Geser-geserlah layar hingga diperoleh bayangan yang paling jelas, kemudian ukur jarak bayangan ke lensa cembung (s’). Ulangi langkah 6 dan 8 sampai tiga kali. Masukkan data dari Gambar 1 dan 2 pada tabel.



E. HASIL PRAKTIKUM Tabel Gambar 2 dan 3 Benda di Ruang II No



s (cm)



s’ (cm)



Benda di Ruang III f (cm)



s (cm)



s’(cm)



f (cm)



1 2 3 4 5 F. PERTANYAAN 1. Bandingkan panjang fokus lensa cembung dari percobaan pada Gambar 1, 2 dan 3 2. Hitunglah perbesaran (M) dari percobaan pada Gambar 2 dan 3. 3. Bagaimanakah sifat bayangan benda yang diletakkan di Ruang II (Gambar 2). 4. Bagaimanakah sifat bayangan benda yang diletakkan di Ruang III (Gambar 3).



G. KESIMPULAN