CAHAYA

PETA KONSEP

Standar Kompetensi:Memahami konsep dan penerapan getaran, gelombang, dan optik dalam produk teknologi sehari-hari.Kompetensi Dasar :Mendiskripsikan sifat-sifat cahaya dan hubungannya dengan cermin dan lensa.

Kegiatan PembelajaranRingkasan Materi

Allah pelindung orang-orang yang beriman. Dia mengeluarkan mereka dari kegelapan menuju cahaya. (QS Al Baqoroh (2): 257)

Para ahli telah meneliti cahaya untuk mengetahui sifat-sifat dan karakteristik cahaya. Ada dua pendapat mengenai cahaya, yaitu cahaya dianggap sebagai gelombang dan cahaya dianggap sebagai partikel.

Cahaya memiliki sifat-sifat, antara lain:1. Memiliki kecepatan sebesar 300.000.000 m/s2. Bagian dari spektrum matahari3. Merupakan gelombang elektromagnetik4. Merambat lurus5. Dapat dipantulkan (Refleksi) jika mengenai dinding pantul/penghalang6. Dapat dibiaskan (Refraksi) jika melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya7. Dapat melentur (Difraksi) jika melalui celah sempit8. Dapat berinterferensi (perpaduan dua glb. Chy. Sejenis) tanpa mengganggu9. Dapat diuraikan

A. Cahaya sebagai gelombang elektromagnetCahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Sehingga cahaya dapat merambat tanpa memerlukan

medium. Setiap benda yang memancarkan cahaya disebut sumber cahaya dan setiap benda yang tidak dapat

memancarkan cahaya disebut benda gelap. Benda-benda yang termasuk benda gelap dapat digolongkan sebagai berikut.

a. Benda tembus cahaya, yaitu benda yang dapat meneruskan cahaya yang diterimanya. Benda tembus cahaya dapat dikelompokkan lagi menjadi benda bening dan benda baur. Contoh benda bening adalah kaca dan air jernih, sedangkan contoh benda baur adalah es dan air keruh.

b. Benda tak tembus cahaya, yaitu benda yang tidak dapat meneruskan cahaya yang diterimanya. Contohnya adalah batu, tanah, kayu, dan besi.Akibat cahaya merambat lurus, benda yang tidak tembus cahaya akan membentuk bayangan apabila terkena cahaya yaitu bayangan umbra dan penumbra

a. Bayangan umbra(Gelap/Inti), yaitu bayangan yang benar-benar gelap dengan kata lain bayangan yang tidak mendapat cahaya sama sekali.

b. Bayangan penumbra (Kabur), yaitu bayangan yang tidak terlalu gelap dengan kata lain bayangan yang masih mendapatkan sebagian cahaya.

B. Pemantulan Cahaya1. Hukum Pemantulan

Hukum pemantulan cahaya adalah sebagai berikut :1) Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.2) Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Meskipun hampir semua benda bersifat memantulkan cahaya, tetapi hanya beberapa saja yang dapat memantulkan cahaya secara sempurna. Permukaan benda yang memantulkan cahaya mempengaruhi karakteristik pemantulan.

Macam-macam pemantulan :1). Pemantulan baur /difuss

Yaitu pemantulan cahaya oleh permukaan yang kasar atau tidak rata. Akibat pemantulan difuss, tempat di bawah pohon yang rindang menjadi teduh dan terang pada siang hari.

2). Pemantulan teraturYaitu pemantulan yang terjadi pada permukaan yang rata. Misalnya pada cermin datar, permukaan air yang tenang, dan alumunium.

2. Pemantulan Cahaya pada Cermin DatarCermin bersifat memantulkan cahaya secara teratur karena permukaannya bersifat rata dan bening. Bagaimana bayangan pada cermin datar terbentuk?

Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sebagai berikut.1) sama besar2) tegak3) berkebalikan4) jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin5) maya

Bayangan maya adalah bayangan yang dibentuk oleh perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul ke arah belakang.

Cahaya Benda

Penumbra

Umbra

Layar

Bagaimana jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar ? Jika terdapat dua buah cermin datar yang membentuk sudut α , maka banyaknya bayangan yang

dibentuk dirumuskan oleh persamaan sebagai berikut.

Keterangan:n = banyaknya bayangan yang dibentukα = sudut antara dua cermin3. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung

Cermin cekung adalah cermin yang bentuknya melengkung seperti bagian dalam bola. Pada pemantulan cahaya oleh cermin cekung, jarak antara benda dan cermin mempengaruhi bayangan yang dihasilkan. Bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung merupakan perpotongan sinar pantul atau merupakan perpotongan dari perpanjangan sinar pantul.

Cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen). . Pada cermin cekung terdapat tiga sinar istimewa, yaitu sebagai berikut.

1) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus.2) Sinar datang melalui titik fokus, akan dipantulkan sejajar sumbu utama.3) Sinar datang melalui pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan

cermin.

Jalannya sinar-sinar istimewa pada cermin cekung

Dengan menggunakan dua dari ketiga sinar istimewa cermin cekung di atas, dapat dilukis pembentukan bayangan pada cermin cekung seperti ditunjukkan pada Gambar berikut :

1. Benda di ruang I (antara O – F)

Sifat bayangan: Maya, tegak, diperbesar dan bayangan berada di belakang cermin

Benda di titik fokus (F)

Sifat bayangan: tidak terbentuk bayangan, karena sinar pantulnya sejajar

2. Benda di ruang II (antara F – M)

Sifat bayangan: nyata, terbalik, diperbesar dan bayangan berada di ruang III

3. Benda di titik pusat kelengkungan (M)

Sifat bayangan: nyata, terbalik, sama besar dan bayangan berada di titik M

4. Benda di ruang III (antara M – tak terhingga)

Sifat bayangan: nyata, terbalik, diperkecil dan bayangan berada di ruang II

4. Pemantulan Cahaya pada Cermin CembungJika bentuk cermin cekung merupakan bagian dalam dari sebuah bola, maka bentuk cermin cembung

adalah bagian luar bola. Perhatikan skema bentuk cermin cembung pada Gambar di bawah ! Terlihat bahwa cermin cembung merupakan kebalikan cermin cekung.

Sinar-sinar istimewa itu ditunjukkan pada cermin cembung yaitu sebagai berikut. 1) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus.2) Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama3) Sinar datang yang menuju pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan seolah-olah berasal dari pusat

kelengkungan yang sama.

Bagaimana pembentukan bayangan oleh cermin cembung?Dengan bantuan dua dari ketiga sinar istimewa untuk cermin cembung di atas, dapat digambarkan

pembentukan bayangan oleh cermin cembung.

Bayangan yang terbentuk pada cermin

cembung selalu maya, tegak dan diperkecil dan terletak dibelakang cermin

5. Hubungan Titik Fokus, Jarak Benda, dan Jarak BayanganUntuk mengetahui hubungan antara titik fokus (f), jarak benda (s0) dan jarak bayangan (s1) pada

cermin, baik pada cermin cekung maupun cembung berlaku:

Keterangan:f = jarak fokus s0= jarak benda ke cermins1= jarak bayangan ke cermincatatan : untuk f dan R pada cermin cekung berharga positifuntuk f dan R pada cermin cembung berharga negatifdimana, R = 2f

Perbesaran merupakan perbandingan jarak bayangan terhadap cermin dengan jarak benda terhadap cermin atau perbandingan tinggi bayangan terhadap tinggi benda.Perbesaran dapat dirumuskan sebagai berikut.

C. Pembiasan CahayaPembiasan cahaya adalah perubahan arah sinar cahaya ketika melewati dua medium

transparan yang kerapatannya berbeda, misalnya air dan udara. Pembiasan merupakan salah satu fenomena penting yang paling mendasar untuk menjelaskan kejadian-kejadian yang terjadi pada lensa dan prisma.

Sinar bias akan mendekati garis normal ketika sinar datang dari medium kurang rapat (udara) ke medium lebih rapat (kaca). Sinar bias akan menjauhi garis normal ketika cahaya merambat dari medium lebih rapat (kaca) ke medium kurang rapat (udara).Terjadinya pembiasan tersebut telah dibuktikan oleh seorang

ahli matematika dan perbintangan Belanda pada 1621 bernama Willebrord Snell. Kesimpulan hasil percobaannya dirumuskan dan dikenal dengan Hukum Snellius

Hukum Snellius menyatakan sebagai berikut.

a. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar dan ketiganya berpotongan di satu titik.

b. Perbandingan proyeksi sinar datang dan sinar bias yang sama panjangnya pada bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatan optiknya merupakan bilangan tetap yang didebut indeks bias (n).

1. Indeks BiasPerbandingan Cepat rambat cahaya di udara (ruang hampa) dan dalam medium disebut dengan indek bias (n). Bila dirumuskan secara matematis adalah sebagai berikut.

Indeks bias ada 2 jenis, yaitu:

1. Indeks bias mutlak : jika medium pertama adalah ruang hampa (udara).

2. Indeks bias relatif : jika medium pertama bukan udara

Tabel: Indeks Bias dari Beberapa Medium

Karena cepat rambat cahaya dalam kedua medium adalah berbeda (Menurut Christian Huygens), maka: n1v1 = n2v2.Ketika cahaya lewat dari satu medium ke medium lainnya, besarnya indeks bias dan cepat rambat cahaya berubah, tetapi frekuensinya tetap.

n1(λ1f) = n2(λ2f)n1λ1 = n2λ2

Contoh Soal:Cahaya merambat dari udara ke dalam air (indeks bias air 4/3). Jika panjang gelombang cahaya di udara 5000 Å, berapa cepat rambat dan panjang gelombang cahaya dalam air? (1 Å = 10-10 m)Diketahui :nudara = 1nair = 4/3vudara = 3 x 108 m/sλudara = 5000 ÅDitanya:a. vair = ...?b. λair = ...?Jawab: a. nava = nuvu

4/3 x va = 1 x 3 x 108 va = = 2,25 x 108 m/s

b. naλa = nuλu

4/3 x λa = 1 x 5000 λa = = 3750 Å

Pembiasan ada dua jenis1. Jika cahaya datang dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat maka cahaya

dibiaskan mendekati garis normal2. Jika cahaya datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang lebih kurang maka cahaya

dibiaskan menjauhi garis normalPerhatikan gambar berikut !

2. Pembiasan pada Kaca Plan paralel

Sinar datang menuju kaca plan paralel dibiaskan oleh bidang batas pertama mendekati garis normal, kemudian sinar keluar dari kaca plan paralel menuju udara dibiaskan oleh bidang batas kedua dibiaskan menjauhi garis normal.Perpanjangan sinar datang dan sinar bias keluar dari kaca plan paralel adalah sejajar

3. Pemantulan Sempurna

Pemantulan sempurna terjadi jika:a. Sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapatb. Sudut datang lebih besar dari sudut batas (kritis)

Sudut batas (sudut kritis) yaitu sudut datang yang menimbulkan sudut bias 900 terhadap garis normal atau sinar bias berimpit dengan bidang batas.

4. Pembiasan pada PrismaPrisma merupakan benda bening yang terbuat dari gelas yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Sudut yang dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (β).

Sinar datang menuju kaca Prisma dibiaskan oleh bidang batas pertama mendekati garis normal, kemudian sinar keluar dari kaca Prisma menuju udara dibiaskan oleh bidang batas kedua dibiaskan menjauhi garis normal.Perpanjangan sinar datang dan sinar bias keluar dari kaca Prisma membentuk sudut yang disebut Sudut Deviasi (D).

Hubungan antara sudut deviasi (D), sudut sinar datang (i1),sudut sinar bias (r2), dan sudut pembias prisma (β) dinyatakan dalam persamaan berikut.

Jika sinar datang dan sinar bias yang meninggalkan prisma, memotong prisma menurut segitiga sama kaki atau sama sisi, maka sudut deviasinya minimum.

Deviasi minimum pada prisma ditentukan oleh:1. Sudut pembias prisma; semakin besar sudut pembias prisma, maka sudut deviasi minimum semakin

besar.2. Indeks bias prisma; semakin besar indeks bias prisma, maka sudut deviasi minimum semakin besar.Besarnya sudut deviasi minimum (δ) dapat dihitung dengan rumus:

δ = 2 i1 - -β atau δ = 2r2 – β5. Peristiwa pembiasan dalam kehidupan sehari-hari

Peristiwa dapat dijelaskan dengan pembiasan cahaya adalah :a. Tongkat dimasukkan dalam air.Bagian tongkat yang dimasukkan dalam air seperti patah .b. Dasar kolam tampak dangkal. Ketika sinar dari dasar kolam mengenai bidang batas antara air dengan

udara maka sinar itu dibiaskan menjauhi garis normal . Bayangan dasar kolam terbentuk oleh perpotongan perpanjangan sinar-sinar bias sehingga dasar kolam tampak dangkal.

6. Dispersi CahayaDispersi cahaya adalah Peristiwa terurainya cahaya putih menjadi beberapa warna cahaya (spektrum) yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu (mejikuhibiniu).Warna putih disebut warna polikromatis karena warna putih dapat diuraikan menjadi beberapa warna cahaya (spektrum)Warna selain putih disebut warna monokromatis karena warna selain putih tidak dapat diuraikan menjadi beberapa warna cahaya (spektrum).Pelangi merupakan contoh dari peristiwa dispersi cahaya yanng terjadi di alam . Pelangi merupakan peristiwa penguraian sinar matahari oleh butiran-butiran air. Peristiwa terjadinya pelangi adalah sinar matahari jatuh ke butir-butir air. Sinar tersebut memasuki butiran lalu dipantulkan sempurna, kemudian keluar dari butiran air.Pada spektrum matahari, cahaya merah memunyai indeks bias dan sudut deviasi terkecil tetapi mempunyai panjang gelombang terbesar. Sebaliknya warna ungu mempunyai indeks bias dan sudut deviasi terbesar tetapi mempunyai panjang gelombang terkecil.Bunga tampak berwarna merah karena saat dikenai sinar polikromatik bunga tersebut memantulkan warna merah sedang warna lain diserap. Daun berwarna hijau karena saat dikenai sinar polikromatik bunga tersebut memantulkan warna hijau sedang warna lain diserap.

7. Pembiasan Cahaya pada Lensa CekungLensa cekung adalah lensa yang mempunyai bentuk sedemikian rupa sehingga ketebalan bagian

tengahnya lebih kecil daripada bagian ujung-ujungnya. Lensa cekung sering juga disebut lensa negatif. Lensa cekung bersifat menyebarkan sinar, disebut juga divergen.

Titik fokus lensa cekung berada pada sisi yang sama dengan sinar datang sehingga titik fokus lensa cekung bersifat maya atau semu dan bernilai negatif.

Macam-macam lensa cekung antara lain : lensa cekung rangkap (bikonkaf ), lensa cekung datar (plan konkaf ), dan lensa cekung- cembung (konveks-konkaf ).

Berbeda dengan cermin, lensa dapat meneruskan cahaya dari kedua sisinya. Oleh karena itu lensa memiliki 2 buah titik pusat. Gambar di bawah ini adalah bagian-bagian lensa cekung.

Jalannya sinar istimewa pada lensa cekung adalah sebagai berikut.1) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus

2) Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus lensa pertama (F1) akan dibiaskan sejajar sumbu utama.

3) Sinar yang datang melewati pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan.

Pembentukan bayangan pada lensa cekung digunakan dua dari tiga sinar istimewa sebagai berikut:

Sifat bayangan yang terbentuk adalah: maya, tegak, diperkecil, dan letak bayangannya di depan lensa.

8. Pembiasan Cahaya pada Lensa CembungSeperti pada lensa cekung, lensa cembung pun bersifat membiaskan cahaya. Lensa cembung

memiliki bentuk yang tipis pada kedua bagian ujungnya. Lensa cembung bersifat mengumpulkan sinar (konvergen).

Adapun macam-macam lensa cembung adalah lensa cembung rangkap (bikonveks), lensa cembung datar (plan konveks), lensa cembung-cekung (konkaf-konveks)

Jalannya sinar istimewa pada lensa cembung adalah sebagai berikut.1) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus (F1) di belakang lensa.2) Sinar datang menuju titik fokus di depan lensa (F2) akan dibiaskan sejajar sumbu utama.3) Sinar yang datang melewati pusat optik lensa (O) diteruskan, tidak dibiaskan.

Dengan menggunakan dua dari tiga sinar istimewa pada lensa cembung di atas dapat digambarkan pembentukan bayangan oleh lensa cembung. Berikut adalah pembentukan bayangan pada lensa cembung untuk berbagai posisi benda.

1) Jarak benda lebih besar 2F1 (diruang III)

Diperoleh bayangan yang bersifat nyata, terbalik, diperkecil, dan letak bayangannya di antara F1 dan 2F2 (diruang II)

2) Benda diletakkan di antara 2F1

Diperoleh bayangan yang bersifat nyata, terbalik, sama besar, dan letak bayangannya di titik 2F2

3) Benda diletakkan di antara 2F1 dan F1 (diruang II).

Diperoleh bayangan yang bersifat nyata, terbalik, diperbesar, dan letak bayangannya di luar 2F2 (diruang III)

4) Benda diletakkan di titik F1 (fokus)

Diperoleh bayangan yang bersifat maya di tak hingga (tidak terbentuk bayangangan, karena sinar biasnya sejajar

5) Benda diletakkan di antara F2 dan pusat lensa (diruang I)

Diperoleh bayangan yang bersifat maya, tegak, diperbesar, dan terletak di depan lensa.Pada lensa baik lensa cekung maupun lensa cembung juga berlaku persamaan-persamaan seperti

pada cermin yaitu sebagai berikut.

Keterangan:F = jarak focuss0 = jarak benda terhadap cermin s1 = jarak bayangan terhadap cerminM = perbesaran h0 = tinggi bendah1 = tinggi bayangan Catatan :- untuk lensa cekung f berharga negatif- untuk lensa cembung f berharga positif

9. Kekuatan LensaKekuatan lensa adalah kemampuan lensa untuk memfokuskan sinar yang datang padanya. Kekuatan

lensa didefinisikan dengan persamaan sebagai berikut:

P = Kekuatan lensa (dioptri)

F = jarak titik fokus ( m)Catatan :- untuk lensa cembung P berharga positif- untuk lensa cekung P berharga negatif

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Dua cermin diatur sehingga membentuk sudut 60°. Berapa jumlah bayangan yang terbentuk jika di antara dua cermin diletakkan satu buah benda?

Jadi, ada 5 bayangan yang terbentuk.2. Sebuah benda tingginya 4 cm diletakkan di depan sebuah cermin cekung yang mempunyai jarak fokus 6

cm. Jarak benda terhadap cermin adalah 12 cm.a. Hitung jarak bayangan terhadap cermin!b. Hitung perbesaran bayangan!c. Lukislah pembentukan bayangannya!

Jadi, jarak bayangan terhadap cermin adalah 12 cm.

c. Lukisan pembentukan bayangan adalah sebagai berikut.

3. Sebuah cermin cembung memiliki jari-jari kelengkungan 30 cm. Jika benda diletakkan pada jarak 10 cm di depan cermin, berapakah jarak bayangan benda? Sebutkan sifat-sifatnya.JawabDiketahui : jari-jari (R) = 30 cm s = 10 cm

Karena cermin yang digunakan adalah cermin cembung, jarak fokus bernilai negatif, f = –15 cm.Jarak bayangan benda ditentukan menggunakan Persamaan sebagai berikut.

Jadi, jarak benda adalah –6 cm yang terletak di belakang cermin atau maya. Sifat-sifatnya adalah maya, sama tegak, dan diperkecil.

Uji Kompetensi 4

I. Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!

1. Berikut yang bukan merupakan sifat cahaya adalah ....a. memerlukan medium untuk merambat c. dapat dipantulkanb. dapat dibiaskan d. termasuk gelombang elektromagnetik

2. Suatu benda berjarak 10 cm di depan sebuah cermin cekung yang memiliki fokus 15 cm. Perbesaran bayangan yang dihasilkan adalah ....a. 3,0 kali b. 2,0 kali c. 1,5 kali d. 0,5 kali

3. Perhatikan gambar berikut.Daerah yang disebut sudut bias adalah ....a. pb. qc. rd. s

4. Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar bersifat ....a. nyata, terbalik, dan diperkecil c. nyata, sama besar, dan tegakb. maya, tegak, dan sama besar d. nyata, terbalik, dan diperbesar

5. Sebuah benda diletakkan 8 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak focus 12 cm. Letak bayangan adalah ....a. 24 cm di depan lensa c. 24 cm di belakang lensab. 48 cm di depan lensa d. 48 cm di belakang lensa

6. Berikut jalannya sinar istimewa pada lensa cembung, kecuali ....

7. Sebuah lensa cekung memiliki jarak focus 20 cm. Apabila sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa maka jarak bayangan yang terbentuk dari lensa adalah ....a. 60 cm di depan lensa c. 60 cm di belakang lensac. 12 cm di depan lensa d. 12 cm di belakang lensa

8. Pernyataan berikut yang benar adalah ....a. lensa cembung disebut juga lensa negativeb. pada pemantulan cahaya oleh cermin datar selalu bersifat nyatac. pembentukan bayangan oleh lensa cekung selalu diperkecild. pembentukan bayangan oleh lensa cembung selalu diperbesar

9. Mata disebut alat optik karena ....a. memiliki lensa b. memiliki saraf c. menggunakan kacamata d. memiliki otot

10. Alat optik yang digunakan untuk melihat jasad renik adalah ....a. lup b. Teropong c. mikroskop d. Kamera

11. Jarak paling dekat yang dapat dilihat jelas oleh orang yang rabun dekat adalah 40 cm. Kekuatan lensa kacamata yang diperlukan orang tersebut adalah ....a. 0,67 D b. 0,75 D c. 1,5 D d. 1,75 D

12. Bayangan pada kamera memiliki sifat ....a. nyata, terbalik, diperkecil c. nyata, tegak, diperbesarb. maya, terbalik, diperkecil d. maya, tegak, diperbesar

13. Seorang penderita miopi memakai kacamata dengan kekuatan lensa –0,33 D. Jarak titik jauh penderita miopi tersebut adalah ....a. 100 cm b. 200 cm c. 250 cm d. 300 cm

14. Sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler pada mikroskop adalah ....a. nyata, terbalik, dan diperbesar c. nyata, tegak, dan diperkecilb. maya, tegak, dan diperbesar d. maya, terbalik, dan sama besar

15. Perbedaan mendasar periskop dengan alat optik lainnya adalah adanya ....a. sepasang lensa cembung c. sepasang lensa cekungb. cermin datar d. sepasang prisma siku-siku

B. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar!1. Sebuah benda diletakkan di depan cermin cembung pada jarak 4 cm. Jika titik fokus cermin tersebut adalah

8 cm, berapa jarak bayangan terhadap benda?Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

2. Lukislah bayangan yang dibentuk oleh suatu benda dengan jarak 2 cm di depan sebuah cermin cekung yang mempunyai titik fokus 5 cm!

Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

3. a.Sebutkan contoh dalam kehidupan sehari-hari yang memperlihatkan bahwa cahaya merambat lurus. b. Bagaimana cara membuktikan bahwa cahaya merambat lurus?

Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

4. Jelaskan terjadinya bayang-bayang umbra dan bayang-bayang penumbra.

Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

5. Apakah kegunaan cermin cekung dan cermin cembung dalam kehidupan sehari-hari?Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

MODUL 5ALAT – ALAT OPTIKA

Peta Konsep:

Standar Kompetensi:Mendeskripsikan dasar-dasar getaran, gelombang dan optik serta penerapannya dalam produk teknologi sehari-hari.

Kompetensi Dasar:Mendeskripsikan alat-alat optik dan penerapannya sehari-hari

Materi Pembelajaran

Yang dimaksud alat optik adalah alat yang bekerja berdasarkan sifat-sifat optiknya. Dengan kata lain, alat yang prinsip kerjanya berdasarkan pemantulan dan pembiasan cahaya. Bagian yang utama pada alat optik berupa lensa, cermin atau kedua-duanya.Fungsi alat optik adalah untuk membantu penglihatan manusia mengamati benda-benda yang tidak dapat dilihat dengan mata secara langsung. Beberapa contoh alat optik adalah sebagai berikut:A. Mata

Ditinjau dari keadaan fisiknya, bagian terpenting dari mata adalah lensa mata, pupil, dan retina. Agar mata dapat melihat benda maka bayangan benda yang dibentuk oleh lensa mata harus jatuh pada retina. Bagian-bagian mata ditinjau dari sifat optiknya adalah sebagai berikut.1) Kornea

Kornea merupakan selaput bening yang berfungsi untuk melindungi bagian dalam mata. 2) Iris

Iris merupakan selaput yang membentuk suatu celah lingkaran. Pada dasarnya iris berfungsi untuk mengatur intensitas cahaya yang masuk ke dalam mata. Selain itu, iris memberi warna pada bola mata.

3) PupilPupil yaitu celah lingkaran yang dibentuk oleh iris. Lebar pupil diatur oleh iris sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai mata. Jadi, pupil berfungsi sebagai celah atau lubang tempat masuknya cahaya ke dalam mata.

4) Lensa MataLensa mata berupa lensa cembung yang berfungsi untuk membentuk bayangan.

5) Retina

Retina merupakan tempat terbentuknya bayangan. Supaya bayangan terlihat jelas maka bayangan harus terbentuk di retina, tepatnya di bintik kuning. Bintik Kuning adalah bagian pada retina yang sangat peka terhadap cahaya.

6) Otot MataOtot mata berfungsi untuk mengatur lensa mata pada saat menebal dan memipih.

7) Saraf MataSaraf mata berperan sebagai penghubung antara mata dengan otak.

8) Cairan AqueosCairan ini berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk sehingga terfokus ke lensa mata.

Lensa Mata

Hal-hal penting yang berkaitan dengan lensa mata adalah:1) Lensa mata berupa lensa cembung yang bersifat kenyal.2) Lensa mata membentuk bayangan yang bersifat nyata, terbalik dan diperkecil. Jadi, benda

yang dilihat mata berada di ruang III (antara 2F sampai tak terhingga) lensa mata.3) Lensa mata mempunyai daya akomodasi.Perlu diketahui bahwa pada mata jarak antara lensa mata dengan layar (retina) adalah tetap. Jadi agar bayangan dapat ditangkap tajam di retina, lensa mata harus mengubah jarak titik fokusnya dengan cara menebal atau memipih secara otomatis. Bila melihat benda yang jauh lensa mata memipih dan bila melihat benda yang dekat lensa mata menebal. Kemampuan lensa mata untuk menebal atau memipih sesuai dengan jarak benda yang dilihat disebut Daya Akomodasi mata.

Punctum Proximum (PP)Punctum Proximum (PP) yaitu jarak titik terdekat yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata yang berakomodasi maksimum (sekuat-kuatnya). Untuk mata normal, jarak titik terdekatnya adalah berkisar antara 20cm – 30cm atau rata-rata 25cm.

Punctum Remotum (Pr)Punctum Remotum (Pr) yaitu jarak titik terjauh yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata

tanpa berakomodasi. Untuk mata normal jarak titik terjauhnya adalah tak terhingga ( ).

Cacat MataBeberapa cacat mata adalah sebagai berikut:1) Mata Rabun Jauh (Miopi)

Miopi adalah cacat mata dimana mata tidak jelas melihat benda-benda yang jauh letaknya. Ciri-ciri mata miopi adalah:a) mempunyai jarak titik terjauh (Pr) terbatas.b) bayangan benda jatuh di belakang retina.c) lensa mata terlalu menebal, kurang dapat memipih.d) dapat ditolong dengan kaca mata berlensa cekung (negative)

2) Mata Rabun Dekat (Hipermetropi)

Hipermetropi adalah cacat mata di mana mata tidak jelas melihat benda-benda yang dekat. Ciri-ciri mata hipermetropi adalah:a) mempunyai titik dekat (PP) lebih dari 30 cm.b) bayangan benda yang dilihat jatuh di belakang retina.c) lensa mata terlalu memipih kurang dapat menebal.d) dapat ditolong dengan kaca mata berlensa cembung (positif)

a. Rabun dekat. b. Rabun dekat ditolong dengan kacamata berlensa

positif

3) Mata Tua (Presbiopi)Presbiopi adalah cacat mata di mana mata tidak jelas melihat benda-benda yang jauh maupun dekat. Ciri-ciri mata presbiopi adalah:a) titik terdekat (PP) dan titik terjah (Pr) telah bergeser.b) lensa mata sukar berakomodasi.c) dapat ditolong dengan kaca mata berlensa rangkap (biovokal).

Lensa rangkap dapat membantu orang yang memiliki cacat mata presbiopi

4) AstigmatismaAstignatisma adalah cacat mata di mana mata tidak dapat melihat garis-garis vertical dan horizontal bersama-sama. Cacat astigmatisma dapat ditolong dengan kaca mata silindris.

B. Kamera Kamera merupakan alat optik yang berfungsi untuk merekam bayangan pada sehelai kertas film (klise). Bagian paling penting pada kamera adalah sebuah kotak kedap cahaya.

Adapun skema bagian-bagian kamera adalah sebagai berikut:1) Diafragma

Diafragma berfungsi mengatur intensitas cahaya yang masuk ke dalam kamera.2) Shutter

Shuter merupakan lubang tempat masuknya cahaya yang dapat membuka dan menutup dengan cepat bila tombol ditekan. Diameter dari celah / lubang ini disebut aperture

3) Lensa Objektif (lensa kamera)Lensa kamera berupa lensa cembung, berfungsi untuk membentuk bayangan tepat di plat film.

4) Plat Film (klise)

Plat film berfungsi untuk merekam bayangan. Pada kamera bayangan yang etrbentuk bersifat nyata, etrbalik, dan diperkecil. Ini berarti benda yang dipotret berada di ruang III lensa kamera.

C. LupLup atau kaca pembesar adalah sebuah lensa cembung yang digunakan untuk melihat benda-benda kecil agar tampak lebih besar dan jelas.

Lup membentuk bayangan yang bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Dengan demikian, benda yang diamati dengan lup berada di ruang I (antara O – F).Lup biasanya digunakan oleh tukang jam, tukang emas, pengumpul perangko dan lain-lain. Perbesaran bayangan pada lup dirumuskan:1) mata berakomodasi maksimum 2) mata tidak berakomodasi

M = Sn + 1 M = Sn f f

M : perbesaran bayangan Sn : jarak titik dekat mata pengamatf : jarak titik fokus lup

D. MikroskopMikroskop adalah alat yang digunkan untuk mengamati benda-benda yang sangat kecil (renik) agar kelihatan besar. Sebuah mikroskop disusun oleh dua buah lensa cembung yang berjarak fokus pendek yaitu lensa objektif dan lensa okuler.1) Lensa Objektif lensa yang menghadap pada objek yang diamati.2) Lensa Okuler: lensa yang menghadap / dekat dengan mata pengamatPada mikroskop jarak titik fokus lensa objektif (fob) lebih kecil daripada jarak titik fokus lensa okuler (fok).

Lensa objektif membentuk bayangan yang bersifat nyata, etrbalik dan diperbesar. Jadi, benda yang diamati berada di ruang II lensa objektif (antara f(ob) dan 2f(ob)). Bayangan yang dibentuk lensa objektif merupakan benda bagi lensa okuler sehingga sifat bayangan akhir bila dibandingkan benda aslinya adalah maya, terbalik, diperbesar. Perbesaran bayangan pada mikroskop secara umum dirumuskan:

M(ob) : perbesaran lensa objektifM(ok) : perbesaran lensa okuler

Perbesaran pada mikroskop ada dua kemungkinan:1) Mata berakomodasi maksimum

f(ob) < f(ok)

M (tot) = │M(ob) x M(ok)│

M (tot) = │ Si(ob) x M(ok)│

2) Mata tak berakomodasiKeterangan:M(tot ) = perbesaran bayangan totalSn = jarak titik dekat mata pengamatSi(ob) = jarak bayangan lensa objektiff(ok) = jarak titik fokus lensa okulerSo(ob) = jarak benda lensa objektif

Panjang tabung mikroskop dirumuskan:a) d = Si (ob) + So (ok) untuk mata berakomodasi maksimum.b) d = Si (ob) + f (ok) untuk mata tak berakomodasi

E. Teropong (Teleskop)Teropong atau disebut juga teleskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda sangat jauh agar tampak lebih dekat dan jelas.Yang membedakan mikroskop dengan teropong adalah pada teropong berlaku :

f(ob) > f(ok)

1) Teropong Bintang (Teropong Astronomi)Teropong bintang digunakan untuk mengamati bintang, planet, satelit atau benda langit yang lain. Teropong bintang juga tersusun atas lensa objektif dan lensa okuler. Lensa Objekif membentuk bayangan nyata, terbalik dan diperkecil pada titik fokusnya. Bayangan ini menjadi benda bagi lensa okuler yang berperan sebagai lup.Bayangan akhir yang dibentuk bersifat maya, terbalik dan diperbesar.Perbesaran bayangannya dirumuskan :

Panjang teropong bintang dirumuskan :

d = f(ob) + f(ok)

2) Teropong Bumi (Teropong Medan)Dinamakan teropong bumi karena teropong ini digunakan untuk mengamati benda-benda di muka bumi. Bagian utama teropong bumi adalah lensa objektif, lensa pembalik dan lensa okuler. Jadi, bayangan yang dibentuk bersifat maya, tegak dan diperbesar.Panjang teropong medan dirumuskan :

d = f(ob) + 4 f(p) + f (ok)

f(ob)

M = f(ok)

Si(ob) x SnM(tot) =

So(ob) f(ok)

3) PeriskopPeriskop adalah teropong yang dipasang pada kapal selam. Periskop berguna untuk mengintai kapal-kapal musuh atau melihat benda-benda yang terletak di permukaan laut sewaktu kapal sedang menyelam.Bagian utama dari periskop adalah:a) lensa objektif, berupa lensa cembungb) dua buah prisma kaca siku-siku sama kakic) lensa okuler, berupa lensa cembungBerkas sinar yang berasal dari sebuah kapal yang diintai setelah menembus lensa objektif, dipantulkan sempurna oleh prisma siku-siku sama kaki. Berkas sinar ini akhirnya menembus lensa okuler masuk ke mata pengamat.

F. ProyektorProyektor adalah alat optik yang dapat menghasilkan bayangan terang, nyata dan diperbesar pada layar. Ada dua tipe proyektor yaitu diaskop dan episkop.a. Diaskop, yaitu tipe proyektor yang dapat menghasilkan bayangan dari gambar diapositif.b. Episkop, yaitu tipe proyektor yang dapat menghasilkan bayangan dari gambar positif.Perbedaan utama dari dua tipe proyektor di atas adalah prinsip kerjanya. Pada diaskop cahaya dapat menembus objek denagn dasar kerja pembiusan, sedangkan episkop bekerja dengan dasar pemantulan sehingga cahaya tidak menembus objek.Ada tiga macam gambar menurut warna dan ketransparanan cahaya.1) Gambar diapositif adalah gambar tembus cahaya yang warnanya sama dengan warna aslinya.

Contoh: plastic bergambar, transparansi OHP dan film slide2) Gambar positif adalah gambar tidak tembus cahaya yang warnanya sama dengan warna aslinya.

Contoh: gambar cetak dan pas foto berwarna3) Gambar negative adalah gambar tembus cahaya yang warnanya tidak sama dengan warna

aslinya.Contoh: film foto (klise)

Proyektor SlideProyektor Slide adalah proyektor yang berfungsi untuk menghasilkan bayangan yang bersifat nyata, terbalik dan diperbesar pada layar dari sebuah film slide yang dipasang secara terbalik.Proyektor FilmProyektor Film adalah proyektor yang menghasilkan bayangan nyata, tegak dan diperbesar pada layar yang seolah-olah hidup.Overhead Projector (OHP)Alat ini juga dapat digunakan sebagai alat bantu dalam mengajar, memberi kuliah, memberi penjelasan dalam rapat atau pun seminar-seminar.Gambar diapositifnya dapat dibuat sendiri sesuai dengan kebutuhan dengan menggunakan spidol khusus OHP.

G. Episkop (Opaque Projector)Episkop, yaitu alat optik yang memproyeksikan gambar tidak tembus cahaya pada layar. Ruangan yang digunakan harus sangat gelap karena bayangan terbentuk kurang jelas. Bayangan pada layar dihasilkan oleh kombinasi pantulan baur dengan pembiasan lensa proyeksi. Beberapa kelemahan episkop di antaranya adalah:1) ruangan yang digunakan harus cukup gelap2) bayangan yang dihasilkan kurang jelas3) menggunakan lampu dengan daya cukup besar

Contoh soal dan pembahasan1. Pak Adam menderita hipermetropi maka ia harus ditolong dengan kacamata berlensa …

Jawaban : cembungPembahasan :Hipermetropi adalah cacat mata dimana mata tidak jelas melihat benda-benda yang dekat dan bisa ditolong dengan kacamata berlensa cembung (positif).

2. Seorang penderita rabun dekat memiliki titik dekat 150 cm. Ia ingin membaca pada jarak baca normal (25 cm). Berapakah jarak fokusnya?Diketahui : Si : 150 cm

So: 25 cm f : 25 cm

Jawab : 1 = 1 + 1 f So Si 1 = 1 + 1 f 25 - 150

1 = 6 -1 = 5f 150 150f = 150 = 30 cm 5

3. Seorang siswa menggunakan lup yang jarak titik apinya 20 cm dengan mata berakomodasi. Berapa kali perbesaran yang diperoleh bila jarak titik dekat mata siswa tersebut 40 cm?Diketahui : f : 20 cm

Sn : 40 cm M : …

Jawab : M = Sn + 1f

M = 40 + 1 20 M = 2 +1 = 3 kali

4. Apakah lensa pada kamera dan mata memiliki fungsi yang sama?Jawab : Ya samaPembahasan : Lensa pada mata dan pada kamera adalah lensa cembung yang sama-sama

berfungsi untuk membentuk bayangan5. Apa yang membedakan mikroskop dengan teropong ?

Jawab : Kalau pada mikroskop jarak titik focus lensa bjektif lebih kecil daripada jarak titik focus lensa okuler. Kalau pada teropong, jarak titik focus lensa objektif lebih besar daripada jarak titik focus lensa okuler.

Uji Kompetensi 5

A. Silanglah (x) huruf a, b, c, atau d pada jawaban yang tepat !1. Bayangan yang dibentuk oleh lensa mata bersifat …

a. maya, tegak, diperkecil c. maya, terbalik, diperkecilb. nyata, tegak, diperkecil d. nyata, terbalik, diperkecil

2. Bagian mata yang berfungsi untuk mengatur banyaknya sinar yang masuk adalah …a. Iris b. Retina c. Pupil d. lensa mata

3. Syarat agar suatu benda dapat dilihat pleh mata adalah …a. ada cahaya dan benda yang berwarna cerahb. ada pantulan cahaya dari benda dan bayangan jatuh tepat di retinac. benda berwarna cerah dan bayangan jatuh tepat di retinad. benda yang dilihat merupakan sumber cahaya

4. Jalannya sinar pada penderita miopi adalah …a. c.

. b. d.

5. Sebuah objek diammati dengan mikroskop, objek yang diamati diletakkan di …a. ruang II lensa objektif c. ruang III lensa objektifb. ruang I lensa okuler d. ruang II lensa okuler

6. Plat film pada kamera mempunyai persamaan fungsi dengan bagian mata disebut …a. Retina b. Iris c. Pupil d. kornea

7. Bayangan yang dibentuk oleh lup bersifat …a. maya, terbalik, diperbesar c. maya, tegak, diperbesarb. nyata, terbalik, diperbesar d. nyata, tegak, diperbesar

8. Seseorang menggunakan lup yang jarak titik apinya 25 cm dengan mata berakomodasi maksimum. Jika jarak titik dekat mata orang tersebut 100 cm maka perbesaran yang diperoleh adalah …a. 2 kali b. 3 kali c. 4 kali d. 5 kali

9. Di bawah ini adalah orang yangs erring menggunakan lup yaitu …a. operator mesin pabrik c. tukang jamb. tukang reparasi mobil d. nakhoda

10. Hal-hal yang sama mengenai kamera dan mata:(1) lensa kamera dan kornea mata (3) film dan retina(2) diafragma dan iris (4) cara pemfokusan kamera dan mataPernyataan yang benar adalah …a. (1) dan (3) b. (2) dan (3) c. (1) dan (4) d. (1), (2) dan (3)

11. Bayangan akhir yang dibentuk oleh sebuah mikroskop memiliki sifat …a. nyata, terbalik, diperbesar c. nyata, tegak, diperbesarb. maya, terbalik, diperbesar d. maya, tegak, diperbesar

12. Mikroskop digunakan untuk …a. mengamati benda-benda yang jauh c. mengamati benda-benda yang sangat kecil (renik)b. mengamati benda-benda angkasa d. mengamati benda di permukaan laut

13. Teropong berikut ini yang mempunyai bagian utama berupa lensa pembalik adalah …a. teropong medan b. teropong bintang c. Periskop d. teropong panggung

14. Teropong berikut ini yang menggunakan dua buah prisma siku-siku sama kaki adalah … a. teropong bumi b. teropong panggung c. Periskop d. teropong bintang

15. Perbedaan mendasar perikop dengan alat optik lainnya terletak pada adanya …a. sepasang prisma siku-siku c. lensa cekung sebagai okulerb. sepasang lensa cembung d. sepasang lensa cekung

B.Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan tepat!1. Apakah ciri – ciri dari :

a. Mata hipermetropib. Mata miopiJawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

2. Lengkapilah tabel persamaan fungsi bagian mata dan kamera berikut ini!No Bagian mata Bagian kamera Fungsi1.2.3.

Pupil………………….

Retina

…………………Diafragma

………………..

………………………………………………………

Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

3. Seorang siswa menggunakan lup yang jarak fokusnya 10 cm. Bila jarak titik dekat matanya normal, hitunglah perbesaran yan diperoleh bila :a. mata berakomodasi maksimumb. mata tak berakomodasiJawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

4. Seorang anak menggunakan mikroskop memperoleh perbesaran total 450 kali. Bila perbesaran lensa objektif 5 kali berapa perbesaran lensa okulernya?Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................

5. Sebutkan bagian-bagian utama dari periskop!Jawab : .............................................................................................................................................................................................................................................................................