Sifat-sifat Cahaya dan hubungannya dengan Cermin dan Lensa 1 Sifat Cahaya

commit to user 38 terlihatnya suatu benda ataupun bayangan dari suatu benda, tetapi jalannya cahaya dan proses terbentuknya bayangan tidak dapat diamati secara langsung. Sehingga dalam pembelajarannya memerlukan media yang tepat agar pemantulan dan pembiasan sebagai sifat dari cahaya mudah diamati dan dipahami oleh siswa.

b. Sifat-sifat Cahaya dan hubungannya dengan Cermin dan Lensa 1 Sifat Cahaya

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang dapat merambat tanpa medium perantara. Cahaya sebagai gelombang memiliki sifat-sifat gelombang. Sifat-sifat tersebut diantaranya adalah pemantulan yaitu terjadi ketika gelombang cahaya mengenai sebuah penghalang dan pembiasan yaitu pembelokan berkas cahaya pada medium berbeda. 2 Pembentukan Bayangan Cahaya merambat lurus. Lampu senter yang disorotkan pada tempat yang gelap akan menunjukkan bahwa cahaya senter merambat lurus tidak berbelok. Oleh karena itu, dinyatakan bahwa cahaya merambat menurut garis lurus. Cahaya yang merambat lurus akan membentuk bayangan ketika dihalangi oleh benda tak tembus cahaya. Jika sumber cahaya sangat kecil dibandingkan dengan ukuran benda maka terbentuk bayangan benda yang sepenuhnya gelap. Bayang- bayang seperti itu disebut bayang-bayang gelap atau umbra. Sebaliknya, jika ukuran sumber cukup besar dibandingkan ukuran benda maka di belakang benda terdapat bayang-bayang gelap umbra dan juga bayang-bayang yang suram. Bayang-bayang yang suram seperti ini disebut penumbra. commit to user 39 3 Pemantulan Cahaya Seberkas cahaya mengenai suatu benda atau dinding penghalang, maka cahaya tersebut akan dipantulkan . Jika berkas cahaya pantul tersebut mengenai mata kita, maka kita akan melihat benda tersebut. Jadi, pemantulan cahaya membantu proses penglihatan. Pemantulan cahaya dibedakan menjadi dua jenis yaitu sebagai berikut: a Pemantulan teratur , yaitu pemantulan cahaya oleh permukaan halus seperti cermin datar. Berkas-berkas sinar sejajar yang mengenai cermin datar dipantulkan juga sebagai berkas sinar-sinar sejajar Gambar 2.3a. b Pemantulan baurdifus , yaitu pemantulan cahaya oleh permukaan-permukaan kasar seperti kertas. Berkas-berkas sinar sejajar yang mengenai kertas dipantulkan ke segala arah Gambar 2.3b. Gambar 2.3. a Pemantulan teratur dan b pemantulan baurdifus 4 Hukum Pemantulan Cahaya Pemantulan cahaya telah diselidiki oleh Willebrord Snellius 1591-1626. Snellius mengemukakan hukum pemantulan yang juga disebut hukum Snellius. Snellius dalam Kanginan 2007 menyatakan bahwa hukum pemantulan cahaya berbunyi sebagai berikut: Permukaan datar dan halus a b Permukaan kasar dan tidak rata commit to user 40 a Sinar datang, garis normal N dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar. b Besar sudut sinar datang i sama dengan besar sudut sinar pantul r. Gambar 2.4. Hukum pemantulan 5 Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar Ada lima sifat bayangan pada cermin datar, yaitu sebagai berikut: a Bayangannya maya. b Bayangannya sama tegak dengan bendanya c Bayangannya sama besar dengan bendanya d Bayangannya sama tinggi dengan bendanya. e Bayangan benda bertukar sisinya, bagian kanan benda menjadi bagian kiri bayangan. Ada tiga langkah dalam melukiskan pembentukan bayangan pada cermin datar, yaitu sebagai berikut: a Melukis sinar pertama yang datang dari benda menuju cermin dan dipantul kan sesuai dengan hukum pemantulan, yaitu sudut datang = sudut pantul. b Melukis sinar kedua yang datang dari benda menuju cermin dan dipantulkan sesuai dengan hukum pemantulan. c Perpanjangan sinar pantul pertama dan sinar pantul kedua di belakang cermin akan berpotongan. Perpotongan inilah yang merupakan letak bayangan. Cermin N i r commit to user 41 Bayangan yang terjadi karena perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul disebut bayangan maya. Gambar 2.5. Lukisan pembentukan bayangan pada cermin datar 6 Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung a Sifat Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung Cermin cekung bersifat konvergen, yaitu bersifat mengumpulkan sinar. Artinya, sinar-sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan mengumpul pada satu titik yang dinamakan titik fokus F cermin seperti pada Gambar 4. Oleh karena itu, cermin cekung juga disebut cermin konvergen. Gambar 2.6. Sinar-sinar sejajar yang jatuh pada cermin cekung dipantulkan menuju titik fokus F Titik fokus F terletak di tengah-tengah garis hubung antara titik pusat kelengkungan cermin M dengan titik pusat bidang cermin O seperti pada benda bayangan R F M O Sumbu utama cermin f Belakang cermin Depan cermin commit to user 42 Gambar 2.6. Jarak antara titik fokus F dan titik pusat bidang cermin O diberi lambang f , berlaku persamaan: ……….. 1 f adalah jarak fokus cermin cekung dan R adalah jari-jari kelengkungan cermin. b Sinar Istimewa pada Cemin Cekung Terdapat tiga jenis sinar istimewa pada cermin cekung. Sinar-sinar istimewa tersebut adalah sebagai berikut: 1 Sinar datang yang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus F Gambar 2.7a. 2 Sinar datang yang melalui titik fokus F dipantulkan sejajar dengan sumbu utama Gambar 2.7b. 3 Sinar yang melalui titik pusat kelengkungan cermin M dipantulkan melalui titik itu juga Gambar 2.7c. Gambar 2.7, Tiga jenis sinar istimewa cermin cekung F M O F M O F M O a b c f = 2 R commit to user 43 c Melukis Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung Bayangan benda yang dihasilkan cermin cekung, dapat dilketahui dengan melukis bayangan menggunakan sinar-sinar istimewa pada cermin cekung. Pembentukan bayangan pada cermin cekung dapat dilakukan langkah-langkah berikut. 1 Melukis dua buah sinar istimewa lebih sederhana menggunakan sinar 1 dan sinar 3. 2 Sinar selalu datang dari depan cermin dan dipantulkan kembali ke depan. Perpanjangan sinar-sinar di belakang cermin dilukis sebagai garis putus-putus. 3 Perpotongan dua sinar pantul yang dilukis pada langkah 1 merupakan letak bayangan. Jika kedua sinar pantul berpotongan di depan cermin, bayangan yang dihasilkan bersifat nyata sejati, akan tetapi jika perpotongannya di dapat dari perpanjangan sinar pantul dan terletak di belakang cermin, bayangan yang dihasilkan bersifat maya semu. benda F M O a bayangan b F M O benda bayangan F M O c benda bayangan Gambar 2.8, Bayangan yang terbentuk pada cermin cekung untuk letak benda yang berbeda commit to user 44 7 Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung a Sifat Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung Cermin cembung merupakan cermin yang bagian depannya bagian yang mengilap adalah permukaan luar irisan bola. Cermin cembung memiliki titik pusat kelengkungan M dan jarak fokus cermin F yang terletak dibagian belakang cermin. Oleh karena itu, R dan f pada cermin cembung bertanda negatif . Cermin cembung bersifat divergen , yaitu bersifat memencarkan cahaya . Artinya, berkas sinar sejajar yang datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan berpencar. Gambar 2.9. Sinar-sinar sejajar yang jatuh pada cermin cembung dipantulkan berpencar seolah-olah berasal dari satu titik fokus di belakang cermin b Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cembung Ada tiga sinar istimewa pada cermin cembung, yaitu sebagai berikut: 1 Sinar datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan seolah-olah datang dari titik fokus F gambar 2.10a 2 Sinar datang menuju ke titik fokus F dipantulkan sejajar sumbu utama gambar 2.10b. 3 Sinar datang menuju ke titik pusat kelengkungan M dipantulkan kembali seakan-akan datang dari titik tersebut gambar 2.10c. F O M Sumbu utama cermin belakang cermin Depan cermin commit to user 45 Gambar a Gambar b Gambar c Gambar 2.10. sinar-sinar istimewa pada cermin cembung. Benda nyata yang terletak di depan cermin cembung selalu akan dihasilkan bayangan maya, tegak dan diperkecil. Oleh karena itu, cermin cembung sering digunakan sebagai kaca spion. Dengan cermin cembung ini pengemudi dapat melihat kendaraan di belakangnya dengan medan penglihatan yang lebih luas. Gambar 2.11. Pembentukan bayangan pada cermin cembung c Rumus Perhitungan pada Cermin Cekung dan Cermin Cembung Hubungan antara jarak benda s, jarak bayangan s’, dan jarak fokus f untuk cermin cekung adalah: ………………..2 F F M F Benda Bayangan s s f 1 1 1   M F commit to user 46 keterangan : f = jarak fokus cermin, R adalah jari-jari kelengkungan cermin s = jarak benda ke cermin s’ = jarak bayangan ke cermin Ada tiga kemungkinan bayangan yang dibentuk sebuah cermin, yaitu lebih besar, lebih kecil, atau sama besar dengan bendanya. Dengan kata lain terdapat perbesaran bayangan . Perbesaran bayangan didefinisikan sebagai perbandingan antara tinggi bayangan h’ dengan tinggi benda h. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: ……………..3 8 Pembiasan Cahaya a Pengertian Pembiasan Cahaya Salah satu sifat cahaya adalah merambat lurus di dalam medium yang sama. Namun, ketika cahaya berada pada dua medium berbeda, maka cahaya akan mengalami pembiasan . Pembiasan cahaya refraksi merupakan peristiwa pembelokan arah rambat cahaya ketika memasuki medium lain yang berbeda kerapatan optiknya. Dengan perkataan lain, pada peristiwa pembiasan, cahaya melewati dua medium yang mempunyai kerapatan yang berbeda. Cahaya yang merambat dalam medium yang kurang rapat mempunyai kecepatan yang besar. Sedangkan cahaya yang merambat dalam medium yang lebih rapat akan mengalami pengurangan kecepatan. Itulah sebabnya cahaya pada saat merambat melalui dua medium yang berbeda, tepat pada bidang batas kedua M = s s h h  commit to user 47 medium mengalami perubahan kecepatan sehingga cahaya akan mengalami pembelokan . Jadi, peristiwa pembiasan terjadi karena cepat rambat cahaya pada kedua medium mengalami perubahan. b Hukum Pembiasan Cahaya Hukum Snellius tentang pembiasan cahaya berbunyi sebagai berikut: 1 Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar. 2 Sinar datang dari medium yang kurang rapat menuju ke medium yang lebih rapat maka sinar dibiaskan mendekati garis normal Gambar 2.12a. Sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal Gambar 2.12b. Gambar 2.12.Hukum Pembiasan Cahaya 9 Jenis-Jenis Lensa Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung atau satu bidang datar dan satu bidang lengkung. Permukaan lengkung ini biasanya merupakan bagian permukaan bola. Lensa tipis adalah lensa bola lensa sferik yang tipis atau lebih dikenal dengan lensa tipis, yaitu lensa yang ketebalannya dapat diabaikan. Air Air Garis Normal Garis Normal udara udara a b commit to user 48 Lensa dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu lensa cembung dan lensa cekung. Lensa cembung memiliki bagian tengah yang lebih tebal dari bagian tepinya. Lensa cekung memiliki bagian tengah lebih tipis dari bagian tepinya. Lensa Cembung Cembung-rangkap bikonveks Cembung –datar plan-konveks Cembung-cekung konkaf-konveks Lensa Cekung Cekung-rangkap bikonkaf Cekung-datar plan-konkaf Cekung-cembung konveks-konkaf Gambar 2.13. Macam-macam lensa cembung dan lensa cekung a Lensa Cembung Lensa cembung memiliki sifat mengumpulkan sinar sehingga disebut lensa konvergen. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama lensa cembung dibiaskan sehingga mengumpul pada satu titik fokus F lensa. Sinar datang berasal dari bagian depan lensa dan bagian belakang lensa tempat sinar dibiaskan. Titik fokus tempat sinar-sinar sejajar yang dibiaskan sebagai fokus aktif diberi lambang F 1 dan titik fokus lainnya ditetapkan sebagai fokus pasif diberi lambang F 2 . Titik fokus aktif F 1 atau fokus utama pada lensa cembung berada di belakang lensa Gambar 2.14. Titik fokus F 1 diperoleh dari perpotongan langsung commit to user 49 sinar-sinar bias, sehingga fokus aktif F 1 adalah fokus nyatasejati dan jarak fokus f bertanda positif. Oleh karena itu, lensa cembung disebut juga lensa positif. Gambar 2.14. Diagram sinar sejajar pada lensa cembung dibiaskan pada titik fokus dibelakang lensa Lensa cembung memiliki 3 sinar istimewa. Sinar-sinar istimewa tersebut adalah sebagai berikut: 1 Sinar yang datang sejajar sumbu utama lensa cembung dibiaskan melalui titik fokus aktif F 1 yang terdapat dibelakang lensa cembung gambar 2.15a 2 Sinar yang datang melalui titik fokus pasif F 2 di depan lensa cembung dibiaskan sejajar sumbu utama gambar 2.15b. 3 Sinar melalui pusat optik lensa O diteruskan tanpa dibiaskan gambar 2.15c. Gambar 2.14a Gambar 2.14b Gambar 2.14c Gambar 2.15. sinar-sinar istimewa pada lensa cembung. F 1 F 2 depan lensa belakang lensa sinar datang sinar bias + F 1 F 2 + F 1 F 2 O O + F F O commit to user 50 Melukis pembentukan bayangan pada lensa cembung diperlukan langkah- langkah sebagai berikut: 1 Lukis dua buah sinar istimewa lebih sederhana dengan menggunakan sinar 1 dan sinar 3. 2 Sinar selalu datang dari bagian depan lensa dan dibiaskan ke belakang lensa. Perpanjangan sinar-sinar bias ke depan lensa dilukis sebagai garis putus-putus. 3 Perpotongan kedua sinar bias yang dilukis pada langkah 1 adalah letak bayangan. Jika perpotongan didapat dari sinar bias maka terjadi bayangan nyata sejati, akan tetapi jika perpotongan didapat dari perpanjangan sinar bias maka bayangan yang dihasilkan adalah maya semu. Gambar 2.16. Bayangan yang terbentuk pada lensa cembung untuk letak benda yang berbeda b Lensa Cekung Lensa cekung memiliki sifat menyebarkan berkas cahaya sehingga disebut lensa divergen. Lensa cekung memiliki bagian tengah yang lebih tipis daripada bagian tepinya. Sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama dibiaskan menyebar seolah-olah berasal dari titik fokus F 1 di depan lensa cekung. Titik + F 1 F 2 O 2F 2 2F 1 + F 1 F 2 O 2F 2F + F 1 F 2 O 2F 2 2F 1 + F 1 F 2 O 2F 2 2F 1 commit to user 51 fokus F 1 ini merupakan titik fokus aktif lensa cekung. Jadi, karena titik fokus aktif F 1 lensa cekung berada di depan lensa maka fokus aktif lensa cekung adalah fokus maya , dan jarak fokus lensa cekung selalu bertanda negatif . Oleh karena itu, lensa cekung disebut juga lensa negatif. Gambar 2.17. Lensa cekung bersifat divergen atau memancarkan sinar seolah-olah berasal dari titik fokus di depan lensa Terdapat tiga sinar istimewa pada lensa cekung. Sinar-sinar istimewa tersebut adalah sebagai berikut. a Sinar datang sejajar dengan sumbu utama dibiaskan seakan-akan datang dari titik fokus di depan lensa Gambar 2.18a. b Sinar datang ditujukan ke titik fokus di belakang lensa dibiaskan sejajar sumbu utama Gambar 2.18b. c Sinar melalui pusat optik tidak dibiaskan tetapi diteruskan Gambar 2.18c. Gambar 2.18a Gambar 2.18b Gambar 2.18c Gambar 2.17. sinar-sinar istimewa pada lensa cekung F 1 F 2 depan lensa belakang lensa sinar datang sinar bias - F 1 F 2 O F F O - - F 1 F 2 O - commit to user 52 Seperti halnya pada lensa cembung, hanya perlu melukis dua sinar istimewa, yaitu sinar 1 dan 3. Pada Gambar diperlihatkan lukisan pembentukan bayangan untuk benda yang diletakkan di depan lensa cekung. Bayangan yang dihasilkan adalah selalu bersifat maya, tegak dan diperkecil. Gambar 2.19 Pembetukan bayangan pada lensa cekung c Persamaan Lensa Persamaan lensa dirumuskan sebagai : …………..4 keterangan: f = jarak fokus lensa s = jarak benda dari lensa s’ = jarak bayangan dari lensa Seperti halnya pada cermin lengkung, perbesaran linear didefinisikan sebagai perbandingan antara tinggi bayangan dengan tinggi benda dan memenuhi hubungan berikut: …………………5 dengan : M = perbesaran linear h = tinggi benda dan h’ = tinggi bayangan s s f 1 1 1   M = s s h h  depan lensa belakang lensa commit to user 53

B. Penelitian yang Relevan

Penelitian. yang dilakukan oleh Literzet Sobri UNS, 2004, tentang Efektivitas Pembelajaran Fisika Dengan Menggunakan Media Komputer, Media Audio Visual Dan Sistem Konvensional Terhadap Prestasi Belajar Siswa ditinjau dari Kemampuan Konkret dan Abstrak. Pada penelitian ini dijelaskan bahwa ada