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