pembiasan cahaya

1.    Latar Belakang

Banyak kejadian sehari-hari yang dapat dijelaskan dengan konsep pembiasan, seperti dasar bak mandi yang berisi air terliht lebih dangkal, ikan-ikan dan karang dipantai terlihat lebih jelas dari atas perahu, dan ssebagainya. Akan tetapi tiap lensa mempunyai jarak fokus yang berbeda, sehingga perlu melakukan penelitian untuk menentukan jarak fokus dan titik fokus lensa tersebut. Lensa adalah peralatan sangat penting dalam kehidupan manusia. Mikroskop menggunakan susunan lensa untuk melihat jasad-jasad renik yang tak terlihat oleh mata telanjang. Kamera menggunakan susunan lensa agar dapat merekam obyek dalam film. Teleskop juga memanfaatkan lensa untuk melihat bintang-bintang yang jaraknya jutaan tahun cahaya dari bumi.

Kuat lensa berkaitan dengan sifat konvergen (mengumpulkan berkas sinar) dan divergen (menyebarkan sinar) suatu lensa. Untuk Lensa positif, semakin kecil jarak fokus, semakin kuat kemampuan lensa itu untuk mengumpulkan berkas sinar. Untuk Lensa negatif, semakin kecil jarak fokus semakin kuat kemampuan lensa itu untuk menyebarkan berkas sinar. Oleh karenanya kuat lensa didefinisikan sebagai kebalikan dari jarak fokus.

Dalam fisika lensa juga berhubungan dengan alat optik. Alat Optik merupakan segala sesuatu yang mempelajari tentang gejala atau sifat-sifatnya. Alat-alat optik tersebut misalnya adalah kacamata, kamera, teleskop, teropong, dan lain sebagainya. Semua alat-alat optik tersebut memilki lensa yang sangat canggih sehingga manusia benar-benar terkagum dengan kecanggihan itu. Misalnya penggunaan kamera hp Lensa tersebut tentunya tidak terlepas dari jarak objek, jarak bayangan,dan jarak fokus yang dihasilkan. Namun dalam hal ini, percobaan yang dilakukan cukup sederhana yaitu percobaan dilakukan dengan lensa konvergen. Kemudian dari itu akan diketahui hubungan antara ketiga jarak tersebut dan nantinya menyangkut mengenai bayangan yang dihasilkan.

2.    Tujuan Praktikum

Adapun tujuan praktikum yang akan dicapai setelah melakukan praktikum adalah:

1.      Memahami konsep pembiasan pada lensa.

2.      Menentukn sifat-sifat bayangan yang dihasilkan oleh lensa.

3.      Menentukan jarak fokus lensa.

3.    Tinjauan Pustaka

Pembiasan cahaya adalah pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlak suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di bahan tersebut. Indeks bias relatif merupakan perbandingan indeks bias dua medium berbeda. Indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama adalah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama. Pembiasan cahaya menyebabkan kedalaman semu dan pemantulan sempurna.

Cahaya mempunyai sifat dapat dibiaskan, yaitu pembelokkan cahaya sehubungan dengan perubahan kelajuan cahaya rambat dari satu medium yang lain. Pembiasan cahaya dapat terjadi pada lensa. Lensa dalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar (modul praktikum). Lensa dibedakan menjadi dua yaitu:

1.      Lensa Cembung (konveks)

Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian pinggirnya. Lensa cembung disebut juga lensa positif. Lensa cembung memiliki sifat dapat mengumpulkan cahaya (konvergen). Apabila ada berkas cahaya sejajar sumbu utama mengenai permukaan lensa, maka berkas cahaya tersebut akan dibiaskan melalui satu titik. Lensa cembung dibagi menjadi tiga:

1.        Lensa cembung dua (bikonveks).

2.        Lensa cembung datar (plan konveks).

3.        Lensa cembung cekung (konkaf konveks).

                 

Pada lensa cembung terjadi tiga sinar istimewa yaitu :

1.        Berkas sinar datang yang sejajar sumbu utama, akan dibiaskan menuju titik fokus di seberang.

2.        Berkas sinar datang melalui titik fokus, akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama.

3.        Berkas sinar datang melalui titik pusat optik tidak mengalami pembiasan, akan tetapi diteruskan.

                       

Untuk melukiskan pembentukan bayangan pada lensa cembung cukup diperlukan minimal dua sinar istimewa. Sifat bayangan yang dihasilkan bergantung pada letak benda. Hubungan antara titik fokus dan jarak benda dapat dituliskan dalam bentuk:

   (Modul praktikum).

2.      Lensa Cekung (divergaen)

Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian pinggir. Lensa cekung disebut juga lensa negatif. Lensa cekung memiliki sifat dapat menyebarkan cahaya (divergen). Apabila seberkas cahaya sejajar sumbu utama mengenai permukaan lensa cekung, maka berkascahaya tersebut akan dibiaskan menyebar seolah-olah berasal dari satu titik. Lensa cekung dibagi lagi menjadi tiga:

1.        lensa cekung dua (bikonkaf).

2.        lensa cekung datar (plan konkaf).

3.        lensa cekung cekung (koveks konkaf).         

                               

Pada lensa cekung terdapat tiga sinar istimewa yaitu :

1.        Berkas sinar datang yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah dari titik fokus pertama.

2.        Berkas sinar datang menuju titik fokus kedua akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama.

3.        Berkas sinar datang melalui titik pusat optik tidak mengalami pembiasan, akan tetapi diteruskan.

Untuk melukiskan pembentukan bayangan pada lensa cekung cukup diperlukan minimal dua sinar istimewa. Sinar istimewa jika diwujudkan dalam bentuk gambar adalah:

                                   

3.   Indeks Bias

Perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa dan cepat rambat cahaya dalam medium disebut indeks bias dan dirumuskan sebagai berikut.
n=c/v
keterangan:
n: indeks bias
c : cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 x 108 m/s)
v : cepat rambat cahaya dalam medium (m/s)

4.    Pembiasan  Hukum Snell

Ketika  cahaya melintas dari suatu medium lainnya, sebagian cahaya datang dipantulkan pada perbatasaan. Sisanya lewat ke medium yang baru. Jika seberkas cahaya datang dan membentuk sudut terhadap permukaan (bukan hanya tegak lurus), berkas tersebut dibelokkan pada waktu memasuki medium yang baru. Pembelokan ini disebut pembiasan. Gambar A di bawah ini menunjukkan sebuah berkas yang merambat dari udara ke air. Berkas dibelokkan menuju normal ketika memasuki air. Hal ini selalu terjadi ketika berkas cahaya memasuki medium dimana lajunya lebih kecil. Jika cahaya merambat dari satu medium  ke medium kedua dimana lajunya lebih besar berkas dibelokkan menjauh normal, ditunjukkan oleh gambar B. (Giancoli. 2001)

                                 

Gejala-gejala fisis yang dialami oleh cahaya adalah:

1.        Refleksi, merupakan proses pemantulan cahaya. Biasanya dipelajari untuk memahami prinsip-prinsip cermin baik cermin datar ataupun cermin cekung dan cembung.

2.        Refraksi, merupakan proses pembiasan cahaya. Mengapa pensil yang dimasukan ke dalam segelas air terlihat bengkok. Hal tersebut karena pembiasan. Biasanya digunakan untuk memahami prinsip-prinsip dari Lensa baik lensa cekung, cembung ataupun lensa tebal.

3.        Dispersi, merupakan proses penguraian cahaya. Dispersi berhubungan dengan refraksi yang menggunakan prinsip dari Hukum Snellius yang berhubungan dengan indeks bias cahaya dalam medium. Biasanya dicontohkan melalui prisma yang disinari cahaya akan terurai warna berupa pelangi.

4.        Interferensi, merupakan proses perpaduan dua buah gelombang cahaya yang menghasilkan pola terang dan gelap. Dikemukakan oleh Thomas Young melalui percobaan Celah Ganda dengan syarat terjadinya interferensi sumber cahaya harus bersifat koheren yang berarti cahaya yang digunakan harus memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama serta beda fase tetap. Selain itu terdapat pula interferensi pada lapisan tipis seperti yang terjadi pada minyak tanah yang tercampur air akan terlihat berwarna, begitupula dengan busa sabun yang tampak bewarna ketika terkena cahaya.

5.        Difraksi, merupakan peristiwa pelenturan cahaya. Peristiwa ini berhubungan dengan interferensi karena difraksi sendiri adalah kasus khusus dari interferensi dimana panjang gelombang cahayanya minimal harus sama dengan lebar celahnya. Dalam kehidupan sehari-hari peristiwa difraksi bisa kita lihat saat cahaya matahari masuk melalui lubang atap rumah terlihat cahaya melebar serta membentuk pola terang gelap.

6.        Polarisasi, merupakan proses pengkutuban atau penyerapan/pemfilteran cahaya sehingga dihasilkan arah gelombang cahaya yang sesuai. Polarisasi bisa kita rasakan saat siang hari yang cerah warna langit menjadi biru atau dalam dunia modern ini polarisasi dimanfaatkan untuk pemakaian kacamata polarisasi atau juga untuk kacamata 3D.

7.        Daya Urai Optik, merupakan pemisahan dua buah sumber cahaya yang terlihat bersatu. Seperti saat melihat cahaya dari dua lampu mobil yang kita lihat makin jauh makin mendekat dan bersatu, namun mata kita masih bisa melihat cahayanya terpisah. (Abdullah Renreng. 1985).

5.     Persamaan Lensa

Persamaan ini akan membuat penentuan posisi bayangan lebih cepat dan lebih akurat  dibandikan  dengan penelusuran berkas. Ini disebut  persamaan lensa. Persamaan ini menghubungkan jarak bayangan d denga jarak d awal dan panjang f.

Perbesaran lateral m, sebuah lensa didefinisikan sebagai perbandingan sebagai tinggi bayangan dengan tinggi benda.

Untuk bayangan tegak, perbesaran positif dan untuk bayangan terbalik bernilai negatif. Lensa konvergen, dalam dioptri adalah positif sementara daya lensa divergen negatif. Lensa konvergen kadang-kadang disebut sebagai lensa positif, dan lensa divergen disebut sebagai lensa negatif.(Giancoli.2001)

4.    Alat dan Fungsinya

Alat dan fungsinya yang digunakan dalam praktikum adalah:

1.      Lampu 18 watt 1 buah fungsinya sebagai sumber cahaya.

2.      Rel presisi 2 buah fungsinya sebagai tempat meletakkan lensa, lampu, dan diafragma anak panah.

3.      Penyambung rel presisi 3 buah fungsinya untuk menyambung rel presisi.

4.      Pemegangan kontak cahaya fungsinya untuk memegang kontak cahaya

5.      Catu daya 1 buah fungsinya untuk memberikan energi listrik pada cahaya.

6.      Kabel penghubung warna merah 1 buah dan warna hitam 1 buah fungsinya untuk menghantarkan atau menyambungkan arus listrik.

7.      Lensa cembung 2 buah 50 mm, dan 100 mm fungsinya untuk melukis pembentukan bayangan.

8.      Tumpakan berpenjepit 4 buah fungsinya untuk penjepit lensa.

9.      Diafragma anak panah 1 buah fungsinya sebagai benda untuk pembentukan gambar.

10.  Layar 1 buah fungsinya sebagai untuk melihat gambar yang dihasilkan atau untuk menangkap bayangan yang terbentuk.

5.    Prosedur Praktikum

1.      Persiapkan semua peralatan yang dibutuhkan (konsultasikan dengan dosen pengasuh atau asisten).

2.      Susun rangkaian seperti pada skema gambar dibawah ini :

3.      Hidupkan catudaya, berikan tegangan masukkan 12 volt.

4.      Tentukanlah jarak antara lensa dengan benda (s).

5.      Geser-geserlah layar mendekati atau menjauhi lensa untuk mendapatkan bayangan yang jelas.

6.      Catat jarak antara lensa ke layar (s’).

7.      Ulangi langkah 3, 4, 5, dan 6 untuk s yang lain sebanyak 5 kali.

6.    Hasil dan pembahasan

6.1     Hasil

Table Hasil Pengamatan.

No	Jarak Fokus Lensa (f)	S		s		fprak
1	50 mm	7 cm	23 cm	30 cm	161 cm	5,37 cm
2		9 cm	14 cm	23 cm	126 cm	5,47 cm
3		11 cm	10,5 cm	21,5 cm	115,5 cm	5,37 cm
4		13 cm	9 cm	22 cm	117 cm	5,31 cm
5		15 cm	8 cm	23 cm	120cm	5,21 cm
						= 26,73 cm

f`praktek =

              =

              = 5,346 cm

Presentasi Kesalahan

                                   

                                   

                                      =  6,92%

No	Jarak Fokus Lensa (f)	S		s		Fprak
1	100 mm	14 cm	59 cm	73 cm	826 cm	11,31 cm
2		16 cm	44 cm	60 cm	704 cm	11,73 cm
3		18 cm	34 cm	52 cm	612 cm	11,76 cm
4		20 cm	27 cm	47 cm	540 cm	11,48 cm
5		22 cm	24 cm	46 cm	528 cm	11,47 cm
						= 57,75 cm

fpraktek = 

              =

              = 11,55 cm

Presentasi Kesalahan

                                

                                

                                 =  15,5%

6.2     Pembahasan

Berdasarkan data dan hasil yang diperoleh, pada jarak fokus lensa 50 mm, dengan  jarak benda 7 cm dan ruang bayangan benda berada di ruang 2. Sedangkan pada jarak bayangan  23 cm ruang bayangan benda berada di ruang 4. Seharusnya menurut teori ruang bayangan berada di ruang 3. Pada jarak fokus lensa 50 mm, dengan jarak benda 9 cm dan ruang bayangan benda berada di ruang 2. Sedangkan pada jarak bayangan 14 cm ruang bayangan benda di ruang 3. Pada jarak fokus lensa 50 mm, dengan jarak benda 11 cm ruang bayangan benda berada di ruang 3. Sedangkan pada jarak bayangan 10,5 cm ruang bayangan benda berada di ruang 3. Pada jarak fokus lensa 50 mm, dengan jarak benda 13 cm ruang bayangan benda berada di ruang 3. Sedangkan pada jarak bayangan 9 cm ruang bayangan benda di ruang 2. Pada jarak fokus lensa 50 mm, dengan jarak benda 15 cm, dan ruang bayangan benda di ruang 3. Sedangkan pada jarak bayangan 8 cm ruang bayangan benda berada di ruang 2.

Pada jarak fokus lensa 100 mm, dengan jarak benda 14 cm dan ruang bayangan benda berada di ruang 2. Sedangkan pada jarak bayangan 59 cm ruang bayangan benda berada di ruang 4. Seharusnya menurut teori ruang bayangan benda berada di ruang 3. Pada jarak fokus lensa 100 mm, dengan jarak benda 16 cm, ruang bayangan benda berada di ruang 2. Sedangkan pada jarak bayangan 44 cm ruang bayangan benda berada di ruang 4. Seharusnya menurut teori ruang bayangan benda berada di ruang 3. Pada jarak fokus lensa 100 mm, dengan jarak benda 18 cm ruang bayangan benda berada di ruang 2. Sedangkan pada jarak bayangan 34 cm ruang bayangan benda berada di ruang 3. Pada jarak fokus lensa 100 mm, dengan jarak benda 20 cm dan ruang bayangan benda berada di ruang 3. Sedangkan pada jarak 27 cm ruang bayangan benda berada di ruang 3. Seharusnya menurut teori ruang bayangan benda berada di ruang 2. Pada jarak fokus lensa 100 mm, dengan jarak benda 22 cm, ruang bayangan benda berada di ruang 3. Sedangkan pada jarak bayangan 24 ruang bayangan benda berada di ruang 2.

Dari beberapa data hasil percobaan paktikum ada beberapa titik yang jika dibandingkan dengan teori hasil yang diperoleh berbeda atau tidak sesuai dengan teori tersebut. Contohnya pada jarak 7 cm didapatkan bayangan benda terdapat pada jarak 23 cm berada pada ruang 4. Namun seharusnya jika berdasarkan teori bayangan tersebut harus berada pada ruang 3. Perbedaan tersebut dapat disebabkan karena kurangnya adanya kualitas cahaya yang dihasilkan oleh lampu, juga tidak akuratnya diafragma anak panah. Maka hal tersebut yang menyebabkan adanya perbedaan antara hasil percobaan dengan hasil teori.

Adapun sifat – sifat bayangan yang terbentuk.

No	Jarak Fokus Lensa	s (cm)	s’ (cm)	Sifat bayangan
1	50 mm	7 cm	23 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		9 cm	14 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		11 cm	10,5 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		13 cm	9 cm	Nyata, terbalik, diperkecil
		15 cm	8 cm	Nyata, terbalik, diperkecil
2	100 mm	14 cm	59 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		16 cm	44 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		18 cm	34 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		20 cm	27 cm	Nyata, terbalik, diperbesar
		22 cm	24 cm	Nyata, terbalik, diperbesar

7.    Kesimpulan

1. Pada pembiasan lensa cembung berkas sinar datang yang sejajar sumbu utama, akan dibiaskan menuju titik fokus di seberang, dan berkas sinar datang melalui titik fokus, akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama, selanjutnya berkas sinar datang melalui titik pusat optik tidak mengalami pembiasan, akan tetapi diteruskan. Sedangkan pada pembiasan lensa cekung berkas sinar datang yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah dari titik fokus pertama, dan berkas sinar datang menuju titik fokus kedua akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama, selanjutnya berkas sinar datang melalui titik pusat optik tidak mengalami pembiasan, akan tetapi diteruskan.

2.      Dari hasil praktikum dengan menggunakan lensa 50 mm hasilnya jika gambar yang dihasilkan oleh layar semakin dekat maka gambar yang dihasilkan semakin jelas dan berukuran kecil, sifatnya nyata, terbalik, diperbesar dan juga nyata, terbalik, diperkecil. Sedangkan dengan lensa 100 mm hasilnya jika gambar yang dihasilkan oleh layar dijauhkan maka gambar akan terlihat lebih jelas dan berukuran besar, sifatnya nyata, terbalik, diperbesar.

3.    Untuk menentukan jarak fokus lensa menggunakan Persamaan yang  menghubungkan jarak bayangan d denga jarak d awal dan panjang f.

Perbesaran lateral m, sebuah lensa didefinisikan sebagai perbandingan sebagai tinggi bayangan dengan tinggi benda.

Laporan Praktikum Fisika Dasar 2

Pembiasan Cahaya Pada Lensa

Dosen Pengasuh : Jumingin, S. Si

 

Disusun Oleh :

Asia Astuti

12222013

Tadris Biologi

Fakultas Tarbiyah

Institut Agama Islam Negeri Raden Fatah Palembang

2013