...

TEORI TENTANG CAHAYA

by user

on
Category: Documents
6

views

Report

Comments

Transcript

TEORI TENTANG CAHAYA
STANDA R KOMPETENSI
Menerapkan prinsip kertja alat-alat optik.
KOM PETENSI DA SAR
Menganalisis alat-ala t optik secara kualita tif dan kuanti ta tif
TEORI TENTANG CAHAYA
Ada beberapa teori atau pendapat tentang cahaya, sebagai berikut :
1. Teori Emisi Oleh Sir Isaac Newton (1642-1722)
Sumber cahaya dipancarkan partikel -partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan
kecepatan yang sama besar. Bila mengenai mata, maka kita mendapat kesan melihat sumber cahaya
tersebut.
2. Teori Gelo mbang oleh Christian Huygens (1929-1665)
Cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi, berbeda hanya dalam hal frekuensi, panjang gelombang dan
kecepatan rambat.
3. Percobaan Thomas Young dan Agustin Fresn ell
Cahaya dapat melentur dan berinterferensi, dan teori ini tidak dapat diterangkan oleh teori Newton.
4. Percobaan Jean beon Foucault (1819-1868)
Cepat rambat cahaya dalam zat cair lebih kecil dibandingkan dengan cepat rambat cahaya di udara. Hal ini
bertentangan dengan teori Newton.
5. Percobaan James Clerk Max well (1831-1879)
8
Cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahayasebesar 3.10 m/s. Jadi
cahaya merupakan gelomabng elektromagnetik.
6. Percobaan Hein rick Rudolph Hertz (1857-1894)
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal, sehingga cahaya dapat mengalami polarisasi.
7. Percobaan Pieter Zeeman (1852-1943)
Percobaanya tentang pengaruh medan magnet yang kuat terhadap berkas cahaya.
8. Percobaan Johannes Stark (1874-1957)
Medan listrik berpengaruh terhadap berkas cahaya.
9. Percobaan Albert Abraham Michelson dan Edward Willia ms Mo rley
Bahwa eter (medium tempat merambatnya cahaya) sebenarnya tidak ada. Cahaya dapat merambat dalam
ruang hampa udara.
10. Percobaan Planck (1858-1947)
Dengan teori kuantum cahaya, Planck berpendapat bahwa cahaya adalah paket-paket kecil yang disebut
kuanta.
11. Teori Albert Einstein (1879-1955)
Dengan teori gejala fotolistrik, cahaya memiliki sifat sebagai partikel dan bersifat sebagai gelombang
elektromagnetik yang dikenal dengan sifat dualisme cahaya.
1
Sifat-sifat cahaya sebagai gelombang adalah sebagai berikut :
1. dapat mengalami pemantulan (refleksi)
2. dapat mengalami pembiasan (refraksi)
3. dapat mengalami perpaduan (interferensi)
4. dapat mengalami lenturan (difraksi)
5. dapat mengalami polarisasi
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
PEMANTULAN CAHAYA PADA CERM IN DATAR
Salah satu sifat cahaya adalah dapat dipantulkan. Hukum pemantulan cahaya menurut Snellius adalah sebagai
berikut :
1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada bidang datar
2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)
Cermin datar adalah sebuah sebuah cermin yang permukaan pantulnya berupa sebuah bidang datar. Sifat -sifat
bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah :
1. jarak bayangan = jarak benda
2. tinggi bayangan = tinggi benda
3. sama besar dan berlawanan arah (perbesarannya = 1 kali)
4. bayangan bersifat maya (dibelakang cermin)
Pembentukan bayangan oleh cermin datar adalah dibentuk oleh perpanjangan perpotongan dari sinar -sinar
pantul.
Perhatikan pembentukan bayangan oleh vermin datar berikut :
Contoh Soal
Uji Kompetensi 1
PANJANG DAN LETAK CERMIN DATAR
Untuk mendapatkan seluruh bayangan benda pada cermin datar, kita harus menggunakan cermin yang
panjangnya minimal ½ dari tinggi bendanya.
2
1
L  .h
2
L = panjang minimal cermin (m)
h = tinggi benda (m)
Agar bayangan dapat terlihat keseluruhan, maka cermin harus diletakkan dari lantai setinggi;
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
1
H  .(h  x)
2
H = tinggi cermin dari ujung bawah cermin
h = tinggi orang / benda (m)
x = jarak mata ke ujung kepala
BAYANGAN OLEH DUA CERMIN DATAR
Jika dua buah cermin datar diletakkan membentuk sudut , maka jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua
cermin datar dari sebuah benda adalah :
n
360

1
n = jumlah bayangan
 = sudut apit kedua cermin datar
Uji Kompetensi 1
1.
o
Seberkas sinar datang pada permukaan cermin datar dengan sudut datang 30 . Tentukan besarnya sudut
pantul !
o
2. Sudut yang dibentuk oleh sinar pantul terhadap bidang datar adalah 30 . Tentukan besarnya sudut datang
sinar tersebut !
o
3. Seberkas sinar datang pada cermin AB dengan sudut datang 60 . Sinar pantulnya mengenai cermin BC
o
yang bersudut 100 terhadap cermin AB. Tentukan besarnya sudut pantul sinar pada cermin BC !
4. Dua buah cermin datar disusun mengapit sudut . Jika sudut  diperbesar dua kali maka jumlah
bayangannya berkurang dua buah. Tentukan besarnya sudut  !
o
5. Seberkas sinar datang pada cermin datar. Jika cermin diputar 10 searah putaran jarum jam, tentukan
besarnya sudut antara sinar pantul mula -mula dengan sinar pantul setelah cermin diputar !
6. Dua cermin panjangnya sama 1,6 m berhadapan pada jarak 20 cm. Seberkas sinar jatuh pada salah satu
o
ujung cermin dengan sudut datang 30 . Tentukan banyaknya pemantulan hingga sinar tersebut keluar
dari pasangan cermin tersebut !
7. Seseorang yang tingginya 160 cm ingin melihat bayangan seluruh tubuhnya pada sebuah cermin datar.
Jika jarak mata dengan ujung kepala 10 cm, tentukan :
a. panjang minimal cermin yang digunakan
b. tinggi cermin diletakkan dari tanah
8. Seseorang ingin melihat seluruh tubuhnya pada sebuah cermin datar. Jika jarak mata dengan ujung kaki
160 cm, berapa panjang minimal cermin yang harus dipakai ?
9. Sebuah kamar berukuran panjang, lebar dan tinggi masing-masing 10 m, 10 m dan tingginya 4 m. Pada
tengah-tengah salah satu dinding terdapat cermin datar yang panjangnya 1 m. Tentukan dimana posisi
orang dalam kamar tersebut, agar dia dapat melihat bayangan dinding dibelakangnya ?
10. Dua buah cermin dipasang dengan membentuk sudut apit . Tentukan jumlah bayangan yang terjadi jika
kedua cermin datar dipasang membentuk sudut apit :
o
a. 30
o
b. 90
o
c. 180
o
d. 0
3
PEMANTULAN CAHAYA PADA CERMIN LENGKUNG
Cermin lengkung adalah cermin yang permukaan pantulnya merupakan sebuah kelengkungan yang sferis,
dapat berupa permukaan cekung atau cembung.
Cermin lengkung ada dua jenis, yaitu :
1. Cermin cembung / cermin negatif / cermin divergen
2. Cermin cekung / cer min positif / cermin konvergen
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
CERMIN CEMBUNG
Sifat-sifat :
1.
2.
3.
4.
menyebarkan sinar (divergen)
memiliki jari-jari kelengkungan (R) dan titik api/jarak fokus (f) yang bernilai negatif, karena letak R dan f
terletak di belakang cermin.
Untuk melukis bayangan pada cermin cembung digunakan tiga buah sinar istimewa, yaitu :
a. Sinar yang datang sejajar sumbu utama, akan dipantulkan seolah-olah dari titik fokus cermin.
b. Sinar yang datang menuju titik fokus cermin, akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
c. Sinar yang datang menuju titik pusat kelengkungan cermin (C) , akan dipantulkan seolah -olah dari titik
pusat kelengkungan cermin juga.
Selalu membentuk bayangan yang bersifat maya/semu (dibelakang cermin), tegak dan diperkecil.
Pada cermin benda atau bayangan dikatakan maya jika terletak di belakang cermin, sebaliknya bersifat nyata
jika benda atau bayangan tersebut terletak di depan cermin.
Melukis bayangan pada cer min cembung
Berikut ini adalah cara melukis bayangan pada cermin cembung dengan menggunakan sinar -sinar istimewa :
f
C
CERMIN CEKUNG
Sifat-sifat :
1.
2.
3.
4.
mengumpulkan sinar (konvergen)
memiliki jari-jari kelengkungan (R) dan titik api/jarak fokus (f) yang bernilai positif, karena letak R dan f
terletak di depan cermin.
Pembagian ruang pada cermin cekung :
a. Ruang I : ruang antara cermin dengan F
b. Ruang II : ruang antara F dengan R
c. Ruang III : ruang antara F dan C
d. Ruang IV : ruang di belakang cermin
Untuk melukis bayangan pada cermin cekung digunakan tiga buah sinar istimewa.
a. Sinar yang datang sejajar sumbu utama, akan dipantulkan menuju/melalui titik fokus cermin.
b. Sinar yang datang melalui titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
c. Sinar yang datang menuju/melalui titik pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan seolah sinar
pantul berasal dari titik pusat kelengkungan itu.
Melukis bayangan pada cermin cekung
4
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Keterangan :
C = titik pusat kelengkungan cermin (berjarah r = jari-jari kelengkungan cermin)
F = titik fokus cermin/titik api cermin
Object = benda / obyek
Image = bayangan benda
Sifat bayangan pada cermin cekung
Dari hasil lukisan bayangan di atas, dapat disimpulkan sifat bayangan pada cermin cekung sebagai berikut :
Ruang
benda
Ruang
bayangan
I
II
III
Di C
IV
III
II
di C
Sifat bayangan
Maya, tegak, diperbesar
Nyata, terbalik, diperbesar
Nyata, terbalik, diperkecil
Nyata, terbalik sama besar
Persamaan cermin cembung dan cekung
Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, jarak fokus cermin dan jari -jari kelengkungan cermin lengkung
adalah sebagai berikut :
5
1
1
1


dengan f = ½.R.
f SO Si
S
h
M  i  i
S o ho
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Keterangan :
f = jarak fokus (titik api) cermin (cm)
So = jarak benda dari cermin (cm)
Si = jarak bayangan dari cermin (cm)
R = jari-jari kelengkungan cermin (cm)
M = perbesaran bayangan (kali)
ho = tinggi benda (cm)
hi = tinggi bayangan (cm)
Penting diingat !
Kompetensi 1
1. benda nyata jika terletak di depan cermin (So bernilai positif)
2. benda maya jika terletak di belakang cermin (So bernilai negatif)
3. bayangan nyata jika terletak di depan cermin (Si bernilai positif)
4. bayangan maya terletak di belakang cermin (Si bernilai negatif)
5. pada cermin cembung f dan R bernilai negatif
6. pada cermin cekung f dan R bernilai positif.
7. pada cermin cekung nomor ruang benda + nomor ruang bayangan = 5.
8. jika nomor ruang benda > nomor ruang bayangan, maka bayangan diperkecil
9. jika nomor ruang benda < nomor ruang bayangan, maka bayangan diperbesar
10. jika benda terletak di ruang 1 atau 4, maka bayangannya pasti maya dan tegak
11. jika benda terletak di ruang 2 atau 3, maka bayangannya pasti nyata dan terbalik
Contoh Soal
Sebuah benda tingginya 6 cm terletak 20 cm di depan cermin cembung yang jari -jari kelengkungannya 40 cm.
Tentukan :
a. jarak bayangan
b. perbesaran bayangan
c. tinggi bayangan
d. sifat bayangan
Penyelesaian :
1
1
1
dengan f = ½.(-40) = -20 cm


 20 20 S i
Si = -10 cm (tanda negatip MAYA)
S i 10

 0,5 kali
b. M 
S o 20
hi
c. M 
ho
h
0,5  i
6
hi = 3 cm
a.
6
d. Sifat bayangan : maya, tegak, diperkecil
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Uji Kompetensi 2
1.
2.
3.
4.
5.
Sebuah benda tingginya 10 cm terletak pada jarak 15 cm dari cermin cekung yang jari -jari
kelengkungannya 20 cm. Tentukan :
a. jarak bayangan
b. perbesaran bayangan
c. tinggi bayangan
d. sifat bayangan
Sebuah benda berada 100 cm di depan cermin cekung. Jika bayangannya bersifat nyata dengan tinggi
4 kali tinggi benda, tentukan jarak fokus cermin !
Sebuah benda berada di depan cermin cekung yang jarak titik apinya 15 cm. Bayangan yang dibentuk
bersifat nyata dan tingginya 3 kali tinggi benda. Tentukan letak benda dari cermin !
Sebuah benda berada di depan cermin cekung yang jarak titik apinya 15 cm. Bayangan yang dibentuk
bersifat maya dan tingginya 3 kali tinggi benda. Tentukan letak benda dari cermin!
Sebuah benda tingginya 2 cm terletak 30 cm di depan cermin spion sebuah sepeda motor yang
berjari-jari 30 cm. Tentukan tinggi bayangannya !
Soal nomor 6 dan 7 adalah soal pengayaan :
6.
7.
Perbesaran dari sebuah cermin cembung adalah ½. Jika jari -jari kelengkungan cermin 40 cm, tentukan
jarak benda dari cermin !
Sebuah benda tingginya 10 cm berada di depan cermin lengkung seja uh 50 cm. Jika bayangannya
nyata 50 cm dari cermin, tentukan :
a. jenis cermin
b. jari-jari kelengkungan cermin
c. tinggi bayangan
PEMBIASAN CAHAYA
HUKUM SNELLIUS
Pembiasan cahaya adalah perubahan arah arah rambat cahaya apabila melewati batas dua medium yang
berbeda kerapatannya ( berbeda indeks biasnya).
Hukum Snellius tentang pembiasan berbunyi (sambil memperhatikan gambar di bawah ini) :
1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada sebuah bidang datar
2. Sinar yang datang dari medium yang kurang rapat (n1 ) menuju medium yang lebih rapat (n2 ) akan
dibiaskan mendekati garis normal.
3. Sinar yang datang dari medium yang rapat menuju medium yang kurang rapat akan dibiaskan menjauhi
garis normal.
4. Sinar yang datang tegak lurus bidang batas, tidak dibiaskan melainkan diteruskan.
Perhatikan peristiwa pembiasan berikut :
N
n1
i
n2
7
r
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Keterangan :
N = garis normal
n1 = indeks bias medium I
n2 = indeks bias medium II
i = sudut datang
r = sudut bias
Jika n1 < n2 , maka i > r dan sebaliknya jika
n1 > n2 , maka i < r.
Berdasarkan hukum Snellius, maka hubungan n 1 , n2 , i dan r adalah :
n21 
n21
n2
n1
i
r
v1
v2
1
2
n2 sin i v1 1



n1 sin r v 2 2
= indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1
= indeks bias medium 2
= indeks bias medium 1
= sudut datang
= sudut bias
= cepat rambat sinar pada medium 1
= cepat rambat sinar pada medium 2
= panjang gelombang sinar pada medium 1
= panjang gelombang sinar pada medium 2
PEMANTULAN TOTAL (SEMPURNA)
Pemantulan sempurna hanya terjadi jika :
1. cahaya merambat dari medium rapat menuju medium kurang rapat (n 2 > n1 )
2. sudut datang (i) lebih besar dari sudut batas/sudut kritis (i k).
o
Sudut kritis adalah sudut datang ketika sudut biasnya = 90 . Contoh pemantulan sempurna adalah saat terjadi
fatamorgana.
Besarnya sudut kritis dicari dengan hukum Snellius (untuk gambar seperti gambar di atas) :
sin ik
n1

n 2 sin 90 o
ik  arc. sin
n2
n1
i k = sudut kritis / sudut batas
PEMBIASAN PADA PRISMA

i1
r 1 i2
r2
8
n1
n2
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Keterangan :
 = sudut pembias prisma (sudut puncak)
i1 = sudut datang cahaya pada sisi I prisma
i2 = sudut datang cahaya pada sisi II prisma
r 1 = sudut bias cahaya pada sisi I prisma
r 2 = sudut bias cahaya pada sisi II prisma
n2 = indeks bias prisma
n1 = indeks bias sekeliling prisma.
Cahaya yang menuju sebuah prisma akan mengalami pembiasan. Dengan menggunakan hukum Snellius dan
matematika geometri akan diperoleh beberapa persamaan pada prisma, yaitu :
a. Sudut pembias prisma ()
 = r1 + i2
b. Sudut deviasi prisma (), yaitu sudut yang dibentuk antara perpanjangan sinar datang dengan sinar yang
keluar dari prisma
 = i1 +r2-
c. Sudut deviasi minimum ( min) , terjadi jika i1 = r 2 atau r1 = i 2 .
Jadi :  min = 2.i1 - = 2.r2 -
d. dengan menggunakan hukum Snellius, maka:
Sin ½( min+ ) = n12 . Sin ½ 
min = sudut deviasi minimum.
n12 =
e.
n2
= indeks bias relatif prisma
n1
o
untuk  sangat kecil (<15 ), maka :
 min = (n12 -1).
PEMBIASAN PADA KACA PLANPARALEL
Cahaya yang menuju kaca planparalel, juga akan mengalami pembiasan seperti prisma, sehingga antara cahaya
masuk dengan cahaya yang keluar dari kaca terjadi pergeseran (tidak lurus).
i1
r1
i2
d
r2
9
x
Dari gambar dapat dilihat bahwa :
i1 = r 2 dan r 1 = i 2
Besarnya pergeseran cahaya (x) antara cahaya masuk dengan cahaya keluar kaca adalah :
x
d .Sin (i1  r1 )
Cos r1
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Keterangan :
x = jarak pergeseran sinar masuk & keluar (m)
d = tebal kaca planparalel (m)
i1 = sudut datang cahaya pada sisi I
r 1 = sudut bias cahaya pada sisi I
i2 = sudut datang cahaya pada sisi II
r 2 = sudut bias cahaya pada sisi II
Contoh Soal
o
Seberkas cahaya datang dari udara (n = 1) menuju kaca dengan sudut datang 60 . Ternyata cahaya keluar dari
o
kaca dengan sudut 30 . Tentukan indeks bias kaca !
Penyelesaian :
n2 sin i

n1 sin r
1
3
n2
2


1
1 sin 30
2
n2 = 3 .
sin 60
Uji Kompetensi 3
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
8
Seberkas cahaya datang dari udara (n = 1) dengan kecepatan 3.10 m/s menuju kaca dengan sudut
o
o
datang 45 . Ternyata cahaya keluar dari kaca dengan sudut 30 . Tentukan :
a. indeks bias kaca
b. kecepatan cahaya dalam kaca
Sinar merambat dari air (n = 4/3) menuju gelas (n = 3/2). Hitung besarnya indeks bias relatif gelas
terhadap air !
8
Cahaya memiliki kecepatan cahaya dalam vakum 3.10 m/s. Jika di dalam air kecepatannya menjadi ¾
kali kecepatan di vakum, tentukan indeks bias air tersebut !
o
Sudut batas suatu sinar yang merambat dari kaca ke udara adalah 45 . Hitunglah indeks bias kaca
tersebut !
o
Seberkas cahaya datang dari medium A ke B dengan sudut da tang 30 dan dibiaskan dengan sudut
o
45 . Tentukan indeks bias relatif A terhadap B !
o
Seberkas cahaya monokromatik dibiaskan oleh prisma yang sudut puncaknya 40 . Cahaya datang
o
pada sisi prisma dengan sudut 60 . Hitunglah sudut bias cahaya keluar dari prisma !
o
Cahaya datang pada sisi sebuah kaca planparalel tebalnya 10 cm dengan sudut datang 60 dan
o
dibiaskan sudut 30 . Berapa pergeseran sinar masuk dan keluarnya !
o
Cahaya datang pada sisi sebuah kaca planparalel tebalnya 3 cm dengan sudut datang 60 . Jika indeks
bias kaca 3 . Berapa pergeseran sinar masuk dan keluarnya !
o
o
Sebuah prisma menghasilkan sudut deviasi minimum 60 . Jika sudut pembias prisma 60 , berapa
indeks bias prisma ?
o
10
10. Sebuah prisma mempunyai sudut pembias 60 . Jika indeks bias prisma
minimumnya ?
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
2
, berapa deviasi
PEMBIASAN PADA PERMUKAAN SFERIS (LEN GKUNG)
n2
n1
A’
f
A
Benda A berada pada medium yang indeks biasnya n1 terletak di depan bidang lengkung (sferis) yang indeks
biasnya n2 dan jari-jarinya R. Jika jarak benda A dari bidang lengkung = S o maka oleh permukaan bidang
lengkung akan di bentuk bayangan A’ pada jarak S i. Dengan menggunakan hukum Snellius dan matematika
geometri akan diperoleh hubungan sebagai berikut :
n1 n2 n2  n1


So Si
R
Keterangan :
ni = indeks bias medium letak benda (sekelilingbidang lengkung)
n2 = indeks bias bidang lengkung
So = jarak benda
Si = jarak bayangan
R = jari-jari bidang lengkung
Jika permukaan cembung, maka R positif
Jika permukaan cekung, maka R negatif
Jika permukaan datar R = ~
PEMBIASAN PADA LENSA TIPIS
Lensa mempunyai dua bidang batas, sehingga mempunyai du permukaan (dua jari -jari)
Dilihat dari bentuk kelengkungannya, lensa ada dua jenis, yaitu :
1. Lensa Cembung (konveks = lensa positif)
Sifat lensa cembung :
a. mengumpulkan sinar (konvergen)
b. nilai jari-jari (R) dan jarak fokus (f) positif
Lensa cembung ada 3 jenis :
a. Bi-konveks = cembung-c embung
R1 = + (positif)
R2 = + (positif)
R1
b.
R2
Plan-konveks (datar-cembung)
11
R1
R1 =~ (tak hingga)
R2 = + (positif)
R2
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
c.
Konveks-konkaf (cembung-cekung)
R1 = + (positif)
R2 = - (negatif)
R1
2.
R2
Lensa Cekung (konkaf = lensa negatif)
Sifat lensa cekung :
a. menyebarkan sinar (divergen)
b. nilai jari-jari (R) dan jarak fokus (f) negatif
Lensa cekung ada 3 jenis :
a. Bi-konkaf = cekung-cekung
R1 =- (nega tif)
R2 = -(negatif)
R1
b.
R2
Plan-konkaf (datar-cekung)
R1 =~ (tak hingga)
R2 = -(negatif)
R1
c.
R2
Konkaf-konveks (cekung-cembung)
R1 = - (negatif)
R2 = + (positif)
R1
R2
Melukis bayangan pada lensa cembung
12
Untuk melukis bayangan pada lensa, digunakan sinar-sinar istimewa seperti hal pada cermin.
Sinar istimewa pada lensa cembung adalah :
1. Sinar yang datang sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan melalui titik fokus
2. Sinar yang datang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama lensa
3. Sinar yang datang melalui titik pusat lensa aka n diteruskan tanpa pembiasan
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
bayangan
f
benda
f
Sifat bayangan pada lensa cembung
Untuk menentukan sifat bayangan pada lensa cembung digunakan metode penomoran ruang (dalil Esbach),
yaitu sebagai berikut :
III
II
I
R
IV
f
4f
1
f
2
R
3f
Keterangan :
f = jarak fokus lensa
R = jari-jari kelengkungan lensa
Nomor I, II, III, IV = ruang benda
Nomor 1, 2, 3, 4 = ruang bayangan
Dalil Esbach menyatakan bahwa :
Nomor Ruang Benda+Nomor Ruang Bayangan = 5
Ruang
benda
Ruang
bayanga
I
II
III
4
3
2
Di tak
hingga
Di R2
Maya, tegak, diperbesar
Nyata, terbalik, diperbesar
Nyata, terbalik, diperkecil
Di f
Nyata, terbalik, sangat kecil
Di f
Di R1
Di tak
hingga
13
Sifat bayangan
Nyata, terbalik, sangat besar
Nyata, terbalik, sama besar
Melukis bayangan pada lensa cekung
Pada lensa cekung juga terdapat 3 sinar istimewa, yaitu :
1. Sinar yang datang sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan seolah-olah dari titik fokus
2. Sinar yang datang melalui titik fokus pasif (f2 ) akan dibiaskan sejajar sumbu utama lensa
3. Sinar yang datang melalui titik pusat lensa akan diteruskan tanpa pembiasan
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
benda
bayangan
f
Pada lensa cekung, selalu membentuk bayangan maya, tegak, diperkecil
Persamaan pada lensa tipis
Hubungan antara jarak fokus, jari -jari kelengkungan, jarak benda, jarak bayangan pada lensa adalah :
1
1
1


f So Si
n
1
1
1
 ( 2  1).(  )
f
n1
R1 R2
M 
Si
h
 i
S o ho
P
1
100

f (meter ) f (centimeter )
f = jarak fokus lensa (cm)
So = jarak benda (cm)
S1 = jarak bayangan (cm)
n2 = indeks bias lensa
n1 = indeks bias medium sekitar lensa
R1 = jari-jari kelengkungan permukaan I
R2 = jari-jari kelengkungan permukaan II
ho = tinggi benda
hi = tinggi bayangan
P = kuat lensa (dioptri)
Penting diingat (Untuk lensa)!
Kompetensi 1
1.
14
3.
bayangan nyata jika terletak di belakang lensa (Si bernilai positif)
2. bayangan maya terletak di depan lensa (Si bernilai negatif)
pada lensa cekung f dan R bernilai negatif, dan selalu membentuk bayangan bersifat maya, tegak
diperkecil
4. pada lensa cembung f dan R bernilai positif, dan sifat bayangan tergantung letak benda.
5. pada lensa cembung nomor ruang benda + nomor ruang bayangan = 5.
6. jika nomor ruang benda > nomor ruang bayangan, maka bayangan diperkecil
7. jika nomor ruang benda < nomor ruang bayangan, maka bayangan diperbesar
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
LENSA GABUNGAN
Dua lensa yang jarak fokusnya f1 dan f2 dapat digabungkan membentuk lensa gabungan dengan jarak fokus dan
kuat lensa gabungannya adalah :
1
f gab

1
1

f1 f 2
Pgab  P1  P2
Contoh Soal
1.
Sebuah benda berada pada dasar bejana yang berisi air sedalam 40 cm. Indeks bias air 4/3, hitunglah
jarak bayangan benda dari permukaan air !
Penyelesaian :
n1 n2 n2  n1


So Si
R
4 / 3 1 n2  n1


40 S i
~
4
1

120
Si
2.
Si = -30 cm
Sebuah lensa bi-konveks simetri berjari-jari 20 cm dan indeks biasnya 1,5. Lensa berada di udara (n =
1). Tentukan kuat lensa !
Penyelesaian :
n
1
1
1
 ( 2  1).(  )
f
n1
R1 R2
1
1,5
1
1
 (  1).(  )
f
1
20 20
f  20cm
100
P
 5dioptri
20
Uji Kompetensi 4
1.
2.
3.
15
4.
Seorang pemancing berada 3 meter di atas permukaan air melihat ikan yang berada pada kedalaman
1 meter dari permukaan air. Berapa jarak orang terhadap permukaan air menurut ika ?
Seorang per enang melihat vertikal ke bawah, kedasar kolam renang yang kedalaman sesungguhnya 4
m. Bagi orang tersebut, tampak berapa meter kedalaman kolam tersebut ?
Sebuah akuarium berbentuk bola berjari -jari 30 cm berisi air yang indeks biasnya 4/3. Seekor ikan
yang berada pada jarak 20 cm terhadap dinding akuarium sedang diamati oleh seseorang yang
berjarak 45 cm dari dinding akuarium. Tentukan :
a. jarak orang menurut ikan
b. jarak ikan menurut orang
Sebuah lensa bi-konveks simetri berjari-jari 20 cm dan indeks biasnya 1,5. Lensa berada di udara (n =
1). Sebuah benda yang tingginya 2 cm diletakkan sejauh 30 cm dari lensa. Tentukan :
a. jarak bayangan
b. perbesaran bayangan
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
5.
c. tinggi bayangan
d. sifat bayangan
Sebuah benda berada di depan lensa cembung yang jarak fokus nya 10 cm. Ternyata bayangannya
bersifat nyata dan tingginya 2 kali tinggi benda. Tentukan letak benda dari lensa !
Soal nomor 6 sampai 10 adalah soal pengayaan :
6.
Sebuah benda berada di depan lensa cembung yang jarak fokusnya 10 cm. Ternyata bayangannya
bersifat maya dan tingginya 2 kali tinggi benda. Tentukan letak benda dari lensa !
7. Sebuah lensa cembung indeks biasnya 1,5 saat diudara jarak fokusnya 6 cm. Berapa jarak fokus saat
lensa dimasukkan air yang indeks airnya 4/3?
8. Sebuah lensa yang indeks biasnya 1,6 kuat lensa di udara 3 Dioptri. Berapa kuat lensa tersebut saat
dimasukkan air yang berindeks bias 1,2 ?
9. Sebuah benda tingginya 12 cm terletak 30 cm dari lensa bi -konkaf simetri yang jarak fokusnya 15 cm.
Tentukan :
a. jarak bayangan
b. tinggi bayangan
10. Sebuah lensa plan-konveks yang indeks biasnya 1,5 kuat lensa 2 D saat berada di udara. Tentukan :
a. Jari-jari kelengkungan lensa
b. Kuat lensa saat dimasukkan air (n air = 4/3)
EVALUASI
SOAL PILIHAN GANDA
1. Seberkas sinar datang pada cermin datar, kemudian cermin diputar dengan sudut . Selisih sudut pantul
sebelum dan sesudah cermin diputar adalah ...
a. ¼
b. ½ 
c. 
d. 2
e. 4
16
2.
Seseorang mengamati bayangannya pada cermin datar. Jarak orang dengan cermin 0,6 m. Jika cer min
digeser sejauh 0,8 m menjauhi orang, maka jarak antara orang dengan bayangannya menjadi ...m
a. 1,6
b. 2
c. 2,2
d. 2,4
e. 2,8
3.
Seorang wanita tingginya 160 cm berdiri di depan cermin datar. Tinggi minimal cermin agar ia dapat
melihat bayangan seluruh tubuhnya bila posisi mata 10 cm dari ujung kepala adalah ...
a. 160 cm
b. 150 cm
c. 80 cm
d. 75 cm
e. 6 cm
4.
Cermin yang selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, diperkecil adalah cermin ...
a. cekung
b. cembung
c. datar
d. datar cembung
e. cekung-cembung
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
5.
Benda terletak sejauh didepan cermin cekung yang berjari-jari 120 cm, membentuk bayangan tegak 5 kali
lebih besar dari bendanya. Jarak benda dengan cermin adalah ... cm
a. 36
b. 45
c. 48
d. 55
e. 64
6.
17
Sebuah cermin cembung jarak fokusnya 8 cm menghasilkan bayangan pada jarak 6 cm, maka jarak benda
ke cermin adalah ... cm
a. 48
b. 24
c. 14
d. 2
e. 6
7. Benda berada 5 m di atas permukaan air (indeks bias air = 1,4) dapat dilihat dengan jelas oleh orang yang
menyelam di bawah permukaan air sedalam X. Jarak X adalah ... m
a. 2,4
b. 3,6
c. 5
d. 6
e. 7
o
8. Cahaya mengenai kaca tebal dengan sudut datang 60 . Jika indeks bias kaca 1,5 ; maka sinar akan keluar
o
dari permukaan kaca lain dengan sudut ...
a. 30
b. 45
c. 60
d. 90
e. 120
9. Sebuah benda diletakkan 0,3 m dari lensa cekung dengan jarak fokus 0,15 m. Bayangan terjadi pada jarak
...
a. 0,1 m di belakang lensa
b. 0,1 m di depan lensa
c. 0,3 m di belakang lensa
d. 0,3 m di depan lensa
e. 0,25 m di belakang lensa
o
10. Sebuah prisma dengan indeks bias 1,6 mempunyai sudut pembias 10 . Besarnya sudut deviasi
o
minimumnya adalah ...
a. 1
b. 6
c. 12
d. 16
e. 20
o
o
11. Sebuah prisma deviasi minimumnya 30 mempunyai sudut pembias 60 . Besarnya indeks bias lensa adalah
...
a. 1
b. 0,7
c. 1,4
d. 1,7
e. 2,2
12. Sebuah lensa plankonveks kuat lensanya 2 D, jari -jarinya 30 cm. Indeks bias lensa adalah ...
a. 1,2
b. 1,4
c. 1,5
d. 1,6
e. 1,7
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
13. Sebuah lensa cembung kuat lensanya 1,5 D membentuk bayangan maya pada jarak 100 cm. Jarak benda
adalah ...m
a. 0,4
b. 1
c. 1,5
d. 2
e. 2,5
14. Sebuah benda tingginya 0,12 m berada di depan lensa cembung pada jarak 60 cm. Jika jarak fokus lensa 40
cm, tinggi bayangan benda adalah ...cm
a. 2
b. 6
c. 12
d. 24
e. 36
15. Letak bayangan yang dibentuk lensa bikonveks 20 cm di belakang lensa. Jika kuat lensa 10 D, maka jarak
benda adalah ... cm
a. 5
b. 10
c. 15
d. 20
e. 40
16. Sebuah lensa cembung indeks biasnya 1,6 di udara jarak titik apinya 15 cm. Jarak titik api lensa saat
berada di zat cair yang indeks biasnya 1,3 adalah ... cm
a. 20
b. 25
c. 26
d. 30
e. 39
17. Pada suatu percobaan diperoleh untuk jarak benda 50 cm diperoleh bayangan pada jarak 50 cm juga. Pada
saat jarak benda 75 cm, perbesaran bayangannya adalah .... kali
a. 2
b. 3
c. 4
d. 5
e. 6
18. Sebuah benda ditempatkan pada jarak 36 cm dari sebuah layar. Kemudian antara benda dengan layar
diletakkan lensa cembung yang jarak fokusnya 8 cm. Agar bayangan yang dihasilkan bersifat nyata, maka
jarak lensa tersebut dengan benda adalah ...cm
a. 9 atau 27
b. 10 atau 26
c. 12 atau 24
d. 16 atau 20
e. 18
18
19. Sebuah lensa kuat lensanya 2 D ditempatkan di depan sebuah lensa lain yang kuat lensanya 20 D. Agar
sinar cahaya sejajar yang datang pada lensa I dibiaskan olensa II sejajar lagi, maka jarak kedua lensa harus
.... c m
a. 0,05
b. 0,1
c. 0,45
d. 0,55
e. 0,5
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
20. Dua lensa tipis ditempatkan membentuk lensa gabungan. Jika panjang fokus lensa A 9 cm dan lensa B 6
cm, maka panjang fokus lensa gabungannya adalah ... cm
a. 4,2
b. 3,6
c. 18,0
d. 14,7
e. 10,5
19
Optik Geometrik/SMAN 1 Gondang Mojokerto | Halaman | 1
Fly UP