Seiring dengan berkembangnya zaman, tentu saja kita tidak dapat dipisahkan dengan adanya berbagai teknologi. Khususnya dalam praktek rukyah yang semakin banyak instrumen yang tersedia. Setiap instrumen itu pasti dilengkapi dengan sistem optik untuk mempermudah dalam praktek rukyah.
Sistem optik yang paling penting ialah
mata. Ukuran maya suatu benda ditentukan oleh ukuran bayangan pada retina.
Namun dalam pembahasan kali ini kita akan membahas mengenai berbagai ragam
optik yaitu lensa dan cermin.
Dalam pembahasan mengenai cermin dan
lensa, kita tidak dapat dipisahkan dengan cahaya, karena dengan cahaya itulah
yang akan bisa membentuk bayangan yang nantinya akan dihasilkan oleh lensa
maupun cermin. Cahaya adalah suatu bentuk yang fundamental. Interaksi cahaya
dan dengan lensa, cermin, dan lainnya dapat dipahami melalui model gelombang.
Karena dalam pembahasan mengenai lensa maupun cermin kita akan mengacu pada
gerak cahaya yaitu yang berupa pantulan dan pembiasan.
Topik optika geometri yang
mengacu pada peristiwa pantulan (refleksi)
yang diterapkan pada cermin (datar, cekung, dan cembung) sedangkan
pembiasan (refraksi) yang diterapkan pada lensa baik cekung maupun cemung.
Cermin dan lensa disebut cermin positif dan lensa positif bila cermin dan lensa
itu memiliki panjang fokus (f) positif. Panjang fokus disebut positif
bila cermin dan lensa itu bersifat mengumpulkan sinar di titik fokusnya. Ini
berarti titik fokus cermin dan lensa positif, disebut juga titik api.
Cermin dan lensa disebut cermin negatif dan lensa negatif, bila kedua benda itu
bersifat memancarkan cahaya, sehingga panjang fokusnya (f) bernilai
negatif. Contohnya dari cermin positif adalah cermin cekung, sedangkan cermin
negatif adalah cermin cembung. Lensa cembung disebut juga lensa positif,
sementara itu lensa cekung pula lensa negatif.
1. CERMIN
a. Cermin Datar
Cermin datar merupakan
sepotong gelas geometri bola berjejari tak hingga, dan salah satu permukaan
datarnya dilapisi oleh perak nitrat. Ketika cahaya menimpa permukaan benda, sebagian cahaya dipantulkan. Sisanya
diserap oleh benda (dan diubah menjadi energi panas) atau, jika benda tersebut
transparan seperti kaca atau air, sebagian diteruskan. Untuk benda-benda yang
sangat mengkilat seperti cermin berlapis perak, lebih dari 95 persen cahaya
bisa dipatulkan.
Ketika satu berkas cahaya
menimpa permukaan yang rata, kita definisikan sebagai sudut datang, ϴi
sebagai sudut yang dibuat berkas sinar datang dengan dengan garis normal
terhadap permukaan (normal berarti tegak lurus) dan sudut pantul, ϴr,
sebagai sudut yang dibuat berkas sinar pantul dengan normal. Untuk permukaan
permukaan yang nyata ternyata ”berkas sinar datang dan pantul berada pada
bidang yang sama dengan garis normal permukaan”. Hukum pantulan sudut
datang sama dengan sudut pantul.
Cermin datar membentuk bayangan yang tegak, dengan
ukuran yang sama dengan bendanya, dan bayangannya berada dalam jarak yang sama
dari permukaan pantul dengan jarak benda di depan cermin. Bayangan tersebut
maya, yaitu bayangan tidak akan muncul pada layar yang diletakkan pada posisi
bayangan karena cahaya tidak memusat (berkonvergensi) di sana.
Bayangan yang dihasilkan dari
cermin datar akan berbalik. Misalnya bayangan tangan kanan pada sebuah cermin
datar adalah tangan kiri. Pembalikan dari kanan ke kiri ini adalah hasil dari pembalikan
kedalaman, yaitu tangan diubah dari kanan dari kanan ke kiri karena bagian
depan dan belakang tangan dibalik oleh cermin.
b. Cermin Cekung
Cermin cekung terbuat dari sepotong
bola cermin, bila disinari maka sinar itu sebagian besar terpantul melalui
titik tertentu yaitu titik F. Bola cermin dimaksud merupakan bola gelas
yang dilapisi perak nitrat di bagian luarnya.
Fokus utama sebuah cermin
cekung adalah titik F di mana sinar yang sejajar dan sangat dekat dengan
titik pusat atau sumbu optik cermin difokuskan. Fokus yang nyata
untuk cermin cekung (konkaf). Fokus ini terletak pada sumbu optik dan berada
ditengah-tengah antara titik pusat kelengkungan dan cermin. Cermin cekung
membentuk bayangan nyata terbalik dari benda yang diletakkan di luar fokus
utama. Jika benda berada di antara fokus utama dan cermin, bayangan tersebut
maya, tegak, dan diperbesar.
Sifat-sifat bayangan pada
cermin cekung berbeda-beda bergantung pada jarak benda di depan cermin. Yaitu :
ketika benda berada jauh dari cermin sifat bayangan yang terjadi terbalik,
tetapi ketika mendekati cermin bayangan akan berubah menjadi tegak. Bayangan
tegak dan lebih besar tampak ketika kamu bercermin di depan sendok makan.
Ragam sinar yang jatuh
dipermukaan cermin cekung dapat digolongkan ke dalam tiga sinar istimewa (principal
rays) berikut ini :
1. Sinar datang yang melewati
pusat kelengkungan cermin, dipantulkan melalui melalui lintasan semula.
2. Sinar datang berlintasan
sejajar dengan sumbu cermin, dipantulkan melalui titik fokus cermin itu.
3. Sinar datang yang melewati
titik fokus, dipantulkan kearah sejajar dengan sumbu cermin.
c. Cermin Cembung
Cermin cembung (convex
mirror) terbuat dari sepotong permukaan bola gelas, yang permukaan bagian
dalam bola dilapisi dengan perak nitrat sebagai bahan pemantul cahaya.
Cermin cembung hanya menghasilkan bayangan nyata tegak dari benda yang
diletakkan di depannya.
Jika permukaan cermin
memiliki radius kelengkungan R, maka sinar yang datang dari arah luar
bola dan sejajar dengan sumbu cermin dipantulkan yang seolah-olah berasal dari
fokus cermin itu. Sinar datang yang berarah menuju ke pusat cermin dipantulkan
melalui lintasan yang sama dengan ketika sinar datang. Fokus cermin cembung
selalu berada di permukaan cermin dan bersifat memancarkan sinar yang jatuh ke
cermin, sehingga panjang fokus (f) dinyatakan : f = - R/2.
Cermin
cembung memiliki sifat divergen atau
menyebarkan sinar yaitu bila ada sinar datang yang sejajar sumbu utama maka
sinar tersebut akan dipantulkan seolah olah berasal dari titik fokus kebalikan
dari pemantulan pada cermin cekung yang mengumpulkan sinar. Titik fokus pada cermin cembung besarnya setengah kali
dari jari jari kelengkungan cermin, karena cermin cembung adalah sebagai busur
atau juring dari bangun bola.
a.
Sinar
datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik
fokusf.
b.
Sinar
datang yang menuju titik fokus F dipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
c.
Sinar
datang yang menuju titik pusat kelengkungan M dipantulkan kembali seolah-olah
datang dari titik pusat kelengkungan tersebut.
Berikut
ini gambar dan penjelasan mengenai sinar istimewa yang ada pada Cermin dan
Lensa
d. Perbesaran pada Cermin
Sifat
bayangan yang terdiri dari diperbesar, diperkecil, nyata, maya, tegak serta
terbalik bisa dilihat dari hasil lukisan tersebut maka kali ini bisa juga
dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Rumus perbesaran : P = h’/h = s’/s
Rumus jarak bayangan : 1/f = 1/s+1/s’
Jarak fokus f = ½ R
Keterangan : P = perbesaran bayangan
h = tinggi benda
h’ = tinggi bayangan
s = jarak benda
s’ = jarak bayangan
f = jarak fokus
R = jari-jari kelengkungan
ü
Perjanjian
tanda
S bertanda positif (+) jika benda terletak di
depan cermin(benda nyata)
S bertanda negatif (-) jika benda terletak di
belakang cermin (benda maya)
S’ bertanda positif (+) jika bayangan terletak
di depan cermin(bayangan nyata)
S’ bertanda negatif (-) jika bayangan terletak di belakang
cermin (bayangan maya)
f dan R
bertanda positif (+ ) jika pusat lengkung cermin terletak di depan cermin
(cermin cekung)
f dan R
bertanda negatif (– ) ika pusat lengkung cermin terletak di belakang
cermin (cermin cembung)
P selalu bertanda positif
P<1 bayangan diperkecil
P=1 bayangan sama besar
P>1 bayangan diperbesar
2. LENSA
a. Lensa Tipis
Alat optik sederhana yang
paling tua adalah lensa tipis. Pada
kacamata, kamera, kaca pembesar, teleskop, teropong, mikroskop dan peralatan
kedokteran terdapat lensa. Lensa tipis biasanya berbentuk lingkaran, dan kedua
permukaannya melengkung. Kedua permukaan bisa berbentuk cekung, cembung, atau
datar. Keutamaan lensa ialah karena ia membentuk bayangan benda. Kita anggap lensa terbuat dari kaca atau
plastik transparan, sehingga indeks biasnya lebih besar dari udara luar. Sumbu
lensa merupakan garis lurus yang melewati pusat lensa dan tegak lurus terhadap kedua
permukaannya.
Lensa manapun yang lebih
tebal di tengah daripada di tepinya akan membuat berkas-berkas paralel
berkumpul ke satu titik, yaitu disebut lensa konvergen. Lensa yang lebih
tipis di tengah daripada di sisinya disebut lensa divergen karena
membuat cahaya paralel menyebar. Pemanfaatan
sifat pembiasaan cahaya pada bahan bening adalah lensa.
a. Lensa cekung
-
Memiliki Sifat Divergen (Menyebarkan
Sinar)
-
Pembentukan bayangan nyata, terbalik,
diperbesar.
-
Bernilai negatif (-)
b. Lensa cembung
-
Memiliki Sifat Konvergen (Mengumpulkan
Sinar).
-
Pembentukan bayangan maya, tegak,
diperkecil.
-
Bernilai positif (+)
Lensa merupakan benda bening
berpermukaan lengkung di kedua sisinya, dan dapat membiaskan cahaya pada pola
yang khas. Pemaparan lensa, dimulai dari pembiasan sinar oleh benda bening
berpermukaan tunggal.
b. Klasifikasi Lensa
Tabel di bawah ini diuraikan
klasifikasi ragam geometri kedua permukaan lensa. Hanya bila f>0,
berarti lensa bersifat mengumpulkan sinar (konvergen) atau disebut lensa
positif. Sebaliknya, bila f<0, maka lensa bersifat menyebarkan sinar
(divergen) dan disebut lensa negatif.
Gambar-Gambar Lensa
Cembung-cembung
|
Cembung-datar
|
Meniskus Cembung
|
Cekung-cekung
|
Cekung-datar
|
Meniskus cekung
|
(a) Lensa-lensa Konvergen (+)
|
(b) Lensa-lensa divergen (-)
|
f sebuah lensa dapat
ditentukan dengan mengukur jejari kelengkungan lensa pada permukaan sebelah
kiri dan kanan, ketika indeks bias bahan lensa itu telah diketahui. Alat ukur
jejari kelengkungan lensa (dan juga cermin) adalah spherometer. Spesifikasi
lensa, umumnya, dinyatakan oleh : jenis fokus yaitu panjang fokusnya (f )
dinyatakan positif atau negatif, dan
daya lensa (P). Dikenal hubungan antara P dengan f dalam bentuk :
P = 1/f.
Satuan daya lensa adalah
dioptri = D =1/meter. Sebagai contoh, sebuah lensa berspesifikasi -3,5D,
artinya lensa itu merupakan lensa negatif, memiliki f = -28,6 cm. Untuk
selanjutnya lensa positif biasa disebut lensa cembung, dan lensa negatif
disebut lensa cekung.
c. Persamaan Lensa
Persamaan yang menghubungkan
jarak bayangan dengan jarak benda dan panjang fokus lensa, posisi ini akan
membuat penentuan posisi bayangan lebih cepat dan lebih akurat dibandingkan
dengan penelusuran berkas. Ditentukan do sebagai jarak benda,
jarak benda dari pusat lensa, dan d1 sebagai jarak bayangan,
jarak bayangan dari pusat lensa. Dan ditentukan ho dan h1
sebagai panjang benda dan bayangan. Sehingga : h1/ho = d1–f
/f. Kita samakan ruas kanan persamaan-persamaan ini, sehingga menjadi : 1/d1+1/
d2 = 1/f.
ü
Persamaan Lensa Tipis
Keterangan : s = jarak benda
s' = jarak bayangan
n1 = indeks bias medium sekeliling lensa
n2 = indeks bias lensa
R1 = jari-jari kelengkungan permukaan pertama lensa
R2 = jari-jari kelengkungan permukaan kedua lensa
Jari jari (R)(+) untuk lensa cembung
(konkaf) dan (-) untuk lensa cekung (konveks)
ü
Jarak Fokus Lensa-lensa
REFERENSI :
- Bambang Murdaka Eka Jati & Tri Kuntoro Priyambodo,Fisika Dasar Listrik-Magnet-Optika-Fisika Modern,CV Andi Offset : Yogyakarta,2010.
- Bambang Murdaka Eka Jati & Tri Kuntoro Priyambodo,Fisika Dasar Listrik-Magnet-Optika-Fisika Modern,CV Andi Offset : Yogyakarta,2010.
- Douglas C. Diancoli,Fisika edisi kelima jilid 2,Penerbit Erlangga : Jakarta, 2001.
- Frederick J. Bueche & Eugene Hecht, Fisika
Universitas Edisi Kesepuluh, Penerbit Erlangga : Jakarta, 2006.
- Paul A. Tipler, Fisika Untuk Sains dan Teknik,
Penerbit Erlangga : Jakarta, 2001.
- http://fisikasmasmk.blogspot.com/2012/04/pemantulan-sinar-cermin-cembung.html
- http://ladangkecilku.blogspot.com/2012/04/lensa-dan-cermin.html
- http://fisikasmasmk.blogspot.com/2012/06/rumus-cermin-cekung-cembung.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar