CAHAYA (IPA - FISIKA)

“CAHAYA”

Cermin Cekung

Cermin Cembung

Cermin Datar

  

A.    PENGERTIAN CAHAYA

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata. Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perpaduan medan listrik dengan medan magnet. Jika terdapat cahaya, berarti juga terdapat sumber cahaya. Sumber cahaya ialah benda-benda yang dapat mengeluarkan cahaya sendiri, misalnya, matahari, lampu, lilin.

1.  Sifat – Sifat Cahaya

a.      Cahaya merambat lurus,

b.      Cahaya dapat menembus benda bening,

c.       Cahaya dapat dipantulkan,

d.     Cahaya mengalami pembiasan,

e.      Panjang gelombang antara 4000 A sampai 7000 A,

f.        Kecepatan rambat 300.000 km/detik,

g.      Frekuensinya 3,9 x 10¹⁴ Hz – 7,5 x 10^{14 ,}

h.      Cahaya memiliki energi, dan

i.        Cahaya dapat ditangkap oleh mata.

Berkas cahaya adalah kelompok sinar-sinar cahaya, digolongkan atas :

a)      Berkas cahaya menyebar (divergen), yaitu berkas cahaya yang berasal dari suatu titik kemudian menyebar ke beberapa arah.

Contoh : berkas cahaya yang berasal dari lilin yang menyala.

b)     Berkas cahaya sejajar, yaitu berkas cahaya yang arahnya sejajar satu sama lain.

Contoh : berkas cahaya yang keluar dari lampu senter yang telah disejajarkan oleh reflector / cermin cekung.

c)      Berkas cahaya mengumpul (konvergan), yaitu berkas cahaya yang menuju ke satu titik tertentu.

Contoh : berkas cahaya yang melewati lensa cembung.

B.   BAYANG-BAYANG

1.      Benda Tembus Cahaya dan Benda Tidak Tembus Cahaya

Benda dapat digolongkan menjadi 3 jenis, yaitu :

a)      Benda tak tembus cahaya, contoh : buku, papan, karton. Benda-benda ini tidak dapat meneruskan cahaya yang diterimanya.

b)     Benda tembus cahaya, contoh : kertas yang tipis yang dapat meneruskan sebagian cahaya yang diterimanya.

c)      Benda bening, contoh : kaca bening yang dapat meneruskan hamper seluruh cahaya yang diterimanya.

2.      Cahaya Merambat Lurus

Cahaya memiliki sifat dapat merambat lurus.

3.      Bayang-Bayang Benda

Bayang-bayang benda terdiri atas :

a.      Umbra, yaitu baying-bayang gelap pada layar akibat dari cahaya yang tidak dapat menembus benda (baying-bayang inti)

b.      Penumbra, yaitu baying-bayang kabur sebagai baying-bayang tambahandi pinggir baying-bayang inti (umbra).

c.        

C.  PEMANTULAN CAHAYA

1.      Jenis-jenis Pemantulan Cahaya

Cahaya apabila mengenai suatu dinding / cermin datar akan memantul.

Jenis-jenis pemantulan cahaya adalah :

a.       Pemantulan baur (difus)

Pemantulan baur (difus) adalah pemantulan yang terjadi jika suatu berkas cahaya jatuh pada benda yang permukaannya kasar (tidak rata) sehingga cahaya akan dipantulkan ke beberapa arah yang tidak tertentu.

b.      Pemantulan teratur

Pemantulan teratur adalah pemantulan cahaya yang terjadi jika suatu berkas cahaya jatuh pada benda yang permukaannya licin dan mengkilap, sehingga arah pantulan cahaya menuju ke suatu arah tertentu.

2.      Hukum Pemantulan Cahaya

Dalam pembicaraan tentang pemantulan cahaya digunakan beberapa pengertian di antaranya :

a.      Sinar datang (sinar jatuh) : sinar yang datang lurus menuju permukaan benda.

b.      Sinar pantul : sinar yang dipantulkan dari permukaan benda.

c.       Titik datang (titik jatuh sinar) : titik pada permukaan benda dimana sinar itu jatuh dan dipantulkan.

d.     Garis normal : garis yang dibuat melalui titik jatuh sinar dan tegak lurus permukaan benda.

e.      Sudut datang (sudut jatuh sinar) : sudut yang dibentuk antara sinar jatuh dan garis normal.

f.        Sudut pantul : sudut yang dibentuk antara sinar pantul dan garis normal.

Dari percobaan menunjukkan adanya hukum pemantulan cahaya, yang bunyinya :

1)      Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul berada pada satu bidang datar.

2)      Besarnya sudut datang = sudut pantul.

D.  CERMIN

Cermin adalah semua benda, baik yang terbuat dari kaca logam / cairan, yang permukaannya licin dan mengkilap, serta bersifat :

a.     Memantulkan secara beraturan berkas cahaya yang diterimanya.

b.    Dapat membentuk bayangan dari benda yang ada didepannya.

1.        Cermin Datar

Cermin datar adalah cermin di mana bagian yang menentukan cahaya, permukaannya adalah datar. Garis normalnya adalah garis yang melalui titik jatuh sinar dan tegak lurus bidang cermin.

a.      Sifat bayangan dan pemantulan cahaya pada cermin datar

@ Bayangan maya,

@ Tegak seperti benda,

@ Simetris,

@ Berkebalikan sisi,

@ Jarak benda ke cermin = jarak bayangan ke cermin.

b.      Cara melukis bayangan pada cermin datar

1)      Sinar 1 yang menuju cermin dipantulkan berimpit dengan sinar datang (sudut datang = sudut pantul)

2)      Sinar 2 yang datang menuju cermin dengan sudut  α dipantulkan dengan sudut  α pula.

3)      Perpanjangan sinar pantul 1 dan 2 (dilukis dengan garis putus-putus) akan berpotongan. Pada perpotongn inilah terletak bayangan benda.

c.       Banyaknya bayangan yang terbentuk dari pemantulan pada cermin datar

Rumus :

d.      Manfaat cermin datar dalam kehidupan sehari-hari

ü  Sebagai cermin untuk berhias,

ü  Pada periskop

2.        Cermin Cekung

Cermin cekung adalah cermin dimana bagian yang memantulkan cahaya, permukaannya berupa cekungan, dan merupakan bagian dalam dari suatu bola.

a.   Ciri-ciri cermin cekung

¶  Melengkung ke dalam,

¶  Bagian pinggirnya tebal; sedangkan bagian tengahnya tipis,

¶  Dapat mengumpulkan berkas sinar (konvergen),

¶  Titk kumpulnya disebut titik fokusnya yang bernilai positif (+),

¶  Memiliki sinar istimewa.

b.   Sinar-sinar Istimewa pada cermin cekung

a)      Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan ke titik F

b)     Sinar datang yang melalui titik F dipantulkan sejajar sumbu utama.

c)      Sinar yang datang yang melalui titik M dipantulkan  kembali ke titik M.

c. Menentukan sifat bayangan pada cermin cekung

1)      Sifat bayangan yang terbentuk dari cermin cekung yang bendanya terletak di ruang III : Nyata, terbalik, dan diperkecil.

2)      Sifat bayangan yang terbentuk dari cermin cekung yang bendanya terletak di ruang II : Nyata, terbalik, dan diperbesar.

3)      Sifat bayangan yang terbentuk dari cermin cekung yang bendanya terletak di ruang I : Maya, tegak, dan diperbesar.

4)      Sifat bayangan yang terjadi pada cermin cekung yang bendanya terletak tepat dititik pusat kelengkungan cermin (M) :

Nyata, terbalik, tinggi bayangan sama dengan benda, dan terletak pada pusat kelengkungan cermin (M).

5)      Sifat bayangan yang terbentuk dari cermin cekung yang bendanya terletak tepat di titik fokus (F) :

Tak berhingga sebab sinar pantulannya tidak berpotongan.

d. Rumus cermin cekung

Keterangan :

f           = fokus / titik api

R          = jari-jari / pusat kelengkungan

s_o            = jarak benda

s_i             = jarak bayangan

M         = perbesaran

h_o            = tinggi benda

h_i         = tinggi bayangan

e.    Manfaat cermin cekung dalam kehidupan sehari-hari

1)      Cermin cekung dapat memperbesar bayangan sehingga dapat digunakan untuk berbagai keperluan, contohnya untuk mencukur.

2)      Cermin cekung digunakan sebagaipemantul (reflector) pada lampu sorot mobil, motor, dan lampu senter.

3)      Sebagai penerang kaca objek pada mokroskop.

3.        Cermin Cembung

Cermin cembung adalah cermin di mana bagian yang memantulkan cahaya.

a.   Ciri-ciri cermin cembung :

1)      Melengkung keluar,

2)      Bagian pinggirnya tipis sedangkan bagian tengahnya tebal,

3)      Dapat menyebarkan berkas sinar (divergen),

4)      Titik penyebarannya disebut titik fokusnya, yang bernilai negatif (-)

5)      Memiliki sinar istimewa,

6)      Bagian-bagian cermin cembung sama dengan cermin cekung.

b.   Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung

•     Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah dari titik F.
•     Sinar datang ke titik F dipantulkan sejajar sumbu utama
•   Sinar datang ke titik M dipantulkan kembali dari titik M ke arah yang berlawanan dengan sinar datang.

c.    Menentukan sifat bayangan pada cermin cembung

Sifat bayangan yang terbentuk : maya / semu, tegak, diperkecil, berada di belakang cermin.

d.   Rumus cermin cembung

Keterangan :

f           = fokus / titik api

R          = jari-jari / pusat kelengkungan

s_o            = jarak benda

s_i             = jarak bayangan

M         = perbesaran

h_o            = tinggi benda

h_i         = tinggi bayangan

e.   Manfaat cermin cembung dalam kehidupan sehari-hari

Pada kaca spion sepeda motor / mobil.

E.     PEMBIASAN CAHAYA

1.        Pengertian Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya (refraksi) adalah pembelokan arah rambat cahaya ketika memasuki medium lain yang berbeda kerapatan optiknya. Contoh : pensil yang dimasukkan kedalam gelas berisi air akan tampak seperti patah.

ü  Syarat terjadinya pembelokkan cahaya : Pembiasan cahaya terjadi apabila berkas cahaya merambat dari suatu medium (zat perantara) menuju ke medium lain dengan arahnya.

ü  Cahaya akan dibiakan mendekati garis normal jika :

a.      Cahaya berasal dari kecepatan tinggi menuju kecepatan rendah.

b.      Cahaya berasal dari optik kurang rapat menuju optik lebih rapat.

ü  Cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal jika :

a.      Cahaya berasal dari kecepatan rendah menuju kecepatan tinggi.

b.      Cahaya berasal dari optik lebih rapat menuju optik kurang rapat.

2.        Hukum – hukum Pembiasan oleh Snellius

a.      Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada sat bidang dan berpotongan di satu titik.

b.      Sinar datang dari medium kurang rapat dapat ke medium lebih rapat dibiaskan mendekat garis normal. Sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat dapat ke medium kurang rapat dibiaskan mendekat garis normal.

3.      Indeks Bias Medium :

Merupakan nilai perbandingan antara proyeksi sinar datang dan proyeksi sinar bias pada bidang pembias.

a.        Menurut Christian Huggens dirumuskan :

a.        Menurut Christian Huggens dirumuskan :
Keterangan :

n = indeks bias zat

c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa (m/s)

v = kecepatan cahaya dalam zat (m/s)

b.        Menurut Hukum Snellius

4.      Pembiasan Cahaya pada Prisma

Prisma adalah benda bening yang terbuat dari gelas yang dibatasai oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu.

Ada dua macam prisma, yaitu :

¶  Prisma siku – siku sama kaki yang bersudut 90° dan 45°
¶  Prisma sama sisi yang bersudut 60°

Jalannya sinar pembiasan pada prisma :
sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh oleh perpotongan dari perpanjangan sinar datang dengan perpanjangan sinar bias yang meninggalkan prisma.

F.    LENSA

Merupakan benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung. Lensa cembung berbentuk tebal di bagian tengah dan tipis di bagian tepinya.

1.     Lensa Cembung (Lensa Konvergen / Konveks / Positif)

a.     Bentuk – bentuk Lensa Cembung :

Lensa cembung memiliki 3 bentuk :

¶  Konkaf – kenveks / cembung cekung

¶  Bikonveks / cembung – cembung (cembung rangkap)

¶  Plan – konveks (cembung datar)

b.    Ciri – ciri Lensa Cembung

ü  Mengumpulkan cahaya (konvergen)

ü  Fokusnya bernilai positif (+)

c.      Sinar – sinar Istimewa pada Lensa Cembung

Sinar – sinar Istimewanya, yaitu :

(1)        Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus yang terdapat di belakang lensa.

(2)      Sinar datang melalui fokus yang terdapat di depan lensa di biaskan sejajar sumbu utama.

(3)      Sinar datang melalui titik pusat optic diteruskan tanpa di biaskan.

d.    Manfaat Lensa Cembung dalam kehidupan sehari-hari

-          Kaca pembesar (Lup),               - Mikroskop dan kamera,

-          Kaca mata,                                 - Teropong.

2.     Lensa Cekung :

a.      Bentuk – bentuk Lensa Cekung :

Lensa cekung memiliki tiga bentuk, yaitu :

¶  Bikonkaf / cekung – cekung (cekung rangkap).

¶  Plan – konkaf / ceng datar.

¶  Konveks – konkaf / cekung cembung.

b.      Sinar – sinar Istimewa pada Lensa Cekung

1)        Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seakan-akan dari titik fokus.

2)      Sinar datang seakan – akan menuju fokus dibiaskan sejajar sumbu utama.

3)        Sinar datang melalui titik pusat optic diteruskan tanpa dibiaskan.

c.    Manfaat Lensa Cekung dalam Kehidupan Sehari-hari

¶ Memfokuskan bayangan hingga tepat jatuh pada retina mata (menolong penderita rabun jauh dengan lensa cembung (-))

G. ALAT – ALAT OPTIK

Alat optik merupakan alat yang menggunakan cermin dan lensa yang memanfaatkan sinar cahaya yang dapat dipantulkan dan dibiaskan yang dimanfaatkan untuk melihat.

Alat optik yang alamiah adalah mata dan alat optik buatan diantaranya kaca mata, kamera, lup, mikroskop, periskop, dan teropong.

1.        Mata

Merupakan Alat optik utama yang alamiah.

a.       Cacat mata :

Terdiri dari :
1)      Mata Miopi (Rabun Jauh)

2)      Mata Hioermetropi (Rabun Dekat)

3)      Mata Presbiopi (Mata Tua)

Ciri – ciri :

¶  Tidak dekatnya lebih jauh dari mata normal.

¶  Titik jauhnya lebih dekat dengan mata normal.

Mata presbiopi dapat ditoling dengan kacamata rangkap, yaitu lensa cembung diletakkan di bagian bawah kaca mata untuk melihat dekat, dan lensa cekung diletakkan di bagian atasnya untuk melihat jauh.

2.      Kamera

Kamera bekerja berdasarkan cahaya yang jatuh melalui lensa dan bayangan yang dihasilkan akan jatuh pada film fotografi yang peka cahaya dan mengandung unsure kimia. Menggunakan lensa cembung (Konvergen). Bayangan bersifat : nyata, terbalik, dan diperkecil.

3.      Lup

Merupakan suatu alat optik yang terdiri dari sebuah lensa cembung dengan jarak fokus yang dekat. Sifat bayangan dari lup : maya, diperbesar, dan tegak. Lup biasa digunakan oleh : tukang servis arloji, ahli tekstil, ahli permata, dan para ahli biologi.

4.      Mikroskop

Merupakan alat optik yang digunakan untuk mengamati benda – benda yang sangat kecil supaya tampak lebih besar. Mikroskop sederhana terdiri atas 2 buah lensa cembung yang mempunyai jarak fokus pendek.

Prinsip kerja mikroskop :

ü  Objek yang diamati diletakkan di ruang II, supaya bayangan yang dibentuk bersifat : nyata, terbalik, diperbesar.

ü  Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif merupakan benda untuk lensa okuler.

ü  Lensa okuler dapat diatur supaya benda bagi lensa okuler terletak di antara fokus utama dan pusat optik dari lensa okuler.

ü  Lensa okuler selanjutnya berperan sebagai lup, yang menghasilkan bayangan bersifat : maya, terbalik, diperbesar.

5.      Teropong

Merupakan alat yang digunakan untuk mengamati benda – benda yang jauh supaya terlihat lebih dekat, besar, dan jelas.

Pada teropong terdapat 2 buah lensa cembung. Lensa cembung yang mengarah ke benda disebut Lensa Objektif sedang yang mengarah ke amata disebut Lensa Okuler.

Macam – macam teropong :

1)        Teropong Bintang :

Alat optik ini digunakan untuk mengamati bintang / planet di anatariksa, agar benda yang jauh letaknya itu tampak lebih dekat dan lebih jelas.

2)        Teropong Bumi :

Alat optik ini digunakan untuk mengamati benda – benda di permukaan bumi yang jauh tempatnya, sehingga bayangan yang dihasilkan harus tegak.

3)        Teropong Prisma :

Merupakan teropong yang praktis karena pembalikan jalannya cahaya dilakukan dengan pemantulan sempurna berkas cahaya dari lensa objektif sebanyak 4 kali oleh 2 buah prisma kaca siku – siku samakaki yang letaknya bersilangan.

Keuntungan menggunakan Lensa Prisma :

ü  Menghasilkan bayangan yang terang,

ü  Dapat dibuat pendek sekali,

ü  Daya stereskopisnya besar.

6.      Periskop

            Alat optik ini biasa digunakan kapal selam untuk mengintai musuh atau melihat benda – benda yang ada di permukaan air. Periskop terdiri dari : 1 lensa cembung sebagai objektif dan 2 prisma siku – siku samakaki serta 1 lensa dembung sebagai okuler.