C A H A Y A
Standar kompetensi
Memahami konsep dan penerapan GETARAN GELOMBANG dan OPTIKA dalam produk teknologi sehari-hari.
Kompetensi dasar
Menyelidiki sifat-sifat cahaya dan hubungannya dengan berbagai bentuk cermin dan lensa.
Indikator
Setelah mempelajari bab ini, siswa diharapkan mampu :
• Mengerti pengertian dan sifat-sifat cahaya.
• Membedakan benda gelap dengan sumber cahaya.
• Menjelaskan pengertian dan jenis-jenis cermin.
• Menjelaskan pemantulan cahaya pada cermin dan sifat-sifat bayangan yang dihasilkan.
• Menjelaskan pengertian indeks bias pada berbagai medium.
• Menjelaskan pembiasan cahaya pada lensa dan sifat-sifat bayangan yang dihasilkan.
A. Mengenal cahaya
1. Pengertian cahaya
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380-750 nm. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. Sehingga cahaya dapat merambat tanpa memerlukan medium.
Cahaya yang biasa kita lihat merupakan kelompok-kelompok sinar cahaya atau disebut berkas cahaya. Berkas cahaya dapat digolongkan atas :
a) Berkas cahaya menyebar (divergen), yaitu berkas cahaya yang berasal dari satu titik kemudian menyebar ke segala arah.
b) Berkas cahaya sejajar, yaitu berkas cahaya yang arahnya sejajar satu sama lain.
c) Berkas cahaya mengumpul, yaitu berkas cahaya yang menuju ke satu titik tertentu.
2. Cahaya merambat lurus
Cahaya merambat lurus tanpa medium, dapat melewati ruang hampa dan memiliki kecepatan 300000000 nm. Salah satu bukti cahaya merambat lurus diantaranya adalah lampu yang menempati ruang ke segala arah. Yaitu sumber cahaya memancarkan cahaya ke segala arah.
3. Bayang-bayang benda
Bayang-bayang merupakan suatu daerah gelap yang terbentuk pada saat sebuah benda menghalangi cahaya yang mengenai suatu permukaan. Apabila bayang-bayang tersebut terhalang seluruhnya, terbentuklah umbra, yaitu bagian pertama bayang-bayang yang sangat gelap. Daerah di luar umbra menerima sebagian cahaya, terbentuklah penumbra, yaistu bagian kedua bayang-bayang yang terletak di luar umbra dan tampak berwarna abu-abu kabur.
umbra
penumbra
Sumber gbr: dok. Penulis
B. Pemantulan cahaya
1. Hukum pemantulan cahaya :
a. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul, terletak dalam satu bidang.
b. Besarnya sudut datang sama dengan sudut pantul (i=r).
Garis normal
Sinar datang Sinar pantul
Bidang datar rata
Sumber gbr: dok penulis
Beberapa pengertian yang berkaitan dengan pemantulan cahaya antara lain :
a. Sinar datang atau sinar jatuh, yaitu sinar yang datang lurus menuju permukaan benda.
b. Sinar pantul, yaitu sinar yang dipantulkan dari permukaan benda.
c. Titik datang atau titik jatuh sinar, yaitu titik pada permukaan benda dimana sinar itu jatuh dan dipantulkan.
d. Garis normal, yaitu garis yang dibuat melalui titik jatuh sinar dan tegak lurus dipermukaan benda.
e. Sudut datang atau sudut jatuh sinar, yaitu sudut yang dibentuk antara sinar jatuh atau sinar datang dan garis normal.
f. Sudut pantul, yaitu sudut yang dibentuk antara sinar pantul dan garis normal.
2. Jenis-jenis pemantulan cahaya
Berdasarkan keadaan permukaannya, pemantulan cahaya dibagi menjadi :
a. Pemantulan difus atau pemantulan baur, yaitu pemantulan cahaya ke segala arah yang terjadi karena bekas sinar datang jatuh pada permukaan kasar atau tidak rata. Pemantulan ini akan memberi kesan menyilaukan mata.
b. Pemantulan teratur, yaitu pemantulan yang terjadi karena berkas sinar datang jatuh pada permukaan halus atau rata. Pada pemantulan teratur, cahaya akan dipantulkan ke satu arah. Pemantulan ini akan menyejukkan mata.
C. Cermin
cermin adalah benda padat yang salah satu sisinya halus dan mengkilap yang dilapisi amalgam perak sehingga memantulkan seluruh cahaya yang datang. Cermin dibedakan menjadi 3, yaitu : cermin datar, cermin cekung , dan cermin cembung.
1. Cermin datar
Pemantulan cahaya pada cermin datar :
Sumber gbr: dok. penulis
Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sama besar, tegak, berkebalikan, jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin, maya. Rumus banyaknya bayangan dari beberapa cermin datar (n) yang membentuk sudut tertentu (α) adalah :
n = 360/a - 1
Dimana :
n=banyaknya bayangan
α=sudut yang dibentuk
2. Cermin cekung
Cermin cekung adalah cermin yang bentuknya melengkung seperti bagian dalam bola. Cermin cekung bersifat konvergen (mengumpulkan sinar). Cermin cekung disebut juga cermin positif karena jari-jari cermin berada di depan cermin.
Sinar istimewa pada cermin cekung yaitu :
• Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus.
• Sinar datang melalui titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
• Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin (M) akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan itu juga.
Ruang pada cermin cekung dibagi menjadi empat, yaitu : ruang I, ruang II, runag III, dan ruang IV. Ruang I-III berada didepan cermin, sedangkan ruang IV dibelakang cermin.
Lukisan pembentukan bayangan pada cermin cekung :
1) Benda di ruang I (di antara F dan O) ; sifat bayangan : maya, tegak, diperbesar, berada di belakang cermin (di ruang IV).
2) Benda di ruang II (diantara F dan M); sifat bayangan : nyata, terbalik diperbesar (di ruang III).
3) Benda di ruang III (di belakang M); sifat bayangan : nyata, terbalik, dan diperkecil. Bayangan berada di ruang II.
4) Benda di pusat kelengkungan cermin (di titik M). sifat bayangan : nyata, terbalik, sama besar. Bayangan di titik M juga.
Rumus cermin cekung :
1/f = 1/So + 1/Si , M=hi/ho=si/so
Keterangan
M=perbesaran bayangan
Si=jarak bayangan
So=jarak benda
R=jari-jari kelengkungan cermin, dimana R=2F
F=jarak fokus (pada cermin cekung nilainya +)
hi=tinggi bayangan
ho=tinggi benda
3) Cermin cembung
Cermin cembung bersifat divergen (menyebar sinar). Titik fokusnya bernilai negative (-).
Sinar-sinar istimewa dari cermin cembung :
· Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik F.
· Sinar datang seolah-olah menuju titik F akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
· Sinar datang ke titik M dipantulkan kembali ke titik M itu juga.
Sifat bayangan yang terbentuk dari cermin cembung : selalu maya/semu, tegak dan diperkecil dan selalu berada diruang I.
Rumus cermin cembung
f = -(R/2), 1/f = 1/So+1/Si, M=Si/So atau M=hi/ho
Dimana :
F= fokus atau titik api (bernilai negatif)
R= jari-jari atau pusat kelengkungan
M=perbesaran
hi=tinggi bayangan
ho=tinggi benda
si=jarak bayangan
so=jarak benda
D. Pembiasan cahaya
1. Pengertian pembiasan cahaya
Pembiasan cahaya (refraksi) adalah pembelokan arah rambatan cahaya pada saat cahaya penembus dua medium yang berbeda kerapatan optiknya.
2. Hukum Snellius
Hukum Snellius menyatakan :
a. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
b. Sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal, dan sinar datang dari garis renggang ke medium rapat dibiaskan mendekati garis normal.
3. Pembiasan dalam kehidupan sehari-hari
Adapun contoh pembiasan dalam kehidupan sehari-hari :
a. Pensil yang dimasukkan ke dalam gelas yang berisi air tampak membengkok.
b. Dasar kolam yang airnya bening lebih dangkal dari pada kedalaman sebenarnya.
c. Pada siang hari yang panas di jalan aspal seolah-olah ada genangan air.
d. Pada malam hari yang cerah, bintang di langit terlihat berkelap-kelip.
e. Intan tampak berkilau.
E. Lensa
Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang kelengkungan. Ada 2 macam lensa, yaitu lensa cembung dan lensa cekung.
1. Lensa cembung
Ciri-ciri lensa cembung di antaranya: mengumpulkan cahaya (konvergen) dan fokusnya bernilai positif (+). Ada 3 macam lensa cembung :
a. Lensa bikonveks (cembung dua)
b. Lensa konkaf-konveks (cembung cekung)
c. Lensa plan bikonveks (datar cembung)
Sumber: Buku IPA Wasis SMP kelas 8.2008
Pemanfaatan lensa cembung dalam kehidupan sehari-hari, yaitu sebagai kaca mata, mikroskop, kamera, teropong, dan lup.
Gambar sinar istimewa dari lensa cembung
Sumber: Buku IPA Wasis SMP kelas 8.2008
Sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung tergantung dari letak bendanya terhadap lensa.
2. Lensa cekung
Ciri-ciri lensa cekung: sifatnya menyebarkan berkas sinar (divergen) dan fokusnya bernilai negatif atau minus (-). Ada 3 macam lensa cekung, yaitu :
a. Lensa cekung-cekung (bikonkaf)
b. Lensa cekung-cembung (konveks-konkaf)
c. Lensa datar cekung (plan-konkaf)
Sumber: Buku IPA Wasis SMP kelas 8.2008
Gambar sinar istimewa dari lensa
Sumber: Buku IPA Wasis kelas 8.2008
a. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah dari titik fokus.
b. Sinar datang menuju ke titik fokus dibiaskan sejajar sumbu utama.
c. Sinar datang menuju titik O tidak dibiaskan, tetapi diteruskan.
Bayangan pada lensa cekung:
Bayangan yang dibentuk lensa cekung selalu maya/semu, diperkecil dan tegak.
Rumus lensa cekung:
f = 1/f(m), 1/f = 1/So+1/Si, M=Si/So, M=hi/ho
F. Kekuatan lensa
Daya atau kekuatan lensa adalah kemampuan lensa untuk memancarkan atau mengumpulkan berkas cahaya. Kekuatan lensa dapat dirumuskan dengan :
P=1/f(m) atau P=100/f(cm)
Dimana :
P: daya atau kekuatan lensa (dioptri)
f= fokus lensa
Catatan:
· Untuk lensa cembung, P bernilai positif (+)
· Untuk lensa cekung, P bernilai negatif (-)
· f(m) untuk fokus lensa dengan satuan meter(m)
· f(cm) untuk fokus lensa satuan centimeter(cm)
