Cahaya dan Alat Optik Materi IPA Kelas 8 Semester Genap

Bab 11 Cahaya dan Alat Optik

 

1. Sifat – sifat Cahaya 

Sifat – sifat cahaya ada 4 yaitu merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan dan merupakan gelombang elektromagnetik. Cahaya merambat lurus contohnya lilin atau lampu yang dinyalakan dalam ruangan gelap akan menerangi ruangan tersebut. 

Pemantulan terjadi jika cahaya menumbuk suatu permukaan bidang, pemantulan berupa pemantulan baur dan pemantulan teratur. Pemantulan baur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang tidak rata seperti aspal, tembok, batang kayu dan sebagainya. 

Pemantulan teratur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang rata seperti cermin datar atau permukaan air danau yang tenang. Pada pemantulan baur dan pemantulan teratur, sudut pemantulan cahaya besarnya selalu sama dengan sudut datangnya cahaya. 

Ilustrasi pemantulan baur dan teratur : 

Hukum Pemantulan Cahaya

1). Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar .
2). Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul () 

Berikut proses pemantulan cahaya pada cermin datar

Cahaya yang mengenai benda sebagian dipantulkan ke mata, sebagian lagi diserap benda sebagai energi, contohnya cahaya yang mengenai benda terlihat berwarna merah, berarti spektrum cahaya merah dipantulkan oleh benda dan spektrum cahaya lainnya diserap oleh benda. 

Pembiasan terjadi jika cahaya melalui 2 medium yang kerapatan optiknya berbeda. Semakin besar kecepatan cahaya melalui 2 medium, semakin besar pula efek pembiasannya. Namun, pembiasan tidak terjadi saat cahaya masuk dengan posisi tegak lurus bidang batas kedua medium. Berikut contoh pembiasan : 

(a) : pembiasan berkas cahaya, (b) : pembiasan sendok dalam gelas berisi air 

Gelombang cahaya terbentuk karena adanya perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik sehingga merupakan gelombang elektromagnetik. Gelombang cahaya matahari memancar ke segala arah sampai ke bumi meskipun melalui ruang hampa. Ini berarti cahaya dapat merambat melalui ruang kosong tanpa adanya materi.  

Berdasar frekuensinya, gelombang elektromagnetik ada banyak jenis yang disebut spektrum elektromagnetik. Berikut jenis – jenis spektrum elektromagnetik : 

Cahaya tampak adalah cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia, sekitar 400 – 700 nm. Warna cahaya yang dapat dilihat tergantung pada panjang gelombang dari gelombang cahaya yang masuk ke mata. Benda hanya memantulkan cahaya yang warnanya sama dengan warna permukaannya, sehingga kita dapat menghindari dengan tepat warna benda. 

 

2. Pembentukan Bayangan pada Cermin 

Bayangan bersifat nyata jika titik potongnya diperoleh dari perpotongan sinar – sinar pantul yang mengumpul (konvergen). Sebaliknya, bayangan bersifat maya jika titik potongnya merupakan hasil perpanjangan sinar – sinar pantul yang menyebar (divergen). Berikut contoh pembentukan bayangan pada cermin datar : 

s = jarak benda terhadap cermin 
s’ = jarak bayangan terhadap cermin 

Cara melukis pembentukan bayangan pada cermin datar : 

1). Lukis sinar benda menuju cermin dan dipantulkan ke mata sesuai hukum pemantulan cahaya yaitu ()
2). Lukis sinar kedua seperti langkah pertama
3). Lukis perpanjangan sinar – sinar pantul dibelakang cermin hingga berpotongan. Perpotongan sinar – sinar pantul merupakan bayangan benda 
4). Jarak benda terhadap cermin sama dengan jarak bayangan terhadap cermin 

Bayangan pada cermin datar bersifat maya. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinar – sinar pantul yang digambarkan oleh garis putus – putus. Cahaya dapat dipantulkan pada cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Cahaya akan dibiaskan pada lensa cekung dan lensa cembung. 

Cermin lengkung adalah cermin yang permukaannya melengkung. Cermin lengkung ada 2 yaitu cermin cekung dan cembung. Berikut penampang melintang cermin lengkung : 

Unsur – unsur cermin lengkung yaitu : 

1). Pusat kelengkungan cermin : titik di pusat bola yang diiris menjadi cermin, disimbolkan dengan M 

2). Vertex : titik di permukaan cermin yang sumbu utamanya bertemu dengan cermin, disimbolkan dengan O

3). Titik api (titik fokus) : titik bertemunya sinar – sinar pantul yang sejajar dengan sumbu utama (terletak antara vertex dan titik pusat), disimbolkan dengan F

4). Jari – jari kelengkungan cermin : jarak antara vertex (O) ke pusat kelengkungan cermin (M), disimbolkan dengan R

5). Jarak fokus : jarak dari vortex ke titik api, disimbolkan dengan f. 

Pembentukan bayangan pada cermin dan lensa menggunakan sinar – sinar istimewa. Sinar – sinar istimewa pada cermin cekung : 

Berikut contoh melukis bayangan cermin cekung

1). Benda berada pada jarak lebih dari R : 

Bayangan yang terbentuk : nyata, terbalik dan diperkecil 

2). Benda di titik fokus (F) : 

Bayangan yang terbentuk : tidak terbentuk bayangan atau bayangan terletak di jauh tak hingga 

3). Benda diantara cermin dan F : 

Bayangan yang terbentuk : maya, tegak dan diperbesar 

Pembagian ruang menurut Dalil Esbach : 

Menurut Dalil Esbach, jumlah ruang benda dengan ruang bayangan = 5 (R_benda + R_bayangan = 5) 

Persamaan cermin cekung : 

dengan :
f = jarak fokus (cm)
s = jarak benda ke cermin (cm)
s’ = jarak banyangan (layar) ke cermin (cm) 

Perbesaran cermin cekung : 

dengan :

M = perbesaran 
s = jarak benda ke cermin 
h = tinggi benda 
s’ = jarak bayangan (layar) ke cermin 
h’ = tinggi bayangan 
h’ positif menyatakan bayangan adalah tegak (dan maya) 
h’ negatif menyatakan bayangan adalah terbalik (dan nyata) 

Bayangan pada cermin cembung bersifat maya, tegak dan diperkecil.

Contoh pembentukan bayangan pada cermin cembung : 

Persamaan cermin cembung sama dengan cermin cekung, namun titik fokus (F) dan pusat kelengkungan (M) terletak dibelakang, sehingga jarak folus (f) dan jari – jari (R) bernilai negatif. 

3. Lensa 

Lensa adalah benda bening yang memiliki permukaan berbentuk cekung atau cembung, berfungsi membiaskan cahaya. Jika dipegang, lensa cembung bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian tepi. Lensa cekung bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian tepi. Berikut contoh lensa cembung dan lensa cekung : 

Kaca pembesar (lup) bagian utamanya lensa cembung yang berfungsi memperbesar bayangan benda yang akan diteliti.  Sifat bayangan pada lensa cekung dan cembung tergantung pada posisi benda. 

Sinar – sinar istimewa pada lensa cembung : 

Sinar – sinar istimewa pada lensa cekung : 

Pada lensa cekung, benda yang terletak didepan lensa akan selalu menghasilkan bayangan maya, tegak, diperkecil dan terletak didepan lensa. Perbesaran pada lensa : 

Pada lensa cembung, titik fokus (F) bernilai positif (sama seperti cermin cekung); pada lensa cekung, titik fokus bernilai negatif (sama seperti cermin cembung). 

Kuat lensa (D) adalah kemampuan lensa dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar, satuannya dioptri, dinyatakan sebagai : 

Dengan syarat f harus dinyatakan dalam m, jika f dinyatakan dalam cm maka rumusnya : 

4. Indra Penglihatan Manusia

Mata adalah organ penglihatan pada manusia dan hewan, berbentuk bulat, memiliki bagian – bagian yang memiliki fungsi berbeda. Mata manusia dilindungi oleh 3 lapisan yaitu lapisan sklera yang membentuk kornea, lapisan koroid yang membentuk iris dan lapisan ketiga (retina).

 

Lensa mata berbentuk bikonvex (cembung depan – belakang), bersifat fleksibel, otot siliar yang ada di mata akan membantu mengubah kecembungan mata. Berikut contoh kecembungan lensa mata : 

Ketika melihat benda berjarak jauh, otot siliaris berelaksasi, menyebabkan lensa mata lebih datar (tak berakomodasi). Ketika melihat benda berjarak dekat, otot siliaris berkontraksi, menyebabkan lensa menjadi cembung (akomodasi maksimum). 

Retina : sel yang sensitif terhadap cahaya matahari atau saraf penerima rangsang (fotoreseptor) pada bagian belakang mata. Sel fotoreseptor ada 2 yaitu sel batang dan sel kerucut. Sel batang akan menunjukkan responnya ketika di tempat redup, mampu menerima rangsang sinar tidak berwarna, jumlah selnya sekitar 125 juta. 

Gangguan pada lensa mata dapat menyebabkan seseorang menderita hipermetropi, miopi, buta warna, presbiopi dan astigmatisma. 

Hipermetropi adalah kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas benda yang jaraknya dekat (± 30 cm). Karena bayangan yang terbentuk jatuh di belakang retina. Penderita dibantu dengan lensa cembung. Berikut perubahan fokus sinar pada hipermetropi : 

Kekuatan lensa kacamata yang diperlukan yaitu : 

dengan :
P_H = kekuatan lensa kacamata hipermetropi (D)
s = jarak benda didepan kacamata (Cm) 

  PP (punctum proximum) = titik dekat mata (Cm) 

Miopi adalah kelainan yang menyebabkan seseorang tidak dapat melihat dengan jelas benda yang jaraknya jauh (tak hingga). Karena bayangan yang terbentuk jatuh didepan retina. Penderita dibantu dengan lensa cekung. Berikut perubahan fokus sinar pada miopi : 

Kekuatan lensa kacamata yang diperlukan : 

dengan : P_M = daya lensa untuk miopi (D) 

PR (Punctum Remotum) = titik jatuh mata (Cm) 

 

Buta warna adalah kelainan yang disebabkan ketidakmampuan sel – sel kerucut mata untuk menangkap suatu warna tertentu, bersifat menurun, ada 2 jenis yaitu buta warna total dan sebagian. Buta warna total hanya mampu melihat warna hitam dan putih, buta warna sebagian tidak mampu melihat warna tertentu misalnya merah, biru atau hijau saja. 

 

5. Alat Optik dalam Kehidupan Sehari – hari 

Pembentukan bayangan pada mata manusia merupakan bentuk pemanfaatan alat optik dalam kehidupan sehari – hari. Contoh alat optik dalam kehidupan sehari – hari yaitu kamera, lup, mikroskop, teropong dan teleskop. 

Kamera : alat untuk mengambil gambar atau foto suatu objek; memiliki diafragma dan pengatur (shutter) untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke lensa; kemudian memfokuskan bayangan benda pada film foto; bayangannya nyata, terbalik dan diperkecil; ukuran bayangan tergantung pada panjang fokus lensa dan jarak lensa pada film. 

 

Share :