i Daftar Isi Daftar Isi ..........................................................................................................................................................i Kata Pengantar...............................................................................................................................................ii Panduan Penggunaan Modul .......................................................................................................................iii A. Pengertian Cahaya .................................................................................................................................3 B. Sifat-sifat Cahaya ...................................................................................................................................3 1. Merambat Lurus...................................................................................................................................4 2. Mampu Menembus Benda Bening........................................................................................................4 3. Mengalami Pemantulan (Refleksi) .......................................................................................................4 4. Mengalami Pembiasan (Refraksi).........................................................................................................5 5. Mengalami Penguraian (Dispersi) ........................................................................................................5 6. Mengalami Pelenturan (Difraksi) .........................................................................................................6 7. Memiliki Energi ...................................................................................................................................6 8. Mampu Merambat Tanpa Medium (Gelombang Elektromagnetik)......................................................6 9. Bersifat Dualisme .................................................................................................................................6 C. Cermin dan Sifat Bayangan...................................................................................................................6 1. Cermin Datar........................................................................................................................................7 2. Cermin Cekung.....................................................................................................................................8 3. Cermin Cembung ...............................................................................................................................10 D. Lensa .....................................................................................................................................................13 1. Lensa Cembung..................................................................................................................................13 2. Lensa Cekung.....................................................................................................................................15 E. Mata.......................................................................................................................................................19 1. Struktur Mata......................................................................................................................................19 2. Cacat Mata dan Memperbaiki Penglihatan .........................................................................................19 F. Kamera..................................................................................................................................................19 G. Lup.....................................................................................................................................................20 H. Mikroskop.........................................................................................................................................20 I. Teleskop ................................................................................................................................................21
ii Kata Pengantar Puji syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karuniaNya saya bisa menyelesaikan modul cahaya dan alat optik berbasis STEM untuk siswa kelas VIII Sekolah Menegah Pertama dan Madrasah Tsanawiyah. Secara garis besar, buku ini memuat materi yang membahas tentang pengertian cahaya, sifatsifat cahaya, alat optik dan aplikasinya dalah kehidupan sehari-hari. Di awal materi Anda akan diajak bereksplorasi melalui fitur Tugas yang berupa pengamatan terhadap cahaya. Selanjutnya, untuk mematangkan pemahaman Anda tentang konsep pemantulan cahaya, Anda akan diajak melakukan Praktikum dengan memanfaatkan virtual lab. Melalui fitur ini Anda diajak untuk berpikir kritis, berkomunikasi, dan bekerja sama. Adapun kemampuan kreatif dan inovatif akan Anda peroleh melalui vitur Ayo Mencoba. Pada vitur ini Anda akan membuat rancangan yang diharapkan mampu mengatasi permasalahan dalam kehidupan sehari-hari. Selain fitur-fitur diatas, modul ini juga menyajikan beberapa informasi yang dapat menambah kemampuan literasi dan kemampuan berpikir. Kemampuan literasi akan Anda peroleh melalui fitur Daily IPA. Fitur-fitur ini menambah wawasan Anda mengenai materi yang terkait. Adapun kemampuan berpikir akan Anda peroleh melalui pemecahan soal-soal yang telah disediakan. Modul ini saya susun berbasis Sains, Technology, Engineering, dan Mathematics (STEM) untuk meningkatkan kemampuan abad XXI. Dalam bentuk buku elektronik (e-book), diharapkan modul ini dapat memudahkan proses belajar-mengajar secara daring selama pandemi Covid-19. Akhir kata saya ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu saya dalam penyusunan modul ini. Kritik dan saran sangat saya harapkan untuk perbaikan modul ini di masa yang akan datang. Penulis Maulidiah
iii Panduan Penggunaan Modul Setiap alat yang baik pasti dilengkapi dengan cara mengoperasikannya. Hal tersebut bertujuan agar alat dapat bermanfaat secara maksimal. Begitu pula dengan modul yang sekarang Anda pegang, tentu tidak bermanfaat jika Anda tidak mengetahui cara penggunaannya. Agar Anda dapat menggunakan modul ini secara optimal, simak petunjuk berikut ini. Tujuan Pembelajaran Ada tiga aspek penting yang terkandung dalam tujuan pembelajaran, yaitu pemahaman yang akan siswa peroleh, keterampilan yang harus dikuasai, dan sikap yang harus dimiliki. Ketiganya terintegrasi dalam proses pembelajaran. Tugas Rubrik yang disajikan dalam Tugas merupakan tindak lanjut pembelajaran yang disampaikan dalam Materi Belajar dan menerapkan model pembelajaran STEM (Sains, Technology, Engineering, dan Mathematics). Dengan demikian, Anda dapat memadukan keterampilan sains, teknologi, engineering, dan matematika. Konsep Pembelajaran Peta konsep disusun dalam bentuk flow chart yang sistematis dan komunikatif. Peta konsep memudahkan Anda mengetahui konsep-konsep yang akan dipelajari. Praktikum Rubrik ini bertujuan memperdalam dan mempertajam konsep yang telah dijabarkan pada Materi Belajar. Laporan ini digunakan sebagai penilaian portofolio. Apersepsi Apersepsi akan mengawali pembelajaran yang dekat dengan lingkungan sekitar. Anda akan mengetahui keterkaitan materi dengan kenyataan hiudp sehari-hari. Daily IPA Rubrik ini berisi informasi untuk menambah wawasan Anda. Informasi itu dapat berupa perkembangan IPTEK dan aplikasi ilmu pengetahuan di dalam kehidupan. Materi Belajar Bagian ini berisi pemaparan teori atau konsep yang dijabarkan dari Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar. Teori atau konsep dijelaskan secara sistematis dengan bahasa yang mudah dipahami agar Anda dapat memahami dan menguasai teori dengan benar dan ilmiah. Ayo Mencoba Rubrik ini berisi penugasan yang menerapkan model pembelajaran STEM (Sains, Technology, Engineering, dan Mathematics). Dengan demikian, Anda dapat memadukan keterampilan sains, teknologi, engineering, dan matematika saat melakukan kegiatan ini. Rubrik ini dapat menjadi tolok ukur pencapaian Anda dalam menguasai materi bab yang telah dipelajari. Contoh Soal Bagian ini berisi aplikasi rumus untuk memberi gambaran cara penggunaan rumus sekaligus penyelesaiannya. Dengan demikian, Anda dapat memahami betul cara penggunaan rumus-rumus itu sebelum mengerjakan soal Latihan. Latihan Soal Rubrik ini berisi rangkaian soal dalam ranah kognitif untuk mengukur tingkat pemahaman Anda terhadap materi yang telah dipelajari.
1 Cahaya dan Alat Optik Tujuan Pembelajaran 1. Peserta didik dapat menjelaskan sifat-sifat cahaya. 2. Peserta didik dapat menjelaskan perbedaan sifat bayangan yang dihasilkan pada cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung. 3. Peserta didik dapat menghitung titik fokus, jarak benda, jarak bayangan, dan perbesaran yang terjadi pada cermin cekung dan cermin cembung. 4. Peserta didik dapat menjelaskan perbedaan sifat bayangan yang dihasilkan pada lensa cekung dan lensa cembung. 5. Peserta didik dapat menghitung titik fokus, jarak benda, jarak bayangan, perbesaran, dan kekuatan lensa yang dihasilkan oleh lensa cekung dan lensa cembung. Pembiasan Cahaya Pemantulan Cahaya Cermin: -Cermin Datar -Cermin Lengkung Lensa: -Lensa Cembung -Lensa Cekung Sifat-sifat Cahaya Mata - Struktur bagian - Daya Akomodasi - Titik dekat & titik jauh mata - Cacat mata Alat Optik Kamera Lup Mikroskop Teropong Cahaya dan Alat Optik
2 Sumber: alodokter.com Pernahkah kalian menggunakan atau melihat orang lain yang menggunakan lensa kontak? Lensa kontak atau contact lens merupakan selaput tipis yang ditempatkan pada kornea mata. Lensa kontak yang cenderung praktis dengan beragam bentuk dan warna dapat digunakan sebagai kosmetik yang dapat memperindah penampilan penggunanya. Lensa kontak umumnya berfungsi sebagai alat bantu penglihatan ataupun terapi mata. Beberapa jenis rabun dapat terjadi pada mata manusia. Apa saja jenis rabun tersebut? Bagaimana cara sebuah lensa dapat membantu penglihatan manusia? Anda akan menemukan jawabannya setelah mempelajari materi ini.
3 Optika merupakan ilmu yang mempelajari cahaya. Kita dapat melihat suatu benda karena terdapat berkas cahaya yang dipantulkan dari benda ke mata kita. Sebenarnya, apa itu cahaya? Bagaimana sifat-sifat cahaya? Bagaimana cara alat optik bekerja untuk membantu kehidupan manusia? Untuk mengetahuinya, simak materi di bawah ini dengan saksama. A. Pengertian Cahaya Cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang. Cahaya dapat merambat tanpa medium karena itulah cahaya termasuk jenis gelombang elektromagnetik. Benda dapat dilihat karena adanya cahaya yang memancar sampai ke mata. Jika sebuah benda tidak tembus cahaya dikenai cahaya, di belakang benda tersebut akan terbentuk dua bayangan, yaitu bayangan inti dan bayangan kabur. Bayangan inti disebut umbra dan bayangan kabur disebut penumbra. Sumber: berandabelajaroreo.blogspot.com GAMBAR 1: Bayangan Umbra dan Penumbra B. Sifat-sifat Cahaya Cahaya memiliki sifat-sifat tersendiri. Apa saja sifat-sifat yang dimiliki cahaya? Anda dapat mengetahui beberapa sifat cahaya dengan melakukan tugas berikut. Berdasarkan kegiatan di atas, Anda dapat mengetahui beberapa sifat cahaya. Selanjutnya, kita akan membahas sifat-sifat cahaya melalui penjabaran berikut ini. Tugas Menentukan Beberapa Sifat Cahaya Siapkan sebuah senter biasa atau senter yang terdapat pada handphone Anda, selembar kertas karton bekas, dan gelas bening (kaca atau plastik). Posisikan senter dan kertas karton seperti Gambar a. Bagaimana arah rambatan cahayanya? Apakah cahaya menembus kertas karton? Kemudian posisikan senter dan gelas bening seperti Gambar b. Bagaimana arah rambatan cahayanya? Apakah cahaya menembus gelas? Catatlah hasil pengamatan Anda di buku catatan. Materi Belajar
4 1. Merambat Lurus Banyak bukti yang menunjukkan bahwa cahaya merambat dengan menempuh suatu lintasan lurus pada berbagai keadaan. Sebagai contoh, sebuah sumber cahaya titik seperti matahari menghasilkan bayangan, dan sinar lampu senter tampak merupakan garis lurus, sinar matahari yang melalui celah sempit dan menembus ruangan gelap tampak seperti garisgaris putih yang lurus. Model ini menganggap bahwa cahaya berjalan dalam lintasan yang berbentuk garis lurus yang disebut berkas cahaya. 2. Mampu Menembus Benda Bening Rambatan cahaya mampu menembus benda bening. Selain dapat ditembus dan meneruskan cahaya yang melewatinya, benda bening juga dapat memantulkan cahaya. Contoh benda bening adalah kaca, gelas bening, air jernih, plastik bening serta botol bening. 3. Mengalami Pemantulan (Refleksi) 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% cahaya bisa dipantulkan. Ketika satu berkas sempit menimpa permukaan yang rata didefinisikan sebagai sudut datang yaitu sudut yang dibuat berkas sinar datang dengan garis normal terhadap permukaan dan sudut pantul yaitu sudut yag dibuat berkas sinar pantul dengan normal. Untuk permukaan-permukaan rata, ternyata berkas sinar datang dan pantul berada pada bidang yang sama dengan garis normal, dan bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul, yang kemudian dikenal dengan hukum pemantulan (Giancoli, 2001). GAMBAR 2: Hukum pemantulan Snellius Ada dua jenis pemantulan, yakni pemantulan teratus dan pemantulan baur. Ketika cahaya mengenai permukaan yang datar dan licin, cahaya akan dipantulkan secara teratur. Pemantulan tidak selalu mengenai permukaan yang licin dan datar, tetapi dapat pula dipantulkan oleh permukaan yang kasar atau biasanya dinamakan pemantulan baur.
5 GAMBAR 3: Pemantulan cahaya baur dan teratur 4. Mengalami Pembiasan (Refraksi) Ketika sebuah gelombang cahaya menumbuh sebuah antarmuka (interface) halus yang memisahkan dua material transparan (material tembus cahaya) seperti udara dan kaca atau air dan kaca, maka pada umumnya sebagian gelombang itu direfleksikan dan sebagian lagi direfraksikan (ditransmisikan) ke dalam material kedua. Pembiasan merupakan peristiwa pembelokan seberkas cahaya karena melewati satu medium ke medium lainnya yang berbeda kerapatannya (Young & Freedman, 2003). Salah satu contoh pembiasan cahaya dalam kehidupan sehari-hari adalah saat sebuah tongkat lurus kita masukkan setengahnya ke dalam air kolam, kita melihat seolah-olah tongkat itu tampak patah (tidak lurus). Sumber: fisikaabc.com GAMBAR 4: Pembiasan Cahaya 5. Mengalami Penguraian (Dispersi) Penguraian cahaya (dispersi) yaitu merupakan penguraian cahaya putih menjadi cahaya yang mempunyai bermcam-macam warna. Misalnya seperti pelangi, pelangi terjadi akibat cahaya matahari yang diuraikan titik-titik air hujan, peristiwa tersebut dapat menunjukkan bahwa cahaya dapat diuraikan (Rositawaty & Tim, 2008).
6 Sumber: bukalapak.com GAMBAR 5: Penguraian Cahaya Matahari menjadi Pelangi 6. Mengalami Pelenturan (Difraksi) Difraksi merupakan pelenturan cahaya saat cahaya melalui celah sehingga cahaya akan terpecah-pecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil dan memiliki sifat cahaya yang baru. 7. Memiliki Energi Cahaya memiliki sejumlah energi yaitu energi panas (kalor). Contoh cahaya yang memiliki kalor yaitu cahaya matahari. Sumber: antarafoto.com GAMBAR 6: Proses Pengeringan Kerupuk 8. Mampu Merambat Tanpa Medium (Gelombang Elektromagnetik) Cahaya matahari sampai ke bumi melalui ruang hampa udara. Oleh karena itu, cahaya matahari merupakan gelombang elektromagnetik karena tidak memerlukan medium sebagai media rambatnya. 9. Bersifat Dualisme Cahaya memiliki sifat sebagai gelombang dan partikel. Cahaya disebut sebagai gelombang karena memiliki panjang gelombang tertentu. Cahaya juga dapat disebut sebagai partikel karena memiliki partikel cahaya yang disebut foton. C. Cermin dan Sifat Bayangan Cermin merupakan suatu bidang licin yang dapat memantulkan seluruh cahaya yang jatuh padanya. Secara garis besar cermin dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Ada dua jenis bayangan yang dibentuk dari hasil pemantulan, yaitu bayangan nyata dan bayangan maya. Bayangan nyata merupakan bayangan yang terbentuk dari perpotongan langsung garis sinar-sinar pantul dan bersifat terbalik. Bayangan maya merupakan
7 bayangan yang terbentuk dari perpotongan perpanjangan garis sinar-sinar pantul dan bersifat tegak. 1. Cermin Datar Cermin datar merupakan cermin yang permukaan pantulnya berupa bidang datar. Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah maya, tegak, dan sama besar. Sumber: id.wikipedia.org GAMBAR 7: Cermin Datar Sifat bayangan yang akan terbentuk pada cermin datar adalah maya, sama besar dan sama jauh dengan bendanya, tegak, serta bersifat simetri dengan kesan terbalik. Kesan terbalik yang dimaksud adalah ketika benda berada di sebelah kanan, maka bayangan pada cermin menampilkan kesan benda seolah berada di sebelah kiri. Jika dua cermin datar dipasang berhadapan dan membentuk sudut θ, maka jumlah bayangan yang dibentuk oleh suatu benda yang berada di depan kedua cermin ditentukan dengan rumus: = 360° − 1 Dimana: : jumlah bayangan yang terbentuk : sudut yang dibentuk dua cermin Sumber: rumusrumus.com GAMBAR 8: Bayangan pada Cermin Datar
8 2. Cermin Cekung Cermin cekung merupakan cermin yang permukaannya melengkung ke arah dalam. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen. Sumber: lazada.com GAMBAR 9: Cermin Cekung Ketika sinar-sinar sejajar dikenakan pada cermin cekung, sinar pantulnya akan berpotongan pada satu titik. Titik perpotongan tersebut dinamakan titik api atau titik fokus (F). Sumber: dokumen pribadi GAMBAR 10: Titik Fokus dan Jari-jari Cemin Cekung Pada jarak fokus (f) dengan jari-jari kelengkungan cermin (R) berlaku hubungan matematis yang ditulis: = 2 Contoh Soal Dua buah cermin datar disusun dan membentuk sudut 30°. Jika sebuah bola diletakkan seperti gambar di samping, tentukan banyak bayangan yang terbentuk pada cermin datar tersebut. Diketahui: θ = 30° Ditanya: n = Jawab: = 360° − 1 = 360° 30° − 1 = 12 − 1 = 11 Jadi, jumlah bayangan yang terbentuk pada cermin sebanyak 11 bayangan.
9 Dengan: : jari-jari kelengkungan cermin (m) : jarak fokus (m) Pada cermin cekung berlaku tiga buah sinar istimewa diantaranya: Sumber: fisikazone.com GAMBAR 11: Sinar Istimewa pada Cermin Cekung 1. Sinar datang sejajar menuju sumbu utama dan kemudian dipantulkan melalui titik fokus. 2. Sinar datang melalui pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan cermin. 3. Sinar datang melalui titik fokus, maka akan dipantulkan sejajar oleh sumbu utama Pembentukan bayangan pada cermin cekung sekurang-kurangnya membutuhkan dua sinar istimewa yang datang dari benda. Ada lima macam sifat bayangan yang akan terbentuk dari pantulan cermin cekung, tergantung posisi benda, diantaranya: Sumber: fisikazone.com GAMBAR 12: Pembagian Ruang pada Cermin Cekung 1. Jika benda diletakan pada ruang 3, maka bayangan akan terbentuk pada ruang 2 dengan sifat nyata, terbalik, dan diperkecil. 2. Jika benda diletakan pada ruang 2, maka bayangan akan terbentuk pada ruang 3 dengan sifat nyata, terbalik, dan diperbesar. 3. Jika benda diletakan pada ruang 1, maka bayangan akan terbentuk pada ruang 4 dengan sifat maya, tegak, dan diperbesar. 4. Jika benda diletakkan pada titik C (titik jari-jari cermin), maka bayangan akan terbentuk pada titik itu juga dengan sifat nyata, terbalik, dan sama besar.
10 5. Jika benda diletakkan pada titik F (titik fokus cermin), maka bayangan akan terbentuk pada titik tak hingga. Hubungan antara jarak benda (s) dan jarak bayangan (s’) akan menghasilkan jarak fokus f. hubungan tersebut secara matematis dapat ditulis : 1 = 1 + 1 ′ Dengan: : jarak fokus (m) : jarak benda (m) ′: jarak bayangan (m) Perbesaran bayangan yang dihasilkan pada cermin cekung dapat dihitung dengan persamaan: = | ℎ′ ℎ | = | ′ | Dengan: : perbesaran bayangan ℎ′: tinggi bayangan (m) ℎ: tinggi benda (m) 3. Cermin Cembung Cermin cembung merupakan cermin yang permukaannya melengkung ke arah luar. Contoh Soal Jarak sebuah benda ke cermin cekung adalah 5 cm. Jika cermin cekung tersebut memiliki nilai fokus 3 cm, maka bayangan benda tersebut terletak pada jarak … dengan perbesaran … A. 5 cm ; 1 x B. 7,5 cm ; 1,5 x C. 10 cm ; 2 x D. 12,5 cm ; 2,5 x Diketahui: = 3 = 5 Ditanya: ′ = ? = ? Jawab: 1 = 1 + 1 ′ 1 3 = 1 5 + 1 ′ 1 ′ = 1 3 − 1 5 1 ′ = 5 15 − 3 15 1 ′ = 2 15 ′ = 15 2 ′ = 7,5 = | ℎ′ ℎ | = | ′ | = | ′ | = | 7,5 5 | = 1,5 Jadi, jarak bayangan yang terbentuk adalah 7,5 cm dengan perbesaran 1,5 kali. Jawaban yang benar adalah B.
11 Sumber: www.pittmantraffic.co.uk GAMBAR 13: Cermin Cembung Cermin cembung menghasilkan bayangan yang lebih kecil dari bendanya. Cermin cembung bertanda negatif yang memiliki sifat menyebarkan sinar (divergen) dan menghasilkan bayangan maya, tegak, diperkecil di belakang cermin. Pada cermin cembung juga berlaku tiga buah sinar istimewa diantaranya: Sumber: passakanawang.com GAMBAR 14: Sinar Istimewa pada Cermin Cembung 1. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus 2. Sinar datang menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama. 3. Sinar datang yang menuju ke titik pusat kelengkungan dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik pusat kelengkungan tersebut. Benda yang diletakkan di depan cermin cembung akan selalu menghasilkan bayangan di belakang cermin dengan sifat maya, tegak, dan diperkecil. Hubungan antara jarak benda (s) dan jarak bayangan (s'), dan titik fokus (f) memiliki persamaan yang sama dengan cermin cekung. Perbedaannya, pada cermin cembung nilai jarak fokus selalu negatif. 1 = 1 + 1 ′ Dengan f bernilai negatif (-) Perbesaran bayangan yang dihasilkan pada cermin cembung dapat dihitung dengan persamaan: = | ℎ′ ℎ | = | ′ | Dengan: : perbesaran bayangan ℎ′: tinggi bayangan (m) ℎ: tinggi benda (m) Agar lebih paham, mari simak contoh soal di bawah ini.
12 Contoh Soal Sebuah benda dengan tinggi 3 cm diletakkan 10 cm di depan sebuah cermin cembung yang memiliki titik fokus 6 cm. Berapakah jarak bayangannya? Berapakah tinggi bayangan yang terbentuk? Bagaimanakah sifat bayangan yang dihasilkan? Diketahui: ℎ = 3 = 6 = 10 Ditanya: ′ =? ℎ ′ =? sifat bayangan Jawab: 1 = 1 + 1 ′ − 1 6 = 1 10 + 1 ′ 1 ′ = − 1 10 − 1 6 1 ′ = − 3 30 − 5 30 1 ′ = − 8 30 ′ = − 30 8 ′ = − 3,75 = | ℎ′ ℎ | = | ′ | | ℎ′ 3 | = | −3,75 10 | ℎ ′ = 3,75 10 × 3 ℎ ′ = 1,125 Jadi, jarak bayangan yang terbentuk adalah 3,75 cm di belakang cermin dengan tinggi 1,125 cm. Sifat bayangan pada cermin cembung adalah maya, tegak, diperkecil, dan di belakang cermin. Latihan Soal 1. Meli sedang bermain dengan sebuah cermin lipat yang memiliki cermin datar pada kedua sisinya. Jika Meli meletakkan sebuah koin diantara kedua sisi cermin lipat yang membentuk sudut 45º, berapakah banyak bayangan yang terbentuk pada cermin lipat Meli? 2. Andi sedang pergi ke acara pameran alat optik. Ketika sedang melihat-lihat, Andi berhenti di depan sebuah cermin cekung raksasa yang berjarak 5 meter dari tempatnya berdiri. Jika cermin tersebut memiliki jari-jari sepanjang 4 meter, bagaimana sifat bayangan Anda yang terbentuk pada cermin tersebut? 3. Tina sedang melakukan percobaan pada cermin cekung yang dia miliki. Tina meletakkan sebuah miniatur pohon dengan jarak 9 cm di depan cermin cekung yang memiliki fokus 6 cm. jika tinggi miniature pohon tersebut 5 cm, berapakan tinggi bayangan miniature pohon yang terbentuk? 4. Pada sore hari, Dito sedang berkeliling di sekitar komplek rumahnya. Saat berada di persimpangan jalan, Dito melihat sebuah convex mirror (cermin cembung) yang memiliki jari-jari 40cm. Jika tinggi bayangan Dito pada cermin 10,625 cm saat berdiri di depan convex mirror dengan jarak 3 meter, berapakan tinggi badan Dito?
13 D. Lensa Lensa adalah benda bening (zat optis) yang dibatasi oleh dua permukaan bidang lengkung atau benda bening yang dibatasi oleh satu bidang lengkung dan satu bidang datar. Sumber: Alibaba.com GAMBAR 15: Lensa Lensa dibedakan menjadi enam macam, yaitu bikonveks (cembung-cembung), plan konveks (datar-cembung), konkaf-konveks (cekung-cembung), bikonkaf (cekung-cekung), plan konkaf (datar-cekung), dan konveks-konkaf (cembung-cekung). 1. Lensa Cembung Lensa cembung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dibandingkan bagian tepinya. Lensa cembung disebut juga lensa positif atau lensa konveks. Sumber: aliexpress.com GAMBAR 16: Lensa Cembung Pada lensa cembung berlaku tiga buah sinar istimewa diantaranya: Daily IPA Anda pasti sudah tidak asing mendengar atau melihat lensa dalam kehidupan sehari-hari. Ya, pada kacamata umumnya menggunakan lensa sebagai alat bantu penglihatan. Buka alamat https://youtu.be/BNx4JuE6SI untuk melihat proses pembuatan kacamata.
14 1. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus (F1) di belakang lensa. 2. Sinar datang menuju titik fokus di depan lensa (F2) akan dibiaskan sejajar sumbu utama. 3. Sinar yang datang melewati pusat optik lensa (O) akan tidak dibiaskan melainkan diteruskan. Lensa cembung memiliki sifat yang sama dengan cermin cekung, sehingga dalam pembentukan bayangan juga memiliki ciri-ciri yang sama dengan cermin cekung. Pada lensa cembung juga berlaku rumus sebagai berikut. . + . = Sifat bayangan yang dibentuk oleh pembiasan lensa cembung mempunyai beberapa kemungkinan, yaitu: a) Benda terletak di ruang I, maka bayangan bersifat maya, tegak, diperbesar. b) Benda terletak di ruang II, maka bayangan bersifat nyata, terbalik, diperbesar. c) Benda terletak di ruang III, maka bayangan bersifat nyata, terbalik, diperkecil. d) Benda terletak di titik fokus utama (F), maka tidak terbentuk bayangan karena sinarsinar bias dan perpanjangannya tidak berpotongan (sejajar). e) Benda terletak di pusat kelengkungan lensa (R), maka bayangan bersifat nyata, terbalik, sama besar. Hubungan antara jarak fokus (f) dengan jari-jari kelengkungan lensa (R) berlaku hubungan matematis yang ditulis: = 2 Dengan: : jari-jari kelengkungan cermin (m) : jarak fokus (m) Dalam lensa cembung berlaku persamaan: 1 = 1 + 1 ′ Dengan: : jarak fokus (m) : jarak benda (m) ′: jarak bayangan (m) GAMBAR 17: Sinar Istimewa pada Lensa Cembung
15 Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lensa cembung dapat dihitung dengan persamaan: = | ℎ′ ℎ | = | ′ | Dengan: : perbesaran bayangan ℎ′: tinggi bayangan (m) ℎ: tinggi benda (m) Untuk menghitung kekuatan lensa, dapat digunakan persamaan: = 1 Dengan: : Kekuatan Lensa (Dioptri) : Jarak fokus (m) 2. Lensa Cekung Lensa cekung dinamakan pula lensa divergen karena lensa cekung menyebarkan berkas sinar sejajar yang diterimanya. Sumber: bukalapak.com GAMBAR 12: Lensa Cekung Lensa cekung seperti gambar di bawah ini memiliki dua buah permukaan lengkung, sehingga lensa cekung memiliki dua jari-jari kelengkungan dan dua titik fokus. Sumber: www.pinterest.com GAMBAR 13: Sifat Lensa Cekung
16 Pada lensa cekung, jari-jari kelengkungan (R) dan titik fokus (F) bertanda negatif (- ), sehingga lensa cekung sering dinamakan lensa negatif. Pada lensa cekung berlaku tiga buah sinar istimewa yang akan dijelaskan melalui video di bawah ini Dalam lensa cekung juga berlaku persamaan: 1 = 1 + 1 ′ Dengan: : jarak fokus (m) : jarak benda (m) ′: jarak bayangan (m) Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lensa cembung dapat dihitung dengan persamaan: = | ℎ′ ℎ | = | ′ | Dengan: : perbesaran bayangan ℎ′: tinggi bayangan (m) ℎ: tinggi benda (m) Untuk menghitung kekuatan lensa, dapat digunakan persamaan: = 1 Dengan: : Kekuatan Lensa (Dioptri) : Jarak fokus (m) Dalam menggunakan persamaan pada lensa cembung maupun lensa cekung, ada sejumlah aturan-aturan tanda berikut. a. Untuk lensa cembung (+), baik f maupun R berharga positif. b. Untuk lensa cekung (-), baik f maupun R berharga negatif c. s’ berharga positif apabila di belakang lensa (untuk bayangan nyata) dan negatif apabila di depan lensa (untuk bayangan maya). d. Karena benda selalu dianggap ada di depan lensa maka s selalu berharga positif.
17 Praktikum Menentukan Pembentukan Bayangan A. Tujuan Menganalisis keterkaitan antara titik fokus, jarak benda, dan jarak bayangan pada lensa cekung dan lensa cembung. B. Alat dan Bahan 1. Laptop/komputer/handphone 2. Jaringan internet C. Cara Kerja 1. Siapkan halaman tulis pada laptop/computer/handphone Anda untuk mencatat hasil percobaan. 2. Pastikan laptop/komputer/handphone Anda memiliki jaringan internet dan dapat mengakses laman virtual lab berikut: https://vlab.belajar.kemdikbud.go.id/Experiments/virtuallab-optics/#/ 3. Gunakan persamaan yang telah dipelajari untuk menghitung jarak bayangan, perbesaran bayangan, dan tinggi bayangan jika: a. Jarak fokus = 15 cm ; jarak objek = 40 cm ; tinggi objek = 10 cm di depan lensa cembung b. Jarak fokus = 15 cm ; jarak objek 25 cm ; tinggi objek 10 cm di depan lensa cembung c. Jarak fokus = 15 cm ; jarak objek 10 cm ; tinggi objek 10 cm di depan lensa cembung d. Jarak fokus = 15 cm ; jarak objek 40 cm ; tinggi objek 10 cm di depan lensa cekung e. Jarak fokus = 15 cm ; jarak objek 25 cm ; tinggi objek 10 cm di depan lensa cekung f. Jarak fokus = 15 cm ; jarak objek 10 cm ; tinggi objek 10 cm di depan lensa cembung 4. Ujikan data yang diberikan pada cara kerja nomor 3 pada laman yang telah diakses. Catatlah hasil percobaan seperti pada tabel berikut ini. Setelah mencatat hasil percobaan, berilah kesimpulan yang sesuai dari hasil percobaan tersebut.
18 D. Hasil Percobaan Percobaan Spesifikasi Bayangan Kesesuaian Dengan Teori 3.a. Jarak bayangan: Perbesaran: Tinggi bayangan: Ya* Tidak* 3.b. Ya* Tidak* 3.c. Ya* Tidak* 3.d. Ya* Tidak* 3.e Ya* Tidak* 3.f Ya* Tidak* *: coret salah satu E. Kesimpulan Contoh Soal Sebuah benda dengan tinggi 3 cm berada pada jarak 10 cm dari lensa cembung yang mempunyai jarak fokus 6 cm. Bagaimanakah: a. Sifat bayangannya b. Tinggi bayangan c. Gambar pembentukan bayangan yang terjadi Diketahui: h= 3 cm s= 10 cm f= 6 cm Ditanya: a. Sifat Bayangan b. h’ = ? c. Gambar pembentukan bayangan Jawab: a. Lukisan Bayangan = 2 = 2 × 6 = 12 Karena R<s<f, maka bayangan berada di ruang 2. Karena benda berada di ruang 2, maka bayangannya bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. b. Hitung jarak bayangan 1 = 1 + 1 ′ 1 6 = 1 10 + 1 ′ 1 ′ = 1 6 − 1 10 1 ′ = 5 30 − 3 30 1 ′ = 2 30 ′ = 30 2 ′ = 15 Hitung tinggi bayangan: = | ℎ ′ ℎ | = | ′ | ℎ′ ℎ = ′ ℎ′ = 15 10 × 3 ℎ ′ = 4,5 Jadi, tinggi bayanganya sebesar 4,5 cm. c. Gambar pembentukan bayangan
19 E. Mata 1. Struktur Mata GAMBAR 14: Stuktur Mata Kemampuan kita dalam melihat suatu benda atau lingkungan sekitar kita tidak terlepas dari peran salah satu alat optik yang kita miliki, yaitu mata. Konstruksi mata berbentuk menyerupai bola dengan permukaan luar melengkung. Agar lebih memahami bagian dan struktur mata, simaklah video di bawah ini. 2. Cacat Mata dan Memperbaiki Penglihatan Jika kita memiliki penglihatan yang baik, maka semestinya kita dapat melihat benda secara jelas pada jarak 25 cm atau lebih. Namun pada kenyataannya banyak orang yang merasa memerlukan koreksi pada penglihatan. Ketidaknormalan penglihatan dinamakan cacat mata (aberasi). Terdapat beberapa cacat mata yang akan kita bicarakan disini, antara lain rabun jauh (miopi), rabun dekat (hipermetropi), mata tua (presbiopi), dan asigmatisma (silindris). Agar lebih memahami materi berikut, simak video di bawah ini. F. Kamera Kamera merupakan alat optik yang berfungsi untuk mengambil gambar suatu objek atau benda. Jenis-jenis kamera yang dikenal diantaranya kamera autofokus, kamera single-lens reflex (SLR), dan kamera digital. Pada dasarnya kamera terdiri dari beberapa bagian, diantaranya: • Lensa cembung (+), yang berfungsi untuk membiaskan cahaya sehingga terbentuk bayangan benda di film. • Film, yang berfungsi untuk menangkap bayangan. Latihan Soal 1. Sebuah benda setinggi 3 cm diletakkan di depan sebuah lensa cembung yang memiliki fokus 5 cm. Jika benda tersebut memiliki jarak sejauh 8 cm dari lensa, berapakah tinggi bayangan yang terbentuk? 2. Sebuah lensa cembung memiliki fokus 50 cm. Tentukan kekuatan lensa cembung tersebut. 3. Sebuah benda setinggi 10 cm diletakkan di depan sebuah lensa cekung yang memiliki fokus 30 cm. jika benda tersebut memiliki jarak sejauh 45 cm dari lensa, berapakah tinggi bayangan yang terbentuk? 4. Sebuah lensa cekung memiliki fokus 80 cm. Tentukan kekuatan lensa cekung tersebut.
20 • Diafragma, yaitu alat pengatur banyak sedikitnya cahaya yang boleh masuk. • Penutup lensa Agar lebih memahami cara kerja pada kamera, simak video di bawah ini. G. Lup Lup atau kaca pembesar merupakan sebuah alat optik yang terdiri dari sebuah lensa cembung rangkap (bikonveks). Lup berfungsi untuk melihat benda-benda kecil agar tampak lebih besar. Bayangan yang dibentuk oleh lup bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Pembentukan bayangan dengan dan tanpa menggunakan lup atau kaca pembesar dapat Anda lihat pada Gambar 2.20. Sumber: fisikaabc.com GAMBAR 15: Pembentukan Bayangan dengan Menggunakan Lup (atas) dan Tanpa Lup (bawah) Pembesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup bergantung pada keadaan akomodasi mata. Dengan menggunakan persamaan lensa, dapat kita peroleh bahwa besar pembesaran bayangan oleh lup adalah sebagai berikut: • Untuk keadaan mata berakomodasi maksimum, pembesaran bayangan dinyatakan oleh persamaan: = 25 + 1 • Untuk keadaan mata tidak berakomodasi, pembesaran bayangan dinyatakan oleh persamaan: = 25 dengan f merupakan jarak fokus lensa (lup). H. Mikroskop Sumber: biologijk.com GAMBAR 16: Penampang Mikroskop Mikroskop merupakan alat optik yang berfungsi untuk melihat benda-benda kecil (mikro) seperti bakteri, penampang sel, dan sejenisnya. Pertama kali mikroskop dibuat oleh seorang ilmuwan Belanda, Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723), yang terdiri dari gabungan dua buah
21 lensa cembung. Dengan menggunakan mikroskop sederhana bisa dihasilkan pembesaran bayangan hingga kira-kira 300 kali lebih besar dari bendanya. Agar lebih memahami cara kerja mikroskop, silahkan simak video di bawah ini. I. Teleskop GAMBAR 17: Teleskop Galileo Teleskop atau teropong merupakan sebuah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang letaknya jauh agar tampak lebih dekat dan jelas. Teleskop pertama kali ditemukan oleh Galileo Galilei (1564 – 1642) pada tahun 1609. Pada dasarnya ada dua jenis teleskop yaitu teleskop bias dan teleskop pantul. Hal ini didasarkan pada cara kerjanya yang berdasarkan prinsip pembiasan dan prinsip pemantulan. Agar lebih memahami cara kerja pada teleskop, silahkan simak video di bawah. Ayo Mencoba Merancang Toko Impian Rancanglah sebuah desain toko yang proporsoinal dan menarik, sertakan nama toko, dan barang yang akan dijual. Manfaatkan penggunaan cermin dan lensa yang telah kita pelajari bersama untuk meminimalisir penggunaan CCTV agar keamanan toko dapat terpantau dengan baik meskipun ketika listrik padam. Gunakan gambar manual atau desain menggunakan aplikasi tertentu. Kumpulkan hasil rancangan Anda kepada guru untuk dilakukan pembahasan lebih lanjut.