Materi Cahaya

MATERI CAHAYA

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Benda yang dapat memancarkan cahaya sendiri disebut sumber cahaya. Sedangkan, benda yang tidak dapat memancarkan cahaya disebut benda gelap. Karenanya cahaya memiliki sifat-sifat umum dari gelombang, antara lain :

1. Dalam suatu medium homogen (contoh: udara), cahaya merambat lurus. Perambatan
cahaya disebut juga sebagai sinar.
2. Pada bidang batas antara dua medium (contoh: bidang batas antara udara dan air),
cahaya dapat mengalami pemantulan atau pembiasan.
3. Jika melewati celah sempit, dapat mengalami lenturan.
4. Dapat mengalami interferensi.
5. Dapat mengalami polarisasi.

Setiap benda yang dapat memancarkan cahaya sendiri disebut sumber cahaya, contohnya: matahari, bintang, lampu, lilin, dan lain-lain. Sedangkan, benda-benda yang tidak dapat memancarkan cahaya disebut benda gelap. Pada bab ini akan dibahas mengenai pemantulan dan pembiasan cahaya.

Sifat-Sifat Cahaya

Cahaya merambat lurus

Benda gelap (tidak tembus cahaya) seperti kertas tampak oleh mata manusia karena memantulkan cahaya yang kemudian diterima mata. Benda tampak hijau karena memantulkan cahaya hijau ke mata pengamat. Benda tampak hitam karena tidak ada cahaya yang dipantulkan benda tersebut ke mata.

Benda tembus cahaya seperti plastik dapat dilihat mata melalui sinar pantulnya atau sinar yang diteruskannya. Benda tembus cahaya berwarna kuning, memantulkan cahaya kuning dan juga meneruskan cahaya kuning. Sehingga mata yang menerima sinar pantulnya atau sinar terusannya menerima kesan benda itu berwarna kuning.
foto-profil

Telau cahaya pada tembok jari-jarinya lebih besar dari jari-jari kaca bateraiBila lampu baterai ditutup plastik kuning disorotkan ke tembok warna putih, maka dapat kita lihat telau yang berwarna kuning pada tembok.

Pembuktian Cahaya Merambat Lurus
foto-profil

Bayangan lilin tampak terbalik pada tembok, bila karton digeser mendekati lilin bayangan makin besar, sebaliknya jika karton digeser mendekati tembok bayangan lilin pada tembok makin kecil. Hal ini hanya mungkin terjadi jika cahaya merambat lurus.

Jika kita lewatkan berkas cahaya/sinar melalui celah sempit kemudian diarahkan ke balok kaca/ akuarium diisi air, cahaya tampak merambat lurus.

Baik di dalam maupun di luar, balok kaca, cahaya merambat lurus. Silahkan kita coba! Jika di sekolah tidak ada kotak cahaya, gantilah dengan baterai dan celah dapat kita buat menggunakan karton.

Bayang-bayang Cahaya
foto-profil

Bila sinar datang pada benda gelap, maka di belakang benda terbentuk ruang gelap yang dinamakan bayang-bayang. Bila ruang gelap itu ditangkap layar, maka bidang gelap yang terbentuk itu pun juga disebut bayang-bayang. Bayang-bayang umbra dibentuk oleh sinarsinar yang merupakan garis singgung luar benda tersebut. Bayang-bayang kabur terbentuk oleh sinar-sinar yang merupakan garis singgung dalam benda-benda tersebut.

Pemantulan Cahaya
Pemantulan cahaya oleh permukaan suatu benda bergantung pada keadaan permukaan benda tersebut. Benda dengan permukaan yang rata (contoh: cermin), memantulkan cahaya dengan teratur. Sedangkan, benda dengan permukaan yang tidak rata atau kasar, memantulkan cahaya dengan tidak teratur atau baur.
foto-profil

Pemantulan Teratur
foto-profil

Pemantulan Baur
Pemantulan cahaya pada permukaan rata diamati pertama kali oleh seorang ilmuwan Belkita yang bernama Willebrord Snellius. Kita dapat melakukan pengamatan serupa dengan menggunakan sumber cahaya dan cermin datar yang diletakkan di atas selembar kertas putih polos. Sinar yang keluar dari sumber cahaya disebut sinar datang, sinar yang dipantulkan oleh cermin datar disebut sinar pantul, dan garis yang tegak lurus dengan cermin disebut garis normal.
foto-profil

Dari pengamatan, kita peroleh hukum pemantulan cahaya, yaitu:

1.Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
2.Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r).
Untuk selanjutnya, setiap ditemukan kata ‘pemantulan’, maka yang dimaksud adalah pemantulan teratur yang memenuhi hukum pemantulan cahaya.

Hukum Pemantulan Cahaya
Telah kita ketahui bahwa cermin datar memantulkan cahaya yang datang padanya. Pada gambar diabawah adalah gambar pemantulan sinar oleh cermin datar.

Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar
Sinar dari kotak cahaya yang ditutup dengan celah tunggal diarahkan ke cermin datar, sinar mengalami pemantulan seperti gambar di atas. Dengan melakukan kegiatan menggunakan kotak cahaya, cermin datar dan busur derajat didapat data sebagai berikut.

Percobaan Pemantulan Cahaya
Tanda x tempat jarum ditancapkan untuk menyatakan sinar datang dan sinar pantul, kemudian dibuat normal sehingga sudut datang dan sudut pantul dapat diukur. Bila sudut datang diubah dengan cara mengubah posisi kotak cahaya, sudut pantul juga berubah.

Dari percobaan di atas, kita ketahui ada beberapa data yang sudut datang dengan sudut pantulnya berbeda sangat kecil, ini dapat terjadi karena kekurangsempurnaan alat dan pengamatan (kesalahan pengamat). Jika kesalahan dapat kita perkecil serendah mungkin tentunya kita dapatkan :
Sudut datang (i) = Sudut pantul (r)Selain itu ternyata sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

Bunyi Hukum Pemantulan :

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

Ada dua macam pemantulan cahaya yang terjadi pada benda tidak tembus cahaya, yaitu :

Pemantulan Cahaya Teratur
Mengapa ada benda yang jika disinari tampak menyilaukan dan ada yang tidak? Apabila benda-benda seperti cermin datar, perak datar, air yang tenang disinari dengan sinar matahari, maka sinar-sinar dipantulkan dalam arah yang sama sehingga tampak berkilauan. Pemantulan demikian dinamakan pemantulan teratur.

Pemantulan Cahaya Teratur
Pemantulan teratur umumnya terjadi pada permukaan yang rata seperti pada cermin yang bersih. Pemantulan beraturan terjadi pada benda yang permukaannya rata, seperti pada cermin datar. Berkas cahaya sejajar yang datang menuju cermin datar dipantulkan secara sejajar.

Pemantulan Cahaya Baur
Kemudian, coba sinarilah kertas putih, apakah kertas tampak berkilauan? Ternyata tidak, berarti tidak semua sinar pantul sama arahnya. Pemantulan demikian disebut pemantulan baur atau difus (tidak teratur).

Pemantulan Cahaya Baur
Sedangkan pemantulan baur umumnya terjadi pada permukaan yang tidak rata seperti pada cermin yang kotor. Pemantulan baur terjadi pada benda yang permukaannya tidak rata. Berkas cahaya sejajar yang mengenai permukaan tidak teratur akan dipantulkan baur.

Pemantulan beraturan menyebabkan penglihatan mata silau, sedangkan pemantulan baur membuat penglihatan menjadi nyaman. Sebuah benda yang terletak di depan cermin akan membentuk bayangan. Cermin adalah benda gelap yang dapat memantulkan seluruh berkas cahaya yang jatuh pada permukaannya.

Pemantulan Cahaya Sempurna
Pernahkah kita melihat berlian? Mengapa berlian tampak berkilauan jika terkena cahaya? Peristiwa di samping berkaitan erat dengan pemantulan sempurna.

Pemantulan Cahaya Sempurna
Pemantulan sempurna terjadi jika

sinar datang dari medium rapat ke medium kurang rapat;
sudut datang lebih besar dibandingkan dengan sudut batas.

∠CON = sudut batas = sudut datang yang menghasilkan sudut bias sebesar 90 derajat

Bayangan Dari Pemantulan Cahaya
Bayangan yang dibentuk oleh sinar pantul terjadi karena sinar pantul tersebut mengenai benda yang tidakmemantulkan cahaya. Jika sebuah benda mendapat penyinaran yang sinarnya diarahkan ke cermin datar (pemantul), maka sinar-sinar pantul atau perpanjangannya berpotongan membentuk sebuah bayangan. Bayangan yang dibentuk oleh perpotongan sinar pantul, berada di depan permukaan pemantul dan merupakan bayangan nyata. Bayangan yang dibentuk oleh perpotongan perpanjangan sinar pantul disebut bayangan maya, berada di belakang pemantul.

Dengan hukum pemantulan sudut datang (i) sama besar dengan sudut pantul (r), maka kita dapatkan bayangan benda AB yaitu A′ B′, bersifat maya, tegak, sama besar

Pembentukan bayangan oleh pemantulan cahaya cermin datar

Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar
Cermin yang dipakai untuk berhias termasuk cermin datar, yaitu cermin yang permukaan pantulnya merupakan bidang datar. Bagaimana prinsip terbentuknya bayangan pada cermin datar?
Pemantulan cahaya pada cermin datar
Keterangan :
sd = sinar datang

So = jarak benda ke cermin

sp = sinar pantul

Si = jarak bayangan ke cermin
Bagaimana sifat-sifat bayangan yang terjadi pada cermin datar? Proses pembentukan bayangan pada cermin datar menggunakan hukum pemantulan cahaya. Untuk mempermudah pembentukan bayangannya, diambil sinar-sinar yang datang dari kedua ujung benda. Bayangan yang terjadi pada cermin datar memiliki sifat, yaitu :
maya atau semu karena bayangannya tidak dapat ditangkap layar;

jarak benda sama dengan jarak bayangan;

tinggi benda sama dengan tinggi bayangan;

posisi bayangan berlawanan dengan posisi benda

Perbesaran bayangan pada cermin datar dirumuskan sebagai berikut.
$M=\frac{h_{i}}{h_{o}}$
Karena tinggi benda (h_o) sama dengan tinggi bayangan (h_i) maka perbesaran bayangan yang terjadi adalah satu kali. Ada dua macam bayangan, yaitu bayangan nyata dan bayangan semu.
Bayangan nyata (sejati, riil) adalah bayangan yang dapat ditangkap layar. Hal ini terjadi jika sinar-sinar pantul langsung berpotongan, misalnya gambar pada layar gedung bioskop. Bayangan nyata dapat dilihat jika menggunakan layar (penerima).

Bayangan semu (maya, virtual) adalah bayangan yang tidak dapat ditangkap layar. Hal ini terjadi jika sinar-sinar pantul tidak langsung berpotongan, tetapi berpotongan di perpanjangannya, misalnya bayangan kita pada cermin datar. Bayangan maya dapat langsung dilihat tanpa menggunakan layar. Selain untuk bercermin, cermin datar dalam kehidupan sehari-hari dapat digunakan untuk bahan membuat periskop cermin datar.

Pemantulan Cahaya Pada Cermin Sudut
Jika dua cermin datar diletakkan sedemikian sehingga membentuk sudut tertentu maka diperoleh cermin sudut. Jika sebuah benda diletakkan di depan cermin sudut maka bayangan dibentuk oleh cermin I. Bayangan ini merupakan benda untuk cermin II. Bayangan dari cermin II merupakan benda untuk cermin I dan seterusnya sehingga akan terbentuk banyak bayangan. Banyaknya bayangan yang terbentuk dirumuskan sebagai berikut.
$n=\frac{360}{a}-1$
Keterangan :
n = banyaknya bayangan yang terjadi

a = sudut antara dua cermin
Pemantulan Cahaya Pada Cermin Cekung
Pernahkah kita mengamati cahaya yang keluar dari lampu mobil? Mengapa berkas cahaya yang keluar dari lampu mobil membentuk berkas cahaya yang sejajar? Pada lampu mobil dan lampu senter terdapat reflektor berupa cermin cekung yang dapat memantulkan cahaya membentuk berkas cahaya sejajar. Selain itu, cermin cekung juga digunakan pada antena parabola (gelombang mikro) dan untuk perlengkapan tata rias atau perlengkapan salon kecantikan.
Cermin cekung adalah cermin yang permukaan bidang pantulnya berbentuk cekung (melengkung ke dalam). Cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya sehingga disebut cermin konvergen (positif).
Bagian-bagian Cermin Cekung
Keterangan :
P = pusat kelengkungan cermin

OP = jari-jari cermin (R)

O = pusat bidang cermin

F = titik api utama atau titik fokus utama cermin

SU = sumbu utama, yaitu garis yang menghubungkan pusat kelengkungan (P) dengan pusat bidang cermin (O)

OF = FP = jarak titik api utama cermin (f=½R)
Pembagian ruang benda dan ruang bayangan pada cermin cekung adalah sebagai berikut.
Pembagian Ruang Benda dan Ruang Bayangan pada Cermin Cekung
Keterangan :
Ruang O – F = ruang I

Ruang F – P = ruang II

Ruang P – 8 = ruang III

Ruang O – 8 = ruang IV (di dalam cermin)
Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak fokus cermin cekung dapat dirumuskan sebagai berikut.
$\frac{1}{f}=\frac{1}{S_{o}}+\frac{1}{S_{i}}\text{ atau }\frac{2}{R}=\frac{1}{S_{o}}+\frac{1}{S_{i}}$
f = jarak titik api (fokus) cermin So = jarak benda

R = jari-jari cermin Si = jarak bayangan
Perbesaran bayangan pada cermin cekung dirumuskan seperti berikut ini.
$M=\left | \frac{S_{i}}{S_{o}} \right |=\left | \frac{h_{i}}{h_{o}} \right |$
Keterangan :
M = perbesaran bayangan

ho = tinggi benda

hi = tinggi bayangan
Karena M merupakan bilangan positif maka diberi tanda harga mutlak dalam rumus. Nilai f dan R selalu positif karena pusat kelengkungan berada di depan cermin. Jika benda nyata, nilai So positif dan jika benda maya, nilai So negatif. Jika bayangan nyata, nilai Si positif dan jika bayangan maya, nilai Si negatif. Untuk melukis bayangan sebuah benda yang terjadi pada cermin cekung digunakan sinar-sinar istimewa seperti berikut ini.
sinar yang datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus;

sinar yang datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama;

sinar yang datang melalui titik pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali ke pusat kelengkungan.

Sinar-Sinar Istimewa Pemantulan Cahaya Pada Cermin Cekung
Pemantulan Cahaya Pada Cermin Cembung
Cermin cembung adalah cermin yang permukaan bidang pantulnya berbentuk cembung (melengkung keluar). Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar sehingga disebut juga cermin divergen (negatif). Bayangan yang dibentuk cermin cembung selalu maya dan diperkecil. Oleh karena itu, cermin cembung dimanfaatkan sebagai kaca spion agar kendaraan dan benda-benda di belakang mobil atau sepeda motor dapat terlihat.
Berikut ini adalah bagian-bagian cermin cembung.
Bagian-bagian Cermin Cembung
P = pusat kelengkungan cermin

OP = jari-jari cermin (R)

O = pusat bidang cermin

F = titik api atau fokus cermin

SU = sumbu utama, yaitu garis yang menghubungkan pusat kelengkungan cermin (P) dengan pusat bidang cermin (O)
Sinar Istimewa Pada Cermin Cembung
Sinar Istimewa pada Cermin Cembung
Ada tiga sinar istimewa pada cermin cembung yang dapat digunakan untuk melukiskan pembentukan bayangan.
Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seakan-akan berasal dari titik fokus.

Sinar yang datang menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama.

Sinar yang datang menuju titik pusat kelengkungan, seakanakan dipantulkan dari titik pusat kelengkungan cermin.

Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak fokus cermin cembung dirumuskan sebagai berikut.
$\frac{1}{f}=\frac{1}{S_{0}}+\frac{1}{S_{i}}$ atau $\frac{2}{R}=\frac{1}{S_{o}}+\frac{1}{S_{i}}$
f = jarak titik api (fokus) cermin S_o = jarak benda

R = jari-jari cermin S_i = jarak bayangan
Perbesaran bayangan pada cermin cembung dirumuskan sebagai berikut.
$M=\left | \frac{S_{i}}{S_{o}} \right |=\left | \frac{h_{i}}{h_{o}} \right |$
M = perbesaran bayangan

h_o = tinggi benda

h_i = tinggi bayangan
Nilai f dan R selalu negatif karena pusat kelengkungan berada di belakang cermin. Dalam perhitungan, untuk benda nyata nilai S_i selalu negatif. Itu artinya bayangannya selalu semu/maya untuk pemantulan cahaya pada cermin cembung.
Pembentukan bayangan pada cermin dapat diuraikan dalam 3 jenis cermin. Yaitu pembentukan bayangan pada cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Bayangan yang idhasilkan oleh cermin yang berbeda ini memiliki karakteristik yang berbeda sebagai berikut.
Pembentukan Bayangan Pada Cermin Datar
Pada pemantulan terhadap cermin datar, ukuran benda sama dengan ukuran bayangan dan jarak benda sama dengan jarak bayangan.
Lukisan bayangan pada cermin datar
Lukisan bayangan pada cermin datar dapat dilihat pada gambar berikut.

Untuk melukis bayangan digunakan aturan hukum pemantulan.
Sifat bayangan:
a. maya/semu/virtuil

b. tegak

c. sama besar
Panjang Cermin Minimum
Agar seluruh bayangan terlihat pada cermin datar, maka panjang cermin (?) adalah setengah dari tinggi benda (ho)
$\rho=\frac{1}{2}h_{o}$
dengan :
? = panjang cermin (m)

ho = tinggi benda (m)
Tinggi cermin yang diperlukan untuk melihat seluruh bayangan anak adalah setengah tinggi anak tersebut.
Dua Buah Cermin Datar yang Membentuk Sudut
Jumlah bayangan yang dihasilkan kedua cermin dihitung dengan rumus:
$n=\frac{360^{o}}{\alpha}-1$
dengan :
n = jumlah bayangan

a = sudut antara kedua cermin datar (o)
Pembentukan Bayangan Pada Cermin Cekung
Cermin cekung adalah cermin yang bidang pantulnya melengkung ke dalam. Sendok dan mangkuk merupakan contoh benda yang permukaannya cekung. Tampak pada mangkok dan sendok bayangan dari apel. Untuk memahami bagaimana bayangan terbentuk, terlebih dulu harus memahami sifat, bagian-bagian cermin dan sinar-sinar istimewa yang berlaku pada cermin tersebut.
Sifat Cermin Cekung
Bila berkas sinar sejajar sumbu utama dijatuhkan ke sebuah cermin cekung, maka sinar pantulnya akan mengumpul (konvergen). Karena sifat inilah, maka cermin cekung disebut juga cermin konvergen.
Sinar-sinar sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus.
Bagian-bagian Cermin Cekung/Konvergen
Bagian-bagian cermin cekung
$f=\frac{1}{2}R$ 1, 2, 3, dan 4 merupakan ruang benda dan ruang bayangan
Dengan :
O = titik pusat bidang cermin

F = titik fokus

M = titik pusat kelengkungan cermin

f = jarak fokus cermin (cm)

R = jari-jari cermin (cm)

SU = sumbu utama
Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung
Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan melalui titik fokus F.

Sinar datang melalui titik fokus F akan dipantulkan sejajar sumbu utama.

Sinar datang melalui titik pusat kelengkungan M akan dipantulkan kembali melalui titik M.

Sinar-sinar Istimewa pada Cermin Cekung
Lukisan Bayangan Pada Cermin Cekung
Untuk melukis bayangan yang dihasilkan oleh cermin cekung dapat digunakan 2 di antara 3 sifat sinar-sinar istimewa.
Bayangan benda pada cermin cekung
Sifat bayangan:
nyata

terbalik

diperkecil

Pada cermin cekung berlaku “aturan 5?, yaitu:
Jika benda di ruang (1), bayangan di ruang (4)

Jika benda di ruang (2), bayangan di ruang (3)

Jika benda di ruang (3), bayangan di ruang (2)

Pembentukan Bayangan Pada Cermin Cembung
Cermin cembung adalah cermin yang bidang pantulnya melengkung keluar. Contoh lain dari cermin cembung adalah kaca spion. Bagaimanakah proses terbentuknya bayangan? Untuk itu kita harus memahami sifat, bagian-bagian cermin, dan sinar-sinar istimewa yang berlaku pada cermin cembung.
Sifat Cermin Cembung
Bila berkas sinar sejajar sumbu utama dijatuhkan pada cermin cembung maka berkas sinar akan dipantulkan menyebar (divergen) seolah-olah berasal dari titik fokus.
Sinar dipantulkan menyebar
Oleh karena itu, cermin cembung disebut cermin divergen. Selain itu karena nilai R negatif, maka cermin cembung disebut juga cermin negatif.
Bagian-bagian Cermin Cembung/Negatif/Divergen
Bagian-baggian cermin cembung
Pada cermin cembung, benda selalu di ruang (4) sehingga bayangan di ruang (1).
Sinar-sinar Istimewa Pada Cermin Cembung
Cermin cembung juga memiliki 3 sinar istimewa, yaitu:
Sinar datang sejajar sumbu utama cermin akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus F.

Sinar sejajar sumbu utama

Sinar datang menuju titik fokus F akan dipantulkan sejajar sumbu utama.

Sinar menuju titik fokus

Sinar datang menuju ke titik pusat kelengkungan M akan dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik M.

Sinar menuju pusat kelengkungan

Lukisan Bayangan Pada Cermin Cembung
Variabel pada cermin cembung
Sifat bayangan yang dibentuk selalu:
maya

tegak

diperkecil

Rumus-rumus yang berlaku pada cermin cembung
Rumus-rumus yang berlaku pada cermin cembung sama seperti rumus cermin cekung, yaitu:
Maya, tegak dan diperkecil merupakan sifat pembentukan bayangan pada cermin cembung.

Pembiasan cahaya (refraksi) adalah peristiwa membeloknya cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatannya. Perbedaan kerapatan zat optik menyebabkan perbedaan kecepatan cahaya pada zat optik tersebut. Medium atau zat optik adalah zat yang dapat dilalui cahaya. Berikut adalah contoh peristiwa pembiasan cahaya (refraksi).
Sendok kelihatan patah atau bengkok karena sinar matahari dari ujung pensil yang keluar ke udara mengalami pembelokan arah. Akibatnya, ujung sendok yang dilihat tidak pada tempat aslinya sehingga sendok kelihatan patah atau bengkok.
Pembiasan Cahaya (Refraksi)
Untuk mengukur besarnya pembelokan arah cahaya jika sinar berpindah dari satu media ke media lain digunakan indeks bias (angka bias = penunjuk bias). Indeks bias mutlak suatu zat adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam zat itu.
$n_{z}=\frac{c}{c_{n}}$
Dimana :
n_z = indeks bias mutlak zat itu

c = kecepatan cahaya dalam hampa (3 x 10⁸ m/s)

c_n = kecepatan cahaya dalam zat itu
Karena yang dilihat sehari-hari sinar berpindah dari satu media ke media lain maka indeks bias adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam zat-zat itu. Misalkan, cahaya berpindah dari zat A ke zat B maka indeks biasnya dirumuskan sebagai berikut.
$n_{A-B}=\frac{C_{A}}{C_{B}}$
$n_{A\rightarrow B}=C_{A}\frac{1}{C_{B}}=\frac{C_{A}}{C}\frac{C}{C_{B}}=\frac{1}{n_{A}}n_{B}=\frac{n_{B}}{n_{A}}$
Indeks bias suatu medium dapat ditentukan jika kecepatan cahaya pada masing-masing medium diketahui.
$n_{A\rightarrow B}=\frac{n_{B}}{n_{B}}=\frac{C_{A}}{C_{B}}$
c_A = cepat rambat cahaya di medium A

c_B = cepat rambat cahaya di medium B
Karena cahaya adalah salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang maka rumus gelombang juga berlaku pada cahaya.
v = ? * f
v = cepat rambat gelombang
$n_{A-B}=\frac{C_{A}}{C_{B}}=\frac{\lambda _{A}.f}{\lambda _{B.f}}=\frac{\lambda _{A}}{\lambda _{B}}$
Jadi, indeks bias cahaya dari zat A ke zat B adalah
$n_{A-B}=\frac{n_{B}}{n_{A}}=\frac{C_{A}}{C_{B}}=\frac{\lambda _{A}}{\lambda _{B}}$
Hukum Pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya diselidiki oleh Willebrod Snellius dan Willebrod van Roijen yang hasilnya dinyatakan dengan hukum Snellius sebagai berikut.
Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak dalam satu bidang datar.

Perbandingan proyeksi antara sinar datang dan sinar bias yang sama panjangnya pada bidang batas antara dua zat bening selalu merupakan bilangan tetap. Perbandingan tetap ini disebut indeks bias antara kedua zat itu.

OA = sinar datang

?AON = i = sudut datang

NN’ = garis normal

?BON’ = r = sudut bias

OB = sinar bias
Hukum Pembiasan Cahaya.

Lensa Cembung
Lensa cembung mempunyai dua bidang batas yang masing-masing mampu membiaskan cahaya. Bidang batas sebuah lensa dapat keduanya lengkung atau satu bidang batas lengkung lainnya datar.

Ciri-Ciri Lensa Cembung
Melalui pengamatan dapat kita ketahui lensa cembung mempunyai ciri: bagian tepinya tipis, sedangkan bagian tengahnya tebal.
Macam-macam lensa cembung
Sifat Lensa Cembung
Bila tiga berkas sinar sejajar yang keluar dari kotak cahaya dikenakan pada lensa cembung, berkas sinar-sinar tersebut dibiaskan oleh lensa dan berpotongan pada sebuah titik. Titik tersebut dinamakan fokus (titik api) diberi tanda F.
Fokus lensa cembung
Titik api = titik tempat terbentuknya bayangan dari benda di tak terhingga
O = vertek (pusat lensa)
Jarak titik api (f) yaitu = jarak OF.
Titik api lensa cembung nyata, karena merupakan titik potong sinar-sinar bias, sehingga jarak titik api lensa (f) bernilai positif.
Sifat lensa cembung mengumpulkan sinar sehingga disebut lensa konvergen.
Jalannya sinar istimewa pada lensa cembung dan lukisan pembentukan bayangan
Gambar berikut untuk menunjukkan jalannya 3 sinar istimewa dari lensa cembung.
1. Sinar dari kotak cahaya datang pada lensa positif sejajar sumbu utama, dibiaskan melalui fokus di belakang lensa.

2. Sinar dari kotak cahaya melalui vertek (O) tidak berubah arah.

3. Sinar dari kotak cahaya melalui fokus F di depan lensa dibiaskan sejajar sumbu utama.
Dari ketiga sinar istimewa lensa cembung diatas dapat ditarik kesimpulan:
Sinar sejajar sumbu utama, dibiaskan melalui fokus lensa di belakang lensa.

Sinar yang melalui fokus di depan lensa dibiaskan sejajar sumbu utama.

Sinar melalui vertek diteruskan tanpa berubah arah.

Dengan 3 sinar istimewa atau minimal menggunakan 2 sinar istimewa, bayangan benda yang dibentuk lensa cembung, dapat dilukis.
1) Benda di antara O dan F
Bayangan maya, tegak, diperbesar
A'B' = bayangan maya di depan lensa (no. ruang bayangan = 4)

F₁ = fokus di belakang lensa

F₂ = fokus di depan lensa

Sifat bayangan: maya, tegak, diperbesar
2) Benda di antara F2 dan 2F2
Bayangan nyata, terbalik, diperbesar
Bayangan A'B' bersifat: nyata, terbalik, diperbesar
3) Benda di antara F2 sampai dengan ~
Bayangan nyata, terbalik, diperkecil
Bayangan A'B', bersifat: nyata, terbalik, diperkecil
Dari ketiga lukisan tersebut:
Jika benda di antara O dan F, sifat bayangan maya, tegak, diperbesa.

Jika benda di antara F dan 2F sifat bayangan nyata, terbalik, diperbesar.

Jika s = f bayangan tegak, maya, di tak hingga

Jika s = 2 f, bayangan terbalik, nyata, sama besar

Jika s > 2f, bayangan nyata, terbalik, diperkecil

Bayangan diperbesar |s'| > s, bayangan diperkecil jika |s'| < s. (Keterangan: |–5| = 5 atau |5| = 5)

4) Benda di fokus di (F)
Benda di fokus (s = f), bayangan yang mudah diamati adalah: maya, tegak, diperbesar.
5) Benda di 2 F (s = 2f)
Bayangan nyata, terbalik, sama besar
Benda di 2F₂, bayangan 2F₁ bersifat: nyata, terbalik, sama besar.
Dari kelima lukisan dapat disimpulkan:
a. Semua bayangan maya yang dibentuk lensa cembung selalu tegak terhadap bendanya.

b. Semua bayangan nyata yang dibentuk lensa cembung pasti terbalik terhadap bendanya.
Hubungan Antara s, s' dan f Lensa Cembung
Benda, lensa dan layar
Pengamatan menggunakan lensa cembung dengan
f = 20 cm.

s = jarak benda

s' = jarak bayangan
Dengan menggeser layar mendekati atau menjauhi layar jika s > 20, maka pada layar didapat bayangan yang tajam. Pada keadaan demikian jarak benda dan jarak bayangan dimasukkan dalam tabel. Kemudian diubah jarak benda dan diukur pula jarak bayangan saat bayangan pada layar cukup jelas. Hasilnya seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel hubungan s, s', dan f lensa cembung
Tabel di atas mempunyai kecenderungan bahwa = $\frac{1}{s}+\frac{1}{s'}$ konstan dan cenderung sama dengan $\frac{1}{f}$
Jadi $\frac {1}{f}=\frac{1}{s}+\frac{1}{s'}$
S' = jarak bayangan, untuk bayangan maya, S' = negatif dan tak dapat ditangkap dengan layar.
Dilihat langsung dari belakang lensa, untuk bayangan nyata:
S' = positif

dapat ditangkap oleh layar

Dengan :
S = jarak benda

f = jarak bayangan
Rumus perbesaran sama seperti pada cermin:
$m=\frac{s'}{s}+\frac{h'}{h}$
Penggunaan Lensa Cembung
Orang tua yang sudah tidak mampu membaca pada jarak baca normal 25 cm. Agar orang tersebut mampu membaca pada jarak 25 cm perlu ditolong dengan kacamata berlensa cembung.
Astronom banyak mengamati benda langit, agar benda langit tampak lebih dekat dan lebih jelas, ia menggunakan teropong. Teropong terdiri dari dua lensa cembung.
Ahli biologi dan pekerja laboratorium kesehatan menggunakan mikroskop untuk mengamati bakteri (bibit penyakit).
Selain itu masih banyak alat yang menggunakan lensa positif seperti: tustel/kamera, periskop, slide proyektor, proyektor bioskop, episkop, OHP dan lain-lain.
Tukang jam selalu mengamati komponen jam yang ukurannya kecil, kemudian membongkar dan memasangnya kembali. Agar komponen jam tampak lebih besar ia memakai lup, yaitu sebuah lensa cembung.

Lensa Cekung
Lensa cekung memiliki bidang batas berbentuk cekung, datar maupun cekung pada kedua sisinya. Lensa cekung bersifat menyebarkan cahaya sehingga disebut lensa divergen. Ciri-ciri lensa cekung dapat dilihat dari bentuknya, lensa cekung mempunyai ciri-ciri bagian tepi tebal, bagian tengahnya tipis

Titik Api Lensa Cekung
bias arahnya seperti tampak pada gambar diabawah. Sinar bias dari sinar sejajar sumbu utama menyebar. Perpanjangan sinar bias tersebut berpotongan di sebuah titik F. Titik tersebut dinamakan titik api (fokus).

Titik api lensa cekung

Karena fokus lensa cekung berada di depan lensa, maka fokus tersebut maya, jarak titik apinya OF = f dinilai negatif. Sifat lensa cekung yaitu menyebarkan sinar yang datang padanya. Oleh karena itu sering disebut lensa divergen.

Jalannya sinar istimewa dan lukisan bayangan lensa cekung
Seperti percobaan jalannya sinar istimewa pada lensa cembung, jalannya sinar istimewa pada lensa cekung dapat disimpulkan sebagai berikut:

1.Sinar sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah dari fokus di depan lensa.
2.Sinar yang menuju fokus di belakang lensa dibiaskan sejajar sumbu utama.
3.Sinar yang melalui vertek diteruskan tanpa berubah arah.

Coba lakukan sendiri kebenaran aturan jalannya sinar-sinar istimewa tersebut. Dengan sinar istimewa itu dapat dilukis bayangan sebuah benda yang dibentuk oleh lensa cekung.

Benda di depan lensa (ruang IV)

Dari lukisan itu dapat kita ketahui semua benda di depan lensa cekung, bayangannya bersifat: maya, tegak, diperkecil.

Hubungan antara jarak benda (s), jarak bayangan (s′) dan jarak titik api serta perbesaran
Seperti pada lensa cembung, pada lensa cekung berlaku rumus:

$\frac{1}{s}+\frac{1}{s'}=\frac{1}{f}$
Di mana:

s′ = jarak bayangan
s′ = (+) positif, bayangan nyata
s′ = (-) negatif, bayangan maya
s = jarak benda
f = jarak titik api, bernilai negatif
Perbesaran (m), rumusnya: $m=\frac{h'}{h}=\frac{-s'}{s}$
Di mana:

h′ = (–) negatif, bayangan terbalik
h′ = (+) positif, bayangan tegak
m = (+) positif, bayangan tegak
m = (–) negatif, bayangan terbalik

Kekuatan Lensa (P) Cekung
Baik lensa positif maupun lensa negatif mempunyai kemampuan membiaskan sinar, dan tampak seperti gambar di bawah ini.

Lensa negatif (lensa cekung) mempunyai kemampuan menyebarkan sinar.
.

Dari gambar diatas tampak bahwa lensa B lebih kuat menyebarkan sinar, padahal jarak titik api lensa B lebih kecil.

Bila lensa tersebut positif, maka f dan P positif, sebaliknya jika lensa itu negatif, maka f dan P juga negatif. Rumus tersebut dapat diganti menjadi:

$m=\frac{100}{f}$
Dengan :

P dalam dioptri
f dalam sentimeter (cm)

Kegunaan lensa cekung
Mata miopi (rabun jauh) dapat dinormalkan kembali dengan lensa cekung. Mata miopi yang telah ditolong dengan kacamata berlensa cekung mampu melihat benda-benda yang berada di tak terhingga, sebagaimana layaknya mata normal. Teropong bumi jika menggunakan lensa pembalik, teropongnya terlalu panjang, untuk memperpendek okuler teropong dan lensa pembaliknya menggunakan sebuah lensa cekung.

IPA SMP ONLINE © 2015 by Teguh Wirwan.All Rights Reserved