Ringkasan Materi Cahaya Fix.docx

Ringkasan Materi

Cahaya Standar Kompetensi 6. Memahami konsep dan penerapan getaran, gelombang dan optika dalam produk teknologi sehari-hari Kompetensi Dasar

6.3 Menyelidiki sifat-sifat cahaya dan hubungannya dengan berbagai bentuk cermin dan lensa Materi 1

Cahaya A. 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 kelompokkelompok 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. B. Sifat-Sifat Cahaya 1. Cahaya dapat merambat lurus Perlu kalian ketahui bahwa sinat lampu, sinar matahari, sinar bulan, dan sinar lilin merupakan sumber cahaya. Cahaya yang dihasilkan tersebut akan merambat lurus. Oleh karena sifatnya ini, maka banyak manusia yang memanfaatkannya untuk kehidupan sehari-hari misalnya adalah lampu senter dan lampu kendaraan bermotor. 2. Cahaya dapat dipantulkan. Apabila suatu benda terkena cahaya, maka cahaya tersebut akan dipantulkan. Ada dua jenis pemantulan yaitu pemantulan baur dan pemantulan teratur. Apabila cahaya mengenai permukan yang tidak rata atau kasar maka akan terjadi pemantulan baur yang sinar pantulnya tidak beraturan. Sedangkan apabila cahaya mengenai benda yang permukaannya rata, licin, mengkilap dihasilkan pemantulan teratur, memiliki arah pantulan yang teratur. Contoh bahwa cahaya dapat dipantulkan adalah cermin. 3. Cahaya dapat menembus benda bening. Berdasarkan dapat tidaknya ditembus oleh cahaya, benda-benda dapat dibedakan menjadi dua yaitu benda gelap dan benda bening. Contohnya adalah kaca, bukan cermin. 4. Cahaya dapat dibiaskan. Perlu diketahui bahwa apabila cahaya merambat melalui du zat yang berbeda kerapatannya, maka cahaya tersebut akan dibelokkan.eristiwa pembelokan cahaya setelah melewati media rambatan yang berbeda itulah yang disebut dengan pembiasan. Contoh pensil dimasukkan ke dalam gelas. 5. Cahaya dapat diuraikan. Dispersi merupakan penguraian cahaya putih menjadi berbagai macam cahaya berwarna. Cahaya matahari yang kita lihat berwana putih, padahal sebenarnya cahaya matahari terseusun atas banyak cahaya berwarna. Cahaya matahari diuraikan oleh titik-titik air di awan sehingga terbentuk pelangi. Warna pelangi terbentuk dari warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. C. Pemantulan Cahaya Setiap benda di sekelilingmu bersifat memantulkan cahaya. Itulah yang menyebabkan benda tersebut dapat terlihat. Beberapa permukaan benda bersifat memantulkan cahaya yang mempunyai panjang gelombang tertentu. Hal ini yang menyebabkan benda mempunyai warna yang berbeda. a. Hukum Pemantulan 1) Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar. 2) Sudut datangsama dengan sudut pantul.

b. Jenis Pemantulan Cahaya Berdasarkan bidang pantulnya pemantulan cahaya dibedakan menjadi dua jenis, yaitu 1) Pemantulan teratur Apabila berkas cahaya mengenai suatu permukaan teratur, halus, mengkilat atau licin maka berkas cahaya akan dipantulkan secara teratur yaitu menuju suatu arah tertentu. Contoh cahaya yang jatuh dipermukaan kaca. 2. Pemantulan baur (difus) Apabila berkas cahaya mengenai suatu permukaan kasar dan tidak teratur maka berkas cahaya akan dipantulkan ke segala arah. Contoh cahaya yang jatuh kerikil. 1. Pemantulan Pada Cermin Datar Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar Pernahkah kamu bercermin? Pada cermin kamu dapat melihat bayangan dirimu dan bayangan benda-benda lainnya. Cermin bersifat memantulkan cahaya secara teratur karena permukaannya bersifat rata dan bening. Bagaimana bayangan pada cermin datar terbentuk?

Sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sebagai berikut. 1) sama besar 2) tegak 3) berkebalikan 4) jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin 5) maya Bagaimana jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar? Jika terdapat dua buah cermin datar yang membentuk sudut α, maka banyaknya bayangan yang dibentuk dirumuskan oleh persamaan sebagai berikut.

Keterangan: n = banyaknya bayangan yang dibentuk α = sudut antara dua cermin Contoh: Seberkas sinar datang mengenai cermin dan dipantulkan. Jika sudut antara sinar datang dan cermin membentuk sudut 30°, hitunglah sudut datangnya! Jawab: Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sudut datang dan garis normal. Sudut datang = 90° – 30° = 60° Jadi, sudut datangnya adalah 60°. 2. Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung Cermin cekung adalah cermin yang bentuknya melengkung seperti bagian dalam bola. Pada cermin cekung terdapat tiga sinar istimewa seperti ditunjukkan pada gambar di bawah yaitu sebagai berikut. 1) Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus. 2) Sinar datang melalui titik fokus, akan dipantulkan sejajar sumbu utama. 3) Sinar datang melalui pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan cermin.

(1)

(2)

(3)

Untuk dapat melukis bayangan suatu benda di depan cermin lengkung dapat menggunakan minimal dua dari tiga sinar istimewa di atas. Pembagian ruang benda pada cermin cekung

Pembentukan bayangan berdasarkan letak benda: 1. Benda di ruang I 2. Benda di ruang II 1. Benda di ruang III Ciri bayangan yang terjadi : Sifat bayangan yang terjadi : Sifat bayangan yang terjadi - Maya - Terbalik - Terbalik - Tegak - Diperbesar - Diperkecil - Diperbesar - Nyata ( ditangkap oleh - Nyata (ditangkap oleh - Di belakang cermin layar ) layar) - di ruang IV - Di depan cermin - Di depan cermin - Di ruang III - Di ruang II

Jika benda Jika benda diletakkan diletakkan tepattepat di pusat pada kelengkungan titik fokus (F). cerminmaka (P), maka akan membentuk akan terbentuk bayangan bayangan maya bersifat di tak nyata, terhingga terbalik dan sama besar. Letak bayangan di . depan cermin.

D. Pembentukan bayangan pada Cermin Cembung Cermin cembung mempunyai bagian-bagian yang terlihat seperti pada Gambar di bawah ini. P adalah titik pusat kelengkungan cermin. O adalah titik potong sumbu utama dengan cermin cembung. F adalah titik fokus cermin yang berada di tengahtengah antara titik P dan titik O. R adalah jari-jari kelengkungan cermin, yaitu jarak dari titik P ke titik O dan f adalah jarak fokus cermin. Cermin cembung memiliki sifat yang dapat menyebarkan cahaya (divergen). Dengan demikian, jika terdapat berkas-berkas cahaya sejajar mengenai permukaan cermin cembung, maka berkas-berkas cahaya pantulnya akan disebarkan dari satu titik yang sama.

Sinar-sinar istimewa itu ditunjukkan pada Gambar di bawah ini, yaitu sebagai berikut. 1. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus.

2. Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama

3. Sinar datang yang menuju pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan seolaholah berasal dari pusat

Dengan bantuan ketiga sinar istimewa untuk cermin cembung di atas, dapat digambarkan pembentukan bayangan oleh cermin cembung. Untuk membentuk bayangan sebuah benda yang terletak di depan cermin cembung, kita cukup menggunakan 2 buah berkas sinar istimewa di atas. Bayangan benda pada cermin cembung selalu berada antara titik O dan F. Perhatikan gambar berikut!

Hubungan Titik Fokus, Jarak Benda, dan Jarak Bayangan pada Cermin Lengkung Pada cermin lengkung (cekung dan cembung) berlaku: Keterangan: 1 1 1 f = jarak fokus = + so = jarak benda ke cermin f so si si = jarak bayangan ke cermin

Perbesaran merupakan perbandingan jarak bayangan terhadap cermin dengan jarak benda terhadap cermin atau perbandingan tinggi bayangan terhadap tinggi benda. Perbesaran dapat dirumuskan sebagai berikut.

||

s h M= i = i s o h2

Keterangan: M = perbesaran ho = tinggi benda hi = tinggi bayangan

Contoh Sebuah benda tingginya 4 cm diletakkan di depan sebuah cermin cekung yang mempunyai jarak fokus 6 cm. Jarak benda terhadap cermin adalah 12 cm. a. Hitung jarak bayangan terhadap cermin! b. Hitung perbesaran bayangan! c. Lukislah pembentukan bayangannya! Jawab : b. Perbesaran Pembahasan : a. Jarak bayangan ke cermin s 12 Diketahui M = i = =1 kali 1 1 1 = + s o 12 ho = 4 cm f so si so = 12 cm c. Pembentukan bayangan 1 1 1 f = 6 cm = − si f so ditanya : a. Si = ? b. M = ? 1 1 1 = − c. Lukisan pembentukan s i 6 12 bayangan

||

1 2 1 1 = − = s i 12 12 12 s i=12

Jadi jarak bayangan ke cermin adalah 12 cm

Pembiasan Cahaya Ketika suatu berkas sinar melalui dua buah medium yang berbeda kerapatannya maka sinar tersebut akan dibelokkan. Peristiwa pembelokkan sinar tersebut dikenal sebagai pembiasan. Pembelokan ini terjadi karena cepat rambat cahaya dalam medium satu dengan yang lain berbeda-beda. Perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa dan cepat rambat cahaya dalam medium disebut indeks bias dan dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: n : indeks bias c : cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 · 108 m/s) cn : cepat rambat cahaya dalam medium (m/s) Pada pembiasan berlaku hukum Snellius tentang pembiasan, yang berbunyi sebagai berikut. 1. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar. 2. Perbandingan antara proyeksi sinar datang dan proyeksi sinar bias pada bidang batas merupakan bilangan tetap yang disebut indeks bias relatif. Untuk lebih memahami hukum Snellius tentang pembiasan, perhatikan gambar di samping! Penjelasan : 1. Sudut sinar datang (i) adalah sudut antara sinar datang dan garis normal. 2. Sudut sinar bias (r) adalah sudut antara sinar bias dan garis normal. 3. Garis normal (N) adalah garis tegak lurus pada bidang batas antara dua medium. Besar sudut bias akan lebih kecil dibanding sudut datang, jika sinar datang dari medium renggang ke medium rapat. Namun sebaliknya, jika sinar datang dari medium rapat ke renggang maka sudut bias akan lebih besar dibandingkan dengan sudut datang. Untuk mengamati peristiwa pembiasan cahaya, dapat digunakan sebuah lensa. Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung atau bidang lengkung dan bidang datar. Lensa ada dua macam, yaitu lensa cekung dan lensa cembung.

Pembiasan pada Lensa Cekung Lensa cekung atau lensa konkaf merupakan lensa yang bersifat menyebarkan cahaya sehingga disebut sebagai lensa divergen. Jari-jari kelengkungan lensa cekung bernilai negatif. Ada beberapa macam lensa cekung, yaitu 1. Lensa konveks konkaf adalah lensa yang salah satu permukaannya berbentuk bidang cekung dan permukaan lainnya berbentuk bidang cembung. 2. Lensa plan konkaf adalah lensa cekung yang salah satu permukaannya berbentuk bidang datar. 3. Lensa bikonkaf adalah lensa cekung yang kedua permukaannya berupa bidang cekung Bagian-bagian dari lensa cekung dapat kamu perhatikan pada gambar di samping :  O: titik pusat lensa  F1: titik fokus permukaan lensa cekung 1  F2: titik fokus permukaan lensa cekung 2.

Lensa cekung memiliki tiga sinar istimewa. Perhatikan gambar berikut!

Sinar-sinar istimewa tersebut adalah sebagai berikut. a. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus. b. Sinar datang melalui pusat optik akan diteruskan tanpa dibiaskan. c. Sinar datang menuju titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama. Persamaan yang berlaku pada lensa cekung adalah sebagai berikut. Pada cermin lengkung (cekung dan cembung) berlaku: Keterangan: 1 1 1 f = jarak fokus ( Bertanda negative - ) = + so = jarak benda ke cermin f so si si = jarak bayangan ke cermin

Perbesaran merupakan perbandingan jarak bayangan terhadap cermin dengan jarak benda terhadap cermin atau perbandingan tinggi bayangan terhadap tinggi benda. Perbesaran dapat dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: M = perbesaran ho = tinggi benda hi = tinggi bayangan

||

s h M= i = i s o h2

Sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa cekung sama dengan sifat bayangan pada cermin cembung yaitu maya diperkecil dan terbalik Lensa cekung memiliki kemampuan untuk menyebarkan sinar. Kemampuan ini disebut kekuatan lensa. Semakin kecil jarak fokus lensa, semakin besar kekuatan lensa untuk menyebarkan sinar. Kekuatan lensa cekung dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: 1 P : kekuatan lensa (dioptri) P= f : fokus lensa (m) f Contoh Soal 1. Sebuah benda setinggi 1 cm berada di depan lensa cekung dengan fokus 2 cm. Jika jarak benda 4 cm maka tentukanlah: a. jarak bayangan, c. tinggi bayangan, b. perbesaran, d. sifat, dan lukis jalannya sinar! Penyelesaian: Jawab: b. Perbesaran d. Sifat bayangan Diketahui: a. - karena si (-) maka bayangan s −1,3 1 s = 4 cm M= i = = kali bersifat maya dan tegak. 1 1 1 = + so 4 3 h = 1 cm karena M = 1/3 maka bayangan f so si f = 2 cm lebih kecil (diperkecil). c. Karena perbesaran 1 1 1 Ditanyakan: h = + −2 4 s i a. si =...? e. e. Lukisan jalannya sinar pada lensa M= i ho b. M =...? cekung tersebut adalah sebagai c. hi =...? berikut. h 1 1 1 1 i = − d. Sifat = s i −2 4 3 ho bayangan =...? 1 −3 e. Jalannya 1 = hi= cm=0,3 cm sinar =...? si 4 3

| || | || ||

s i=

−4 Jadi tinggi bayangan cm=−1,3 cm 0,3 cm 3

Pembiasan pada Lensa Cembung

Lensa cembung atau lensa konveks merupakan lensa yang bersifat mengumpulkan cahaya sehingga disebut sebagai lensa konvergen. Berbeda dengan lensa cekung, jari-jari kelengkungan lensa cembung bernilai positif. Lensa cembung ada tiga macam, yaitu  Lensa konkaf konveks adalah lensa cembung yang salah satu permukaannya berbentuk bidang cembung sedangkan permukaan yang lain berbentuk bidang cekung. Lensa plan konveks adalah lensa cembung yang salah satu permukaannya berbentuk bidang datar.  Lensa bikonveks adalah lensa cembung yang kedua permukaannya berbentuk bidang cembung. Lensa cembung memiliki tiga sinar istimewa. Bagian-bagian dari lensa cekung dapat kamu perhatikan pada gambar di samping :  O: titik pusat lensa  F1: titik fokus permukaan lensa cembung 1  F2: titik fokus permukaan lensa cembung 2. Lensa cembung memiliki tiga sinar istimewa. Perhatikan gambar berikut!

Sifat sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah sebagai berikut. a. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus. b. Sinar datang melalui pusat optik akan diteruskan tanpa dibiaskan. c. Sinar datang melalui fokus depan lensa akan dibiaskan sejajar sumbu utama. Persamaan yang berlaku pada lensa cembung adalah sebagai berikut. Pada cermin lengkung (cekung dan cembung) berlaku: Keterangan: 1 1 1 f = jarak fokus ( Bertanda positiv ) = + so = jarak benda ke cermin f so si si = jarak bayangan ke cermin

Perbesaran merupakan perbandingan jarak bayangan terhadap cermin dengan jarak benda terhadap cermin atau perbandingan tinggi bayangan terhadap tinggi benda. Perbesaran dapat dirumuskan sebagai berikut.

| || |

si hi M= = s o h2

Keterangan: M = perbesaran ho = tinggi benda hi = tinggi bayangan

Sifat bayangan yang dibentuk oleh lensa cekung sama dengan sifat bayangan pada cermin cembung yaitu maya diperkecil dan terbalik Lensa cembung memiliki kemampuan untuk menyebarkan sinar. Kemampuan ini disebut kekuatan lensa. Semakin kecil jarak fokus lensa, semakin besar kekuatan lensa untuk menyebarkan sinar. Kekuatan lensa cekung dirumuskan sebagai berikut. Keterangan: 1 P : kekuatan lensa (dioptri) P= f : fokus lensa (m) f Contoh soal : Sebuah benda setinggi 1 cm diletakkan di depan lensa cembung pada jarak 3 cm. Jika fokus lensa adalah 2 cm, tentukan: a. jarak bayangan, c. tinggi bayangan, e. lukis jalannya sinar! b. perbesaran, d. sifat, dan

Penyelesaian: Diketahui: s = 3 cm h = 1 cm f = 2 cm Ditanyakan: a. si =...? b. M =...? c. hi =...? d. Sifat bayangan =...? e. Jalannya sinar =...?

Jawab: a.

1 1 1 = + f so si 1 1 1 = + 2 3 si

1 1 1 = − si 2 3 1 3 2 = − si 6 6 s i=6 cm

b. Perbesaran

| ||| || ||

M=

si 6 = =2 kali so 3

c. Karena perbesaran

hi ho hi 2= ho hi=2. 1 cm=2 cm M=

d. Sifat: - karena s' (+) maka bayangan bersifat nyata dan terbalik. - karena M = 2 maka bayangan diperbesar. e. Lukisan jalannya sinar pada lensa cembung tersebut adalah sebagai berikut.

Jadi tinggi bayangan 2 cm

Soal-soal Uji Kompetensi A. Ayo, berilah tanda silang pada jawaban yang paling tepat! 1. Cermin datar menghasilkan bayangan yang bersifat…. a. maya, tegak, dan diperkecil b. maya, tegak, dan diperbesar c. maya, tegak, dan sama besar d. maya, terbalik, dan sama besar 2. Dua buah cermin datar mengapit sudut 60°. Banyaknya bayangan yang terbentuk antara dua cermin adalah . . . . a. 6 buah b. 5 buah c. 4 buah d. 2 buah 3. Sebuah benda berada pada jarak 2 cm di depan cermin cekung dengan fokus 10 cm. Jarak bayangan dari cermin adalah . . . . a. -10 cm b. -8 cm c. -5 cm d. -2,5 cm 4. Sebuah benda setinggi 1 m di depan cermin cembung dengan fokus 0,5 m. Jika jarak benda 2 m maka tinggi bayangan adalah . . . . a. 0,2 m b. 0,3 m c. 0,4 m d. 0,5 m 5. Sebuah benda setinggi 2 cm di depan lensa cembung dengan fokus 10 cm. Jika jarak benda ke lensa 5 cm maka jarak bayangan ke lensa adalah . . . . a. 10 cm maya c. 8 cm maya b. 10 cm nyata d. 8 cm nyata 6. Sebuah benda setinggi 1 cm di depan lensa cekung dengan fokus 3 cm. Jika jarak benda ke lensa 6 cm maka tinggi bayangan adalah . . . . a. 1/6 cm c. 1/5 cm b. ¼ cm d. 1/3 cm 7. Suatu benda berada di depan cermin cembung dengan jari-jari 20 cm. Jika bayangan yang terbentuk maya, tegak, diperkecil ¼ kali semula maka jarak benda ke cermin adalah . . . . a. 10 cm b. 20 cm c. 30 cm d. 50 cm 8. Berikut ini yang tidak termasuk sinar istimewa pada cermin cembung adalah . . . .

a. sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui fokus b. sinar datang menuju titik fokus dipantulkan sejajar sumbu utama c. sinar datang menuju pusat kelengkungan dipantulkan melalui jalan semula d. sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus 9. Jika bayangan yang terbentuk oleh lensa cembung adalah maya, tegak, dan diperbesar 2 kali, sedangkan jarak benda adalah 4 cm di depan lensa maka fokus lensa adalah . . . . a. 8/3 cm c. 6/3 cm b. 7/3 cm d. 5/3 cm 10. Sebuah lensa cembung mempunyai jarijari 20 cm. Kekuatan lensa tersebut adalah . . . . a. ½ dioptri c. 2 dioptri b. 1 dioptri d. 5 dioptri 11. Berikut yang bukan merupakan sifat cahaya adalah .... a. memerlukan medium untuk merambat b. dapat dipantulkan c. dapat dibiaskan d. termasuk gelombang elektromagnetik 12. Suatu benda berjarak 10 cm di depan sebuah cermin cekung yang memiliki fokus 15 cm. Perbesaran bayangan yang dihasilkan adalah .... a. 3,0 kali c. 1,5 kali b. 2,0 kali d. 0,5 kali 13. Perhatikan gambar berikut. Daerah yang disebut sudut bias adalah ....

a. p

b. q

c. r

d. s

14. Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar bersifat .... a. nyata, terbalik, dan diperkecil b. nyata, sama besar, dan tegak

c. maya, tegak, dan sama besar d. nyata, terbalik, dan diperbesar 15. Sebuah benda diletakkan 8 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 12 cm. Letak bayangan adalah .... a. 24 cm di depan lensa b. 24 cm di belakang lensa c. 48 cm di depan lensa d. 48 cm di belakang lensa 16. Sebuah lensa cekung memiliki jarak fokus 20 cm. Apabila sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa maka jarak bayangan yang terbentuk dari lensa adalah .... a. 60 cm di depan lensa b. 60 cm di belakang lensa c. 12 cm di depan lensa d. 12 cm di belakang lensa 17. Pernyataan berikut yang benar adalah .... a. lensa cembung disebut juga lensa negatif b. pada pemantulan cahaya oleh cermin datar selalu bersifat nyata c. c. pembentukan bayangan oleh lensa cekung selalu diperkecil d. pembentukan bayangan oleh lensacembung selalu diperbesar B. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar! 1. Sebutkan bunyi hukum pemantulan cahaya! 2. Dua cermin datar disusun sehingga mengapit sudut 45°. Tentukan banyak bayangan yang terbentuk di antara kedua cermin! 3. Sebuah benda berada pada jarak 4 cm di depan cermin datar. Tentukan jarak dan sifat bayangan! 4. Sebuah benda setinggi 20 cm berada pada jarak 1 m di depan cermin cekung dengan fokus 0,5 m, tentukan: a. jarak bayangan, b. perbesaran, c. tinggi bayangan, d. sifat bayangan, dan e. lukisan bayangan!