STANDAR KOMPETENSI
Menerapakan prinsip kerja alat – alat optic
KOMPETENSI DASAR
Menganalisis alat – alat optic secara kualitatif dan kuantitatif
INDIKATOR
• Menjelaskan pemantulan cahaya secara kualitatif dan kuatitatif
• Menjelaskan pemantulan cahaya pada cermin datar dan lengkung
TUJUAN
Peserta didik dapat:
1. Menjelaskan jenis pemantulan cahaya.
2. Menyebutkan hukum pemantulan cahaya.
3. Menjelaskan proses pemantulan pada cermin datar.
4. Menyebutkan sifat-sifat bayangan pada cermin datar.
5. Melukis pembentukan bayangan pada cermin datar.
6. Menghitung tinggi minimal cermin datar agar seluruh bayangan ada di
dalam cermin.
7. Menghitung jumlah bayangan pada dua cermin datar yang di gabung
berhadapan.
8. Menjelaskan proses pemantulan pada cermin cekung.
9. Menyebutkan sinar-sinar istimewa pada cermin cekung.
10. Melukis pembentukan bayangan pada cermin cekung.
11. Menjelaskan hubungan jarak focus dan jari-jari lengkung.
12. Menjelaskan proses perbesaran bayangan pada cermin cekung.
13. Menggunakan rumus umum pada cermin cekung.
14. Menjelaskan proses pemantulan pada cermin cembung.
15. Menyebutkan sinar-sinar istimewa pada cermin cembung.
16. Melukis pembentukan bayangan pada cermin cembung.
17. Menggunakan rumus pada cermin cembung
METODE
1. CERAMAH
2. DISKUSI
3. DEMONSTRASI
MEDIA
1. OHP.
2. PAPAN TULIS.
3. SENTER
4. CERMIN DATAR
5. CERMIN CEKUNG
6. CERMIN CEMBUNG
PEMANTULAN CAHAYA
Pemantulan ada dua, yaitu pemantulan baur dan pemantulan teratur. Apabila cahaya jatuh pada permukaan benda yang kasar, maka sinar dipantulkan ke berbagai arah. Karena dipantulkan pada berbagai arah, maka sinar pantul berpotongan setelah meninggalkan permukaan. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan baur atau pemantulan difus. Pemantulan baur terjadi pada permukaan benda yang tidak rata dan kasar. Pemantulan teratur adalah pemantulan cahaya ke arah tertentu. Pemantulan teratur terjadi terjadi pada permukaan benda yang sangat halus atau rata.
A. Pemantulan Baur
Berbeda dengan benda yang memiliki permukaan rata, pada saat cahaya mengenai suatu permukaan yang tidak rata, maka sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan tersebut dipantulkan tidak sebagai sinar-sinar sejajar Gambar memperlihatkan bagaimana sinar-sinar yang datang ke permukaan kayu dipantulkan ke berbagai arah sehingga kita dapat melihat kayu ini pada posisi A, B dan C.Perhatikan bahwa sinar-sinar yang datang ke permukaan kayu merupakan sinar - sinar yang sejajar, namun sinar-sinar pantulnya tidak. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan baur.
Gambar .
Pemantulan baur pada permukaan bidang yang tidak rata
Akibat pemantulan baur ini kita dapat melihat benda dari berbagai arah. Misalnya pada kain atau kertas yang disinari lampu sorot di dalam ruang gelap kita dapat melihat apa yang ada pada kain atau kertas tersebut dari berbagai arah. Pemantulan baur yang dilakukan oleh partikel-partikel debu di udara yang berperan dalam mengurangi kesilauan sinar matahari.
Gambar .Pemantulan cahaya lampu mobil di malam hari
(a) jalanan kering dan kasar (b) jalanan basah karena hujan.
Pemantulan baur juga sangat membantu pengemudi mobil saat malam hari yang gelap. Pada saat jalanan kering di malam yang gelap sinar lampu mobil akan dipantulkan ke segala arah oleh permukaan jalanan yang tidak rata ke segala arah termasuk ke mata pengemudi sehingga jalanan terlihat terang (Gambar.a). Namun saat jalanan basah karena hujan, permukaan jalanan menjadi rata sehingga sinar lampu mobil hanya dipantulkan ke arah tentu saja, yakni ke arah depan jalanan sehingga pengemudi mengalami kesulitan karena tidak dapat melihat jalanan di depannya dengan baik seperti diperlihatkan Gambar.b.
B. Pemantulan Biasa
Pada permukaan benda yang rata seperti cermin datar, cahaya dipantulkan membentuk suatu pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan cermin dipantulkan sebagai sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapat membentuk bayangan benda. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan teratur atau pemantulan biasa.
Gambar .
Pemantulan biasa pada cermin membentuk bayangan benda
C. Hukum Pemantulan Cahaya
Pada saat sinar mendatangi permukaan cermin datar, cahaya akan dipantulkan seperti pada Gambar di bawah. Garis yang tegak lurus bidang pantul disebut garis normal. Pengukuran sudut datang dan sudut pantul dimulai dari garis ini. Sudut datang (i) adalah sudut yang dibentuk oleh garis normal (1) dan sinar datang (2), sedangkan sudut pantul (r) adalah sudut yang dibentuk oleh garis normal (1) dan sinar pantul (3)
Gambar .
Pemantulan cahaya: Sudut datang sama dengan sudut pantul.
Berdasarkan pengamatan dan pengukuran didapatkan bahwa:
1. sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada bidang yang sama;
2. besar sudut datang (i) sama dengan besar sudut pantul (r).
Dua pernyataan di atas dikenal sebagai hukum pemantulan cahaya.
Contoh:
1. Pada gambar di bawah sudut manakah yang merupakan sudut datang datar dan yang manakah sudut pantul?
Penyelesaian:
Garis (2) pada gambar di atas melukiskan sinar datang ke permukaan cermin sedangkan garis (1) adalah garis normal. Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang dan garis normal. Jadi sudut datang adalah c, sedangkan sudut pantul dibentuk oleh garis normal (1) dan sinar pantul (3) dan besarnya sama dengan sudut datang. Pada gambar sudut pantul adalah b.
D. CERMIN DATAR
Cermin datar adalah cermin yang bentuk permukaannya datar. Pada Gambar diperlihatkan bagaimana bayangan sebuah lampu listrik terbentuk pada sebuah cermin datar. Untuk memudahkan pembahasan, hanya dua sinar yang diperlihatkan pada gambar tersebut.
Gambar . Pembentukan bayangan pada cermin datar.
Pada gambar di atas mata melihat lampu listrik berada di X, sebab sinar-sinar yang datang ke mata berasal dari X. Tentu saja ini tidak benar. Sinar-sinar yang bagi mata berasal dari X sebenarnya merupakan sinar-sinar yang dipancarkan oleh lampu listrik ke permukaan cermin datar di depannya. Oleh cermin datar sinar-sinar ini dipantulkan ke mata sehingga terkesan bagi mata seolah-olah sinar-sinar tersebut datang dari X. Jadi yang dilihat oleh mata adalah bayangan lampu listrik di X, bukan lampu listrik yang sebenarnya. Bayangan seperti ini disebut bayangan maya. Bayangan maya dapat dilihat oleh mata, namun tidak dapat ditangkap layar. Kebalikan dari bayangan maya adalah bayangan nyata atau bayangan sejati.
Sifat Bayangan pada Cermin Datar
Bayangan yang terbentuk pada cermin datar bersifat maya atau semu. Dikatakan bayangan maya karena bayangan tersebut dibentuk oleh garis yang telah diperpanjang. Apabila bayangan yang dibentuk oleh garis yang tidak diperpanjang maka bayangan yang dihasilkan disebut bayangan nyata.
Ketika kita berdiri di depan cermin datar, maka tampak bayangan dalam cermin tetap tegak, kepala tetap di atas dan kaki tetap di bawah. Akan tetapi, posisi tangan kanan di cermin ada di sebelah kiri, sedangkan tangan kiri ada di sebelah kanan pada bayangan di cermin. Dengan demikian, sifat bayangan yang dihasilkan cermin datar adalah : jarak bayangan sama dengan jarak benda, ukuran bayangan sama dengan ukuran benda, bayangan tegak, bayangan menghadap terbalik, dan bayangan maya ( semu ).
Cermin datar dimanfaatkan untuk berhias. Selain itu juga cermin datar dimanfaatkan sebagai kaca spion pada mobil dan digunakan juga pada periskop. Sifat-sifat bayangan pada cermin datar antara lain :
• Maya
• Tegak
• Simetris (bentuk dan tinggi bayangan sama dengan benda)
• Berkebalikan sisi (sisi kanan benda menjadi sisi kiri bayangan)
• Jarak benda kecermin sama dengan jarak bayangan kecermin)
Melukis Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar
Untuk melukis bayangan pada cermin datar sangat mudah. Gunakan saja hokum pemantulan cahaya. Misalkan saja Anda hendak menentukan bayangan benda O sebagaimana terlihat pada Gambar di bawah. Misalkan sinar datang dari O ke C, lalu dari titik C ditarik garis normal tegak lurus permukaan cermin. Dengan bantuan busur derajat, ukurlah besar sudut dating (i) yakni sudut yang dibentuk oleh OC dan garis normal. Selanjutnya buatlah sudut pantul (r) yaitu sudut antara garis normal dan sinar pantul CD yang besarnya sama dengan sudut datang. Posisi bayangan dapat ditentukan dengan memperpanjang sinar pantul CD dari C ke O’ yang berpotongan dengan garis OO’ melalui B.
Gambar .Melukis pembentukan bayangan benda O menggunakan hukum
pemantulan cahaya.
Bila Anda ukur akan Anda dapatkan bahwa jarak BO = BO’. Dengan bantuan geometri dapat juga Anda buktikan kebenaran ini. Pada Gambar 8 sudut BOC = sudut dating (berseberangan) dan sudut BO’C = sudut pantul (sehadap). Karena sudut datang = sudut pantul, maka Anda dapatkan sudut BOC = sudut BO’C. Sementara itu sudut CBO = CBO’ (sama-sama tegak lurus) sehingga dapat disimpulkan bahwa segitiga CBO sama dan sebangun dengan segitiga CBO’. Akibatnya panjang BO = BO’. Dalam hal ini BO = jarak benda BO’ = jarak bayangan. Pada cermin datar selalu didapatkan bahwa jarak benda sama dengan jarak bayangan. Mudah, bukan?
Gambar. Melukis bayangan sebuah pensil menggunakan hukum pemantulan
cahaya.
Bayangan sebuah pensil di depan cermin datar pada gambar 10 dapat ditentukan dengan menggunakan hukum pemantulan cahaya. Cara melukisnya sama seperti melukis benda O pada gambar 9. Hanya saja untuk benda yang memiliki tinggi seperti pensil ini Anda harus melukis jalannya sinar datang dan sinar pantul minimal untuk dua titik yakni A dan B. Dengan pembuktian yang serupa dengan gambar 9 Anda akan dapatkan bahwa AF = A’F dan tinggi AB = A’B’. Jadi pada cermin datar tidak hanya jarak benda sama dengan jarak bayangan tetapi juga bahwa tinggi benda sama dengan tinggi bayangan. Untuk benda yang bukan berupa titik atau garis, ukuran bayangan sama dengan ukuran bendanya. Benda dan bayangan hanya berbeda dalam 2 arahnya. Bagian kiri benda menjadi bagian kanan bayangan dan sebaliknya.
Berapakah tinggi minimal cermin datar agar saat bercermin seluruh bayangan
tubuh kita ada di dalam cermin tersebut?
Bila seorang anak yang tingginya 150 cm ingin melihat bayangannya pada cermin datar, haruskah cermin itu mempunyai tinggi yang sama dengan anak itu? Marilah kita jawab pertanyaan ini secara geometrik. Kita ambil misal tinggi anak dari ujung kaki sampai atas kepala = h. Untuk melihat atas kepala, maka sinar harus datang dari kepala menuju cermin lalu cermin memantulkan sinar itu ke mata. Untuk melihat ujung kaki, sinar harus datang dari ujung kaki ke cermin lalu oleh cermin dipantulkan ke mata. Pada Gambar 10 jarak atas kepala (topi) ke mata = d.
Gambar .Menentukan tinggi minimal cermin untuk melihat tinggi seluruh
bayangan benda.
Dari gambar terlihat bahwa tinggi minimal cermin datar L = s + ½ d, sedangkan h = 2s + d atau s = 1/2 (h – d) sehingga kita dapatkan tinggi minimal cermin
L = ½ (h – d) + ½ d
atau:
Persamaan untuk menentukan tinggi minimal L cermin
datar agar dapat melihat tinggi seluruh bayangan benda (jarak mata dan ujung atas kepala diabaikan)
dengan:
L = tinggi minimal cermin datar (m)
h = tinggi benda (m)
Jadi, agar dapat melihat tinggi seluruh bayangan benda pada sebuah cermin datar maka tinggi cermin itu haruslah sama dengan setengah tinggi benda dengan posisi seperti diperlihatkan oleh gambar di atas.
Berapakah jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua buah cermin datar yang digabung berhadapan?
Dua buah cermin datar yang digabung dengan cara tertentu dapat memperbanyak jumlah bayangan sebuah benda. Jumlah bayangan yang terjadi bergantung pad abesar sudut yang dibentuk oleh kedua cermin itu. Namun, sebelum kita bahas hal ini cobalah Anda perhatikan gambar di bawah ini terlebih dahulu.
Gambar .Agar sinar datang selalu sejajar dengan sinar keluar, maka besar sudut harus 90°.
Pada gambar sinar datang dan sinar keluar tampak sejajar. Untuk mendapatkan hasil seperti ini, besar yaitu sudut yang dibentuk oleh cermin A dan cermin B harus berharga tertentu. Besar sudut ini dapat ditentukan dengan bantuan geometri sebagai berikut.
Berdasarkan gambar sudut yang dibentuk oleh cermin A dan cermin B, yaitu = 1 + 2 yang besarnya sama dengan 180° – (90° - r1) – (900 – i2) sehingga dapat ditulis,
= r1 + i2
karena besar r1 = i1 (ingat hukum pemantulan pada cermin datar), maka
= i1 + i2
Andaikan pada Gambar adalah sudut antara sinar datang dan sinar keluar yang besarnya,
= 1 + 2 + 3 + 4
atau
= (90° – r1) + (90° – i2) + (90° – i1) + (90° – r2)
karena r1 = i1 dan r2 = i2, maka
= (90° – r1) + (90° – i2) + (90° – i1) + (90° – r2)
atau
= 2(90° – i1) + 2(90° – i2)
= (180° – 2i1) + (180° – 2i2)
= 360° – 2(i1 + i2)
agar sinar yang mendatangi cermin datar (sinar datang) sejajar dengan sinar yang keluar dari cermin datar (sinar keluar)l, maka = 180° sehingga 180° = 360° – 2(i1 + i2) atau 180° = 2(i1 + i2) akhirnya (i1 + i2) = 90°
Jadi, pada sistem dua cermin datar yang digabung berhadapan agar sinar datang sejajar dengan sinar keluar , maka besar = 90°.
Jadi mulai sekarang ingatlah selalu bahwa sudut perputaran sinar pantul sama dengan 2 kali perputaran cermin datar. Tentu saja ini hanya berlaku bila arah sinar dating tidak diubah. Kini, saatnya kita menghitung bayangan yang dapat dibentuk oleh gabungan dua cermin datar. Gambar memperlihatkan dua cermin datar yang digabung berhadapan membentuk sudut 90° satu dengan lainnya. Sebuah sumber cahaya P (misalnya lampu listrik) berada di antara dua cermin.
Gambar. Dua cermin yang digabung membentuk sudut 90° menghasilkan 3 bayangan.
Sesuai dengan hukum pemantulan cahaya pada cermin datar sebagamana telah diuraikan sebelumnya, bayangan benda P pada cermin A adalah A’ dan pada cermin B adalah B’. Bayangan A’ berada di depan cermin B sehingga tercipta bayangan B’’ di belakang cermin B.
Hal yang sama terjadi pada B’ yang berada di depan cermin A sehingga terbentuk bayangan A’’ di belakang cermin A dan ternyata A’’ berhimpit dengan B’’. Karena keduanya berada di belakang cermin, maka tidak ada lagi bayangan yang terbentuk. Jadi, gabungan dua cermin datar seperti ini hanya menghasilkan 3 buah bayangan.
Bagaimana kalau sudut antara dua cermin itu 60°?
Perhatikan gambar. Untuk membedakan bayangan benda oleh cermin A diberi notasi A1, A2 dan seterusnya, sedangkan bayangan yang dibentuk oleh cermin B diberi notasi B1, B2 dan seterusnya.
Gambar . Dua cermin yang digabung berhadapan membentuk sudut 60° menghasilkan 5 bayangan benda.
Bayangan yang dibentuk oleh cermin A yang pertama adalah A1, sedangkan bayangan yang dibentuk oleh cermin B yang pertama adalah B1. Karena A1 ada di depan cermin B, maka terbentuklah bayangan B2 oleh cermin B. Sebaliknya karena B1 ada dihadapan cermin A, maka terbentuklah bayangan A2.
Selanjutnya, karena B2 ada di depan cermin A, maka terbentuklah bayangan A3. Bersamaan dengan hal itu karena A2 berada di hadapan cermin B, maka terbentuklah bayangan B3 yang ternyata berhimpit dengan A3. Sampai di sini tidak ada lagi bayangan yang dapat dibentuk oleh kedua cermin datar A dan B sehingga dapat disimpulkan bahwa bila sudut antara kedua cermin datar 60° dihasilkan sebanyak 5 bayangan yaitu A1, A2 , B1 , B2 dan A3 atau B3.
Bila berpusat di C yang merupakan titik perpotongan cermin datar A dan B dibuat sebuah lingkaran dengan jari-jari CP, maka tampak bahwa lingkaran tersebut melewati semua posisi-posisi atau titik-titik bayangan yang dibentuk oleh cermin A dan B seperti tampak pada Gambar 14. Berdasarkan hal ini, maka melukis bayangan yang dibentuk oleh dua cermin yang digabung berhadapan dengan sudut tertentu, akan menjadi lebih mudah bila terlebih dahulu dibuat sebuah lingkaran dengan pusat (poros) di titik perpotongan kedua cermin datar tersebut.
Adakah persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua cermin datar yang digabung berhadapan?
Bila sudut antara dua cermin datar 90° menghasilkan 3 bayangan dari suatu benda yang diletakkan di antara kedua cermin tersebut dan sudut 60° menghasilkan 5 bayangan, berapakah jumlah bayangan yang dibentuk bila sudut antara dua cermin 30° , 22,5° , 15° dan seterusnya?
Secara empirik artinya berdasarkan hasil-hasil percobaan menggunakan dua cermin datar yang digabung berhadapan seperti dicontohkan di atas dengan berbagai variasi sudut antara dua cermin datar itu, didapatlah sebuah persamaan yang disebut persamaan jumlah bayangan seperti tertulis di bawah ini.
Persamaan jumlah bayangan gabungan dua cermin yang berhadapan
dengan
n = jumlah bayangan
= sudut antara dua cermin datar yang digabung berhadapan
m = 1 jika hasilnya bilangan genap
m = 0 jika hasilnya bilangan ganjil
Coba Anda terapkan persamaan ini untuk = 90°, = 60° dan = 45°, sesuaikah dengan hasil lukisan bayangan di atas?
Gabungan dua cermin datar dapat Anda jumpai misalnya di toko sepatu atau toko pakaian dan digunakan oleh para pelanggan toko tersebut saat mencoba sepatu atau pakaian yang hendak mereka beli. Gabungan dua cermin ini dapat juga anda temui di salon-salon kecantikan.
E. CERMIN LENGKUNG
Cermin lengkung adalah cermin yang permukaannya lengkung seperti permukaan bola. Cemin ini dibedakan atas cermin cekung (konkaf) dan cermin cembung (konveks). Pada gambar 14 tampak sinar datang pada cermin cekung berhadapan dengan permukaan pantul yang bentuknya seperti permukaan dalam bola, sedangkan pada cermin cembung sinar datang berhadapan dengan permukaan pantul yang merupakan permukaan luar bola.
Gambar : Cermin lengkung permukaan bola: (a) cermin cekung dan (b) cermin cembung.
Beberapa istilah yang Anda harus pahami saat membicarakan cermin lengkung antara lain adalah pusat kelengkungan, verteks, sumbu utama, jari-jari kelengkungan, focus utama, jarak fokus dan bidang fokus. pa yang disebut pusat kelengkungan di sini adalah pusat kelengkungan cermin (C), verteks adalah titik tengah permukaan pantul (O), sumbu utama adalah garis lurus yang menghubungkan antara pusat kelengkungan dan verteks (CO), jari-jari kelengkungan R merupakan jari-jari bola cermin, fokus utama (F) merupakan sebuah titik pada sumbu utama tempat berkumpulnya sinar-sinar sejajar yang mendatangi cermin cekung, jarak fokus (f) adalah jarak dari verteks ke fokus utama F, dan bidang fokus adalah bidang yang melalui fokus dan tegak lurus sumbu utama.
Perhatikan gambar di bawah, baik pada cermin cekung maupun cermin cembung sinar datang ke cermin dari arah kiri.
Gambar
Penamaan dan penempatan titik dan jarak pada
(a) cermin cekung dan (b) cermin cembung.
Hubungan antara jarak fokus f dan jari-jari kelengkungan R dapat dijelaskan dengan bantuan gambar di bawah. Sinar-sinar sejajar sumbu utama yang menuju ke cermin tampak dipantulkan cermin melalui titik api (fokus). Pemantulan sinar ini tetap mengikuti hukum pemantulan cahaya seperti yang sudah kita bicarakan. Jadi sudut datang sama dengan sudut pantul i = r. Perlu diingat bahwa sudut-sudut ini diukur terhadap garis normal yang pada setiap sudut datang (i) atau sudut pantul selalu menuju titik pusat kelengkungan C.
Gambar : Sinar-sinar paraksial sejajar sumbu utama dipantulkan oleh cermin menuju titik api F (fokus).(Sinar-sinar parasial atau dekat sumbu utama)
\ Pembentukan Bayangan Oleh Cermin Cekung
Seperti telah dikatakan berulang-ulang, pembentukan bayangan oleh cermin cekung mematuhi hukum-hukum pemantulan cahaya. Untuk dapat melukis bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung biasanya digunakan tiga sinar istimewa. Sinar istimewa adalah sinar datang yang lintasannya mudah diramalkan tanpa harus mengukur sudut datang dan sudut pantulnya.
Anda sudah mempelajari 3 sinar istimewa ini saat di SMP, namun sekedar mengingatkan kembali tiga sinar istimewa itu adalah,
a. Sinar yang melalui pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan melalui pusat kelengkungan itu lagi.
Gambar . Sinar yang melewati titik pusat kelengkungan akan dipantulkan cermin cekung melewati titik tersebut.
b. Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui fokus utama.
c. Gambar . Sinar yang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui fokus utama.
Sinar yang melalui fokus utama akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar