Aqila Course

PEMBELAJARAN KOMPETITIF BERBASISIS PENYELIDIKAN

MATA PELAJARAN IPA FISIKA KELAS VIII

 PRAKTIKUM MEMBUAT ALAT

PENGUKUR JARAK

DENGAN MEMANFAATKAN  SIFAT LENSA CEMBUNG

 by Ahmad Hasan Basri

1. Pendahuluan

Keuntungan membuat alat dan praktek langsung bagi siswa dan guru adalah sebagai berikut :

1. a.      Penguasaan Konsep

Dalam percobaan mengukur jarak dengan lensa cembung misalnya, peserta didik tidak merasa bahwa dia sedang mempelajari konsep lensa cembung, karena saat percobaan ini dilakukan peserta didik belum diberikan materi tentang lensa cembung, tetapi untuk kegiatan dalam percobaan ini siswa harus mampu menguraiakan rumus-rumus dalam lensa cembung yaitu :

 

 

dimana :

f    = Jarak focus lensa (cm, m)

S_o = Jarak benda dengan lensa (cm, m)

S_i  = Jarak bayangan dengan lensa (cm, m)

Dalam Percobaan mengukur jarak dengan lensa cembung ini, peserta didik secara tidak langsung menguasai rumus diatas dengan tanpa merasa bahwa rumus itu sulit dipecahkan untuk ukuran kecerdasan peserta didik SMP kelas VIII. Sehingga guru tidak perlu repot-repot menerangkan konsep lensa cembung secara detil dengan banyak latihan soal yang menjenuhkan siswa, tetapi cukup dengan percobaan mengukur jarak dengan lensa cembung ini maka siswa akan langsung mengerti secara detil baik konsep maupun praktek dari kompetensi lensa cembung.

Ketika siswa berapresiasi ide dan mempraktekkan cara-cara mereka untuk mendapatkan jarak dengan alat yang dibuat maka proses penyelidikan berlangsung saat itu. Siswa akan mencari dari berbagai sumber baik bertanya kepada teman, Guru dan sumber-sumber lain yang relevan. Hal ini menyebabkan pembelajaran berlangsung berbalik dengan kelas traditional yang biasanya guru bertanya kepada siswa akan perkembangan kompetensinya tetapi guru ditanya siswa tentang apakah kompetensi ini betul atau tidak. Peran guru dalam kelas ini bukanlah sebagai sumber ilmu melainkan sebagai fasilitator yang menjadi acuan tentang benar atau salah dalam suatu kompetensi tertentu.

Kegiatan praktikum mengukur jarak dengan lensa cembung ini sangatlah membantu pengetahuan konsep peserta didik baik dari segi kognitif dan psikomotor, sehingga proses belajar mengajar disekolah berlangsung menyenangkan dan kompetensi yang diajarkan tercapai dengan baik serta proses dari penyelidikan dapat dirasakan dan diresapi siswa tanpa mereka sadari yang ketrampilan tersebut akan dibutuhkan mereka saat terjun didunia usaha dan masyarakat.

 

1. b.      Penguasaan Teknologi dalam Alat Optik

Banyak Teknologi masa kini yang masih memakai konsep lensa cembung dalam pengerjaanya, kamera digital misalnya. Pirnsip kamera digital dan kamera film sebenarnya tidak jauh beda dalam prinsip optiknya, karena pada dasarnya prinsip optiknya adalah sama hanya berbeda pada penerimaan gambar objeknya. Kamera film penerimaan gambar ditangkap oleh film sedangkan dalam kamera digital penerimaan  gambar objeknya diterima oleh sensor gambar yang diproyeksikan dengan LCD yang bisa dilihat langsung tanpa diintip.

Pemahaman konsep ini merupakan pemahaman yang akan membuka wacana dan pemikiran-pemikiran baru bagi siswa yang masih awam dalam teknologi. Perkenalan tentang alat optik sebagai konsep yang dibahas dalam kompetensi alat optik khususnya lensa cembung akan sangat membantu perserta didik dalam mengembangkan kreatifitasnya dalam kehidupan mendatang saat peserta didik sudah mulai terjun dalam dunia kerja.

Pengenalan teknologi ini merupakan hal penting karena pada zaman ini dan zaman yang akan datang manusia sangatlah tergantung dengan teknologi yang mendukung segala kehidupannya.

 

1. c.       Ketrampilan dalam Penyusunan Alat

Dalam kegiatan praktikum mengukur jarak dengan lensa cembung ini, peserta didik dapat membuat sendiri alat praktikumnya dengan barang-barang bekas yang sudah tidak terpakai dirumah. Sehingga muncul kreatifitas siswa dalam menyusun alat dengan barang-barang seadanya dengan tanpa mengeluarkan biaya yang banyak.

Kegiatan ini merupakan kegiatan praktikum yang sifatnya gratis atau tanpa biaya sehingga untuk kegiatan praktikum ini dapat dilakukan oleh sekolah-sekolah yang belum memiliki fasilitas Laboratorium IPA yang memadai, cukup dengan 1 buah lensa cembung dan kardus bekas sudah bisa melakukan percobaan ini.

Ketrampilan dalam menyusun alat sangatlah berperan penting dalam percobaan ini karena tanpa itu percobaan ini tidaklah berhasil, bukan hanya itu, ketelitian dalam mengukur besar dan bentuk alat merupakan kunci keberhasilan pengukuran jarak dengan alat buatan peserta didik ini sehingga trial and error siswa merupakan proses pembentukan kepribadian siswa dalam membentuk watak siswa yang kreatif dan tidak kenal putus asa dalam melakukan sesuatu.

 

1. d.      Pembentukan Kepribadian siswa dalam bekerja sama dalam kelompok kerja

Kegiatan praktikum mengukur jarak dengan lensa cembung ini dapat dilakukan secara individu, tetapi hasil dari sebuah praktikum bukanlah hasil alat dan konsep saja namun watak dan kepribadian siswa merupakan poin penting dalam pendidikan di Indonesia.

Kegiatan Praktikum mengukur jarak dengan lensa cembung ini lebih baik dilakukan secara kelompok minimal 2 orang dan maksimal 3 orang. Kelompok kerja dapat efektif jika semuanya mempunyai peran dalam kelompoknya, jika suatu kelompok ada 4 orang maka biasanya ada 1 orang yang pasif sehingga kegiatan praktikum jika lebih dari 3 peserta didik akan mematikan kreatifitas 1 peserta didik dalam satu kelompoknya.

Dalam membuat alat praktikum mengukur jarak dengan lensa cembung ini akan banyak menyita waktu dan masalah-masalah yang tidak mudah untuk diselesaikan, karena kegaiatan pembuatan alat ini, mengukur tingkat ketelitian dan kesabaran peserta didik, sehingga saat keputusasaan dimungkinkan akan terjadi dalam kolompoknya, maka diskusi dan ide-ide peserta didik akan membantu dalam penyelesaian alat ini. Pembentukan karakter peserta didik terjadi saat pengajuan ide dan mempertahankan pendapatnya dalam kelompok, sehingga proses pembentukan watak dalam sosial peserta didik secara tidak langsung akan terbentuk dalam kegiatan pratikum ini.

 

A. DASAR TEORI

1. 1.      Penemuan Lensa Cembung (Kaca Mata)

Penemuan teknologi kacamata berhubungan sangat erat dengan perkembangan kaca pembesar.

Sejarah tertua dimiliki oleh masyarakat di kota kuno Niniwe. Mereka telah mengenal “kaca mata”, yang sebenarnya lebih berfungsi sebagai kaca pembesar dengan materi lensa bukan dari kaca melainkan kristal. Bangsa Yunani kuno pun mempunyai kaca pembesar berujud bola kaca berisi air. Baru pada abad XII, hampir secara bersamaan kaca pembesar dari kuarsa yang dipasang pada bingkai muncul di masyarakat Cina dan Eropa.

Melihat manfaat kaca pembesar, maka tahun 1268 Roger Bacon, filsuf, ilmuan dan pembaharu pendidikan berkebangsan Inggris, berpendapat perlunya lensa sebagai peralatan optik. Namun tidak semua orang mau menempatkan Bacon sebagai orang pertama pencetus lahirnya kaca mata. Dengan bukti-bukti di tangan, ada yang berpendapat kacamata kemungkinan besar lahir di Italia pada ± tahun 1286. Sedangkan mengenai siapa penemunya pun muncul dua versi, apakah Alessandro di Spina dari Florence ataukah Florentine Salvina Armato.

Dalam waktu singakt, pada tahun 1300-an kacamata mulai di produksi dengna pusat pembuatan di Venesia. Tapi kacamata saat itu belum seperti sekarang. Kualitas lensanya sederhana, pemakaiannya juga merepotkan. Alat baca yang biasa dipakai para rahib dengan gangguan rabun dekat itu hanya terdiri atas dua lensa yang disambung, tanpa tangkai. Setelah menempelkan sambungan di batang hidung, sang pemakai harus terus menerus memeganginya. Meski lambat laun sambungannya makin kuat, kacamata tersebut tetap dianggap berbahaya.

Berbagai macam percobaan dilakukan untuk menemukan cara terbaik dan teraman mengenakan kacamata. Ada yang memasang lempengan logam panjang yang dipasang mulai dari batang hidung hingga kebagian tengah kepala lalu turun ke bagian leher. Karena pemasangan yang rumit dan tidak praktis, kacamata itu pun tidak diminati

Model lain adalah dengan rantai kecil yang dipasang pada kedua sisi kacamata. Kemudian rantai ini diikatkan di bagian belakang kepala, layaknya kacamata khusus bagi perenang atau pengendara sepeda motor. Ada lagi yang mengaitkan kacamata pada topi. Ini pun merepotkan, bahkan mengganggu, terutama saat harus membaca di dalam ruangan atau membuka topi untuk memberi salam.

Akhirnya, ada orang yang cukup kreatif dengan memasang tangkai, sehingga kacamata dapat “berpegangan” pada telinga.

Akhir abad XIV ketika kacamata mulai umum digunakan dan dianggap sebagai benda berharga, alat baca itu sering muncul sebagai aksesori subjek dalam lukisan. Salah satunya adalah lukisan Paus Leo X yang dibuat oleh Raphael tahun 1517.

Perkembangan selanjutnya adalah saat berhasil ditemukannya kacamata bifokus, yang memiliki sekaligus lensa cembung dan lensa cekung dalam satu bingkai. Tahun 1784 kacamata bifokus pertama di dunia dibuat oleh Benjamin Franklin – politikus, penulis, sekaligus ilmuwan Amerika. Namun alat optik yang bisa membuatnya nyaman saat melakukan perjalanan, karena selain dapat menikmati pemandangan alam juga sekaligus membaca buku-buku kegemarannya, masih sederhana bentuknya. Setelah berhasil memisahkan kaca cembung dan cekung, ia memotong secara horizontal masing-masing lensa stersebut dibagian tangan. Kemudian dengan dijepit oleh bingkai, potongan lensa cembung ditumpankan di atas potongan lensa cembung.

Hingga tahun 1884 masih juga dihasilkan lensa bifokus yang dibuat dari potongan-potongan, meski sudah berperekat. Barulah pada tahun 1908 dan 1910 dikenal lensa cembung cekung yang benar-benar menyatu dalam satu lensa.

Materi lensa pun turut berkembang, yang mula-mula dari kuarsa, selanjutnya dibuatlah lensa kaca. Beberapa dekade terakhir, pilihan lensa pun makin beragam saat diperkenalkan lensa plastik. Tahun 1888 di Prancis diproduksi lensa kontak pertama sebagai alat kesehatan, karena gangguan pandangan si penderita tidak mungkin lagi dibantu dengan kaca mata biasa. Namun lensa itu hanya dipakai beberapa orang, itu pun terpaksa. Saat dipasang lensa kontak yang terbuat dari kaca tersebut akan menutupi seluruh bagian depan mata. Untunglah, pada 1938 ditemukan lensa kontak plastik.

Satu dekade kemudian, mulai diperkenalkan lensa kontak yang hanya menutupi kornea.

 

 

1. 2.      Lensa

            Definisi Lensa

Lensa adalah material transparan (umumnya terbuat dari kaca atau plastik) yang memiliki dua permukaan ( salah satu atau keduanya memiliki permukaan melengkung) sehingga dapat membelokkan sinar yang melewatinya.

Ada 2 jenis lensa yakni : lensa cembung dan lensa cekung.

Ciri-ciri suatu lensa cembung :

1. bagian tengah lensa lebih tebal dibandingkan bagian tepinya.
2. bersifat mengumpulkan sinar.
3. titik fokusnya bernilai positif.

Sementara ciri-ciri lensa cekung :

1. bagian tengah lensa lebih tipis dibandingkan bagian tepinya.
2. bersifat menyebarkan sinar.
3. titik fokusnya bernilai negatif.

Umumnya lengkung permukaan lensa mengikuti persamaan lingkaran sehingga letak titik fokus dapat ditentukan dengan mudah. Bayangan yang tajam dapat diperoleh dengan mudah dengan lensa semacam ini.

 

 

Lengkung permukaan yang tidak mengikuti persamaan lingkaran tentu saja tetap dapat membelokkan sinar; hanya saja letak titik fokusnya tidak menentu dan akibatnya bayangan yang terbentuk tidak tajam.

Berikut ini adalah contoh-contoh lensa cembung :

(1)	(2)	(3)	(4)

Lensa (1) disebut lensa cembung-cembung (bi-convex), lensa (2) disebut lensa cembung-datar(convex-plano), lensa (3) disebut lensa datar-cembung(plano-convex), dan lensa (4) disebut lensa cembung-cekung(convex-concave).

Contoh-contoh lensa cekung :

(5)	(6)	(7)	(8)

Lensa (4) disebut lensa cekung-cekung(bi-concave), lensa (2) disebut lensa cekung-datar(concave-plano), lensa (3) disebut lensa datar-cekung(plano-concave), dan lensa (4) disebut lensa cekung-cembung(concave-convex).

2.2.      Bagian-Bagian Lensa

Lensa selalu memiliki 2 permukaan. Permukaan lensa dapat berupa suatu busur lingkaran atau suatu bidang datar. Permukaan lensa yang berupa suatu busur lingkaran tentu saja mengikuti persamaan lingkaran dan memiliki radius kelengkungan (R).

Gambar di bawah ini adalah gambar suatu lensa cembung-cembung dengan bagian-bagiannya.

Bagian-bagian dari suatu lensa cembung-cembung

Bagian-bagian suatu lensa :

V : pusat lensa (vertex).

R₁ : radius kelengkungan permukaan 1.

R₂ : radius kelengkungan permukaan 2.

C₁ : pusat kelengkungan permukaan 1.

C₂ : pusat kelengkungan permukaan 2.

F₁ : titik fokus 1.

F₂ : titik fokus 2.

Lensa yang memiliki permukaan datar dianggap memiliki radius kelengkungan yang besarnya tak terhingga. Titik pusat permukaan tersebut berada di titik tak berhingga. Lensa cembung-datar seperti contoh di bawah ini memiliki R₂ yang besarnya tak berhingga.

Lensa cembung-datar memiliki R₂ yang tak berhingga

Aturan dalam menentukan besarnya radius kelengkungan

Nilai radius kelengkungan suatu lensa dapat bernilai positif, negatif, atau tak berhingga. Berikut ini aturan untuk menentukan nilai radius kelengkungan (diasumsikan bahwa sinar datang dari arah kiri):

1. Permukaan yang titik pusatnya ada di sebelah kanan vertex memiliki R positif.
2. Permukaan yang titik pusatnya ada di sebelah kiri vertex memiliki R negatif.
3. Permukaan datar memiliki R tak berhingga.

Dengan aturan ini maka lensa cembung-cembung memiliki R₁ positif dan R₂ negatif; lensa cembung-datar memiliki R₁ positif dan R₂ tak berhingga. Lensa cekung-cekung di bawah ini memiliki R₁ negatif dan R₂ positif.

Lensa cembung-datar memiliki R₁ negatif dan R₂ positif

 

2.3. Sifat-Sifat Lensa Cembung

Lensa cembung bersifat mengumpulkan sinar. Lensa cembung memiliki sifat-sifat sebagai berikut :

1. Sinar-sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan oleh lensa cembung melewati titik fokus.
2. Sinar-sinar yang datang dari titik fokus dibiaskan sejajar dengan sumbu utama.
3. Sinar yang melewati pusat lensa (vertex) tidak akan dibiaskan melainkan diteruskan tanpa mengalami pembiasan.

 

Sifat-sifat di atas berlaku hanya bagi lensa tipis dan sinar-sinar merupakan sinar paralax.

Perhatikan gambar-gambar di bawah ini :

Gambar Sinar-sinar sejajar sumbu utama dibiaskan lensa cembung melewati titik fokus

Gambar  Sinar-sinar yang berasal dari titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama

Gambar  Sinar yang melewati pusat lensa (vertex) akan diteruskan tanpa dibiaskan.

 

 

 

2.4.      Kekuatan Lensa Cembung

Kekuatan lensa adalah besarnya ukuran suatu lensa membelokkan sinar yang datang padanya.

Dengan demikian semakin besar kekuatan suatu lensa maka sudut bias yang dihasilkan semakin besar. Sebaliknya semakin kecil kekuatan suatu lensa maka sudut bias yang dihasilkan semakin kecil.

Sekarang perhatikan gambar-gambar di bawah ini :

Gambar 1.

Gambar 2.

Gambar 3.

Angka (1) pada gambar-gambar di atas menunjuk pada sinar utama (1) yakni sinar yang datang sejajar dengan sumbu utama. Gambar (1) memiliki titik fokus paling panjang dan gambar (3) memiliki titik fokus paling pendek. Perhatikan bahwa sinar utama (1) dibiaskan dengan sudut bias paling kecil pada gambar (1), dan dengan sudut bias paling besar pada gambar (3). Dengan demikian dapat kita ambil kesimpulan bahwa lensa dengan jarak titik fokus kecil akan memberikan sudut bias yang besar atau dengan kata lain memiliki kekuatan yang besar. Sebaliknya lensa dengan jarak titik fokus besar akan memberikan sudut bias yang kecil atau dengan kata lain memiliki kekuatan yang kecil.

Menentukan Bayangan dengan Sinar-Sinar Utama (Lensa Cembung)

Bayangan suatu obyek yang dibentuk oleh suatu lensa cembung dapat diperoleh dengan bantuan sinar-sinar utama. Ketiga sinar utama dan karakteristiknya adalah sebagai berikut :

1. Sinar yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melewati titik fokus.
2. Sinar yang melalui vertex akan diteruskan (tidak dibiaskan).
3. Sinar yang melewati titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama.

Pertemuan ketiga sinar (atau paling tidak dua sinar) utama adalah lokasi dari bayangan.

Penentuan bayangan semacam ini hanya berlaku untuk lensa tipis dan sinar-sinar paralax.

Sekarang perhatikan gambar-gambar di bawah ini :

Gambar 1. Sinar-sinar utama (1,2 dan 3) pada lensa cembung.

Sinar (1) datang dari obyek sejajar sumbu utama. Sinar ini dibiaskan melewati titik fokus. Sinar (2) melewati vertex dari lensa sehingga diteruskan tanpa mengalami pembiasan. Sinar (3) datang dari obyek dengan melewati titik fokus. Sinar ini dibiaskan sejajar sumbu utama. Pertemuan ketiga sinar ini setelah melewati lensa adalah lokasi di mana bayangan berada. Tentu saja di sini, untuk penyederhaan, hanya ditampilkan sinar yang berasal dari ujung atas obyek. Kenyataannya bayangan yang terbentuk adalah titik temu sinar-sinar utama yang tak terhingga banyaknya yang berasal dari tiap titik pada obyek.

Sekarang perhatikan contoh-contoh di bawah ini :

Gambar 2. Lensa cembung dengan R1=6 dan R2=4 menghasilkan bayangan nyata.

Gambar 3. Lensa cembung dengan R1=4 dan R2=6 menghasilkan bayangan nyata.

Gambar 4. Lensa cembung-datar dengan R2=4.5 menghasilkan bayangan maya.

 

Gambar 2 dan gambar 3 menggunakan lensa dengan indeks bias yang sama tetapi radius kelengkungan kedua permukaannya berbeda. Gambar 2 adalah lensa cembung-cembung dengan R₁=6 dan R₂=4, sementara gambar 3 adalah lensa cembung-cembung dengan R₁=4 dan R₂=6. Sekalipun kedua lensa memiliki radius permukaan yang berbeda keduanya memiliki jarak titik fokus yang sama; dengan demikian bayangan yang dihasilkan sama baik jarak maupun perbesarannya.

Gambar 4 adalah lensa cembung-datar yang menghasilkan bayangan maya. Perhatikan dengan seksama bahwa prinsip penentuan bayangan dengan sinar-sinar utama tetap berlaku di sini. Bayangan maya terbentuk oleh pertemuan garis-garis maya (yang merupakan perpanjangan dari garis-garis sesungguhnya).

 

Menentukan Bayangan dengan Rumus Lensa Tipis (Lensa Cembung)

Bayangan suatu obyek yang dibentuk oleh suatu lensa cembung dapat diperoleh dengan bantuan rumus lensa tipis (thin lens formula) :

 

s = jarak obyek

s’ = jarak bayangan

f = jarak titik fokus (selalu bernilai positif untuk lensa cembung).

Sementara perbesaran dari bayangan diperoleh dengan rumus :

 

m = perbesaran.

Rumus lensa tipis di atas ditemukan oleh Gauss.

Rumus-rumus di atas hanya berlaku untuk lensa tipis dan sinar-sinar paralax

Untuk menentukan apakah s dan s’ bernilai positif atau negatif coba lihat aturan lensa.

s’ dapat bernilai positif atau negatif. s’ positif artinya bayangan adalah nyata, sementara negatif artinya bayangan adalah maya. Perbesaran (m) dapat bernilai positif atau negatif. m bernilai positif bila bayangan tegak dan negatif bila bayangan terbalik.

Dalam kenyataannya bila bayangan nyata ditangkap dengan layar maka bayangan yang terbentuk tidak hanya pada posisi s’ seperti yang tertuang pada rumus lensa tipis di atas, tetapi pada posisi di mana saja. Akan tetapi bayangan pada posisi selain s’ adalah bayangan yang kabur (tidak fokus). Bayangan paling tajam hanya terjadi pada posisi s’.

Sekarang mari kita lihat contoh-contoh berikut ini :

Contoh Soal :

1.   Suatu lensa cembung memiliki jarak titik fokus 0.1 m. Bila suatu obyek berada pada jarak 0.5 m, maka berapakah jarak bayangan ?

Jawab

f= 0.1 m, dan s= 0.5 m maka :

 

atau jarak bayangan = 0.125 m. Karena s’ positif maka bayangan yang terbentuk adalah bayangan nyata.

2.   Suatu lensa cembung memiliki jarak titik fokus 0.1 m. Bila suatu obyek berada pada jarak 0.08 m, maka berapakah jarak bayangan ? dan berapa perbesarannya ?

Jawab

f     = 0.1 m dan s=0.08 m, maka

 

atau jarak bayangan= -0.4 m dan perbesaran = 0.8. Bayangan yang terbentuk adalah bayangan maya dan tegak (karena m positif).

 

3.   Suatu lensa cembung memiliki jarak titik fokus 0.2 m. Bila suatu obyek berada pada jarak 0.4 m, maka berapakah jarak bayangan ? dan berapa perbesarannya ?

Jawab

 

atau jarak bayangan= 0.4 m dan perbesaran = -1. Bayangan yang terbentuk adalah bayangan nyata dan terbalik (karena m negatif).

 

Dari contoh-contoh di atas dan dari percobaan yang anda lakukan kiranya dapat disimpulkan bahwa lensa cembung selalu menghasilkan bayangan nyata yang terbalik atau bayangan maya yang tegak.

 

Bayangan Nyata dan Maya.

1. Bayangan nyata terbentuk dari pertemuan sinar-sinar utama yang nyata.
2. Bayangan maya terbentuk dari pertemuan sinar-sinar utama yang maya.

Perhatikan contoh-contoh di bawah ini :

Pertemuan sinar-sinar utama yang nyata menghasilkan bayangan nyata.

Pertemuan sinar-sinar utama yang maya menghasilkan bayangan maya

Pada gambar 1 nampak dengan jelas bahwa sinar-sinar utama setelah dibiaskan oleh lensa cembung saling bertemu pada suatu titik yang merupakan lokasi dari bayangan. Karena sinar-sinar utama merupakan sinar-sinar yang nyata maka bayangan yang terbentuk merupakan bayangan nyata.

Kita bandingkan sekarang dengan gambar 2. Sinar-sinar utama setelah dibiaskan oleh lensa cembung tidak saling bertemu karena ketiganya menyebar. Tetapi bila kita tarik perpanjangan dari masing-masing sinar pada bagian kiri lensa akan kita dapatkan titik temu yang merupakan lokasi dari bayangan. Karena titik pertemuan ini merupakan pertemuan tiga sinar yang maya (hanya perpanjangan dari sinar yang sesungguhnya) maka bayangan yang terbentuk adalah bayangan maya.

Dalam kenyataan sehari-hari bayangan nyata adalah bayangan yang dapat ditangkap (diproyeksikan) oleh suatu media (layar). Sementara bayangan maya adalah bayangan yang tidak dapat ditangkap oleh suatu media.

 

Kegiatan Praktikum membuat Alat

Mengukur Jarak Dengan Lensa Cembung

 

1. 1.      Study Kasus

Bagaimana menghitung jarak benda dengan lensa cembung

1. Untuk mengukur jarak dengan lensa cembung, mula-mula kita harus mengetahui prinsip prinsip lensa cembung yaitu :

Bayangan suatu obyek yang dibentuk oleh suatu lensa cembung dapat diperoleh dengan bantuan sinar-sinar utama. Ketiga sinar utama dan karakteristiknya adalah sebagai berikut :

1. Sinar yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melewati titik fokus.
2. Sinar yang melalui vertex akan diteruskan (tidak dibiaskan).
3. Sinar yang melewati titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama.

Pertemuan ketiga sinar (atau paling tidak dua sinar) utama adalah lokasi dari bayangan.

Penentuan bayangan semacam ini hanya berlaku untuk lensa tipis dan sinar-sinar paralax.

Sekarang perhatikan gambar-gambar di bawah ini :

Gambar 1. Sinar-sinar utama (1,2 dan 3) pada lensa cembung.

Sinar (1) datang dari obyek sejajar sumbu utama. Sinar ini dibiaskan melewati titik fokus. Sinar (2) melewati vertex dari lensa sehingga diteruskan tanpa mengalami pembiasan. Sinar (3) datang dari obyek dengan melewati titik fokus. Sinar ini dibiaskan sejajar sumbu utama. Pertemuan ketiga sinar ini setelah melewati lensa adalah lokasi di mana bayangan berada. Tentu saja di sini, untuk penyederhaan, hanya ditampilkan sinar yang berasal dari ujung atas obyek. Kenyataannya bayangan yang terbentuk adalah titik temu sinar-sinar utama yang tak terhingga banyaknya yang berasal dari tiap titik pada obyek.

Sekarang perhatikan contoh-contoh di bawah ini :

Gambar 2. Lensa cembung dengan R1=6 dan R2=4 menghasilkan bayangan.

Pada gambar di atas dihasilkan bayangan nyata terbalik diperkecil

1.   Prinsip kerja pengukuran jarak benda dengan lensa cembung ini adalah hasil bayangan nyata dari sebuah lensa cembung kita tangkap menggunakan layer yang transparan.
2. Jarak antara lensa cembung dengan bayangan nyata yang ditangkap oleh layar (S_i) kita hitung dengan persamaan :

 

Maka kita akan mendapatkan jarak benda dengan lensa (S_o), jika jarak fokus lensa sudah diketahui.

1. Cara mengetahui jarak focus lensa adalah dengan membiaskan sinar matahari pada lensa sehingga membentuk titik. Pada kasus ini Jarak benda yaitu matahari  (S_o) sangat jauh (jarak matahari bumi 150 juta km) maka dapat diasum sikan bahwa cahaya yang masuk sejajar dengan garis normal, sehingga jarak bayangan sama dengan jarak focus lensa

 

2. Sutdy kasus 2

Bagaimana mendesain alat untuk mengukur jarak dengan lensa cembung

1. Pertama-tama kita harus mengetahui dulu jarak fokus lensa cembung yang kita gunakan. Biasanya sekolah sudah mempunyai lensa cembung sebagai bahan praktek di laboratorium IPA, dan jarak focus lensa di laboratorium sudah diketahui pada labelnya. Untuk sekolah atau yang mau praktek dirumah tidak usah risau jika tidak mempunyai lensa cembung. Lensa cembung dapat kita buat sendiri dengan bolam lampu pijar yang diisi dengan air.

Untuk membuat lensa cembung dengan bolam lampu pijar, pecahkan dengan hati-hati bagaian belakang lampu pada penyangga bolam (jangan sampai pecah bagaian kaca bolamnya). Setelah kaca bagain bawah pecah, pecahkan kaca bagian tengah yang terdapat filament pijarnya (saat memecahkan kaca bagian tengah ini, akan berbunyi “bulb” karena gas argon yang berada didalam tabung lampu akan keluar). Setelah selesai isilah lampu dengan air sampai penuh kemudian tutuplah dengan plastic, lalu diberi karet pengaman agar air yang ada dalam lampu tidak bocor keluar.

Setelah jadi lensa lampu bolam ukurlah jarak fokusnya dengan membiaskan sinar matahari sampai menjadi titik. Ukutlah jarak antara lensa lampu bolam dengan titik cahaya matahari yang telah dibiaskan. Jarak antara titik dengan lensa lampu bolam adalah jarak focus lensa lampu bolam tersebut (dianggap bahwa cahaya matahari berasal dari cahaya yang sangat jauh).

2. Jika lensa cembung sudah siap, kita mempersiapkan besar kotak sebagai tempat lensa dan bayangan nyata yang dibentuk lensa cembung.

Untuk membuat kotak tersebut kita harus mengetahui dulu seberapa besar jarak lensa dan bayangan yang akan dihasilkan jika bayangan yang terjadi harus nyata terbalik diperkecil.

Kenapa bayangan harus nyata ?

Alat ini merupakan alat berdasarkan prinsip kerja kamera sederhana jadi bayangan agar bisa ditangkap oleh layar harus nyata karena jarak bayangan dengan lensa itulah kunci pokok pada alat pengukur jarak dengan lensa cembung ini.

Kenapa bayangan harus diperkecil ?

Alat ini bentuknya kecil sehingga jika akan mengkur jarak sebuah rumah dengan kedudukan kita, maka bayangan rumah harusnya lebih kecil dibandingkan sebenarnya karena kalau tidak, alat kerja kita besarnya harus lebih besar dengan sebuah rumah.

3. Untuk mengukur seberapa panjang alat kerja kita yang akan kita buat, adalah dengan menghitung dengan rumus lensa cembung sehingga bayangan yang dihasilkan nyata terbalik diperkecil.

Dengan prinsip diatas sehingga kita dapatkan bahwa “agar menghasilkan bayangan nyata terbalik diperkecil jarak benda dengan lensa haruslah berada pada jarak di atas 2F” (dua kali jarak focus/jari-jari kelengkungan lensa) dan bayangan nyata terletak antara antara F dan 2F.

Cobalah buktikan dengan perhitunganmu sendiri tentang kesimpulan di atas.

Dari hasil kesimpulan tersebut maka jarak pergeseran lensa adalah sebesar jarak focus itu sendiri, dan jarak terjauh lensa dengan layar adalah 2F. maka jika kita menggunakan focus lensa 10 cm, maka jarak pergeseran antara lensa dengan layar adalah dari 10 cm hingga 20 cm, dengan jarak terdekat 10 cm dan jarak terjauh 20 cm.

4. Untuk membuat alat ini tidaklah semudah yang dibayangkan, karena kita menggunakan cahaya sebagai sumber pengukuran maka saat membuat alat ini, desainya haruslah kedap cahaya, settinglah alat sehingga cahaya yang masuk dalam kotak hanya dari lensa .
5. Untuk lebih jelasnya untuk desain alat, lihatlah gambar berikut ini :

 

 

Gambar Alat tampak samping

 

Gambar alat tampak miring

 

3. Study Kasus 3

Bagaimana menghitung jarak benda dengan lensa cembung

Gunakan rumus

 

S’ adalah jarak bayangan dengan lensa

S adalah jarak benda dengan lensa

F adalah jarak fokus

 

Berdasarkan dari rumus diatas untuk menghitung S maka kita dapat menggunakan rumus berikut :

S =

jika f dan S¹ dalam cm maka S dalam cm.

 

4. Study Kasus 4

Bagaimana mengukur keakuratan alat kerja ini?

Setiap alat mempunyai batas-batas kelemahan, keterbatasan alat ini harus diukur agar hasil yang kita dapatkan benar-benar valid.

Untuk meneliti seberapa besar keakuratan alat ini adalah dengan menentukan jarak benda terlebih dahulu dengan meteran, kemudian kita cari jarak benda dengan menggunakan alat pengukur jarak ini kemudian hasil jarak dibandingkan.

Misalkan jarak benda dengan alat diukur dengan meteran 10 meter dan jarak benda diukur dengan alat menghasilkan 11 meter.

Hasil selisih perhitungan tersebut dimasukkan dalam rumus berikut :

Ralat Perhitungan =

Ralat perhitungan = ,

Kemudian kegiatan di atas diulang 10 kali lalu hasilnya dirata-rata.