sifat cahaya dan proses pembentukanya

Cahaya merupakan energi yang berbentuk gelombang elektromagnetik. Energi tersebut merupakan energi kasat mata yang memiliki panjang gelombang 380–750 nm. Nah, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Jadi, cahaya juga tidak memerlukan medium untuk merambat. 

Benda dikatakan sebagai sumber cahaya ketika benda-benda tersebut mampu memancarkan gelombang cahaya. Contohnya ialah matahari, api, lampu, dan lain-lain.

Selain benda yang memancarkan cahaya, ada juga benda gelap. Benda gelap merupakan benda tidak berpijar atau tidak memancarkan gelombang cahaya. Benda gelap dibagi menjadi 3 macam, yaitu benda tak tembus cahaya yang tidak dapat meneruskan cahaya, seperti dinding dan batu; benda bening yang dapat meneruskan cahaya, seperti kaca; dan benda tembus cahaya yang dapat meneruskan sebagian cahaya, seperti kertas buram dan air keruh.

Berkas cahaya digolongkan menjadi 3 macam:

1. Berkas cahaya yang menyebar (divergen) merupakan berkas cahaya yang berasal dari satu titik kemudian menyebar ke segala arah.
2. Berkas cahaya sejajar merupakan berkas cahaya yang sejajar satu sama lain.
3. Berkas cahaya mengumpul merupakan berkas cahaya yang menuju satu titik tertentu (konvergen).

Sifat-Sifat Cahaya

Cahaya memiliki beberapa sifat yang harus diketahui, yaitu:

1. Cahaya dapat merambat lurus
2. Cahaya dapat dipantulkan
3. Cahaya dapat menembus benda bening
4. Cahaya dapat dibiaskan
5. Cahaya dapat diuraikan

Sifat cahaya yang pertama ialah dapat merambat lurus. Hal ini memberikan keuntungan pada manusia sehingga manusia memanfaatkan sifat cahaya dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya ialah lampu senter dan lampu sorot kendaraan bermotor.

Sifat cahaya yang kedua ialah cahaya dapat dipantulkan. Ketika benda terkena cahaya, cahaya yang mengenai benda akan dipantulkan. Jenis pemantulan terbagi menjadi dua, yaitu pemantulan baur (pemantulan difus) dan pemantulan teratur.

Pemantulan teratur dan pemantulan baur. (Sumber: fismath.com)

Ketika cahaya mengenai permukaan rata, licin, dan mengilap, hasil pemantulannya akan teratur. Sedangkan, ketika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata, kasar, dan bergelombang, hasil pemantulannya akan baur/difus. Pemantulan cahaya dapat memberi manfaat pada manusia. Contohnya ialah manusia dapat melihat pantulan bayangannya di cermin.

Kaca yang bening dapat ditembus oleh cahaya. Ketika kaca yang bening tersebut dihalangi oleh benda lain yang tidak bening, cahaya tidak dapat menembusnya.

 Cahaya menembus benda bening. (Sumber: idschool.net)

Cahaya akan dibelokkan jika merambat melalui dua zat yang kerapatannya berbeda. Contohnya seperti udara dengan air. Peristiwa pembelokkan cahaya setelah melalui suatu medium rambat disebut dengan pembiasan cahaya.

Ilustrasi pembiasan. (Sumber: dosenpendidikan.com)

Penguraian cahaya putih menjadi berbagai cahaya berwarna disebut penguraian cahaya atau dispersi. Cahaya matahari sebenarnya tersusun atas berbagai cahaya berwarna, lho. Namun, mata kita melihat cahaya matahari berwarna putih. Contoh lain dari dispersi ialah pelangi.

(https://saktigandaoye.blogspot.com/2018/05/sifat-cahaya-dan-proses-pembentukan.html)

2. Pembentukan bayangan pada cermin

Cermin adalah benda yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang mengenainya. Pembentukan bayangan pada cermin bergantung pada jenis cermin itu sendiri. Cermin datar membentuk bayangan yang bersifat maya, tegak, dan sama besar dengan bendanya. Cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen). Cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya (divergen) dengan sifat bayangan maya, tegak, dan diperkecil. Secara lebih rinci, pembentukan bayangan pada cermin datar, cekung, dan cembung dijelaskan sebagai berikut:

1. Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar

Cermin datar adalah cermin yang permukaannya berupa bidang datar. Pembentukan bayangan pada cermin datar, berlaku:

• Jarak benda (s) terhadap cermin sama dengan jarak bayangan terhadap cermin (s^’)
• Tinggi benda (h) sama dengan tinggi bayangan (h^’)

Apabila digambarkan dengan dengan diagram sinar, maka pembentukan bayangan pada cermin datar akan terlihat seperti gambar berikut.

Gambar Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar

Bayangan pada cermin datar bersifat tegak dan maya, dibelakang cermin. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinar-sinar pantul yang digambarkan oleh garis putus-putus.

2. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung

Pembentukan bayangan pada cermin cekung, digunakan sinar-sinar istimewa. Ada tiga jenis sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu:

• a. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus (F).
• b. Sinar datang melalui titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama.
• c. Sinar datang melalui pusat kelengkungan cermin (P) dipantulkan lewat pusat kelengkungan itu juga.

Gambar Sinar-Sinar Istimewa pada Cermin Cekung

Pembentukan bayangan pada cermin cekung minimal diperlukan dua buah sinar istimewa. Nantinya, sifat bayangan pada cermin cekung yang terbentuk bergantung pada posisi benda.

Pembagian Ruang pada Cermin Cekung Menurut Dalil Esbach

• Apabila benda di ruang I, maka bayangan diruang IV bersifat maya, tegak, diperbesar.
• Apabila benda di ruang II, maka bayangan di ruang III bersifat nyata, terbalik, diperbesar.
• Apabila benda di ruang III, maka bayangan di ruang II bersifat nyata, terbalik, diperkecil.

Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, titik fokus cermin, dan perbesaran benda pada cermin cekung adalah sebagai berikut:

Keterangan:

f = Jarak fokus (cm)

s = Jarak benda ke cermin (cm)

s^’ = Jarak bayangan ke cermin (cm)

M = Perbesaran

h = Tinggi benda (cm)

h^’ = Tinggi bayangan (cm)

Catatan:

h^’ positif (+) menyatakan bayangan adalah tegak (dan maya)

h^’ negatif (-) menyatakan bayangan adalah terbalik (dan nyata)

Contoh soal:

Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan cermin cekung. Jika jarak fokus cermin tersebut 6 cm, tentukan jarak bayangan yang dibentuk, nyatakan sifat-sifatnya dan buatlah diagram sinarnya!

Pembahasan:

Diketahui:

s = 10 cm

f  = 6 cm

Ditanyakan: s^’, sifat bayangan, dan gambar diagram sinar = ….?

Jawaban:

Sifat bayangan: nyata, terbalik, dan diperbesar.

Gambar diagram sinar:

3. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung

Cermin cembung adalah cermin lengkung yang bagian luarnya dapat memantulkan cahaya. Cermin cembung disebut juga dengan cermin negatif (-) karena titik fokus cermin cembung terletak di belakang cermin yang merupakan titik potong perpanjangan sinar-sinar pantul dari berkas sinar datang yang sejajar. Oleh sebab itu, jarak fokus cermin cembung bernilai negatif (-).

Pada cermin cembung juga berlaku hukum-hukum pemantulan, yaitu besarnya sudut datang sama dengan besarnya sudut pantul. Sinar-sinar istimewa dan diagram sinar pada cermin cembung adalah sebagai berikut:

• a. Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus.
• b. Sinar datang yang menuju titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama.
• c. Sinar datang yang menuju ke titik pusat kelengkungan (P) dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik pusat kelengkungan tersebut.

Gambar Sinar-Sinar Istimewa pada Cermin Cembung

Bayangan yang terbentuk pada cermin cembung selalu bersifat maya, tegak, dan diperkecil. Rumus-rumus yang berlaku untuk cermin cekung juga berlaku untuk cermin cembung. Hanya saja, dalam menggunakan persamaan cermin cembung jarak fokus (f) dan jari-jari cermin (R) selalu dimasukkan bertanda negatif (-). Dengan catatan bahwa dalam cermin cembung harga f dan R bernilai negatif (-).

Contoh Soal:

Sebuah cermin cembung memiliki jari-jari kelengkungan 30 cm. Jika benda diletakkan pada jarak 10 cm di depan cermin cembung, tentukan jarak bayangan yang dibentuknya, nyatakan sifat-sifatnya, dan buatlah gambar diagram sinar!

Pembahasan:

Diketahui:

R = 30 cm

s = 10 cm

f = ½ R = ½ x 30 cm = 15 cm

Ditanyakan: s^’, sifat bayangan, dan gambar diagram sinar = …?

Jawaban:

Sifat bayangan: maya, tegak, dan diperkecil

Gambar diagram sinar:

Gambar Diagram Sinar pada Cermin Cembung

(https://materikimia.com/pembentukan-bayangan-pada-cermin-datar-cekung-dan-cembung/)

3.Lensa

sebuah lensa

Lensa atau sering disebut kanta adalah sebuah alat untuk mengumpulkan atau menyebarkan cahaya, biasanya dibentuk dari sepotong gelas yang dibentuk. Alat sejenis digunakan dengan jenis lain dari radiasi elektromagnetik juga disebut lensa, misalnya, sebuah lensa gelombang mikro dapat dibuat dari "paraffin wax".

Lensa paling awal tercatat di Yunani Kuno, dengan sandiwara Aristophanes The Clouds (424 SM) menyebutkan sebuah gelas-pembakar (sebuah lensa cembung digunakan untuk memfokuskan cahaya matahari untuk menciptakan api).

Tulisan Pliny the Elder (23-79) juga menunjukan bahwa gelas-pembakar juga dikenal Kekaisaran Roma, dan disebut juga apa yang kemungkinan adalah sebuah penggunaan pertama dari lensa pembetul: Nero juga diketahui menonton gladiator melalui sebuah emerald berbentuk cekung (kemungkinan untuk memperbaiki myopia).

Seneca the Younger (3 SM - 65) menjelaskan efek pembesaran dari sebuah gelas bulat yang diisi oleh air. Matematikawan muslim berkebangsaan Arab Alhazen (Abu Ali al-Hasan Ibn Al-Haitham), (965-1038) menulis teori optikal pertama dan utama yang menjelaskan bahwa lensa di mata manusia membentuk sebuah gambar di retina. Penyebaran penggunaan lensa tidak terjadi sampai penemuan kacamata, mungkin di Italia pada 1280-an.

Konstruksi

Konstruksi lensa yang paling umum adalah lensa speris (en: spherical lens), yaitu lensa dengan bidang antarmuka yang melengkung speris (en: spherical curvature), yaitu kelengkungan bidang permukaan bola dengan radius speris (en: radius of curvature) tertentu. Notasi radius yang digunakan adalah R, akan bernilai positif saat antarmuka melengkung keluar menjauhi titik pusat lensa dan disebut antarmuka cembung (en: convex). Notasi negatif akan digunakan untuk antarmuka cekung (en: concave) yang melengkung ke dalam mendekati titik pusat lensa.

Lensa sederhana

1 - Symmetrical double convex lens.
2 - Asymmetrical double-convex lens
3 - Plano- convex lens.
4 - Positive meniscus lens.
5 - Symmetrical biconcave lens.
6 - Asymmetrical biconcave lens.
7 - Plano-concave lens.
8 - Negative meniscus lens.

Lensa sederhana (en: simple lens, singlet lens) atau sering disebut lensa saja adalah sebuah lensa tunggal speris.

Lensa sederhana dibedakan berdasarkan kelengkungan kedua bidang antarmukanya. Sebuah lensa cembung (en: biconvex lens) mempunyai dua bidang antarmuka yang cembung, lensa dengan dua bidang cekung disebut lensa cekung (en: biconcave lens). Jika salah satu bidang antarmuka datar (mempunyai radius yang tak berhingga), maka lensa tersebut disebut lensa plano cembung atau lensa plano cekung. Lensa cembung cekung mempunyai satu bidang antarmuka cekung dan satu bidang antarmuka cembung, juga sering disebut lensa meniskus (en: meniscus lens).

Lensa sederhana sangat rentan terhadap aberasi kromatik dan aberasi optis lainnya.

Lensa cembung

Diagram penelusuran sinar untuk sebuah lensa konvergen

Lensa cekung

Pada lensa cembung, sinar yang merambat melalui kedua antarmuka akan dibiaskan (terfokus) menuju ke satu titik pada sumbu optis lensa, yang disebut jarak fokus (en: focal length). Lensa cembung dalam bahasa Inggris juga disebut positive lens atau converging lens. Lensa cembung membentuk focal point pada sisi berlawanan dengan persamaan lens maker:^[1]

${\displaystyle {\frac {1}{S_{1}}}+{\frac {1}{S_{2}}}={\frac {1}{f}}}$

di mana:

• ${\displaystyle S_{2}}$ adalah jarak citra dan sesuai konvensi, bernilai negatif pada sisi yang sama dengan subyek^[1]
• ${\displaystyle f}$ adalah 'rentang vokal, bernilai negatif untuk lensa cekung

dan persamaan magnifikasi lensa:

${\displaystyle M=-{\frac {S_{2}}{S_{1}}}={\frac {f}{f-S_{1}}}}$

Lensa cembung bersifat konvergen dan nilai fokusnya positif.

Lensa cembung (bernilai positif atau konvers) terdiri dari 3 jenis yaitu:

• Cermin cembung (bikonveks)
• Cembung datar (plankonveks)
• Cembung cekung (konkaf–konveks)

Lensa cekung

Pada lensa cekung, sinar yang merambat akan dibiaskan menjauhi sumbu optis lensa dengan proyeksi imajiner sinar menuju ke satu titik, seperti pada gambar.

Lensa cekung bersifat divergen dan nilai fokusnya begatif.

Lensa cekung (bernilai negatif atau konkaf) terdiri dari 3 jenis yaitu:

• Cermin cekung (bikonkaf)
• Cekung datar (plankonkaf)
• Cembung cekung(konveks–konkaf)

Ruang Benda	Ruang Bayangan	Letak bayangan	Sifat bayangan
I	IV	depan	maya, tegak, diperbesar
II	III	belakang	nyata, terbalik, diperbesar
III	II	belakang	nyata, terbalik, diperkecil
IV	I	depan	maya, tegak, diperkecil
f	~	-	tidak terbentuk bayangan
R	R	belakang	nyata, terbalik, sama besar

Lensa meniskus

Lensa meniskus (en: meniscus lens, ophthalmic lens) atau lensa cembung cekung, dapat berupa lensa positif atau negatif yang bergantung pada radius speris kedua bidang antarmuka. Pada nilai radius speris yang sama besar, sinar yang merambat tidak akan dibiaskan. Lensa meniskus positif akan membiaskan sinar seperti lensa cembung, lensa ini mempunyai bidang antarmuka cembung dengan radius speris yang lebih kecil. Sebaliknya lensa meniskus negatif mempunyai bidang antarmuka cekung dengan radius speris yang lebih kecil.

Lensa tipis

Lensa tipis (en: thin lens) adalah sebuah lensa dengan ketebalan yang sangat kecil jika dibandingkan dengan nilai jarak fokusnya.

Lensa asperis

Sebuah lensa cembung asperis.

1: Penampang lensa Fresnel
2: Penampang lensa plano konveks dengan daya yang sama

Lensa asperis (en: aspheric lens, asphere) yang mempunyai bidang antarmuka dengan kelengkungan bidang yang bukan merupakan bidang permukaan bola. Sebuah lensa asperis dapat mengurangi aberasi speris atau aberasi optis lainnya, atau menggantikan kinerja beberapa jajaran lensa.

Lensa aksikon

Lensa aksikon (en: axicon lens) adalah lensa dengan bidang antarmuka berbentuk kerucut. Lensa aksikon akan memproyeksikan sebuah titik menjadi garis sepanjang sumbu optis, dan mengubah sinar laser menjadi bentuk cincin.^[2] Lensa ini dapat dipergunakan untuk mengubah sorot Gauss menjadi seperti sorot Bessel dengan efek difraksi yang sangat kecil.^[3][4]

Lensa Fresnel

Lensa Fresnel adalah sebuah lensa yang dikembangkan oleh seorang fisikawan berkebangsaan Prancis, Augustin Jean Fresnel untuk aplikasi pada mercusuar. Konstruksi lensa didesain dengan panjang fokus yang pendek, jarak fokus tak terhingga dan tebal lensa yang sangat tipis jika dibandingkan dengan lensa konvensional, agar dapat melewatkan lebih banyak cahaya sehingga lampu mercusuar dapat terlihat dari jarak yang lebih jauh.

Menurut majalah Smithsonian, lensa Fresnel yang pertama digunakan pada tahun 1823 pada mercusuar Cordouan di tanjung muara Gironde, sinar cahaya yang dipancarkan mampu terlihat dari jarak 20 mil (32 km).^[5] Seorang fisikawan Skotlandia, Sir David Brewster, memperkenalkan lensa ini untuk digunakan pada seluruh mercusuar di daratan Inggris.^[6][7]

Sebelum lensa Fresnel ditemukan, ide untuk membuat lensa yang lebih tipis dan ringan yang tersusun dari beberapa bagian terpisah dalam sebuah bingkai, sering disebut sebagai ide dari Georges Louis Leclerc dan Comte de Buffon.^[8] Fresnel menyempurnakan penyusunan lensa-lensa konsentrik tersebut berdasarkan perhitungan zona Fresnel.

Lensa Fresnel terbagi menjadi 6 kategori berdasarkan panjang fokusnya. Kategori yang pertama merupakan lensa yang terbesar dengan panjang fokus 920 mm (36 inci). Kategori yang terakhir dengan lensa terkecil mempunyai panjang fokus 150 mm (5,9 inci).^[9][10][11] Pengembangan lensa Fresnel lebih lanjut menambahkan dua kategori lensa yang baru yaitu lensa Fresnel mesoradial dan hyper radial.

Lensa fotokromik[sunting | sunting sumber]

Lensa fotokromik (en: photochromic lens) adalah lensa yang menjadi gelap saat terpajan (terpapar) sinar ultraviolet. Lensa perlahan kembali menjadi jernih seiring sirnanya pajanan sinar UV tersebut.

Lensa silindris

Lensa silindris adalah sebuah lensa yang membiaskan sinar cahaya yang merambat melalui mediumnya hingga terfokus pada sebuah garis, bukan pada sebuah titik seperti pada umumnya lensa cembung.

Lensa komposit

Sebuah lensa doublet akromatika.

Sorot cahaya tanpa (merah) dan dengan (hijau) lensa Barlow

Lensa Cooke triplet

Lensa komposit adalah jajaran beberapa lensa yang disusun sedemikian rupa untuk memberikan efek sinar cahaya tertentu. Lensa komposit dapat terdiri dari dua buah lensa tunggal atau lebih.

Lensa doublet

Lensa doublet adalah sebuah istilah yang digunakan pada bidang optika untuk menjelaskan sebuah lensa komposit yang terdiri dari dua buah lensa sederhana dengan berbagai macam kombinasinya. Lensa doublet yang paling umum adalah lensa doublet akromatika yang dapat meredam aberasi kromatika dengan sangat optimal.

Lensa Barlow[sunting | sunting sumber]

Lensa Barlow adalah sebuah lensa komposit yang ditemukan oleh seorang insinyur berkebangsaan Inggris bernama Peter Barlow yang digunakan untuk meningkatkan bukaan suatu sistem optika. Lensa Barlow biasa diletakkan persis sebelum jendela bidik (en: viewfinder) untuk meningkatkan jarak fokus jendela bidik.

Lensa Cooke triplet

Lensa Cooke triplet adalah lensa komposit yang dipatenkan oleh Dennis Taylor, seorang insinyur yang bekerja pada perusahaan Cooke of York pada tahun 1893. Lensa Cooke triplet adalah lensa komposit pertama yang berhasil meminimumkan aberasi optis.

Lensa Dialyt

Lensa Dialyt adalah sebuah lensa komposit yang terdiri dari empat buah lensa tunggal yang didesain untuk meredam berbagai macam aberasi optis. Sebuah lensa komposit serupa dikembangkan oleh Taylor Hobson dari desain lensa Cooke triplet dan kemudian disebut lensa Aviar. Sedangkan lensa Celor adalah desain lensa Dialyt yang telah mengalami penyempurnaan.

(https://id.wikipedia.org/wiki/Lensa)