Cermin dan Lensa

Seiring dengan berkembangnya zaman, tentu saja kita tidak dapat dipisahkan dengan adanya berbagai teknologi. Khususnya dalam praktek rukyah yang semakin banyak instrumen yang tersedia. Setiap instrumen itu pasti dilengkapi dengan sistem optik untuk mempermudah dalam praktek rukyah.

Sistem optik yang paling penting ialah mata. Ukuran maya suatu benda ditentukan oleh ukuran bayangan pada retina. Namun dalam pembahasan kali ini kita akan membahas mengenai berbagai ragam optik yaitu lensa dan cermin.

Dalam pembahasan mengenai cermin dan lensa, kita tidak dapat dipisahkan dengan cahaya, karena dengan cahaya itulah yang akan bisa membentuk bayangan yang nantinya akan dihasilkan oleh lensa maupun cermin. Cahaya adalah suatu bentuk yang fundamental. Interaksi cahaya dan dengan lensa, cermin, dan lainnya dapat dipahami melalui model gelombang. Karena dalam pembahasan mengenai lensa maupun cermin kita akan mengacu pada gerak cahaya yaitu yang berupa pantulan dan pembiasan.

Topik optika geometri yang mengacu pada peristiwa pantulan (refleksi)  yang diterapkan pada cermin (datar, cekung, dan cembung) sedangkan pembiasan (refraksi) yang diterapkan pada lensa baik cekung maupun cemung. Cermin dan lensa disebut cermin positif dan lensa positif bila cermin dan lensa itu memiliki panjang fokus (f) positif. Panjang fokus disebut positif bila cermin dan lensa itu bersifat mengumpulkan sinar di titik fokusnya. Ini berarti titik fokus cermin dan lensa positif, disebut juga titik api. Cermin dan lensa disebut cermin negatif dan lensa negatif, bila kedua benda itu bersifat memancarkan cahaya, sehingga panjang fokusnya (f) bernilai negatif. Contohnya dari cermin positif adalah cermin cekung, sedangkan cermin negatif adalah cermin cembung. Lensa cembung disebut juga lensa positif, sementara itu lensa cekung pula lensa negatif.

1.      CERMIN

 

a.      Cermin Datar

Cermin datar merupakan sepotong gelas geometri bola berjejari tak hingga, dan salah satu permukaan datarnya dilapisi oleh perak nitrat. Ketika cahaya menimpa permukaan benda, sebagian cahaya dipantulkan. Sisanya diserap oleh benda (dan diubah menjadi energi panas) atau, jika benda tersebut transparan seperti kaca atau air, sebagian diteruskan. Untuk benda-benda yang sangat mengkilat seperti cermin berlapis perak, lebih dari 95 persen cahaya bisa dipatulkan.

Ketika satu berkas cahaya menimpa permukaan yang rata, kita definisikan sebagai sudut datang, ϴ_i sebagai sudut yang dibuat berkas sinar datang dengan dengan garis normal terhadap permukaan (normal berarti tegak lurus) dan sudut pantul, ϴ_r, sebagai sudut yang dibuat berkas sinar pantul dengan normal. Untuk permukaan permukaan yang nyata ternyata ”berkas sinar datang dan pantul berada pada bidang yang sama dengan garis normal permukaan”. Hukum pantulan sudut datang sama dengan sudut pantul.

Cermin  datar membentuk bayangan yang tegak, dengan ukuran yang sama dengan bendanya, dan bayangannya berada dalam jarak yang sama dari permukaan pantul dengan jarak benda di depan cermin. Bayangan tersebut maya, yaitu bayangan tidak akan muncul pada layar yang diletakkan pada posisi bayangan karena cahaya tidak memusat (berkonvergensi) di sana.

Bayangan yang dihasilkan dari cermin datar akan berbalik. Misalnya bayangan tangan kanan pada sebuah cermin datar adalah tangan kiri. Pembalikan dari kanan ke kiri ini adalah hasil dari pembalikan kedalaman, yaitu tangan diubah dari kanan dari kanan ke kiri karena bagian depan dan belakang tangan dibalik oleh cermin.

b.      Cermin Cekung

Cermin cekung terbuat dari sepotong bola cermin, bila disinari maka sinar itu sebagian besar terpantul melalui titik tertentu yaitu titik F. Bola cermin dimaksud merupakan bola gelas yang dilapisi perak nitrat di bagian luarnya.

Fokus utama sebuah cermin cekung adalah titik F di mana sinar yang sejajar dan sangat dekat dengan titik pusat atau sumbu optik cermin difokuskan. Fokus yang nyata untuk cermin cekung (konkaf). Fokus ini terletak pada sumbu optik dan berada ditengah-tengah antara titik pusat kelengkungan dan cermin. Cermin cekung membentuk bayangan nyata terbalik dari benda yang diletakkan di luar fokus utama. Jika benda berada di antara fokus utama dan cermin, bayangan tersebut maya, tegak, dan diperbesar.

Sifat-sifat bayangan pada cermin cekung berbeda-beda bergantung pada jarak benda di depan cermin. Yaitu : ketika benda berada jauh dari cermin sifat bayangan yang terjadi terbalik, tetapi ketika mendekati cermin bayangan akan berubah menjadi tegak. Bayangan tegak dan lebih besar tampak ketika kamu bercermin di depan sendok makan.

Ragam sinar yang jatuh dipermukaan cermin cekung dapat digolongkan ke dalam tiga sinar istimewa (principal rays) berikut ini :

1.      Sinar datang yang melewati pusat kelengkungan cermin, dipantulkan melalui melalui lintasan semula.

2.      Sinar datang berlintasan sejajar dengan sumbu cermin, dipantulkan melalui titik fokus cermin itu.

3.      Sinar datang yang melewati titik fokus, dipantulkan kearah sejajar dengan sumbu cermin.

c.       Cermin Cembung

Cermin cembung (convex mirror) terbuat dari sepotong permukaan bola gelas, yang permukaan bagian dalam bola dilapisi dengan perak nitrat sebagai bahan pemantul cahaya. Cermin cembung hanya menghasilkan bayangan nyata tegak dari benda yang diletakkan di depannya.

Jika permukaan cermin memiliki radius kelengkungan R, maka sinar yang datang dari arah luar bola dan sejajar dengan sumbu cermin dipantulkan yang seolah-olah berasal dari fokus cermin itu. Sinar datang yang berarah menuju ke pusat cermin dipantulkan melalui lintasan yang sama dengan ketika sinar datang. Fokus cermin cembung selalu berada di permukaan cermin dan bersifat memancarkan sinar yang jatuh ke cermin, sehingga panjang fokus (f) dinyatakan : f = - R/2.

Cermin cembung memiliki sifat divergen atau menyebarkan sinar yaitu bila ada sinar datang yang sejajar sumbu utama maka sinar tersebut akan dipantulkan seolah olah berasal dari titik fokus kebalikan dari pemantulan pada cermin cekung yang mengumpulkan sinar. Titik fokus pada cermin cembung besarnya setengah kali dari jari jari kelengkungan cermin, karena cermin cembung adalah sebagai busur atau juring dari bangun bola.

Terdapat 3 sinar istimewa untuk melukiskan pembentukan bayangan pada cermin cembung, yaitu:

a.       Sinar datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokusf.

b.      Sinar datang yang menuju titik fokus F dipantulkan sejajar dengan sumbu utama.

c.       Sinar datang yang menuju titik pusat kelengkungan M dipantulkan kembali seolah-olah datang dari titik pusat kelengkungan tersebut.

Berikut ini gambar dan penjelasan mengenai sinar istimewa yang ada pada Cermin dan Lensa

d.      Perbesaran pada Cermin

Sifat bayangan yang terdiri dari diperbesar, diperkecil, nyata, maya, tegak serta terbalik bisa dilihat dari hasil lukisan tersebut maka kali ini bisa juga dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Rumus perbesaran : P = h’/h = s’/s

Rumus jarak bayangan : 1/f = 1/s+1/s’

Jarak fokus f = ½ R

Keterangan : P = perbesaran bayangan

h  = tinggi benda

h’ = tinggi bayangan

s  = jarak benda

s’ = jarak bayangan

f  = jarak fokus

R = jari-jari kelengkungan

ü  Perjanjian tanda

S bertanda  positif (+)  jika benda terletak di depan cermin(benda nyata)

S bertanda negatif (-)  jika benda terletak di belakang cermin (benda maya)

S’ bertanda positif  (+)  jika bayangan terletak di depan cermin(bayangan nyata)

S’ bertanda negatif (-) jika bayangan terletak di belakang cermin (bayangan maya)

f dan R bertanda  positif (+ ) jika pusat lengkung cermin terletak di depan cermin (cermin cekung)

f dan R bertanda  negatif (– ) ika pusat lengkung cermin terletak di belakang cermin (cermin cembung)

P selalu bertanda positif

P<1 bayangan diperkecil

P=1 bayangan sama besar

P>1 bayangan diperbesar

2.      LENSA

a.      Lensa Tipis

Alat optik sederhana yang paling tua adalah lensa tipis.  Pada kacamata, kamera, kaca pembesar, teleskop, teropong, mikroskop dan peralatan kedokteran terdapat lensa. Lensa tipis biasanya berbentuk lingkaran, dan kedua permukaannya melengkung. Kedua permukaan bisa berbentuk cekung, cembung, atau datar. Keutamaan lensa ialah karena ia membentuk bayangan benda.  Kita anggap lensa terbuat dari kaca atau plastik transparan, sehingga indeks biasnya lebih besar dari udara luar. Sumbu lensa merupakan garis lurus yang melewati pusat lensa dan tegak lurus terhadap kedua permukaannya.

Lensa manapun yang lebih tebal di tengah daripada di tepinya akan membuat berkas-berkas paralel berkumpul ke satu titik, yaitu disebut lensa konvergen. Lensa yang lebih tipis di tengah daripada di sisinya disebut lensa divergen karena membuat cahaya paralel menyebar. Pemanfaatan sifat pembiasaan cahaya pada bahan bening adalah lensa.

a.      Lensa cekung

-          Memiliki Sifat Divergen (Menyebarkan Sinar)

-          Pembentukan bayangan nyata, terbalik, diperbesar.

-          Bernilai negatif (-)

b.      Lensa cembung

-          Memiliki Sifat Konvergen (Mengumpulkan Sinar).

-          Pembentukan bayangan maya, tegak, diperkecil.

-          Bernilai positif (+)

Lensa merupakan benda bening berpermukaan lengkung di kedua sisinya, dan dapat membiaskan cahaya pada pola yang khas. Pemaparan lensa, dimulai dari pembiasan sinar oleh benda bening berpermukaan tunggal.

b.      Klasifikasi Lensa

Tabel di bawah ini diuraikan klasifikasi ragam geometri kedua permukaan lensa. Hanya bila f>0, berarti lensa bersifat mengumpulkan sinar (konvergen) atau disebut lensa positif. Sebaliknya, bila f<0, maka lensa bersifat menyebarkan sinar (divergen) dan disebut lensa negatif.

Gambar-Gambar Lensa

Cembung-cembung	Cembung-datar	Meniskus  Cembung	Cekung-cekung	Cekung-datar	Meniskus cekung
(a)    Lensa-lensa Konvergen (+)			(b)   Lensa-lensa divergen (-)

f sebuah lensa dapat ditentukan dengan mengukur jejari kelengkungan lensa pada permukaan sebelah kiri dan kanan, ketika indeks bias bahan lensa itu telah diketahui. Alat ukur jejari kelengkungan lensa (dan juga cermin) adalah spherometer. Spesifikasi lensa, umumnya, dinyatakan oleh : jenis fokus yaitu panjang fokusnya (f ) dinyatakan  positif atau negatif, dan daya lensa (P). Dikenal hubungan antara P dengan f dalam bentuk : P = 1/f.

Satuan daya lensa adalah dioptri = D =1/meter. Sebagai contoh, sebuah lensa berspesifikasi -3,5D, artinya lensa itu merupakan lensa negatif, memiliki f = -28,6 cm. Untuk selanjutnya lensa positif biasa disebut lensa cembung, dan lensa negatif disebut lensa cekung.

c.       Persamaan Lensa

Persamaan yang menghubungkan jarak bayangan dengan jarak benda dan panjang fokus lensa, posisi ini akan membuat penentuan posisi bayangan lebih cepat dan lebih akurat dibandingkan dengan penelusuran berkas. Ditentukan d_o sebagai jarak benda, jarak benda dari pusat lensa, dan d₁ sebagai jarak bayangan, jarak bayangan dari pusat lensa. Dan ditentukan h_o dan h₁ sebagai panjang benda dan bayangan. Sehingga : h₁/h_o = d₁–f /f. Kita samakan ruas kanan persamaan-persamaan ini, sehingga menjadi : 1/d₁+1/ d₂ = 1/f.

ü  Persamaan Lensa Tipis

Keterangan : s = jarak benda

s' = jarak bayangan

n1 = indeks bias medium sekeliling lensa

n2 = indeks bias lensa

R1 = jari-jari kelengkungan permukaan pertama lensa

R2 = jari-jari kelengkungan permukaan kedua lensa

Jari jari (R)(+) untuk lensa cembung (konkaf) dan (-) untuk lensa cekung (konveks)

ü  Jarak Fokus Lensa-lensa

---

- Frederick J. Bueche & Eugene Hecht, Fisika Universitas Edisi Kesepuluh, Penerbit Erlangga : Jakarta, 2006.

- Paul A. Tipler, Fisika Untuk Sains dan Teknik, Penerbit Erlangga : Jakarta, 2001.

- http://fisikasmasmk.blogspot.com/2012/04/pemantulan-sinar-cermin-cembung.html

---

REFERENSI  :
 
- Bambang Murdaka Eka Jati & Tri Kuntoro Priyambodo,Fisika Dasar Listrik-Magnet-Optika-Fisika Modern,CV Andi Offset : Yogyakarta,2010.

- Douglas C. Diancoli,Fisika edisi kelima jilid 2,Penerbit Erlangga : Jakarta, 2001.

- http://ladangkecilku.blogspot.com/2012/04/lensa-dan-cermin.html