LENSA

A. Pembentukan Bayangan pada Lensa

 Teropong bumi adalah benda yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang ada di permukaan bumi dari jarak jauh, baik yang ada di darat maupun yang ada di laut. Teropong bumi dalam #30MenitBisa digunakan untuk mengamati aktivitas gunung berapi, bird watching, mengintai musuh (oleh para tentara), dan melihat benda lain yang ada di laut dan di darat (oleh para pelaut). Ngomong-ngomong soal teropong, kalian tau nggak kalau teropong bumi punya lensa cembung yang terletak di antara lensa objektif dan lensa okulernya? Apa ya, fungsi dari lensa cembung tersebut?

Mengintai musuh saat perang...balon (sumber: knowyourmeme.com)

Coba kita ingat lagi materi yang ada di artikel Mengenal Macam-macam Sifat Cahaya. Pada artikel tersebut, dijelaskan bahwa salah satu sifat cahaya adalah dapat dibiaskan. Nah, benda yang dapat membiaskan cahaya adalah benda yang bening atau tembus cahaya, contohnya adalah lensa. Selain lensa cembung yang terdapat pada teropong bumi, ada juga lensa cekung. Kira-kira apa ya yang membedakan lensa cembung dan lensa cekung? Daripada ngira-ngira sendiri, mending pelajarin bareng aja yuk!

Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar. Jenis lensa itu ada dua, yaitu lensa cembung dan lensa cekung. Cembung dan cekungnya lensa dibedakan oleh ketebalan pada bagian tengah lensa terhadap bagian tepinya. Akibat dari ketebalannya yang berbeda, maka bayangan yang dihasilkan oleh masing-masing lensa pun memiliki sifat yang berbeda-beda juga.

Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya tebal tapi bagian tepinya tipis. Lensa cembung disebut juga sebagai lensa positif dan bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen). Lensa cembung dibedakan menjadi tiga, yaitu lensa cembung-cembung (bikonveks), lensa cembung-datar (plankonveks), dan cekung-cembung (konkaf konveks).

Sama seperti pada cermin, pada lensa juga terdapat sinar-sinar istimewa. Sinar-sinar istimewa yang ada pada lensa cembung adalah:

a. Sinar yang datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus.

b. Sinar yang datang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama.

c. Sinar yang datang melalui titik pusat optik lensa tidak akan dibiaskan, tetapi akan diteruskan.

Pada lensa cembung, sifat bayangan yang terbentuk ada dua yaitu:

Semua bayangan maya yang dibentuk lensa cembung selalu tegak terhadap bendanya dan semua bayangan nyata yang dibentuk lensa cembung pasti terbalik terhadap bendanya.

Berdasarkan sifat bayangannya, itulah kenapa terdapat lensa cembung di dalam teropong bumi. Fungsinya adalah untuk membalikkan bayangan yang dibuat oleh lensa objektif (lensa objektif menghasilkan bayangan terbalik, yang kemudian dibalik lagi oleh lensa cembung). Setelah bayangannya menjadi tegak, lensa okuler memperbesar objek yang akan dilihat. Makanya para tentara bisa mengintai musuhnya dari jarak jauh karena jarak pandangnya “diperdekat” oleh teropong tersebut. Membantu banget kan? Nah, selain pada teropong bumi, lensa cembung juga ada pada lensa kacamata (untuk penderita rabun dekat), lensa lup, lensa kamera dan juga lensa mikroskop.

Kebalikan dengan lensa cembung, lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya tipis tapi bagian tepinya tebal. Lensa cekung disebut sebagai lensa negatif dan bersifat menyebarkan cahaya (divergen). Lensa cekung juga dibedakan menjadi tiga bentuk Squad, yaitu lensa cekung rangkap atau cekung-cekung (bikonkaf), lensa cekung-datar (plankonkaf), dan lensa cekung-cembung (konveks konkaf).

Untuk melukis bayangan pada lensa cekung juga diperlukan sinar-sinar istimewa. Ada tiga sinar istimewa yang dibentuk oleh lensa cekung yaitu:

a. Sinar yang datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus,

b. Sinar yang datang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama, dan

c. Sinar yang datang melalui titik pusat optik lensa, tidak akan dibiaskan tetapi diteruskan.

Pada lensa cekung, sifat bayangan yang dihasilkan hanya ada satu, yaitu:

Maya, tegak dan diperkecil

Berdasarkan sifat bayangannya, lensa cekung diterapkan pada lubang pengintip pada pintu. Coba deh ingat-ingat lubang pengintip yang ada di pintu kamar hotel tempatmu menginap waktu liburan. Di pintunya pasti terdapat lubang kecil yang fungsinya adalah untuk melihat keluar ruangan dan mengetahui siapa tamu yang datang. Walaupun lubangnya kecil, tapi bidang penglihatan kita jadi luas kan?

Sumber:https://www.ruangguru.com/blog/ipa-kelas-8-bagaimana-cara-tentara-mengintai-musuh#:~:text=Pada%20lensa%20cembung%2C%20sifat%20bayangan,cembung%20pasti%20terbalik%20terhadap%20bendanya. 

B. Melukis Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung Menggunakan Diagram Sinar 

Peristiwa pembiasan cahaya terjadi ketika cahaya melewati dua medium bening dengan kerapatan optik berbeda. Lensa termasuk benda bening, jadi pembiasan cahaya juga terjadi pada lensa. Lensa ada dua jenis, salah satunya adalah lensa cembung. Lensa cembung adalah benda bening tembus cahaya dengan ciri-ciri bagian tengah lebih tebal daripada bagian tepi. Lensa cembung atau lensa konveks memiliki dua sebutan, yaitu lensa konvergen dan lensa positif.

Disebut lensa konvergen karena berkas-berkas sinar datang yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan mengumpul/memusat pada satu titik, yaitu di titik fokus belakang lensa. Pada lensa cembung, titik fokus tempat berpotongan sinar-sinar bias selalu berada di bagian belakang lensa cembung, maka fokus lensa cembung adalah fokus sejati. Sehingga jarak fokus lensa cembung selalu bertanda positif. Oleh karena itu, lensa cembung disebut juga lensa positif.Pada pembiasan cahaya oleh lensa cembung, jarak benda ke lensa mempengaruhi sifat bayangan yang dihasilkan. Bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung merupakan hasil perpotongan langsung dari sinar-sinar bias atau merupakan perpotongan dari perpanjangan sinar-sinar bias. Oleh karena itu, bayangan yang dihasilkan oleh lensa cembung dapat bersifat nyata atau maya.

Untuk melukis proses terjadinya bayangan pada lensa cembung, kita dapat menggunakan dua cara atau metode, yaitu metode praktis dan metode analitis (menurut perspektif penulis). Dengan metode praktis, pembentukan bayangan dapat dilukiskan menggunakan sinar-sinar istimewa pada lensa cembung. Sedangkan dengan metode analitis, pembentukan bayangan dapat dilukiskan tanpa menggunakan sinar-sinar istimewa. Untuk lebih jelas mengenai dua metode tersebut, sima penjelasan berikut.

Melukis Bayangan pada Lensa Cembung Menggunakan Sinar Istimewa

Menggambarkan pembentukan bayangan pada lensa cembung dengan menggunakan sinar istimewa merupakan cara yang paling mudah dan praktis, akan tetapi kalian harus hafal sinar-sinar istimewa pada lensa cembung. Masih ingatkah kalian dengan 3 sinar istimewa lensa cembung? Jika lupa, perhatikan gambar dan penjelasan di bawah ini.

Berdasarkan gambar di atas, sinar-sinar istimewa pada lensa cembung dapat dijelaskan sebagai berikut.

■ Sinar istimewa 1: Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus (F1) di belakang lensa.

■ Sinar istimewa 2: Sinar datang menuju titik fokus di depan lensa (F2) akan dibiaskan sejajar sumbu utama.

■ Sinar istimewa 3: Sinar yang datang melewati pusat optik lensa (O) akan tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Untuk menggambarkan proses pembentukan bayangan pada lensa cembung, kita cukup menggunakan dua dari tiga sinar istimewa di atas. Langkah-langkah yang dapat kalian gunakan untuk menentukan bayangan pada lensa cembung adalah sebagai berikut.

Langkah pertama, gambarkan lensa cembung lengkap dengan bagian-bagiannya, serta sebuah garis, misalkan garis AB. Garis AB digambar untuk melambangkan tinggi benda. Adapun garis AB tidak usah terlalu tinggi atau menyesuaikan dengan ukuran lensa. Kemudian letakkan garis tersebut di depan lensa cembung, misalnya di ruang II (di antara titik fokus dan pusat kelengkungan lensa) seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Langkah kedua, gambarkan sinar istimewa ke-1. Terserah kalian mau memilih yang mana. Sebagai contoh, kita gunakan sinar istimewa yang pertama, yaitu sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus belakang lensa (F2). Letakkan pangkal sinar datang di titik B seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Langkah ketiga, gambarkan sinar istimewa ke-2. Kalian bisa memilih dua sinar istimewa yang tersisa. Sebagai contoh, kita pakai sinar istimewa yang ketiga, yaitu sinar datang melewati pusat optik lensa (O) akan diteruskan. Letakkan pangkal sinar datang di titik B seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Langkah keempat, titik yang merupakan perpotongan antara sinar bias-1 dan sinar bias-2 diberi nama B’. Titik ini merupakan bayangan dari titik B. Kemudian garis tegak lurus sumbu utama ditarik dari titik B’ ke arah sumbu utama. Titik ini diberi nama A’ yang merupakan bayangan dari titik A sehingga A’B’ merupakan bayangan dari garis AB. Supaya lebih jelas, perhatikan gambar berikut ini.

Sampai di sini, kita sudah berhasil menggambarkan bayangan garis AB. Bagaimana menurut kalian, sangat mudah bukan? Dari gambar di atas, kita dapat menentukan sifat bayangan yaitu nyata (karena hasil perpotongan langsung sinar bias), terbalik dan diperbesar. Satu hal yang perlu kalian ketahui, bila benda berada di ruang I lensa cembung yaitu di antara titik O dan F2, maka bayangan benda akan berada di depan lensa dan terbentuk dari perpotongan perpanjangan sinar bias sehingga bayangan bersifat maya. Coba kalian lukiskan sendiri! Selain menggunakan sinar-sinar istimewa, pembentukan bayangan pada lensa cembung juga dapat dilukiskan dengan menggunakan sinar sembarang. Yang dimaksud sinar sembarang di sini adalah sinar datang yang arahnya acak, tidak sejajar sumbu utama, tidak melalui titik fokus, titik pusat optik maupun titik pusat kelengkungan lensa. Lalu bagimana cara menentukan arah sinar bias apabila sinar datang arahnya sebarang? Coba kalian perhatikan gambar di bawah ini.

Misalkan, sinar datang dari titik A menuju permukaan lensa di titik B. Untuk menentukan ke mana arah sinar biasnya, pertama kita tarik garis OC dari titik pusat optik lensa (O) sejajar dengan sinar AB, dengan demikian OC // AB. Kedua, tarik garis tegak lurus dari titik fokus belakang lensa (F2) ke atas sampai berpotongan dengan garis OC, misalkan garis ini adalah DC.Kelebihan melukis bayangan menggunakan metode analitis adalah kita tidak perlu menghafal sinar-sinar istimewa pada lensa cembung. Namun, kekurangannya adalah kita harus benar-benar akurat dalam menggambarkan kesejajaran garis, karena apabila tidak akurat akan menghasilkan bayangan yang berbeda apabila dilukis dengan sinar istimewa.

Nah, titik perpotongan garis OC dan DC yaitu titik C adalah arah sinar biasnya. Jadi sinar bias digambarkan dari titik B melewati titik C kemudian diperpanjang, misalnya sampai ke titik E. Begitulah kira-kira cara menentukan arah sinar bias tanpa mengunakan sifat sinar istimewa, ini disebut metode analitis. Teknik analitis ini bisa digunakan untuk melukis pembentukan bayangan pada lensa cembung.

Adapun langkah-langkah melukis pembentukan bayangan pada lensa cembung dengan menggunakan sinar sembarang adalah sebagai berikut.

Langkah pertama, gambarkan lensa cembung lengkap dengan bagian-bagiannya serta sebuah garis, misalnya garis AB dan letakkan garis tersebut di depan lensa cembung seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Langkah kedua, gambarkan seberkas sinar datang ke sembarang arah dengan titik pangkalnya berada di titik B. Kemudian gambarlah garis putus-putus sejajar dengan garis sinar datang tersebut dimulai dari titik pusat optik lensa (O) dan garis tegak lurus dimulai dari titik F2 ke atas sampai berpotongan dengan garis sebelumnya. Titik perpotongan kedua garis beri nama, misalkan titik C seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Langkah ketiga, biaskan sinar datang menuju titik C kemudian perpanjang sinar bias tersebut sesuai kebutuhan seperti gambar di bawah ini.

Langkah keempat, gambarkan sinar datang kedua dengan arah sembarang dimulai dari titik B. Selanjutnya dengan menggunakan cara yang sama seperti pada langkah kedua dan ketiga, kita peroleh sinar bias kedua yang berpotongan dengan sinar bias pertama seperti pada gambar berikut.

Langkah kelima, jika kalian melukiskannya dengan benar dan akurat, maka sinar-sinar biasnya akan berpotongan tepat di titik yang sama ketika menggunakan sinar-sinar istimewa. Kemudian gambar garis A’B’ secara tegak lurus dari titik perpotongan sinar bias menuju sumbu utama lensa. Garis A’B’ adalah bayangan dari garis AB, seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut.

Bagiamana dengan metode analisis ini menurut kalian? Tidak terlalu sulit bukan?. Sekarang terserah kalian mau menggunakan metode yang mana. Jika kalian lebih suka yang praktis dan cepat maka kalian bisa menggunakan sinar istimewa, tapi syaratnya kalian harus mw menghafal. Sementara itu, jika malas menghafal, kalian bisa menggunakan sinar sembarang, namun resikonya jika gambar tidak akurat, akan menghasilkan bayangan yang tidak akurat pula. Selamat mencoba di rumah.

Sumber: https://www.fisikabc.com/2017/11/cara-melukis-pembentukan-bayangan-pada-lensa-cembung.html