Sifat-sifat Pembentukan Bayangan dan Panjang Fokus Lensa

Topik:

DEFINISI – DEFINISI

PEMBENTUKAN BAYANGAN OLEH LENSA

MENENTUKAN PANJANG FOKUS LENSA

_________________________________________________________________________

Sebelum kita memasuki bahasan tentang bagaimana sifat bayangan (image, bukan shadow!) yang dihasilkan oleh suatu lensa, kita akan memulainya dengan beberapa definisi-definisi yang –setidaknya–  perlu diketahui

:: DEFINISI – DEFINISI ::

_Cahaya (visible light) adalah gelombang elektromagnetik atau paket energi yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya ada dalam rentang 400 nm sampai 700 nm, dengan gradasi warna berturut-turut dari ungu ke merah.

_Sinar (ray) adalah pancaran energi berupa gelombang elektromagnetik (atau partikel) yang memiliki penampang melintang yang sangat kecil. Biasanya sinar digambarkan sebagai garis berpanah.

_Lensa (lens) adalah kaca atau bahan transparan lainnya yang memiliki bentuk sedemikian hingga membiaskan cahaya dari suatu benda dan membentuk bayangan nyata (real image) ataupun bayangan maya (virtual image). Lensa untuk keperluan praktis biasanya terbuat dari kaca berkualitas tinggi, seperti pada kamera, mikroskop cahaya, dsb.

Jenis-jenis lensa yang umum berdasarkan bentuknya:

1.    Lensa Planparalel (datar-datar)

2.    Lensa Bikonveks (cembung-cembung)

3.    Lensa Bikonkaf (cekung-cekung)

4.    Lensa Gabungan seperti Plan-konkaf (datar-cekung), Konveks-konkaf (cembung-cekung), dsb.

jenis-jenis lensa

_Titik fokus lensa adalah titik di mana cahaya yang dibiaskan oleh lensa tersebut terkumpul. Jarak fokus lensa (atau f ) diukur dari lensa ke titik fokus lensa, makin melengkung sebuah lensa, maka makin kecil jarak fokus lensa.

_Titik kelengkungan lensa adalah titik pusat lingkaran lensa, jarak dari lensa ke titik kelengkungan lensa adalah jari-jari kelengkungan lensa, besarnya adalah R = 2f.

_Pembiasan (refraction) adalah pembelokan cahaya (dan gelombang elektromagnetik lainnya) karena melalui dua medium yang berbeda.

_Indeks bias suatu medium (refractive index of a subtance) menunjukkan seberapa besar pengaruh medium tersebut terhadap perambatan cahaya yang melaluinya. Indeks bias suatu medium dilambangkan dengan huruf n yang definisinya adalah perbandingan laju cahaya di ruang hampa dengan laju cahaya di medium yang dilaluinya tersebut.

_Bayangan nyata (real image) adalah bayangan yang dihasilkan dari pemantulan atau pembiasan cahaya dan dapat ditangkap/diproyeksikan ke layar (film kamera, sensor kamera, kertas, tembok atau permukaan lainnya)

_Bayangan maya (virtual image) adalah bayangan hasil pemantulan atau pembiasan cahaya yang tidak dapat diproyeksikan ke layar.

Untuk bayangan nyata dan bayangan maya sesuai dengan definisi di atas, kamu dapat menjawab yang mana di antara fenomena optik pada gambar berikut yang merupakan bayangan nyata atau banyangan maya.

:: PEMBAHASAN: PEMBENTUKAN BAYANGAN OLEH LENSA ::

Sekarang kita masuk ke pembahasan selanjutnya.

Untuk menganalisis pembentukan bayangan oleh lensa, kita dapat menggunakan konsep sinar-sinar istimewa berikut ini. Dikatakan istimewa karena membentuk suatu bentuk geometri yang sederhana dan mudah dianalisis.

Sinar-sinar istimewa untuk lensa cembung:

Sinar istimewa 1: sinar yang sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan menuju titik fokus (f₂) lensa.

Sinar istimewa 2: sinar yang menuju pusat lensa akan diteruskan

Sinar Istimewa 3: (kebalikan dari sinar istimewa 1) sinar yang melewati titik fokus lensa (f₁) akan dibiaskan sejajar sumbu utama

Sinar-sinar istimewa untuk lensa cekung:

Sinar istimewa 1: sinar yang sejajar sumbu utama lensa akan dibiaskan seakan-akan dari titik fokus (f₁) lensa.

Sinar istimewa 2: sinar yang menuju pusat lensa akan diteruskan

Sinar Istimewa 3: (kebalikan dari sinar istimewa 1) sinar yang menuju titik fokus lensa (f₂) akan dibiaskan sejajar sumbu utama

Terlihat dari gambar di atas, lensa cembung cenderung mengumpulkan cahaya (konvergen) sedangkan lensa cekung menyebarkan cahaya (divergen). Mengapa demikian? klik mengapa.

Adapun untuk perhitungan letak bayangan (s‘ ) jika benda diletakkan di suatu jarak tertentu  (s) dari lensa diturunkan dari gambar pembentukan bayangan berikut

Segitiga I sebangun dengan segitiga III, ambil tangen sudut yang bersilangan didapat:

Segitiga II sebangun dengan segitiga IV, ambil tangen sudut yang bersilangan didapat:

Kemudian bagi persamaan (1) dengan persamaan (2), didapatkan

Aturlah persamaan di atas, kemudian didapatkan bentuk yang sederhana berikut

Rumus ini juga berlaku untuk lensa cekung, jika kita turunkan dari gambar pembiasannya maka akan didapatkan bahwa jarak fokus lensa cekung adalah negatif. (jarak fokus lensa cembung adalah positif)

Jika kita lakukan ‘coba-coba‘ memasukkan sembarang angka ke rumus yang kita dapatkan barusan untuk lensa cembung, kita mendapat suatu pola pembentukan bayangan berikut ini

-Jika kita letakkan benda di daerah atau ruang berangka arab 1, maka bayangan akan berada di ruang berangka romawi IV, bayangannya diperbesar, tegak, dan maya.

-Jika kita letakkan benda di daerah atau ruang berangka arab 2, maka bayangan akan berada di ruang berangka romawi III, bayangannya diperbesar, terbalik, dan nyata.

- Jika kita letakkan benda di daerah atau ruang berangka arab 3, maka bayangan akan berada di ruang berangka romawi II, bayangannya diperkecil, terbalik, dan nyata.

- dst.

Dapat kita simpulkan bahwa

_ [nomor ruang benda (angka arab)] + [nomor ruang bayangan (angka romawi)] = [lima].

_ jika [nomor ruang benda] < [nomor ruang bayangan] maka bayangan diperbesar

_ jika [nomor ruang benda] > [nomor ruang bayangan] maka bayangan diperkecil

Kita sebut pola ini sebagai pola penomoran ruang. Jika kamu punya rasa penasaran yang tinggi, coba sendiri, pola apa yang terjadi jika kamu meletakkan benda tepat di titik fokus lensa (f ) atau tepat di titik kelengkungan lensa (2f ).

:: MENENTUKAN PANJANG FOKUS LENSA ::

Untuk menentukan panjang fokus suatu lensa dapat digunakan berbagai cara, di antaranya dengan metode Gauss dan metode Bessel, kedua metode ini berdasarkan pembentukan bayangan. Alat-alat yang dibutuhkan kedua metode ini adalah sumber cahaya, layar, penggaris, dan tentunya lensa yang akan kita cari tahu panjang fokusnya (f  ).

Pasang alat-alat dengan urutan seperti berikut

Metode Gauss

Dengan memakai metode ini, kita meletakkan benda dan lensa pada posisi tertentu (jarak benda ke lensa fixed, catat sebagai s), kemudian kita menggeser-geserkan layar hingga didapatkan sebuah bayangan yang tegas-jelas di layar; catat jarak lensa ke layar sebagai s‘.

Kemudian untuk menentukan panjang fokus lensa dapat digunakan rumus yang telah kita turunkan sebelumnya

Metode Bessel

Dengan memakai metode ini, kita mencari dua buah bayangan yang tegas-jelas, satu diperkecil dan satu lagi diperbesar. Jarak antara benda dan layar tidak diubah-ubah (fixed), catat sebagai L. Lensa digeser-geser sampai didapatkan bayangan diperbesar yang tegas-jelas, catat jarak lensa ke benda (d₁); kemudian lensa digeser-geser lagi sampai didapatkan bayangan yang diperkecil tegas-jelas, catat jarak lensa ke benda (d₂).

Untuk menentukan panjang fokus lensa dari metode Bessel, kita dapat menggunakan rumus yang telah kita turunkan sebelumnya dengan sedikit modifikasi, yaitu

Baca Juga:
Lampu Air - Botol oleh Alfredo Moser
Image Rendering -Teknik Mempernyata Objek 3D