PERCOBAAN V ( D-1 ) SIFAT LENSA DAN CACAT BAYANGAN

Data Ini Diambil Persis Seperti Modul PTBS UNPAD 08 (Hanya di Kucinggeje)

PERCOBAAN V ( D-1 )
SIFAT LENSA DAN CACAT BAYANGAN


I. TUJUAN UMUM
Mengenal dan memahami sifat pembiasan cahaya pada lensa

II. TUJUAN KHUSUS
 Menentukan jarak fokus lensa.
 Mengamati cacat bayangan (aberasi) dan penyababnya.
 Mengurangi terjadinya cacat-cacat bayangan.

III. ALAT-ALAT PERCOBAAN DAN FUNGSINYA
a) Lensa positif kuat (tanda ++)
Sebagai lensa yang dicari jarak fokusnya.
b) Lensa positif lemah (tanda +)
Sebagai lensa yang dicari jarak fokusnya.
c) Lensa negatif (tanda -)
Sebagai lensa yang dicari jarak fokusnya.
d) Benda yang berupa anak panah
Sebagai benda yang menghasilkan bayangan.
e) Lampu pijar untuk benda
Sebagai sumber cahaya bagi benda.
f) Layar untuk menangkap bayangan
Sebagai bidang untuk menangkap bayangan.
g) Diafragma
Sebagai pengatur untensitas cahaya.
h) Bangku optik
Sebagai alat yang digunakan untuk melatakkan lensa dan benda atau layar.
i) Kabel- kabel penghubung dan sumber tegangan listrik
Sebagai sumber listrik bagi lampu.


1V. TINJAUAN PUSTAKA
Lensa adalah sebuah benda bening yang tembus cahaya dan dibatasi oleh dua bidang permukaan yang lengkung dua-duanya, atau satu lengkung atau satu rata. Berdasarkan bidang batas ini lensa dibagi atas:
♦ Lensa cembung (konveks)
Lensa ini bersifat : ☺mengumpulkan berkas cahaya (konvergen)
☺fokus positif
☺bagian tengahnya lebih tebal dari bagian tepinya
Sinar-sinar istimewa pada lensa ini adalah :
☼ Sinar sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus lensa kedua
☼ Sinar melalui titik fokus utama akan dibiaskan sejajar sumbu utama
☼ Sinar yang melalui titik pusat optik lensa akan diteruskan tanpa pembiasan.
Gambar: B +

O f 2 A’
A f1

B’

Jenis-jenis bentuk lensa cembung:




Bikonveks Plakonveks Konkaf konveks

♦ Lensa cekung (konkaf)
Lensa ini bersifat : ☺menyebarkan berkas cahaya
☺fokus negatif
☺bagian tengahnya lebih tipis daripada bagian pinggirnya
Sinar-sinar istimewa pada lensa ini adalah:
☼ Sinar yang datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus kedua
☼ Sinar-sinar yang menuju titik fokus utama akan dibiaskan sejajar sumbu utama
☼ Sinar yang melalui pusat optik lensa akan diteruskan tanpa pembiasan
Gambar:
B -


A f1 f 2



A. Menentukan jarak fokus f lensa positif (konvergen)
+ lensa layar
S’

O
F F’ O’

S
L


Sebuah benda O diletakkan disebelah kiri lensa positif dan bayangan O’ yang terbentuk disebelah kanan lensa dapat diamati pada sebuah layar. Jika m pembesaran bayangan (perbandingan paniang O’ dan O), dan L jarak antara benda dan bayangan (layar), maka jarak fokus lensa f dapat ditentukan dari persamaan:


f = m L .............................................................................(1-1)
( 1+ m )2

Jarak fokus f juga ditentukan dengan persamaan :

f = S’ .............................................................................(1-2)
1 + m

Jika S’ jarak bayangan (layar) terhadap lensa (gb. 1-1), dan m perbesaran bayangan.


Gambar 1.2
Cara lain untuk menentukan jarak fokus f sebuah lensa positif adalah sebagai berikut (lihat gb.1.2). Sebuah benda O diletakan pada jarak L dari layar (L tetap). Kemudian lensa positif yang akan ditentukan jarak fokusnya digeser-geserkan antara benda O dan layar, sehingga diperoleh kedudukan (misalnya kedudukan I dan II) dimana lensa pada masing-masing kedudukan tersebut dapat memberikan bayangan yang jelas dari benda O pada layar (O’).
Bayangan yang satu diperbesar dan yang lain diperkecil . Jika e = jarak antara dua kedudukan lensa yang dapat memberikan bayangan yang jelas pada layar , maka jarak fokus f dari lensa menurut Bessel dapat ditentukan dengan rumus:
f = L2 - e 2 .................................................................................(1-3)
4L
B. Menentukan jarak fokus f lensa negatif (divergen)
layar


layar


S
F’ + S’
O
F - F
+





Gambar 1.3
Dengan pertolongan lensa positif dapat dibuat sebuah bayangan dari benda pada layar (gb.1-3).
Tempatkan lensa negatif yang akan ditentukan jarak fokusnya antara lensa positif dan layar. Bayangan pada layar oleh lensa positif merupakan benda lensa negatif dengan jarak benda S = jarak antara lensa negatif dan layar.
Menggeser-geserkan layar sehingga terbentuk bayangan yang jelas pada layar, maka jarak lensa negatif ke layar dalam hal ini merupakan jarak bayangan S’. Jarak fokus lensa negatif dapat ditentukan dengan persamaan:

f = S S ....................................................................................(1.4)
S + S

C. Jarak fokus lensa bersusun
Jika dua lensa tipis dengan jarak fokus masing-masing f1 dan f2 digabungkan (dirapatkan), akan diperoleh satu lensa bersusun yang jarak fokusnya f dapat ditentukan dengan persamaan:
1 = 1 + 1 ................................................................................(1.5)
f f 1 f 2

D. Cacat bayangan
♣ Aberasi sferis
Disebabkan oleh kecembungan lensa. Sinar paraksial atau sinar dari pinggir lensa membentuk bayangan di P’. Aberasi ini dapat dihilangkan dengan mempergunakan diafragma yang diletakan di depan lensa atau dengan lensa gabungan atlantis yanng terdiri dari dua lensa yang jenis kacanya berlainan.
♣ Aberasi koma
Aberasi ini terjadi akibat tidak sanggupnya lensa membentuk bayangan dari sinar di tengah dan sinar tepi. Berbeda dengan aberasi sferis pada aberasi koma sebuah titik benda akan terbentuk bayangan seperti bintang berekor, gejala koma ini tidak dapat diperbaiki dengan diafragma.
♣ Astig
♣ Kelengkungan medan
Bayangan yang dibentuk oleh lensa pada layar letaknya tidak dalam satu bidang datar melainkan pada bidang lengkung. Disebut kelengkungan medan atau lengkungan bidang bayangan.
♣ Distorsi
Atau gejala terbentuknya bayangan palsu terjadi bayangan palsu ini oleh karena di depan atau di belakang lensa diletakan diafragma.
Rumus-rumus persamaan lensa yang telah diberikan di atas diturunkan dengan syarat hanya berlaku untuk sinar paraksial , jika syarat tersebut tidak dipenuhi, akan terjadi cacat-cacat bayangan (aberasi)
▓ Hukum- hukum yang digunakan dalam percobaan ▓
1. Hukum Snellius ( Hukum Pembiasan )
Jika sinar diarahkan ke satu bidang batas antara medium 1 ( indeks bias nomor 1 ) dan medium 2 ( indeks bias nomor 2 ), dimana n2>n 1
(medium 2 lebih rapat daripada medium 1 ) maka sebagian sinar dipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan.
Hukum pembiasan adalah sebagai berikut :
▪ Sinar datang, sinar bias, dan garis normal berpotongan pada satu titik dan terletatak pada satu bidang datar.
▪ Hubungan sudut datang dan sudut bias dinyatakan oleh persamaan: n1 sin 1 = n 2 sin 2
2. Hukum Gauss
Denga menganggap tebal lensa dapat diabaikan terhadap jarak (baik jarak benda ke lensa maupun jarak benda ke lensa ), maka dapat ditentukan formulasi dasar permulaan yang menghubangkan jarak fokus lensa (f), jarak benda ke lensa (S) dan jarak bayangan ke lensa (S’) sebagai berikut :

3. Hukum Bessel
Hal ini biasanya digunakan untuk menghitung jarak titik api lensa positif.
Persamaannya adalah: f = L2 - e 2
4L
L = jarak benda terhadap layar
e = jarak antara dua kedudukan lensa dimana kedudukan I diperoleh bayangan tajam dan kedudukan II diperoleh bayangan besar tajam.


☻ SESATAN RUMUS☻
1) Rumus Gauss

1 = 1 + 1
f S S’
f -1 = S’ + S’-1
f -1 = (-S-2) + (-S’-2) -1
f -1 = - + - -1
S2 S2
( f -1. f 2) = - + - -1
S2 S2
f -1 = - + - -1 . f 2
S2 S2

2) Rumus Bessel
f = L2 - e2
4L
Diketahui : misal y =
y'=

+ .






maka


=

3) Lensa Gabungan

f =f - f (+)




V. TUGAS PENDAHULUAN
1) Buktikan rumus/persamaan (1-1) s/d (1-5)
Jawaban: Rumus (1-1)
L = S + S’ = S + m S = S (1 + m)
m = S’ → S’= m S →1- S’ = m S
m mS+S = L → S (m + 1)= L
S = L
(1+m)

1 = 1 + 1 = 1
f S S’ S (1+m)
= S’ + S
S S
f = S S’ = L / (1+m) . m S
S + S m S + S
= m S L
(1+m) (S (m+1) )
= m L S
S (1+ m )2

= m L
(1 + m)2

Rumus (1-2)
f = S’ = S’ = S’ = S S’
1+m 1+S’/S S+S’/S S+S’


a). m = S’
S
b). 1 = 1 + 1
f S S’
= S S’
S + S’
= S’
1 + m
Rumus (1-3)
e = Sk – Sb
= Sb’- Sk’

L = Sk’ + Sk
Sk’= L – Sk
= L – e
2L
Sk = L + e
2

f = L2 - e2
4L

Rumus (1-4)
1 = 1 + 1
f S S’
1 = S’ + S
f S S’
f = S S’
S + S’
Rumus (1-5)
1 = 1 + 1
f2 S 2 S’2
S 2= e – S’1
1 = 1 + 1 ............................(1)
f2 - S’2 S’2

1 = 1 + 1
f1 S 1 S’1
-1 = 1 - 1 ................................(2)
f1 S 1 f1
sustitusikan (1) dan (2)
1 = 1 - 1 + 1
f2 S 1 f1 S 2
1 + 1 = 1 + 1 S 1 = S
f1 f2 S 1 S 2 S’2 = S’
1 + 1 = 1 + 1 ........................(3)
f1 f2 S’ S
1 = 1 + 1 ........................................(4)
f S S’
sustitusikan (3) dan (4)
1 = 1 + 1
f f1 f2 (terbukti)
2) Dari rumus Bessel (1-3) bagaimana L harus dipilih, supaya dapat terjadi dua bayangan yang diperbesar dan diperkecil pada layar? Boleh dijawab setalah percobaan.
Jawaban:Dengan menggeser lensa sampai didapat bayagan yang berbenar-benar tajam sehingga diperoleh dua bayangan yang memiliki perbesaran berbeda

3) Mengapa untuk menentukan jarak fokus lensa negatif harus menggunakan pertolongan lensa positif?
Jawaban:Lensa negatif akan memberikan bayangan semu pada benda riil yang berarti tidak diperoleh gambaran pada layar. Untuk mengatasi hal ini, kita tempatkan dan tempelkan pada lensa negatif sebuah lensa positif yang jarak fokusnya telah diketahui

4) Terangkan apa yang dimaksud dengan aberasi khromatik ?
Jawaban:Aberasi khromatik merupakan aberasi yangn muncul karena dispersi variasi indeks bias materi transparan terhadap panjang gelombang. Sebagai contoh,cahaya biru dibelokkan lebih jauh dari merah oleh kaca. Sehingga jika cahaya outih jatuh pada sebuahlensa, warna-warna yang berbeda difokuskan pada titik yang berbeda pula, dan akan pinggira berwarna pada bayangan, aberasi khromatik dapat dihilangka untuk dua warna apa saja (dan sangat diperkecil untuk yang lainnya) dengan menggunakan dua lensa yang berbeda dengan indeks bias dan dispersi yang berbeda

5) Apakah yang dimaksud dengan astigmatisme ?
Jawaban:Astigmatisme biasanya disebabkan oleh karena lensa yang kurang bundar sehingga benda titik difokuskan sebagai garis pendek, yang mengaburkan bayangan. Hal ini terjadi karena berbentuk sferis dengan bagian silindrisnya tertumpuk, dimana lensa memfokuskan titikmenjadi garis yang paraleldengan sumbunya. Maka astigmatisme memfokuskan berkas pada bidang vertikal, katakanlah pada jarak yang lebih dekat dengan yang dilakukannya untuk berkas pada bidang horizontal. Astigmatisme dengan menggunakan lensa silindris yang mengimbanginya

VI. PROSEDUR PERCOBAAN
A.Menentukan jarak fokus lensa.
1. Mengukur tinggi (panjang) anak panah yang dipergunakan sebagai benda.
2. Menyusun sistim optik berturutan sebagai berikut:
 Benda dengan lampu belakangnya.
 Lensa positif lemah.
 Layar.
3. Mengambil jarak kelayar lebih besar dari 1 (satu meter).
4. Mengukur dan mencatat jarak benda ke layar.
5. Menggeser-geser lensa hingga didapat bayangan yanng tegas / jelas pada layar.
6. Mencatat kedudukan lensa dan mengukur tinggi bayangan pada layar.
7. Menggeser lagi kedudukan lensa sehingga didapat bayangan jelas yang lain. (Jarak benda kelayar L jangan diubah).
8. Mengulangi percobaan no. VI-3 s/d VI-7 beberapa kali (ditentukan asisten) dengan harga L yang berlainan.
9. Mengulangi percobaan no. VI-2 s/d VI-8 untuk lensa positif kuat (tanda ++).
10. Membuat bayangan yang jelas dari benda O pada layar dengan pertolongan lensa positif untuk menentukan jarak lensa negatif.
11. Meletakan lensa negatif antara lensa positif dan layar. Kemudian mengukur jarak lensa negatif ke layar (=S).
12. Menggeser layar sehingga terbentuk bayangan yang jelas pada layar. Mengukur jarak lensa negatif ke layar (=S’).
13. Mengulai percobaan VI-10 s.d VI-12 beberapa kali (ditentukan oleh asisten).
14. Merapatkan lensa positif kuat (++) dan lensa negatif lemah (+) serapat mungkin. Untuk menentukan jarak fokus lensa tersusun.
15. Menggunakan cara bessel (gb.1-2) untuk menentukan jarak fokus lensa bersusun tersebut. Mengulangi beberapa kali dengan harga L yang berubah-ubah.
B. Mengamati cacat bayangan.
16. Menggunakan lensa positif kuat (++) untuk mengamati aberasi khromatik dan lampu pijar sebagai benda. (Anak panah sebagai benda disingkirkan).
17. Menggeser-geserkan layar, maka kita dapat mengamati bahwa suatu kedudukan akan terdapat bayangan dengan tepi merah dan pada kedudukan lain bayanngan dengan tepi biru.
18. Mencatat masing-masing kedudukan lensa yanng memberikan bayangan dengan tepi berbeda warna.
19. Memasang diafragma didepan lampu pijar. Mengulangi percobaan VI-17 dan VI-18 apa yanng terjadi pada bayangan lampu.
20. Mengulangi percobaan VI-14 dengan menggunakan diafragma yang berlainan.
21. Meletakkan lensa miring untuk mengamati astigmatisme terhadap sumbu sistem benda dan layar . Meletakan kaca baur (benda) didepan lampu.
22. Menggeser-geserkan layar, dan mengamati bayangan dari benda (letak garis tegak tak sama dengan letak garis datar).
23. Kemudian meletakkan diafragma didepan benda (kaca baur), dan menggeser-geserkan layar lagi. Perubahan apa yang terjadi pada bayangan dari benda.




DAFTAR PUSTAKA


Depdikbud. 2002. Petunjuk Praktikum Ilmu Fisika.

Gabrielle, J.F. Fisika Kedokteran . Jakarta : Erlangga.

Giancoli. 2001. Fisika 2000 . Jakarta : Erlangga.

Departemen Fisika ITB. Modul Praktikum Fisika Dasar II . Bandung.

Nb: Data Ini Diambil Persis Seperti Modul PTBS UNPAD 08