Laporan Praktikum Fisika Lensa Gabungan

Praktikum Fisika Lensa Gabungan

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Cahaya yang datang pada sebuah lensa dapat dibiaskan. Lensa adalah suatu benda yang tembus pandang dan mempunyai paling sedikit satu permukaan lengkung. Lensa umumnya terbuat dari kaca (gelas) namun ada juga lensa yang terbuat dari plastik keras tembus pandang. Lensa dapat membentuk bayangan yang diperbesar atau diperkecil sehingga banyak digunakan dalam alat-alat optik seperti kamera, mikroskop dan teleskop.

Lensa juga diartikan sebagai bidang bening yang dibatasi oleh 2 atau lebih permukaan bias dengan minimal satu permukaan merupakan bidang lengkung. Alat sejenis ini digunakan dengan jenis lain dan radio elektromagnetik juga disebut lensa. Misalnya sebuah lensa gelombang mikro dapat dibuat dari paraffin wax.

Lensa juga memiliki dua permukaan di mana bentuk permukaannya ada yang cembung, cekung atau datar. Bentuk permukaan cembung memiliki permukaan yang melengkung keluar. Bentuk permukaan cekung memiliki permukaan yang cekung ke dalam. Dan bentuk permukaan datar memiliki permukaan yang datar. Berdasarkan bentuk permukaan ini,maka ada lensa yang kedua lensanya memiliki permukaan yang cembung,lensa yang kedua permukaannya cekung,dan ada yang memiliki salah satu permukaannya yang cekung dan yang lain permukaannya cembung (cekung-cembung atau cembung-cekung),dan cekung atau datar. 

Ada juga lensa gabungan yang merupakan gabungan dari dua lensa atau lebih yang di susun berdekatan sekali (d = 0) dengan sumbu utama berimpit satu sama lain.

Percobaan yang dilakukan selama ini, hanya menentukan jarak fokus sebuah lensa. Olehnya itu dalam percobaan ini akan ditentukan jarak fokus lensa cembung dengan metode konjugate yaitu cara menentukan jarak fokus lensa cembung yang digabung / diimpitkan menjadi satu (tidak ada jarak antar kedua lensa cembung).

2. Tujuan Praktikum

Adapun tujuan yang akan dicapai setelah melaksanakan praktikum ini adalah sebagai berikut.

1. Mengetahui sifat-sifat bayangan yang dihasilkan.
2. Menentukan jarak fokus lensa gabungan.

Bab II. Tinjauan Pustaka

Lensa adalah benda transparan yang mampu membelokkan atau membiaskan berkas-berkas cahaya yang melewatinya, sehingga jika suatu benda berada di depan lensa, maka bayangan dari benda tersebut akan terbentuk.

Lensa gabungan merupakan gabungan dari dua atau lebih lensa dengan sumbu utamanya berhimpit dan disusun berdekatan satu sama lain sehingga tidak ada jarak antara lensa yang satu dengan lensa yang lain (d = 0). Lensa gabungan adalah penggabungan antara lensa positif dan lensa negatif. Lensa gabungan sering digunakan pada alat-alat optik dengan maksud mengurangi cacat bayangan (Priyambodo,2008).

Daya Lensa adalah kekuatan lensa dalam memfokuskan lensa. Daya lensa berkaitan dengan sifat konvergen (mengumpulkan berkas sinar) dan divergen (menyebarkan sinar) suatu lensa. Untuk Lensa positif, semakin kecil jarak fokus, semakin kuat kemampuan lensa itu untuk mengumpulkan berkas sinar. Untuk lensa negatif, semakin kecil jarak fokus semakin kuat kemampuan lensa itu untuk menyebarkan berkas sinar. Oleh karena itu kuat lensa didefinisikan sebagai kebalikan dari jarak fokus, Rumus kekuatan lensa (power lens)

P = dengan satuan = Dioptri

Untuk menambah kekuatan lensa kita dapat gunakan lensa gabungan dengan sumbu utama dan bidang batas kedua lensa saling berhimpit satu sama lain. Dari penggabungan lensa ini maka akan didapatkan fokus gabungan atau daya lensa gabungan.

Suatu lensa gabungan merupakan gabungan dari dua atau lebih lensa dengan sumbu utamanya berhimpit dan disusun berdekatan satu sama lain sehingga tidak ada jarak antara lensa yang satu dengan lensa yang lain (d = 0).

Persamaan lensa gabungan dirumuskan sebagai berikut.

dan daya lensa sebagai berikut.

Berlaku ketentuan untuk lensa positif (lensa cembung), jarak fokus (f) bertanda plus, sedangkan untuk lensa negatif (lensa cekung), jarak fokus bertanda minus.

 Untuk lensa gabungan yang terdiri dari dua lensa tipis, dengan jarak fokus masing-masing f1 dan f2 , serta dipisahkan oleh jarak d, maka untuk mencari jarak fokus gabungan kedua lensa dapat menggunakan rumus berikut:

Untuk fokus depan berlaku,

f(gabungan depan)= (f1(d-d_2)) / (d-(f1+f2))  

Dan untuk fokus belakang berlaku,

f(gabungan belakang)= (f2(d-d_2)) / (d-(f1+f2))      

Dengan:

 f = jarak titik fokus kedua lensa

 f1 = titik fokus lensa pertama

 f2 = titik fokus lensa kedua

 d = jarak antara kedua titik fokus pertama lensa

 d2= jarak antara kedua titik fokus lensa kedua

Kita dapat menentukan bayangan akhir dengan menentukan jarak bayangan untuk lensa pertama dan menggunakannya bersama dengan jarak antara lensa untuk menentukan jarak objek bagi lensa kedua.

1/f= 1/f’ +1/f2        

Persamaan pada lensa pertama:

1/f’ =1/s+1/s’        

s2 = -s1′ , sehingga :

persamaan lensa kedua:

1/-s1′ +1/s’ =1/f2        

Dan persamaan akhirnya adalah:

1/s+1/s’ =1/f’ +1/f2  = 1/f            

Sedang untuk mencari perbesaran pada lensa gabungan, dapat menggunakan rumus berikut:

M=M1+M2      

Pada umumnya, sebuah lensa memiliki bagian-bagian yang disebut titik fokus pertama dan ke dua, pusat kelengkungan permukaan pertama dan ke dua, radius kelengkungan pertama dan kedua, serta pusat lensa. Titik fokus, pusat kelengkungan, dan radius kelengkungan pertama merupakan titik nyata atau titik yang berada di depan lensa. Sedangkan titik fokus, pusat kelengkungan, dan radius kelengkungan kedua merupakan titik yang ada di belakang lensa, atau titik pada bayangan yang terbentuk (Priyambodo, 2008).

Ketika suatu cahaya melintas dari suatu medium ke medium lainnya,sebagian cahaya datang dipantulkan pada perbatasan. Sisanya lewat ke medium yang baru. Jika seberkas cahaya datang dan membentuk sudut terhadap permukaan(bukan hanya tegak lurus), berkas tersebut dibelokkan oada waktu memasuki medium yang baru. Pembelokkan ini disebut pembiasan. Sudut bias tergantung pada laju cahaya kedua media dan pada sudut datang. Hubungan analitis antara dan ditemukan secara eksperimental pada sekitar tahun 1621 oleh Willebord Snell (1569-1620). Hubungan ini dikenal sebagai hukum Snell dan dituliskan:

(Giancoli,2001)

Apabila cahaya melintas dari suatu materi ke yang lainnya di mana indeks biasanya lebih kecil,cahaya dibelokkan menjauhi normal. Pada sudut datang tertentu, sudut bias akan , dan dalam hal ini berkas bias akan berhimpitan dengan permukaan. Sudut datang di mana hal ini terjadi disebut sudut kritis, dari hukum snell, dinyatakan dengan

Untuk semua sudut yang datang yang lebih kecil dari akan ada berkas bias, walaupun sebagian cahaya juga akan dipantulkan pada perbatasan. Bagaimana pun,untuk sudut datang yang lebih besar dari, hukum snell akan memberitahu kita bahwa lebih besar dari 1,00. Dalam hal ini tidak ada berkas bias sama sekali, dan seluruh cahaya terpantulkan (Giancoli, 2001).

Nilai jari-jari atau radius kelengkungan suatu lensa dapat bernilai positif, negatif atau tak berhingga. Berikut ini aturan untuk menunjukkan radius kelengkungan ( diasumsikan bahwa sinar datang dari arah kiri) :

1. Permukaan yang memiliki titik pusat ada di sebelah kanan pusat lensa, jari-jari atau  radiusnya (R) bernilai positif.
2. Permukaan yang titik pusatnya ada di sebelah kiri pusat lensa, jari-jari atau radiusnya (R) bernilai negatif.
3. Untuk lensa yang permukaannya datar, memiliki radius atau jari-jari (R) tak berhingga.

Berdasarkan aturan tersebut, maka lensa cembung-cembung memiliki R1 positif dan R2 negatif. Pada lensa cembung-datar memiliki R1 positif dan R2 tak berhingga. Dan pada lensa cekung-cekung R1 negatif dan R2 positif. Dari pernyataan di atas, maka dikenal istilah lensa positif untuk lensa cembung dan lensa negatif untuk lensa cekung.

1. Lensa Cembung (Lensa Positif)

 Lensa cembung (convex) yang biasa disebut juga lensa positif merupakan lensa yang memiliki bagian tengah yang lebih tebal dari pada bagian tepinya. Lensa cembung terdiri atas tiga macam bentuk, yaitu lensa biconvex (cembung rangkap), lensa planconvex (cembung-datar), dan lensa convex-concave (cembung-cekung) (Asep Sarmaji, 2006).

  Lensa cembung memiliki sifat dapat mengumpulkan cahaya sehingga disebut juga lensa konvergen. Apabila ada berkas cahaya sejajar sumbu utama, mengenai permukaan lensa, maka berkas cahaya tersebut akan dibiaskan melalui satu titik. Sinar bias akan mengumpul ke satu titik fokus di belakang lensa. Berbeda dengan cermin yang hanya memiliki satu titik fokus, lensa memiliki dua titik fokus. Titik fokus yang merupakan titik pertemuan sinar-sinar bias disebut fokus utama (f1) yang disebut juga fokus aktif. Karena pada lensa cembung sinar bias berkumpul di belakang lensa, maka letaknya juga di belakang lensa. Sedangkan fokus pasif berada di belakang lensa. Pada lensa cembung terdapat tiga sinar-sinar istimewa yang menjadi dasar pembentukan bayangan pada lensa cembung, yaitu:

1. Sinar datang yang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus.
2. Sinar datang yang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama.
3. Sinar yang melalui pusat lensa, tidak mengalami pembiasan.

Titik fokus lensa cembung dengan rumus yang disebut rumus pembuat lensa, yaitu:

\frac{1}{f}=(n-1)(\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2})

Dengan :

 f = jarak titik fokus lensa cembung

 n = indeks bias lensa

 R1= radius kelengkungan pertama

 R2= radius kelengkungan permukaan kedua

Berapapun nilai R1 dan R2 dari lensa cembung, titik fokusnya akan selalu positif. Mencari dua posisi lensa yang menghasilkan bayangan yang jelas pada lensa positif, dapat juga dilakukan dengan cara yang disebut Bessel. Jika pada posisi satu didapat bayangan yang jelas pada layar, dan kemudian jika dengan menggeser lensa, pada posisi kedua diperoleh lagi bayangan yang jelas pada layar. Jika jarak antara kedua titik, yaitu titik pertama lensa dan titik kedua lensa cembung yang menghasilkan bayangan yang jelas adalah e,  maka menurut Bessel:

f=(L^2-e^2)/4L                  

Dengan:

     f =fokus lensa

     e =jarak antara posisi satu dan posisi dua

     L=jarak benda dari pusat lensa

2.       Lensa Cekung (lensa negatif)

 Lensa cekung atau concave adalah lensa yang memiliki bagian tengah lebih tipis dari pada bagian pinggirnya.   Lensa cekung ada tiga macam, yaitu lensa biconcave (cekung rangkap), lensa plan concave (cekung datar), dan lensa concave-concex (cekung-cembung) (Asep Sarmaji, 2006).

Lensa cekung disebut juga lensa negatif  dan memiliki sifat yang dapat menyebarkan cahaya atau yang disebut juga divergen. Seperti halnya lensa cembung, lensa cekung juga memiliki tiga sifat sinar-sinar istimewa , yaitu :

1. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan seolah-olah datangnya dari titik fokus.
2. Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus, akan dibiaskan sejajar sumbu utama. 
3. Sinar yang melalui titik pusat kelengkungan tidak akan mengalami pembiasan

Hubungan antara jarak benda (s), jarak bayangan (s’ ), dan titik fokus (f ) secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

\frac{1}{f}=\frac{1}{s}+\frac{1}{s'}

Dengan:

f = titik fokus lensa
s = Jarak benda ke titik pusat lensa
s’ = Jarak bayangan yang terbentuk dari titik pusat lensa

Dan untuk mencari perbesaran bayangan pada pemantulan ini, dapat menggunakan rumus berikut:

M=\frac{h'}{h}=\frac{-s'}{s}

Dengan:

 M = Perbesaran bayangan

 h’ = tinggi bayangan

 h = tinggi benda

jika s bertanda positif, benda berada di depan lensa (nyata). Sedang jika s bertanda negatif, benda berada di belakang lensa (maya).

Dan jika s’ bertanda positif, sifat bayangan yang terbentuk nyata. Sedangkan jika s’ bertanda negatif, bayangan yang terbentuk berarti bersifat maya. Hal yang sama pada M, jika hasilnya bertanda negatif, berarti bayangan yang terbentuk bersifat nyata dan terbalik terhadap bendanya. Sedang jika hasilnya bertanda positif, maka bayangan yang terbentuk bersifat maya dan tegak terhadap bendanya.

4. Alat dan Fungsinya

Alat dan fungsinya yang digunakan dalam praktikum adalah:

1. Lampu 18 watt 1 buah fungsinya sebagai sumber cahaya.
2. Rel presisi 2 buah fungsinya sebagai tempat meletakkan lensa, lampu, dan diafragma anak panah.
3. Penyambung rel presisi 3 buah fungsinya untuk menyambung rel presisi.
4. Pemegangan kontak cahaya fungsinya untuk memegang kontak cahaya
5. Catu daya 1 buah fungsinya untuk memberikan energi listrik pada cahaya.
6. Kabel penghubung warna merah 1 buah dan warna hitam 1 buah fungsinya untuk menghantarkan atau menyambungkan arus listrik.
7. Lensa cembung 2 buah 50 mm, dan 100 mm fungsinya untuk melukis pembentukan bayangan.
8. Tumpakan berpenjepit 4 buah fungsinya untuk penjepit lensa.
9. Diafragma anak panah 1 buah fungsinya sebagai benda untuk pembentukan gambar.
10. Layar 1 buah fungsinya sebagai untuk melihat gambar yang dihasilkan atau untuk menangkap bayangan yang terbentuk.

5. Prosedur Praktikum

Prosedur yang harus dilakukan ialah sebagai berikut.

1. Persiapkan semua peralatan yang dibutuhkan.
2. Susun rangkaian sebagaimana yang ada pada panduan praktikun.
3. Hidupkan catudaya, berikan tegangan masukan 12 volt.
4. Tentukan jarak antara benda ke lensa L₁(S₁).
5. Geser – geser L₂ dan layar untuk mendapatkan bayangan pada layar.
6. Ukur jarak dari lensa L₁ ke L₂(S).
7. Ukur jarak dari lensa L₂ ke layar(S₂).

Bab IV. Hasil dan Pembahasan

A. Hasil

B. Pembahasan

Benda yang berada pada ruang dua, maka bayangan yang akan terbentuk pada ruang tiga. Benda yang berada pada ruang tiga, maka bayangan yang akan terbentuk  pada ruang dua. Dan jika benda berada pada ruang satu, bayangan yang akan terbentuk pada ruang empat.

Percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan fokus lensa dengan ukuran 50 mm dan 100 mm didapatkan bahwa pada percobaan pertama benda diletakkan pada ruang satu dengan jarak 4,3 cm, bayangan yang terbentuk berada pada ruang empat dengan jarak 20 cm. Percobaan kedua benda yang diletakkan pada jarak 5,3 cm dan berada pada ruang dua, bayangan yang terbentuk berada pada jarak 13,7 cm berada pada ruang tiga. Percobaan ketiga benda diletakkan pada jarak 6,3 cm berada pada ruang dua, bayangan yang terbentuk berada pada jarak 9 cm berada pada ruang dua. Percobaan keempat benda diletakkan pada jarak 7,5 cm berada pada ruang dua, bayangan yang terbentuk terletak pada jarak 7,7 cm berada pada ruang dua. Dan percobaan terakhir benda dietakkan pada jarak 8,3 cm berada pada ruang dua, bayangan yang terbentuk berada pada jarak 6,4 cm pada ruang dua.

Sifat – sifat bayangan yang terbentuk dapat diuraikan sebagai berikut:

1. S₁ = 4,3 cm dan S₂’ = 20 cm: nyata, terbalik, dan diperbesar.
2. S₁ = 5,3 cm dan S₂’ = 13,7 cm: nyata, terbalik, dan diperbesar.
3. S₁ = 6,3 cm dan S_2’  = 9 cm: nyata, terbalik, dan diperbesar.
4. S₁ = 7,3 cm dan S₂’  = 7,7 cm: nyata, terbalik, dan diperkecil.
5. S₁ = 8,3 cm dan S₂’  =  8,3 cm: nyata, terbalik, dan diperkecil.

Berdasarkan teori yang ada, dapat dibandingakan bahwa pada percobaan 3, 4, dan 5 itu tidak sesuai dengan teori. Karena misalkan pada percobaan 3 dengan benda berada pada ruang 2 bayangan yang dihasilkan berada pada ruang 2, sedangkan berdasarkan teori seharusnya bayangan yang dihasilkan tersebut harus berada pada ruang 3. Begitu juga pada percobaan 4 dan 5 yang hasilnya tidak tepat dengan teori yang ada.

Hal tersebut terjadi karena adanya suatu kesalahan yang dilakukan pada saat melakukan praktikum. Adapun penyebabnya seperti kurang akuratnya ketika menggunakan alat praktikum, selain itu juga dipengaruhi oleh cahaya yang dihasilkan oleh lampu.

Bab V. Penutup

A. Kesimpulan

Lensa gabungan merupakan gabungan dari dua atau lebih lensa dengan sumbu utamanya berhimpit dan disusun berdekatan satu sama lain sehingga tidak ada jarak antara lensa yang satu dengan lensa yang lain (d = 0). Lensa gabungan adalah penggabungan antara lensa positif dan lensa negatif. Bayangan yang dihasilkan dalam praktikum lensa gabungan yaitu, nyata, terbalik, dan diperbesar ada juga yang menghasilkan bayangan nyata, terbalik, dan diperkecil.

Untuk menentukan jarak fokus lensa gabungan dapat digunakan rumus Persamaan lensa gabungan sebagai berikut:

mencari jarak fokus gabungan kedua lensa dapat menggunakan rumus berikut:

Untuk fokus depan berlaku,

f(gabungan depan)= (f1(d-d_2)) / (d-(f1+f2))  

Dan untuk fokus belakang berlaku,

f(gabungan belakang)= (f2(d-d_2)) / (d-(f1+f2))    

 Sedang untuk mencari perbesaran pada lensa gabungan, dapat menggunakan rumus berikut:

M=M1+M2