PEMBIASAN LENSA (GO3)

PEMBIASAN LENSA (GO3)

Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., Putri Anggraini. Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend Hasan Basri Komplek Kayu Tangi Dua Jalur Utama Kost Diana, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com

Abstrak—Percobaan pembiasan lensa bertujuan untuk menentukan jarak fokus lensa positif dan jarak fokus lensa negatif. Metode yang digunakan mengukur jarak bayangan, menetapkan jarak antara lensa positif dan negatif. Nilai fokus lensa positif sebesar {(9,000 ± 0,028) 10^-2m; (9,500 ± 0,034) 10^-2m; (9,580 ± 0,038) 10^-2m} dan fokus lensa negatif {(7,500 ± 0,054) 10^-2m; (9,220 ± 0,064) 10^-2m; (10,400 ± 0,069) 10^-2m}. Percobaan ini hampir berhasil dapat ditinjau dari kesalahan relatif kurang dari 1% sehingga derajat kepercayaannya lebih dari 99%. Tidak berhasilnya percobaan ini dikarenakan kendala saat praktikum seperti benda dan lensa yang digunakan tidak sesuai, sulitnya menentukan bayangan yang fokus, serta ketidaktelitian dalam membaca skala ukur pada rel presisi.

                Kata Kunci—Pembiasan, lensa positif, lensa negatif, fokus.

I.                    PENDAHULUAN

L

ensa adalah media transparan yang mempunyai batasan dua melengkung. Ada dua macam lensa yaitu lensa cembung dan lensa cekung. Lensa cembung (lensa konvergen) atau lensa positif merupakan lensa yang lebih tebal dibagian tengahnya dari pada dibagian tengah ujungya. Sedangkan lensa cekung (lensa divergen) atau lensa negatif merupakan lensa yang memiliki bagian tengah yang lebih tipis dari pada bagian ujungnya. Lensa diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari yang paling mudah ditemui seperti kaca mata, kamera, dan alat optik lainnya menggunakan prinsip kerja lensa. Dalam dunia pendidikan, prinsip lensa juga sering diunakan seperti mikroskop dan teleskop. Lensa memiliki dua titik fokus, yaitu fokus utama merupakan titik pertemuan sinar-sinar  bias (fokus aktif). Dan fokus pasif yang simetris terhadap lensa cembung, letak ini berada di depan lensa.

Berdasarkan latar belakang di atas dapat diambil suatu rumusan masalah sebagai berikut. “bagaimana menentukan jarak fokus dan lensa negatif ?”

Adapun tujuan dari percobaan kali ini yaitu untuk menentukan jarak fokus lensa positif dan lensa negatif.

II.                  KAJIAN TEORI

                Lensa adalah benda bening (tembus cahaya) yang dibatasi dua bidang lengkung atau bidang  lengkung dan satu bidang datar. Dari definisi tersebut dikenal lensa cembung (bagian tengah tebal) dan lensa cekung (bagian tengah tipis).

Gambar 1. Macam-macam lensa (a, b, c adalah cermin lensa positif dan d, e lensa negatif)

Hubungan antara jarak benda dengan jarak bayangan pada lensa tipis memenuhi persamaan :

           ....................(1)

Dengan : S = jarak benda

               S’= jarak bayangan

               f  = fokus lensa

1.     Menentukan fokus lensa positif :

Jika benda di depan lensa positif, bayangannya dapat diterima layar, maka disebut bayangan tersebut adalah byanagan nyata sperti pada gambar 2 berikut.

Gambar 2. Bayangan nyata

                Untuk memperoleh bayangan yang tajam dilayar. Lensa dan atau layar dapat digeser-geser sedemikian hingga bayangan tersebut diterima jelas dilayar.

2.     Menentukan fokus lensa negatif

Ilustrasi pembentukkan bayangan dapat dilihat seperti pada gambar 3. Dimana bayangan lensa negatif dianggap benda oleh lensa positif. Perhatikan bahwa : S’_(-) = x dan S₍₊₎ = x+d, sehingga dari rumus untuk lensa positif berlaku

           ......................(2)

Dari persamaan 2, x dapat dihitung. Untuk lensa negatif, karena bayanagn yang  dibentuk selalu maya (tidak dapat diterima layar), maka untuk menentukan jarak fokusnya memakai pertolongan lensa positif yang telah diketahui f-nya. Selanjutnya untuk lensa negatif berlaku^[1]

            .......................(3)

Dari persamaan 3 ini dapat diperoleh nilai f_(-).

Gambar 3. Bayangan lensa negatif

Sifat-sifat lensa

Sebuah lensa yang jenisnya diperlihatlkan dalam gambar 4 mempunyai sifat bahwa  bila seberkas sinar itu berkumpul kesebuah titik F₂ (gambar 4) dan membentuk sebuah bayangan nyata dititik tersebut. Lensa seperti itu dinamakan sebuah lensa pengumpul (lensa konvergen). Demikian juga sinar-sinar yang lewat melalui titik F₁ paralel (gambar 4).

Gambar 4. Titik fokus pertama dan kedua dari sebuah lensa konvergen tipis. Nilai numerik f adalah positif

Titik F₁ dan F₂ dinamakan titik fokus pertama dan titik fokus kedua. Dan jarak f ( yang diukur dari pusat lensa itu) dinamakan panjang fokus. Seperti untuk sebuah cermin cekung, panjang fokus dari sebuah lensa konvergen didefinisikan sebagai sbeuah kuantitas positif dan lensa seperti itu disebut juga lensa positif.

Gambar 5. Titik fokus kedua dan titik fokus pertama dari lensa konvergen tipis. Nilai numerik f adalah negative

Gambar 5 memperlihatkan sebuah lensa divergen : berkas paralel yang masuk pada lensa ini berpencar setelah reraksi. Panjang fokus dari sebuah lensa divergen adalah sebuah kuantitas negatif dan lensa itu dinamakan juga lensa negatif. Titik-titik fokus sebuah lensa positif dibuat berlawanan relatif terhadap titik-titik fokus sebuah lensa positif. Titik fokus kedua, F₂ dari sebuah lensa negatif adalah titik dimana sinar-sinar yang pada mulanya paralel dengan sumber muncul berpencar setelah refraksi seperti dalam gambar 2 (a). Sinar-sinar yang masuk mengumpul menuju titik fokus pertama F₁ seperti dalam gambar 2(b). Muncul keluar dari lensa itu paralel dengan sumbunya.^[2]

Parameter yang paling penting dari lensa adalah panjang fokus f untuk lensa konvergen. F diukur dengan mudah dengan mencari titik bayangan untuk matahari atau benda jauh lainnya. Begitu f diketahui, posisi bayangan dapat ditemukan untuk benda apapun.  Untuk menemukan titik bayangan dengan menggambar berkas-berkas cahaya akan sulit jika kita harus menentukan semua  sudut bias. Dari pada melakukan hal tersebut, kiat dapat mempermudahnya dengan menggunakan fakta-fakta tertentu yang telah kiat ketahui, seperti bahwa berkas yang paralel dengan sumbu lensa akan melewati (setelah pembiasan) titik fokus. Pada gambar 6. a,b,c. Yang menunjukan anak panah sebagai benda dan lensa konvergen yang membentuk bayangan disebelah kanan. Berkas-berkas ini yang berasal dari satu titik pada benda, digambar seakan-akan lensa tipis tak hingga dan kita hanya menunjukkan satu belokkan tajam didalam lensa dan bukan pembiasan pada setiap permukaan. Ketiga gambar berkas ini digambarkan sebagai berikut.

(a)      Berkas 1

(b)     Berkas 2

(c)      Berkas 3

Gambar 6.a,b,c. Berkas-Berkas Cahaya

Berkas 1 digambarkan paralel sumbu utama : dengan demikian dibiaskan oleh lensa sehingga berjalan sepanjang garis melalui titik fokus F, gambar 6 (a).

Berkas 2 digambarkan pada garis yang melewati titik fokus yang lain, F’, (sisi depan pada gambar 6) dan muncul paralel terhadap sumbu utama lensa, gambar 6(b)

Berkas 3 di arahkan ke pusat lensa, dimana kedua permukaan pada dasarnya paralel satu dengan yang lainnya; dengan demikian berkas ini muncul daei lensa dengan sudut yang sama pada saat masuknya;^[3]

Bayangan pada lensa cembung untuk beberapa posisi :

Ø  Jika benda diletakan antara F₂ dan 2F₂, sifat bayang nyata, terbalik dan diperbesar.

Gambar 6.1. bayangan benda yang terbentuk jika benda diletakkan di antara titik F₂ dan 2F₂

Ø  Jika benda diletakkan pada jarak lebih kecil dari pada F₂ sifat bayangannya adalah maya, sama tegak, dan diperbesar.

Gambar 6.2. bayangan benda berada diantara F₂ dan O

Ø  Jika benda diletakkan pada titik 2F₂ bayangan yang terbentuk bersifat nyata, terbalik, dan sama besar.^[4]

Gambar 6.3. benda diletakkan dititik 2F₂

Dengan menggambarkan ketiga berkas yang sama dapat juga menentukan posisi bayangan untuk lensa divergen, seperti pada gambar 6 berikut.

Gambar 7. Menentukan bayangan dengan penelusuran berkas untuk lensa divergen

Perhatikan bahwa berkas 1 digambarkan paralel dengan sumbu, tetapi tidak melalui titik fokus F’ dibelakang lensa melainkan tampak datang dari titik fokus F di depan lensa (garis terputus-putus). Berkas 2 diarahkan menuju F’ dan dibiaskan paralel oleh lensa. Berkas 3 lewat langsung melalui pusat lensa ketiga berkas bias tampak muncul dari satu titik di kiri lensa. Inilah bayangan, 1. Karena berksa-berkas tersebut tidak melewati bayangan, baynabagn ini merupakan bayangan maya.^[5]

III. METODE PERCOBAAN

               

                Percobaan pembiasan lensa ini diperlukan peralatan seperti sebuah lensa positif dan lensa negatif, sabuah layar, satu set rel presisi, sebuah ray box, power supplay, dan sebuah benda.

Adapun hipotesis atau dugaan sementara dari percobaan pembiasan lensa ini yaitu pada lensa cembung, semakin jauh jarak antara benda dengan lensa maka semakin dekat jarak bayangan yang terbentuk. Dan pada lensa cekung semakin jauh jarak benda maka bayangan yang terbentuk semakin dekat, serta terbalik diperkecil.

                Adapun dugaan sementara pada percobaan kali ini yaitu pada lensa positif ataupun negatif jika jarak benda ke layar diperbesar maka jarak bayangan ke layar diperkecil, dan nilai jarak fokus lensa selalu sama, tergantung dari jenis lensa yang digunakan.

Pada percobaan kali ini telah disusun suatu identifikasi dan definisi operasional variabel, pada kegiatan I yaitu menentukan jarak fokus lensa positif, variabel yang dimanipulasi adalah jarak benda (S), yaitu dengan mengubah-ubah jarak benda sebesar 30 cm, 50 cm, dan 70 cm. Dengan variabel kontrol lensa positif, layar, rel presisi, sumber tegangan, ray box, dan benda, yaitu selama percobaan menetapkan lensa positif, layar, rel presisi, sumber tegangan sebesar 9 volt, ray box dan benda yang sama selama percobaan. Serta dengan variabel respon jarak bayangan (S’), yaitu dengan mengukur jarak bayangan yang terbentuk pada layar menggunakan skala ukur yang ada pada rel presisi. Dan pada kegiatan II yaitu menentukan jarak fokus lensa negatif, variabel yang dimanipulasi adalah jarak benda (S), yaitu dengan mengubah-ubah jarak benda ke lensa sebesar 30 cm, 50 cm dan 70 cm. Variabel yang dikontrol adalah lensa negatif, lensa positif, layar, jarak antara lensa negatif dan lensa positif (d), sumber tegangan, rel presisi, dan benda, yaitu selama percobaan menggunakan lensa negatif dengan fokus 100 mm, lensa positif, layar, jarak d sebesar 20 cm, sumber tegangan sebesar 9 volt, rel presisi, dan benda yang sama. Dan variabel yang direspon adalah jarak bayangan yang dibentuk oleh lensa positif S₍₊₎, yaitu dengan mengukur jarak bayangan yang dibentuk oleh lensa positif dengan menggunakan skala ukur pada rel presisi.

Prosedur kerja dari percobaan kali ini dibagi menjadi dua kegiatan, yaitu kegiatan I dengan menentukan jarak fokus lensa positif yaitu dengan meletakkan ray box pada rel presisi, kemudian meletakan benda, lensa positif dan layar sedemikian sehingga tersusun seperti pada gambar 7 berikut ini.

Gambar 8. Rangkaian percobaan lensa cembung

Menyalakan sumber listrik agar lampu menyala. Kemudian menggeser-geser layar, sehingga terbentuk bayangan yang tajam (fokus) pada layar. Selanjutnya mengukur jarak lensa ke layar sebagai S’ atau jarak bayangan. Mengulangi kegiatan tersebut di atas dengan menggunakan jarak benda ke lensa (S) yang berbeda-beda. Dan mencatat hasil percobaan pada tabel 1.

Dan kegiatan II dengan menentukan jarak fokus lensa negatif yaitu dengan merangkai peralatan seperti pada gambar 9 berikut ini.

Gambar 9. Rangkaian percobaan lensa negatif

Dengan menetapkan jarak antara lensa negatif dengan lensa positif. Selanjutnya mengeser-geser layar sehingga diperoleh jarak bayangan yang tajam pada layar. Mengukur jarak bayangan yang melalui lensa positif sebagai S’₍₊₎ . mengulangi langkah-langkah pada kegiatan ini dengan menggunakan jarak benda dengan lensa negatif yang berbeda-beda, serta memperoleh nilai fokus lensa positif  yang terbaca pada lensa negatif. Dan mencatat semua hasil percobaan pada tabel 2.

Adapun teknik analitik dari percobaan untuk menentukan jarak fokus lensa positif sebagai berikut.

                ................(4)

Dengan ketelitian

         .........(5)

Dan untuk menentukan jarak fokus lensa negatif dengan mencari nilai x terlebih dahulu sebagai berikut.

             .................(6)

Dengan ketelitiannya

       .............(7)

Maka nilai fokus lensa negatif adalah

               ....................(8)

Dengan ketelitiannya

.....(9)

IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

                Percobaan pembiasan lensa kali ini dibagi menjadi dua kegiatan yaitu kegiatan I menentukan jarak fokus lensa positif dan kegiatan II menentukan jarak fokus lensa negatif. Selama percobaan jarak benda ke lensa, jarak bayangan ke lensa, serta jarak antara lensa positif dan lensa negatif diukur menggunakan skala ukur yang ada pada rel presisi dengan nilai skala terkecil 0,1×10^-2m sehingga ketelitiannya sebesar 0,05×10^-2m.

                Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan diperoleh data yang tertulis pada tabel berikut ini.

Tabel 1. Hasil pengamatan pada lensa positif

NO	(S ± 0,05) 10-2m	(S’ ± 0,05) 10-2m
1	30,00	13,00
2	50,00	11,80
3	70,00	11,10

 

Tabel 2. Hasil pengamatan pada lensa negatif

NO	f(+) m	(d ± 0,05) 10-2m	(S(-) ± 0,05) 10-2m	(S’(+)±0,05) 10-2m
1	0,1	20,00	30,00	15,00
2	0,1	20,00	50,00	14,70
3	0,1	20,00	70,00	14,50

                Berdasarkan data tersebut di atas, baik pada tabel 1 maupun tabel 2 dapat dilihat data bahwa semakin besar jarak antara benda dan lensa (S) maka akan semakin kecil jarak antara bayangan dengan lensa (S’) sehingga secara matematis dapat dituliskan perbandingan:

                Pada kegiatan I menentukan jarak fokus lensa positif telah diperoleh nilai titik fokus beserta ketelitiannya dengan menggunakan persamaan 4 dan persamaan 5. Pada percobaan pertama dengan jarak benda ke lensa sebesar (30,00± 0,05) 10^-2m telah diperoleh jarak bayangannya sebesar (13,00 ± 0,05) 10^-2m, dan diperoleh nilai jarak fokus lensa positif sebesar (9,000 ± 0,028) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,31% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 99,69%. Pada percobaan kedua dengan jarak benda ke bayangan sebesar (50,00 ± 0,05) 10^-2m, terbentuk bayangan yang tajam pada layar sebesar (11,8 ± 0,05) 10^-2m, dan diperoleh nilai jarak fokus lensa positif sebesar (9,500 ± 0,034) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,36% sehingga derajat kepercayaan yang diproleh sebesar 99,65%. Dan pada percobaan ketiga, denga jarak benda ke lensa sebesar (70,00 ± 0,05) 10^-2m, bayangan yang terbentuk pada layar dengan jarak sebesar (11,10 ± 0,05) 10^-2m, dan diperoleh nilai jarak fokus lensa positif sebesar (9,580 ± 0,038) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,4% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 99,6%. Berdasarkan hasil tersebut seharusnya nilai jarak fokus lensa positif dari ketiga percobaan itu sama. Akan tetapi, pada percobaan kali ini masih belum sama meskipun angkanya hampir mendekati sama. Dapat dikatakan percobaan kali ini belum berhasil, hal tersebut dikarenakan kendala saat percobaan seperti sulitnya dalam mengamati bayangan yang benar-benar tajam pada layar, yang juga dikarenakan kondisi benda yang digunakan saat percobaan kurang baik, dan pada saat percobaan yang seharusnya menggunakan lensa tipis, saat percobaan lensa yang digunakan adalah lensa tebal.

                Kegiatan II menentukan jarak fokus lensa negatif, pada percobaan ini diperlukan pula sebuah lensa positif yang digunakan pada percobaan ini dengan fokus 0,1 m yang terbaca pada lensa, serta nilai fokus lensa negatif diperoleh melalui persamaan 6 dan persamaan 7 untuk memperoleh nilai x dan ketelitiannya terlebih dahulu, kemudian menggunakan  persamaan 8 dan persamaan 9. Agar pembiasan pada lensa negatif bayangannya dapat terlihat pada layar digunakan lensa positif tersebut. Dalam hal ini telah ditetapkan nilai jarak antara lensa positif dan lensa negatif (d) sebesar (20,00 ± 0,05) 10^-2m. Pada percobaan pertama dengan jarak benda ke lensa negatif sebesar (30,00 ± 0,05) 10^-2m, bayangan yang terbentuk oleh lensa positif adalah sebesar (15,00 ± 0,05) 10^-2m, dan telah diperoleh nilai x sebesar (10,00 ± 0,09) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,9% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 99,1%. Dan jarak fokus lensa yang diperoleh adalah sebesar (7,500 ± 0,054) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,72% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,28 %. Pada percobaan kedua dengan jarak benda ke lensa negatif sebesar (50,00 ± 0,05) 10^-2m, bayangan yang terbentuk oleh lensa positif adalah sebesar (14,70 ± 0,05) 10^-2m, dan telah diperoleh nilai x sebesar (11,30 ± 0,09) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,8% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 99,2%. Dan jarak fokus lensa yang diperoleh adalah sebesar (9,220 ± 0,064) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,69% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,31 %. Pada percobaan ketiga dengan jarak benda ke lensa negatif sebesar (70,00 ± 0,05) 10^-2m, bayangan yang terbentuk oleh lensa positif adalah sebesar (14,50 ± 0,05) 10^-2m, dan telah diperoleh nilai x sebesar (12,220 ± 0,095) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,7% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 99,3%. Dan jarak fokus lensa yang diperoleh adalah sebesar (10,400 ± 0,069) 10^-2m, dengan kesalahan relatif sebesar 0,66% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,33 %. Berdasarkan hasil percobaan pada lensa negatif ini masih belum berhasik karena nilai dari fokus lensa masih berbeda seharusnya, meskipun letak benda berubah jarak fokusnya akan tetap selalu sama. Hal tersebut dikarenakan kendala saat percobaan seperti sulitnya dalam mengamati bayangan yang benar-benar tajam pada layar, yang juga dikarenakan kondisi benda yang digunakan saat percobaan kurang baik, dan pada saat percobaan yang seharusnya menggunakan lensa tipis, saat percobaan lensa yang digunakan adalah lensa tebal.

V. SIMPULAN

                               

                Pada percobaan kali ini bertujuan untuk menetukan jarak fokus lensa positif dan jarak fokus lensa negatif. Pada lensa positif telah diperoleh nilai jarak fokus lensa positif pada ketiga percobaan secara berurutan sebesar (9,000 ± 0,028) 10^-2m, (9,500 ± 0,034) 10^-2m, dan (9,580 ± 0,038) 10^-2m. Dengan kesalahan relatif ketiga percobaan kurang dari 1% sehingga derajat kepercayaannya lebih dari 99%. Sedangkan pada lensa negatif telah diperoleh nilai jarak fokus dengan bantuan lensa positif agar bayangan dapat terlihat pada layar, sehingga untuk memperoleh nilai fokus diperlukan nilai x terlebih dahulu dari ketiga percobaan diperoleh nilai x sebesar (10,00 ± 0,09) 10^-2m, (11,300 ± 0,093) 10^-2m, dan (12,220 ± 0,095) 10^-2m, dengan kesalahan relatif dari ketiga nilai x yang kurang dari 1% sehingga derajat kepercayaannya lebih dari 99%. Dan berdasarkan nilai x tersebut dapat diperoleh nilai jarak fokus lensa negatif ketiga percobaan secara berurutan sebesar (7,500 ± 0,054) 10^-2m, (9,220 ± 0,064) 10^-2m, dan (10,400 ± 0,069) 10^-2m, kesalahan relatif dari ketiga percobaan tersebut juga kurang dari 1% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh juga lebih dari 99%.

                Berdasarkan hasil tersebut dapat dikatakan percobaan kali ini hampir berhasil, dapat dilihat dari nilai hasil percobaan yang saling mendekati, dan nilai kesalahan relatif yang kurang dari 1% serta derajat kepercayaannya yang lebih dari 99%. Adapun beberapa kendala yang menyebabkan kurang sempurnanya percobaan kali ini seperti kondisi benda yang digunakan kurang baik, sulitnya dalam menentukan bayangan yang benar-benar fokus, lensa yang digunakan lens tebal bukan lensa tipis, serta dikarenakan kurang telitinya pengamat dalam membaca skala ukur pada rel presisi.

     

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum pembiasan lensa (GO3) yaitu Putri Anggraini  yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum ataupun pralaboratorium. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Tim Dosen Pendidikan Fisika. 2015. Modul Praktikum Fisika Dasar II. Banjarmasin : UNLAM

[2]   Zemansky, Sears. 1999. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta : Erlangga

[3]   Tipler.1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik, Jakarta : Erlangga

[4]   Halliday, Resnick. 1994. Fisika Jilid II. Jakarta : Erlangga

[5]   Kanginan, Marthen. 2007. Fisika SMA kelas I B. Jakarta : Erlangga