JARAK FOKUS LENSA TIPIS
Muhammad Rizal Fahlepy*)
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan percobaan berjudul Jarak Fokus Lensa Tipis dengan tujuan sebagai berikut: 1) Untuk menentukan jarak fokus sebuah lensa cembung dan lensa cekung, 2) Memplot grafik hubungan antara jarak bayangan dengan jarak benda sehingga diperoleh nilai jarak fokus berdasarkan grafik, dan 3) Membandingkan nilai teoritis dengan hasil plot grafik jarak fokus lensa yang diperoleh. Percobaan ini dilakukan melalui dua kegiatan. Kegiatan I dilakukan untuk memperoleh jarak fokus lensa cembung dengan merajah 1/s terhadap 1/s’. Dari plot grafik antara 1/s dan 1/s’ pada lensa cembung, diperoleh nilai jarak fokus lensa cembung adalah (f) ̅ = |10,885 ± 0,002 | cm. Nilai ini memiliki perbedaan sebesar 8,4% dengan nilai teoritis yang menyatakan bahwa jarak fokus lensa cembung adalah +10 cm. Adapun kegiatan II dilakukan untuk memperoleh jarak fokus lensa cekung dengan merajah 1/s terhadap 1/s’. Dari plot grafik antara 1/s dan 1/s’ pada lensa cekung, diperoleh nilai jarak fokus lensa cekung adalah ( f ) ̅ = |11,650 ±0,005 | c m. Adapun nilai jarak fokus lensa cekung secara teoritis adalah -10 cm, sehingga persentasi perbedaan antara nilai hasil praktikum dan nilai teori adalah 15,24%.
Kata kunci: Jarak bayangan, jarak benda, jarak fokus, lensa cekung, lensa cembung
A. RUMUSAN MASALAH
- Berapa nilai jarak fokus lensa cembung dan cekung berdasarkan praktikum dengan analisis grafik?
- Bagaimana hubungan antara jarak bayangan dengan jarak bendadan cara menentukan nilai jarak fokusberdasarkan grafik?
- Bagaimana perbandingan nilai teoretis dengan hasil plot grafik jarak fokus lensa cembung dan cekung?
B. TUJUAN
- Untuk menentukan jarak fokus sebuah lensa cembung dan lensa cekung
- Memplot grafik hubungan antara jarak bayangan dengan jarak benda sehingga diperoleh nilai jarak fokus berdasarkan grafik
- Membandingkan nilai teoretis dengan hasil plot grafik jarak fokus lensa yang diperoleh
C. TEORI SINGKAT
Lensa adalah sebuah sistem optis dengan dua permukaan yang merefraksikan. Lensa yang paling sederhana mempnyai dua permukaan bola yang cukup dekat satu sama lain sehingga kita dapat mengabaikan jarak di antara kedua permukaan itu (tebalnya lensa tersebut) yang dinamakan lensa tipis (Young, 2001: 547).
Prinsip optik pada lensa mirip dengan prinsip optik pada cermin, hanya saja lensa mengakibatkan perubahan citra objek di belakangnya, sedangkan cermin mengubah citra objek di hadapannya.Cara kerja lensa adalah membiaskan sinar yang menerpa permukaannya.Pembiasan menyebabkan pembelokan berkas cahaya dari udara memasuki lensa. Berkas cahaya membelok sekali lagi ketika ia melewati sisi seberang lensa. Kaca pada lensa cembung dibuat lebih tebal di bagian tengahnya dibanding bagian pinggirnya.Lensa cekung lebih tipis di tengah dan lebih tebal di bagian pinggir (Holland, 2005: 315).
Sebuah lensa mempunyai sifat bahwa seberkas sinar yang paralel dengan sumbu melalui lensa itu, maka berkas sinar itu berkumpul ke sebuah titik F2 dan membuat sebuah bayangan nyata di titik tersebut.Lensa seperti itu disebut lensa pengumpul (lensa konvergen).Demikian juga, sinar-sinar yang lewat melalui titik F1 muncul keluar dari lensa itu sebagai seberkas sinar paralel. Titik F¬1 dan titik F2 dinamakan titik fokus pertama dan titik fokus kedua, dan jarak f (yang diukur dari pusat lensa itu) dinamakan panjang fokus. Panjang fokus dari sebuah lensa konvergen didefinisikan sebagai suatu kuantitas positif, dan lensa seperti itu disebut juga lensa positif. Garis horizontal pusat dinamakan sumbu optik. Kedua panjang fokus f selalu sama untuk sebuah lensa tipis, walaupun bila kedua sisi itu mempunyai kelengkungan yang berbeda (Young, 2001: 547-548).
Menurut Halliday (1978: 660-663) titik fokus pertama untuk lensa titpis F1 adalah posisi benda agar bayangannya terletak jauh di tak berhingga. Untuk lensa titpis, titik fokus pertama dan kedua terletak pada sisi yang berlawanan dan berjarak sama dari lensa.
Lensa cembung disebut juga lensa konvergen (pengumpul sinar) karena lensa ini membelokkan berkas-berkas cahaya sehingga mengumpul pada satu titik. Lensa cembung membelokkan arah berkas-berkas sinar yang saling sejajar ke satu titik yang disebut fokus utama. Jarak fokus (titik api) adalah jarak antara fokus utama dan lensa. Lensa cekung disebut juga lensa divergen (penyerak sinar) karena membelokkan berkas-berkas cahaya yang sejajar sehingga saling menjauh. Titik fokus dari lensa cekung terletak di belakang lensa, yaitu pada titik yang menjadi sumber cahaya semu. Benda akan terlihat lebih kecil jika dilihat lewat lensa cekung, persis pada bayangan pada cermin cembung. Menambah kelengkungan lensa cekung akan mengurangi jarak fokus dan membuat citra objek terlihat lebih kecil (Holland, 2005: 315).
Sebuah lensa dengan panjang fokus yang positif (lensa konvergen), jika sebuah benda berada di luar titik fokus pertama F1 dari lensa ini (yakni, bila s>f), mka jarak bayangan s’ adalah positif (yakni bayangan itu berada pada posisi yang sama dengan sinar ke luar), byangan ini nyata dan terbalik. Sebuah benda yang diletakkan di dalam titik fokus pertama dari sebuah lensa konvergen, sehingga s<f, menghasilkan sebuah bayangan dengan nilai s’ yang negatis. Bayangan ini diletakkan pada sisi yang sama dari lensa seperti benda itu, dan bayangan ini maya, tegak, dan lebih besar dari benda itu (Young, 2001: 549).
Lensa cekung disebut juga lensa divergen (penyerak sinar) karena membelokkan berkas-berkas cahaya yang sejajar sehingga saling menjauh.Titik fokus dari lensa cekung terletak di belakang lensa, yaitu pada titik yang menjadi sumber cahaya semu. Benda akan terlihat lebih kecil jika dilihat lewat lensa cekung, persis pada bayangan pada cermin cembung. Menambah kelengkungan lensa cekung akan mengurangi jarak fokus dan membuat citra objek terlihat lebih kecil (Holland, 2005: 315).
Pada lensa divergen, berkas sinar paralel yang masuk pada lensa berpencar setelah refraksi.Panjang fokus dari sebuah lensa divergen adalah sebuah kuantitas negatif, dan lensa itu dinamakan juga lensa negatif.Titik-titik fokus sebuah lensa positif dibaut berlawanan, relatif terhadap titik-titik fokus sebuah lensa positif.Titik fokus kedua F2, dari sebuah lensa negatif adalah titik di mana sinar-sinar yang pada mulanya paralel dengan sumber muncul berpencar setelah refraksi.Sinar-sinar yang masuk yang mengumpul menuju titik fokus pertama F1, muncul keluar dari lensa itu paralel dengan sumbunya (Young, 2001: 560).
E. METODE EKSPERIMEN
Alat dan Bahan
Alat
- Bangku Optik 1 buah
- Relpresisi 2 buah
- Pemegang slide diafragma 1 buah
- Bola lampu 12 V,18 W 1 buah
- Lensa cembung (f=100mm) 2 buah
- Lensa cekung (f=100mm) 1 buah
- Catudaya (PowerSupply10A,12VAC/DC) 1 buah
- Layar optic penangkap bayangan 1 buah
- Tempat lampu bertangkai 1 buah.
- Diafragma anak panah 1 buah.
- Kabel penghubung ganda 4 buah
- Mistar plastic (100cm) 1 buah.
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1: Menentukan jarak fokus lensa cembung dengan merajah 1/s terhadap 1/s^'
Variabel terukur
- Jarak benda (s) (cm)
- Jarak bayangan (s’) (cm)
Variabel terhitung
- Jarak fokus (f) (cm)
Kegiatan 2: Menentukan jarak fokus lensa cekung (negatif) merajah 1/s terhadap 1/s^'
Variabel terukur
- Jarak benda (s) (cm)
- Jarak bayangan (s’) (cm)
Variabel terhitung
- Jarak fokus (f) (cm)
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1: Menentukan jarak fokus lensa cembung dengan merajah 1/s terhadap 1/s^'
Variabel terukur
Jarak benda adalah jarak antara benda dengan lensa positif 2 yang diukur dengan menggunakan mistar dari anak panah yang sejajar dengan posisi benda ke anak panah yang sejajar dengan lensa positif 2 dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol s.
Jarak bayangan adalah jarak antara lensa positif 2 dengan layar optik yang diukur dengan menggunakan mistar dari anak panah yang sejajar dengan posisi lensa positif 2 ke garis yang sejajar dengan layar optik dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol s’.
Variabel terhitung
Jarak fokus adalah jarak titik fokus lensa cembung yang dihitung dengan merajah pada analisis plot grafik hubungan antara 1/s dan 1/s’ dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol f.
Kegiatan 2: Menentukan jarak fokus lensa cekung (negatif) merajah 1/s terhadap 1/s^'
Variabel terukur
Jarak benda adalah jarak antara lensa negatif dengan posisi yang telah ditandai yang diukur dengan menggunakan mistar dari anak panah yang sejajar dengan posisi lensa negatif ke garis posisi yang telah ditandai dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol s.
Jarak bayangan adalah jarak antara posisi yang telah ditandai dengan layar optik yang diukur dengan menggunakan mistar dari posisi yang telah ditandai ke garis yang sejajar dengan layar optik dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol s’.
Variabel terhitung
Jarak fokus adalah jarak titik fokus lensa cekung yang dihitung dengan merajah pada analisis plot grafik hubungan antara 1/s dan 1/s’ dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol f.
Prosedur Kerja
Kegiatan 1: Menentukan jarak fokus lensa cembung dengan merajah 1/s terhadap 1/s^'
Meletakkan sumber cahaya, lensa positif 1 (untuk memfokuskan cahaya di benda), benda, lensa positif 2 (yang akan diukur jarak fokusnya), dan layar pada bangku optik secara berurutan. Mengatur jarak antara sumber cahya dan lensa positif 1 sbesar jarak fokus lensa 1. Mengatur jarak benda dan lensa positif 1 sekitar 10 cm.
Menempatkan layar pada jarak tertentu dari benda.
Menggeser lensa positif 2 yang berada di antara benda dan layar ke arah benda sehingga diperoleh bayangan yang jelas pada layar. Mengukur jarak benda ke lensa positif 2 sebagai jarak benda dan mengukur jarak dari lensa positif 2 ke layar sebagai jarak banyangan.
Mengulangi kegiatan 2 dan 3 secukupnya. Mencatat data yang diperoleh dalam tabel hasil pengamatan.
Kegiatan 2: Menentukan jarak fokus lensa cekung (negatif) merajah 1/s terhadap 1/s^'
Meletakkan sumber cahaya, lensa positif 1 (untuk memfokuskan cahaya di benda), benda, lensa positif 2 (yang akan diukur jarak fokusnya), dan layar pada bangku optik secara berurutan. Mengatur jarak antara sumber cahya dan lensa positif 1 sbesar jarak fokus lensa 1. Mengatur jarak benda dan lensa positif 1 sekitar 10 cm.
Membuat bayangan yang jelas dari benda pada layar. Menandai posisi bayangan tersebut (bayangan ini menjadi benda untuk lensa cekung). Menempatkan lensa negatif sebelum posisi bayangan yang ditandai.
Menempatkan layar pada posisi tertentu dari posisi yang ditandai.
Menggeser lensa negatif mendekati atau menjauhi layar untuk memperoleh bayangan yang jelas.
Mengukur jarak dari posisi yang ditandai ke lensa negatif sebagai jarak benda dan mengukur jarak dari lensa negatif ke layar sebagai jarak bayangan.
Mengulangi kegiatan 3, 4, dan 5 dengan menempatkan layar pada posisi yang lain. Mencatat data yang diperoleh dalam tabel hasil pengamatan.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Untuk dapat melihat hasil praktikum dan analisis data silahkan klik link berikut (Hasil dan Analisis Data Jarak Fokus Lensa Tipis)
PEMBAHASAN
Percobaan berjudul Jarak Fokus Lensa Tipis ini terdiri atas dua kegiatan. Kegiatan I dilakukan dengan tujuan untuk menentukan jarak fokus lensa cembung dengan merajah 1/s dan 1/s’. Pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali untuk memperoleh hubungan antara jarak benda dan jarak bayangan. Setelah itu, dilakukan analisis perhitungan untuk mengolah data s menjadi 1/s dan s’ menjadi 1/s’. Kemudian dibuat plot grafik dengan 1/s berada di sumbu x dan 1/s’ berada pada sumbu y. dari plot grafik tersebut kita bisa memperoleh jarak fokus dengan meninjau jarak fokus pada sumbu x dan sumbu y. Sumbu x dibandingkan antara 1/f dan 1/s sedangkan sumbu y dibandingkan antara 1/f dan 1/s’. Jarak fokus yang diperoleh pada sumbu x adalah fx = |"10,41 ± 0,002" | cm, sedangkan pada sumbu y yaitu fy = |"11,360 ±0,002" | cm. Kedua data tersebut kemudian dirata-ratakan untuk mendapatkan nilai jarak fokus lensa cembung, hasilnya adalah |"10,885 ± 0,002" | cm. Adapun nilai jarak fokus lensa cembung secara teoritis adalah +10 cm. Hal ini berarti hasil praktikum memiliki persentasi perbedaan sebesar 8,4% dibandingkan nilai teoritis.
Adapun pada kegiatan II, dilakukan percobaan untuk menentukan jarak fokus pada lensa cekung. Kegiatan ini sedikit berbeda dengan kegiatan I, sebab yang menjadi benda pada percobaan ini merupakan bayangan yang dibentuk oleh lensa positif 2. Lensa negatif (cekung) ditempatkan sebelum posisi bayangan yang ditandai (bayangan yang dihasilkan oleh lensa positif 1). Kemudian, untuk memperoleh data s dan s’, layar ditempatkan pada posisi tertentu sekitar 100 cm dari posisi yang ditandai kemudian menggeser lensa negatif mendekati atau menjauhi layar untuk memperoleh bayangan yang jelas, namun harus diperhatikan bahwa posisi lensa negatif tidak boleh melampaui tanda. Pengambilan data dilakukan sebanyak sepuluh kali. Secara umum, analisis data untuk kegiatan II ini sama dengan analisis data pada kegiatan I, yakni menghitung nilai 1/s dan 1/s’ kemudian membuat plot grafiknya. Jarak fokus pada sumbu x adalah fx = |"13,30 ± 0,005 | cm dan pada sumbu y adalah fy = |10,00 ± 0,005| cm, sehingga diperoleh nilai jarak fokus pada lensa cekung adalah (f ) ̅ = |11,650 ±0,005" |" c" m. Adapun nilai jarak fokus lensa cekung secara teoritis adalah -10 cm. sehingga persentasi perbedaan antara nilai hasil praktikum dan nilai teori adalah 15,24%.
Perbedaan yang terjadi antara hasil praktikum dengan nilai teori bisa jadi dikarenakan karena beberapa hal, di antaranya kesalahan praktikan yang kurang teliti ketika mengamati pembentukan bayangan pada layar sehingga nilai jarak benda dan jarak bayangan tidak sesuai dengan nilai yang sebenarnya. Penyebab lain adalah kekurangtelitian praktikan pada saat melakukan pengukuran jarak benda dan jarak bayangan dengan menggunakan mistar.
SIMPULAN
Setelah melakukan percobaan ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
Dari plot grafik antara 1/s dan 1/s’ pada lensa cembung, diperoleh nilai jarak fokus lensa cembung adalah ( f ) ̅ = " |10,885 ± 0,002| cm. Nilai ini memiliki perbedaan sebesar 8,4% dengan nilai teoritis yang menyatakan bahwa jarak fokus lensa cembung adalah +10 cm.
Dari plot grafik antara 1/s dan 1/s’ pada lensa cekung, diperoleh nilai jarak fokus lensa cekung adalah (f ) ̅ = " |11,650 ± 0,005 |cm. Adapun nilai jarak fokus lensa cekung secara teoritis adalah -10 cm, sehingga persentasi perbedaan antara nilai hasil praktikum dan nilai teori adalah 15,24%.
DAFTAR RUJUKAN
Ahmadi, Abu. dan Taswa E.S. 2012. Kamus Lengkap Fisika. Jakarta: PT. Bumi Aksara
Herman dan Asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Universitas Negeri Makassar.
Holland, Julian dkk. 2005. Ensiklopedia Sains Untuk Pelajar Dan Umum. Jakarta: Lentera Abadi
Serway, Raymond A. dan John W. Jewett. 2010. FISIKA – untuk Sains dan Teknik Buku 3 Edisi 6. Jakarta: Salemba Teknika.