Bab 10. Cahaya dan Alat Optik (Materi 1 : Cermin)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.12 Menganalisis sifat-sifat cahaya, pembentukan bayangan pada bidang datar dan lengkung, serta penerapannya untuk menjelaskan proses penglihatan manusia, mata serangga, dan prinsip kerja alat optik.

Keterampilan

4.12 Menyajikan hasil percobaan tentang pembentukan bayangan pada cermin dan lensa.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mengidentifikasi sifat-sifat cahaya dengan benar.

2. Menjelaskan hukum pemantulan cahaya dengan benar.

3. Mengklasifikasikan jenis-jenis pemantulan cahaya dengan benar. 

4. Menjelaskan proses pembentukan bayangan pada cermin datar dengan benar.

5. Menjelaskan proses pembentukan bayangan pada cermin cekung dengan benar.

6. Menjelaskan proses pembentukan bayangan pada cermin cembung dengan benar.

7. Menganalisis hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, titik fokus cermin, dan perbesaran bayangan pada cermin cekung dan cermin cembung dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

        Cahaya merupakan salah satu bentuk energi dan merupakan jenis gelombang elektromagnetik. Tanpa cahaya, sebuah benda tidak akan terlihat. Cahaya diperlukan untuk melihat sekeliling kita. Ada benda yang memancarkan cahaya, ada pula yang hanya memantulkan cahaya dari benda lain. Semua benda yang dapat memancarkan cahaya disebut sumber cahaya. Matahari, api, lampu, dan kunang-kunang menjadi bagian dari sumber cahaya.

A. Cahaya

Cahaya memiliki sifat-sifat khusus yang memang hanya dimiliki oleh cahaya, sifat-sifat cahaya yaitu:

• Cahaya bersifat sebagai gelombang dan partikel
• Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik
• Cahaya merambat lurus
• Cahaya dapat menembus benda bening
• Cahaya dapat dipantulkan (refleksi)
• Cahaya dapat dibiaskan (refraksi)
• Cahaya dapat mengalami pelenturan (difraksi)
• Cahaya dapat dijumlahkan (interferensi)
• Cahaya dapat diuraikan (dispersi)
• Cahaya dapat diserap arah getarannya (polarisasi)

B. Pemantulan Cahaya

1. Konsep Pemantulan Cahaya

• Cahaya yang merambat digambarkan sebagai garis lurus berarah yang disebut sinar cahaya, sedangkan berkas cahaya terdiri atas garis garis berarah yang disebut sinar.
• Berkas cahaya berbentuk paralel atau sejajar, divergen atau menyebar, dan konvergen atau mengumpul. 
• Berkas cahaya dapat direfleksikan atau dipantulkan jika mengenai bidang pantul.

2. Hukum Pemantulan Cahaya

Hukum pemantulan cahaya menurut Snellius adalah sebagai berikut :

• Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar 
• Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)

3. Jenis-Jenis Pemantulan Cahaya

• Pemantulan teratur adalah pemantulan yang terjadi apabila berkas sinar sejajar jatuh pada permukaan halus dan rata sehingga berkas sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dan searah. Contoh : pemantulan cahaya pada cermin datar.
  
  
  
• Pemantulan baur/difus adalah pemantulan yang terjadi apabila sinar sejajar jatuh pada permukaan yang kasar sehingga sinar tersebut akan dipantulkan ke segala arah. Contoh : pemantulan cahaya pada tembok, kayu, batu, tanah dan sebagainya.
  

4. Jenis Bayangan

• Bayangan adalah gambar yang dibentuk oleh pantulan cahaya dari cermin atau pembiasan pada lensa. Bayangan ini menyerupai bentuk asli dan berwarna. 
• Sedangkan bayang-bayang adalah ruang yang tidak terkena cahaya karena terlindung oleh benda.
  
• Cermin akan memantulkan cahaya menjadi dua jenis bayangan, yaitu bayangan nyata dan bayangan maya. 
• Bayangan nyata adalah bayangan yang terbentuk dari potongan garis cahaya pantul dan bisa ditangkap layar.
• Sedangkan bayangan maya adalah perpotongan perpanjangan garis cahaya pantul. Bayangan maya tidak dapat ditangkap oleh layar dan hanya bisa dilihat di cermin.
  

C. Cermin

Cermin merupakan alat optik yang bekerja menggunakan prinsip pemantulan cahaya. Ada tiga macam jenis cermin, yaitu cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung.

1. Cermin Datar

a. Karakteristik Cermin Datar

• Cermin datar memiliki permukaan yang licin dan mengkilap sehingga memiliki kemampuan untuk memantulkan cahaya. 
• Fungsi dari cermin datar biasanya dimanfaatkan untuk melihat bayangan diri sendiri. Bayangan benda yang dihasilkan cermin datar serupa dengan bendanya.

b. Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar

• Proses pembentukan bayangan pada cermin datar menggunakan hukum pemantulan cahaya. Untuk mempermudah pembentukan bayangannya, diambil sinar-sinar yang datang dari kedua ujung benda. 
  
  
  
• Sifat bayangan yang terjadi pada cermin datar : 
• Maya atau semu 
• Tegak
  
• Sama besar
• Jarak benda sama dengan jarak bayangan
• Tinggi benda sama dengan tinggi bayangan
• Posisi bayangan berlawanan dengan posisi benda
• Ukuran cermin datar minimum untuk dapat melihat bayangan seluruh tubuh kita adalah setengah dari ukuran tubuh kita. 
• Dua buah cermin datar yang membentuk sudut, dapat menghasilkan bayangan yang jumlahnya lebih dari satu. 
  
  
  
• Jumlah bayangan yang dibentuk dapat dihitung dengan rumus :
  

       Keterangan :

       n = jumlah bayangan

       α = sudut yang dibentuk oleh kedua cermin

Contoh Soal :

1. Hitunglah panjang minimum suatu cermin yang dibutuhkan agar seorang penari adat yang tinggi badannya 160 cm dapat melihat seluruh tubuhnya !
Penyelesaian :

• Panjang minimum cermin yang dibutuhkan adalah setengah kali tinggi badan seseorang, sehingga:
• Panjang cermin minimum = ½ × tinggi badan
• Panjang cermin minimum = ½ × (160 cm)
• Panjang cermin minimum = 80 cm

Jadi, penari adat tersebut dapat melihat seluruh tubuhnya apabila berdiri di depan cermin datar yang panjangnya 80 cm.

2. Terdapat dua buah cermin datar dipasang membentuk sudut 60°. Jika ada sebuah benda yang diletakkan di antara dua cermin tersebut, maka hitunglah jumlah bayangan benda yang akan terbentuk pada kedua cermin tersebut !

Penyelesaian :

Diketahui :

α = 60^o

Ditanyakan : n = ...?

Jawab :

Jadi, jumlah bayangan benda yang akan terbentuk pada kedua cermin tersebut adalah 5 bayangan.

3. Sebuah benda diletakkan di depan 2 cermin datar dan menghasilkan 5 buah bayangan, jika sudut kedua cermin diperbesar 30^o, maka hitunglah jumlah bayangan yang baru !

Penyelesaian :

Diketahui :

Kondisi awal :  n = 5 

Kondisi akhir : α' = α + 30^o

Ditanyakan : n' = ...?

Jawab :

Sudut awal yang dibentuk kedua cermin (α) :

Kedua sudut cermin diperbesar 30^o, maka α' = α + 30^o= 60^o + 30^o = 90^o sehingga jumlah bayangan baru yang terbentuk :

 

Jadi, jumlah bayangan baru baru yang terbentuk ketika sudut kedua cermin diperbesar adalah sebanyak 3 bayangan.

2. Cermin Cekung

a. Karakteristik Cermin Cekung

• Cermin cekung merupakan cermin dengan permukaan cekung. 
• Apabila pada mangkok, maka bagian cerminnya yaitu pada bagian atas mangkok. 
• Cermin cekung bersifat konvergen alias mengumpulkan sinar yang datang padanya.

b. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung

1). Pembagian Ruang pada Cermin Cekung

• Pembagian ruang bagian depan cermin terdiri dari tiga ruang yaitu ruang I, II, dan III sedangkan bagian belakang cermin yaitu ruang IV.
• Ruang I berada antara cermin dan titik fokus.
• Ruang II berada antara titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin. 
• Ruang III berada di depan titik kelengkungan cermin sampai titik tak berhingga.
• Ruang IV berada pada bagian belakang dari cermin cekung semuanya.

2). Sinar-Sinar Istimewa Cermin Cekung

• Untuk melukis bayangan yang dibentuk cermin cekung, digunakan sinar-sinar istimewa. Ada tiga jenis sinar istimewa pada cermin cekung, yaitu sebagai berikut. 
• Sinar datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus (F). 
  
• Sinar datang melalui titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama. 
  
• Sinar datang melalui pusat kelengkungan cermin (R) dipantulkan lewat pusat kelengkungan itu juga.
  

3). Pembentukan Bayangan pada Cermin Cekung

• Pembentukan bayangan pada cermin cekung minimal diperlukan dua buah sinar istimewa. Nantinya, sifat bayangan pada cermin cekung yang terbentuk bergantung pada posisi benda.
• Benda di Ruang I :
  
  Sifat bayangan : maya, tegak, diperbesar, di ruang IV
• Benda di Ruang II :
  
  Sifat bayangan : nyata, terbalik, diperkecil, di ruang III
• Benda di Ruang III :
  
  Sifat bayangan : nyata, terbalik, diperbesar, di ruang II

Kesimpulan :

• Fokusnya bernilai positif.
• Sifat bayangan tergantung letak benda.
• Jumlah ruang letak benda dan letak bayangan selalu sama dengan 5 (Ruang Benda + Ruang Bayangan = 5)
• Jika ruang bayangan > ruang benda maka sifat bayangannya diperbesar.
• Jika ruang bayangan < ruang benda maka sifat bayangannya diperkecil.
• Sifat bayangan di ruang IV (di belakang cermin) adalah maya dan tegak.
• Sifat bayangan selain di ruang IV (di depan cermin) adalah nyata dan terbalik.
  

c. Manfaat Cermin Cekung dalam Kehidupan Sehari-Hari

Pemanfaatan cermin cekung cukup banyak di antaranya :

• Digunakan sebagai pemantul pada lampu mobil atau berbagai lampu sorot yang lain
• Sebagai pemantul pada lampu senter
• Sebagai antena parabola penerima sinyal radio
• Sebagai pengumpul sinar matahari pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya

3. Cermin Cembung

a. Karakteristik Cermin Cembung

• Cermin cembung merupakan cermin yang permukaannya cembung. 
• Apabila kita analogikan sebagai mangkok maka bagian cembung yaitu pada bagian bawah mangkok tersebut. 
• Cermin cembung bersifat divergen atau menyebarkan sinar yang datang padanya

b. Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung

1). Pembagian Ruang pada Cermin Cembung

• Pembagian ruang bagian belakang cermin terdiri dari tiga ruang yaitu ruang I, II, dan III sedangkan bagian depan cermin yaitu ruang IV.
• Ruang I berada antara cermin dan titik fokus.
• Ruang II berada antara titik fokus dan titik pusat kelengkungan cermin. 
• Ruang III berada di belakang titik kelengkungan cermin sampai titik tak berhingga.
• Ruang IV berada pada bagian depan dari cermin cembung semuanya.
  

2). Sinar-Sinar Istimewa Cermin Cembung

• Sama halnya dengan cermin cekung, pembentukan bayangan pada cermin cembung juga menggunakan sinar-sinar istimewa. Ada tiga jenis sinar istimewa pada cermin cembung, yaitu:
• Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus (F).
  
• Sinar datang yang menuju titik fokus (F) dipantulkan sejajar sumbu utama.
  
• Sinar datang yang menuju ke titik pusat kelengkungan (R) dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari titik pusat kelengkungan tersebut.
  

3). Pembentukan Bayangan pada Cermin Cembung

• Pembentukan bayangan pada cermin cembung minimal diperlukan dua buah sinar istimewa. Berikut adalah pembentukan bayangan cermin cembung jika benda berada pada ruang IV yang dekat dan jauh dari cermin.
  
• Benda di Ruang IV dekat dengan cermin :
  

        Sifat bayangan : maya, tegak, diperkecil, di ruang I

• Benda di Ruang IV jauh dari cermin :
  
  Sifat bayangan : maya, tegak, diperkecil, di ruang I

• Jadi, bayangan yang dibentuk cermin cembung selalu bersifat maya, tegak, diperkecil, di ruang I.
• Semakin jauh jarak benda ke cermin, maka akan semakin kecil bayangan yang terbentuk. Sebaliknya, semakin dekat jarak benda ke cermin, maka akan semakin besar bayangan benda tersebut. Namun, bayangan pada cermin cembung tetap tidak akan lebih besar dari benda aslinya.

Kesimpulan :

• Fokusnya bernilai negatif.
• Umumnya benda terletak pada ruang IV dan bayangan terletak pada ruang I.
• Jumlah ruang letak benda dan letak bayangan selalu sama dengan 5 (Ruang Benda + Ruang Bayangan = 5)
• Bayangan benda yang terbentuk selalu maya, tegak, dan diperkecil.

c. Manfaat Cermin Cembung dalam Kehidupan Sehari-Hari

Pemanfaatan cermin cembung di antaranya :

• Dimanfaatkan sebagai kaca spion motor, mobil, dan alat lainnya.
• Sebagai cermin yang diletakkan di pertigaan atau perempatan jalan untuk menghindari tabrakan.

4. Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, titik fokus cermin, dan perbesaran bayangan pada cermin cekung dan cermin cembung

Keterangan :

f = Jarak fokus (cm)

s = Jarak benda ke cermin (cm)

s’ = Jarak bayangan ke cermin (cm)

M = Perbesaran bayangan

h = Tinggi benda (cm)

h’ = Tinggi bayangan (cm)

Catatan:

• f bernilai positif (+) pada cermin cekung
• f bernilai negatif (-) pada cermin cembung
• s’ positif (+) menyatakan bayangan nyata dan terbalik.
• s' negatif (-) menyatakan bayangan maya dan tegak.
• Bayangan diperbesar jika M > 1
• Bayangan diperkecil jika M < 1

Contoh Soal :

1. Sebuah benda diletakkan 10 cm di depan cermin cekung. Jika jarak fokus cermin tersebut 6 cm, maka tentukan jarak bayangan yang dibentuk!

Penyelesaian :

Diketahui:

Cermin Cekung

s = 10 cm

f = 6 cm

Ditanyakan:  s’ =...?

Jawab :

    s' = 15 cm (di depan cermin)

2. Sebuah benda yang tingginya 4 cm berada 8 cm di depan sebuah cermin cekung. Jika panjang jari-jari kelengkungan cermin cekung 12 cm, maka tentukan:

a. jarak bayangan

b. perbesaran bayangan

c. tinggi bayangan

d. sifat bayangan

Penyelesaian :

Diketahui :

Cermin Cekung

f = 1/2 . R = 1/2 . 12 = 6 cm

s = 8 cm

h = 4 cm

Ditanyakan :

a. s'

b. M

c. h'

d. Sifat bayangan

Jawab :

a. Jarak bayangan (s') :

    

    s' = 24 cm (di depan cermin)

atau dengan rumus yang sudah jadi

    

b. Perbesaran bayangan (M) :

    

c. Tinggi bayangan

    

d. Sifat bayangan :

• nyata (s' bertanda positif)
• terbalik
• diperbesar (karena M > 1)
• di ruang III (karena benda di ruang II)

3. Sebuah benda setinggi 3 cm berada pada jarak 5 cm di depan cermin cembung dengan fokus 5 cm. Tentukan:

a. jarak bayangan

b. perbesaran bayangan

c. tinggi bayangan

d. sifat bayangan

Penyelesaian:

Cermin Cembung

Diketahui :

h = 3 cm

s = 5 cm

f = -5 cm (fokus cermin cembung selalu negatif)

Ditanyakan :

a. s'

b. M

a. h' 

d. Sifat bayangan 

Jawab:

a. Jarak bayangan (s') :

b. Perbesaran bayangan (M) :

c. Tinggi bayangan (h') :

d. Sifat bayangan :

• maya (s' bertanda negatif)
• tegak
• diperkecil (karena M < 1)
• di ruang I (karena benda di ruang IV)

4. Sebuah benda diletakkan 2 m di depan cermin cembung. Jika perbesaran bayangan yang terjadi 1/2 kali dan bayangan bersifat maya maka tentukan jarak fokus cermin tersebut!

Penyelesaian :
Diketahui:

Cermin Cembung
S = 2 m
M = 1/2
Ditanya : f =...?
Jawab :

• Menghitung terlebih dahulu jarak bayangan (s') :
  

• Menghitung fokus cermin cembung (f) :
  

                    f  = 2 m di belakang cermin 

Tanda negatif artinya fokus berada di belakang cermin

5. Sebuah benda diletakkan pada jarak 12 cm di depan cermin lengkung sehingga bayangan yang terjadi bersifat maya dan 3 kali diperbesar. Tentukan jarak fokus cermin dan jenis cerminnya!

Penyelesaian :

Diketahui :  

S = 12 cm

S' = − 3 . 12 = − 36 cm (Karena 3x diperbesar, dan maya, sehingga ada tanda minus pada s')

Ditanyakan : 

Jawab :

Jarak fokus (f) dapat dicari dengan cara berikut :

Dari hasil perhitungan terlihat bahwa jarak fokus cermin bertanda positif, sehingga jenisnya adalah cermin cekung.

6. Bayangan nyata yang dibentuk oleh sebuah cermin cekung tiga kali lebih besar dari bendanya. Bila jarak fokus cermin 30 cm, tentukan jarak benda dari cermin!

Diketahui :

Cermin Cekung

s' = 3s (Nyata, 3 kali lebih besar)

f = 30 cm

Ditanyakan : s =...?

Jawab :

Dari rumus dasarnya dapat kita cari jarak benda sebagai berikut :

Jadi, jarak benda dari cermin adalah 40 cm di depan cermin.

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan:

1. Dua buah cermin datar dipasang membentuk sudut 45^o. Sebuah benda diletakkan di antara dua cermin tersebut. Tentukan jumlah bayangan benda yang akan terbentuk pada kedua cermin!

2. Sebuah benda dengan tinggi 1 cm diletakkan di depan cermin cekung yang memiliki titik fokus 2 cm. Jika benda tersebut berada pada jarak 3 cm dari cermin. Tentukanlah :

a. Jarak bayangan

b. Pembesaran bayangan

c. Tinggi bayangan

d. Sifat bayangan

3. Benda setinggi 6 cm berada di depan cermin cekung yang berjari-jari 30 cm. Jika jarak benda ke cermin 20 cm, maka tentukanlah jarak bayangan, perbesaran bayangan, tinggi bayangan dan sifat bayangan!

4. Sebuah kotak setinggi 3 cm diletakkan di depan cermin cembung dengan jarak 5 cm dan titik fokus cermin tersebut adalah 5 cm. Tentukan :

a. Jarak bayangan

b. Perbesaran bayangan

c. Tinggi bayangan

d. Sifat bayangan

5. Benda setinggi 10 cm, berada di depan cermin cembung yang mempunyai jari-jari 80 cm. Bila jarak benda 60 cm, maka tentukan letak bayangan, perbesaran bayangan dan tinggi bayangan!

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~