Optik Geometris Panduan

FisikaMenengahWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Eksperimen pencitraan lensa cembung adalah salah satu eksperimen paling klasik dalam optik geometri. Dengan mengubah jarak dari objek (biasanya lilin) ke lensa, kita dapat mengamati bayangan dengan sifat yang berbeda. Eksperimen ini bertujuan untuk membantu Anda menyimpulkan bagaimana hubungan antara jarak objek dan panjang fokus menentukan sifat-sifat bayangan.

Latar Belakang

Sejak lebih dari 400 SM, pemikir Tiongkok kuno yang terkenal Mozi mencatat fenomena 'pencitraan lubang jarum' dalam 'Mo Jing', menjelaskan prinsip perambatan cahaya dalam garis lurus. Di Barat, ilmuwan seperti Kepler dan Newton semakin menyempurnakan teori optik geometri pencitraan lensa, meletakkan dasar bagi pengembangan teleskop, mikroskop, dan teknologi fotografi modern.

Konsep Utama

Fokus (F) & Panjang Fokus (f)

f

Titik di mana sinar cahaya yang sejajar dengan sumbu utama bertemu setelah melewati lensa cembung disebut fokus. Jarak dari pusat lensa ke fokus adalah panjang fokus.

Jarak Objek (u)

u

Jarak horizontal dari pusat objek (lilin) ke pusat lensa.

Jarak Bayangan (v)

v

Jarak horizontal dari posisi bayangan ke pusat lensa. Bayangan nyata berada di sisi kanan lensa, dan bayangan maya berada di sisi kiri.

Nyata vs Maya

\text{Real vs Virtual}

Bayangan nyata terbentuk oleh pertemuan sinar cahaya yang sebenarnya dan dapat ditangkap di layar; bayangan maya terbentuk oleh pertemuan perpanjangan sinar cahaya yang terbalik dan hanya dapat diamati secara langsung dengan mata.

Formula & Penurunan

Persamaan Lensa

\frac{1}{u} + \frac{1}{v} = \frac{1}{f}

Rumus aljabar yang menjelaskan hubungan kuantitatif antara jarak objek, jarak bayangan, dan panjang fokus.

Rumus Perbesaran

m = -\frac{v}{u}

Rasio tinggi bayangan terhadap tinggi objek. Jika

m

negatif, itu menunjukkan bayangan nyata terbalik; nilai positif menunjukkan bayangan maya tegak.

Langkah Eksperimen

1
Jelajahi kondisi untuk bayangan nyata yang diperkecil
Atur panjang fokus $f=35\text{cm}$ . Seret lilin ke $u=80\text{cm}$ (yaitu, $u > 2f$ ). Amati bayangan di belakang lensa di sebelah kanan. Apakah bayangan terbalik atau tegak? Apakah diperbesar atau diperkecil?
2
Temukan bayangan nyata dengan ukuran yang sama
Sesuaikan posisi lilin sehingga jarak objek persis sama dengan dua kali panjang fokus ( $u = 2f = 70\text{cm}$ ). Amati apakah ukuran bayangan persis sama dengan objek? Perhatikan nilai jarak bayangan $v$ saat ini.
3
Jelajahi bayangan nyata yang diperbesar
Terus gerakkan lilin lebih dekat ke lensa sehingga berada di antara satu panjang fokus dan dua panjang fokus ( $f < u < 2f$ ). Amati perubahan pada bayangan. Anda akan menemukan bahwa bayangan menjadi ____, dan jarak bayangan $v$ menjadi ____?
4
Amati titik tanpa pencitraan
Letakkan lilin di fokus ( $u = f = 35\text{cm}$ ). Amati sinar yang dibiaskan, Anda akan menemukan bahwa mereka sejajar satu sama lain. Bisakah Anda masih melihat bayangan yang jelas di layar saat ini?
5
Jelajahi bayangan maya yang diperbesar
Gerakkan lilin ke dalam fokus ( $u < f$ ). Saat ini, tidak ada pertemuan cahaya di sisi kanan, tetapi pertemuan garis maya muncul di sisi kiri. Ini adalah prinsip kerja kaca pembesar. Apakah bayangan tegak atau terbalik saat ini?

Hasil Pembelajaran

Kuasai tiga kasus umum pencitraan lensa cembung dan kondisi penerapannya
Pahami bagaimana jarak bayangan dan ukuran bayangan berubah secara terus-menerus ketika jarak objek berubah
Mampu melakukan perhitungan kuantitatif sederhana menggunakan rumus pencitraan lensa
Perjelas perbedaan mendasar antara bayangan maya dan nyata dalam evolusi jalur optik

Aplikasi Nyata

Kamera: Ketika $u > 2f$ , membentuk bayangan nyata terbalik yang diperkecil
Proyektor: Ketika $f < u < 2f$ , membentuk bayangan nyata terbalik yang diperbesar
Kaca Pembesar: Ketika $u < f$ , membentuk bayangan maya tegak yang diperbesar
Teleskop/Mikroskop: Mewujudkan pencitraan objek jauh atau mikroskopis yang diperbesar melalui kombinasi beberapa set lensa

Kesalahpahaman Umum

Salah

Memblokir bagian atas lensa dengan penyekat menyisakan hanya setengah bayangan di layar

Benar

Salah. Bayangan masih utuh, tetapi kecerahan bayangan akan meredup karena berkurangnya fluks cahaya.

Salah

Bayangan nyata selalu diperkecil, bayangan maya selalu diperbesar

Benar

Salah. Bayangan nyata dapat diperkecil (kamera) atau diperbesar (proyektor). Namun, untuk lensa tunggal, bayangan maya tegak memang selalu diperbesar.

Bacaan Lebih Lanjut

Wikipedia - Lensa

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai Eksperimen Mulai Kuis