Lensa Cembung: Sifat Bayangan, Sinar Istimewa, Rumus, Contoh Soal

Daftar Isi

Adik-adik, materi fisika kita kali ini akan membahas secara lengkap tentang lensa cembung dan penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari.

 

Kalian tahu tidak apa itu lensa cembung? Sederhananya sih, lensa cembung adalah lensa yang bentuknya mengembung.

Disadari atau tidak, kalian pasti akrab dengan lensa ini dan setiap hari menggunakannya. Contoh yang paling dekat adalah lensa mata.

Yah, lensa mata manusia diciptakan Tuhan berbentuk cembung. Selain itu, ada banyak peralatan sehari-hari yang juga menggunakan lensa cembung.

Misalnya, kamera yang terdapat pada smartphone kalian menggunakan lensa cembung, coba saja perhatikan bentuknya yang mengembung.

Nah, di materi kali ini kita akan mengulas lebih dalam lagi semua hal yang berkaitan dengan lensa cembung menurut tinjauan ilmu fisika.

Baiklah, kita mulai saja materinya...

1. Apa itu Lensa Cembung?

Lensa cembung (konveks) adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian tepinya. 

 

Nama lain dari lensa cembung sering juga disebut dengan lensa positif atau lensa pengumpul karena sifatnya yang mengumpulkan/memfokuskan cahaya atau sinar (konvergen).

 

Jadi, ketika seberkas cahaya atau sinar menuju ke permukaan lensa cembung, maka sinar-sinar datang tersebut akan dikumpulkan untuk membentuk bayangan.

 

Kebalikan dari lensa cembung adalah lensa cekung (konkaf), yaitu lensa negatif yang bersifat menyebarkan cahaya (divergen).  

2. Ciri dan Karakteristik Lensa Cembung

Ciri-ciri dan karakteristik utama dari lensa cembung adalah sebagai berikut:

• Bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian tepinya.
• Bersifat mengumpulkan cahaya atau konvergen.
• Fokusnya bernilai positif (+), sehingga sering disebut lensa positif.

3. Bagian-Bagian Lensa Cembung

Bagian-bagian utama dari sebuah lensa cembung, antara lain sebagai berikut:

• Sumbu utama (garis A-B),  yaitu garis tegak lurus terhadap lensa.
• Pusat optik (O), disebut juga titik vertex, yaitu titik pertemuan antara sumbu utama dengan lensa.
• Titik fokus (titik api) depan (F₁), yaitu fokus di depan lensa cembung.
  
• Titik fokus (titik api) belakang (F₂), yaitu fokus di belakang lensa cembung.
• O-F, disebut jarak fokus lensa cembung.
  
• 2F, disebut titik pusat kelengkungan lensa cembung.
  
• O-2F, disebut jari-jari kelengkungan lensa cembung.
  

Untuk membantu pemahaman, perhatikan gambar di bawah ini: 

4. Jenis-Jenis Lensa Cembung

Berdasarkan bentuk permukaannya, lensa cembung terbagi menjadi tiga jenis, yaitu:

• Lensa bikonveks (cembung-cembung), yaitu lensa yang permukaan depan dan belakangnya cembung.
  
• Lensa plan-konveks (cembung-datar), yaitu lensa yang permukaan depannya cembung, sedangkan permukaan belakangnya datar.
• Lensa konveks-konkaf (cembung-cekung), yaitu lensa yang permukaan depannya cembung, sedangkan permukaan belakangnya cekung.

Berikut ini gambar dari masing-masing jenis lensa cembung tersebut:

Catatan: 

• Sisi kiri adalah permukaan depan, sedangkan sisi kanan adalah permukaan belakang.
• Permukaan depan adalah permukaan yang menghadap cahaya atau sinar datang.
• Jika hanya disebutkan lensa cembung, maka sesungguhnya yang dimaksud adalah lensa bikonveks.
  

5. Cara Kerja Lensa Cembung

Cara kerja lensa cembung berdasarkan prinsip pembiasan cahaya (refraksi), yaitu peristiwa membeloknya arah rambat cahaya ketika melewati medium yang berbeda.

 

Oleh karena pengaruh perbedaan ketebalan lensa dari tepi atas/bawah hingga ke tengah lensa cembung, maka berkas cahaya atau sinar datang yang masuk dari permukaan depan dimungkinkan untuk mengalami pembiasan menuju satu titik di belakang lensa.

Inilah sebabnya mengapa sehingga lensa cembung dinamakan lensa konvergen atau lensa pengumpul.

Untuk memahami cara kerja dan pembiasan cahaya pada lensa cembung, perhatikan gambar berikut ini:

Lensa cembung bekerja dengan cara membiaskan seluruh berkas cahaya/sinar datang yang masuk melalui permukaan depan berkumpul di satu titik di bagian belakang lensa.

6. Pembiasan pada Lensa Cembung 

Cahaya yang jatuh pada permukaan lensa cembung akan mengalami pembiasan.

 

Bagian lensa yang tebal akan menghambat cahaya lebih banyak daripada bagian lensa yang tipis. 

 

Oleh karena cepat rambat cahaya di dalam lensa lebih kecil daripada di udara, berkas-berkas sinar bias akan mengumpul. Itulah sebabnya lensa cembung bersifat konvergen.

7. Sifat, Letak, Hasil Bayangan Lensa Cembung

Sifat bayangan pada lensa cembung ada dua jenis, yaitu maya dan nyata. Maya jika bayangannya terletak di depan lensa dan nyata jika terletak di belakang lensa. 

 

Bayangan maya akan selalu tegak dan diperbesar terhadap bendanya, sedangkan bayangan nyata akan selalu terbalik, tetapi bisa diperbesar, diperkecil ataupun sama besar dengan bendanya.

Sifat dan letak bayangan yang dihasilkan oleh lensa cembung bergatung pada letak bendanya di depan lensa.

7.1. Tiga Sinar Istimewa Lensa Cembung

Sifat dan letak bayangan pada lensa cembung bisa divisualkan dengan bantuan sinar-sinar istimewa. 

 

Sinar istimewa didefinisikan sebagai sinar yang lintasannya mudah diramalkan. Adapun sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah sebagai berikut:

• Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus di belakang lensa.
• Sinar datang menuju titik fokus di depan lensa akan dibiaskan sejajar sumbu utama.
• Sinar datang yang melewati pusat optik lensa akan diteruskan, tidak dibiaskan. 

7.2. Ruang Benda/Bayangan Lensa Cembung

Letak benda dan letak bayangan lensa cembung umumnya dinyatakan dalam ruang-ruang, yang selanjutnya disebut ruang benda dan ruang bayangan.

 

Supaya mudah dibedakan, ruang benda menggunakan angka romawi I, II, III, dan IV, sedangkan ruang bayangan dinyatakan dengan angka biasa 1, 2, 3, dan 4. 

Untuk membantu pemahaman, perhatikan gambar ruang benda dan ruang bayangan lensa cembung berikut ini!

7.3. Melukis Bayangan Lensa Cembung

Pembentukan bayangan pada lensa cembung bisa dilukis dengan bantuan sinar-sinar istimewa.  

 

Meskipun sinar istimewa ada tiga, tetapi untuk melukis pembentukan bayangan pada lensa cembung cukup menggunakan dua sinar untuk mendapatkan titik bayangan.

 

Tips melukis pembentukan bayangan lensa cembung agar menghasilkan bayangan yang tepat adalah sebagai berikut:

• Ikuti ketentuan yang berlaku pada sinar istimewa lensa cembung
• Tarik garis sinar istimewa secara lurus sempurna, gunakan mistar.
• Jarak semua titik di depan dan belakang lensa harus sesuai.
• Bayangan akan terletak pada titik perpotongan (persilangan) sinar istimewa.
  

Berikut ini adalah cara melukis pembentukan bayangan pada lensa cembung berdasarkan letak bendanya di depan lensa:

7.3.1. Benda Terletak di Antara O dan F₁ (Ruang I)

Jika benda terletak di antara O dan F₁ (ruang I) pada lensa cembung, maka sifat bayangannya adalah maya, tegak, diperbesar, dan terletak di ruang 4. 

Diagram Sinar Pembentukan Bayangan

7.3.2. Benda Terletak Tepat di Titik F₁

Jika benda terletak tepat di titik fokus (F) lensa cembung, maka tidak terbentuk bayangan. 

Diagram Sinar

7.3.3. Benda Terletak di Antara F₁ dan 2F₁ (Ruang Benda II)

Jika benda terletak di antara Fdan 2F (ruang II) pada lensa cembung, maka sifat bayangannya adalah nyata, terbalik, diperbesar, dan terletak di ruang 3.

Diagram Sinar Pembentukan Bayangan

7.3.4. Benda Terletak Sama dengan 2F₁

Jika benda terletak tepat di pusat kelengkungan (2F) lensa cembung, maka bayangannya bersifat nyata, terbalik, sama besar, dan terletak di pusat kelengkungan lensa.

Diagram Sinar Pembentukan Bayangan

7.3.5. Benda Terletak Lebih Besar dari 2F₁ (Ruang Benda III) 

Jika benda terletak lebih besar dari pusat kelengkungan lensa cembung 2F (ruang III), maka sifat bayangannya adalah nyata, terbalik, diperkecil, dan terletak di ruang 2.

Diagram Sinar Pembentukan Bayangan

8. Rumus Lensa Cembung 

Rumus-rumus yang berlaku pada lensa cembung adalah sebagai berikut:

1. Rumus Jarak Benda, Bayangan, dan Fokus Lensa Cembung

Rumus jarak benda, bayangan, dan fokus (titik api) lensa cembung dituliskan dengan persamaan matematis:

 

¹/_s + ¹/_s' = ¹/_f

 

Keterangan:

• s = jarak benda (m atau cm)
• s' = jarak bayangan (m atau cm)
• f = jarak fokus (m atau cm)

Catatan:

• Jika s' bernilai positif, maka bayangan berada di belakang lensa (nyata).
• Jika s' bernilai negatif, maka bayangan berada di depan lensa (maya). 

2. Rumus Tinggi/Perbesaran Bayangan Lensa Cembung 

Rumus tinggi dan perbesaran bayangan pada lensa cembung dituliskan dengan persamaan matematis:

 

^h'/_h = ^|-s'|/_|s| = M 

Keterangan:

• h' = tinggi bayangan (m atau cm)
• h = tinggi benda (m atau cm)
• s' = tinggi bayangan (m atau cm)
• s = tinggi benda (m atau cm)
• M = perbesaran bayangan

3. Rumus Jari-Jari Kelengkungan dan Indeks Bias Lensa Cembung 

Rumus jari-jari kelengkungan dan indeks bias lensa cembung dituliskan dengan persamaan matematis:

 

¹/_f = (^n₂/_n1 - 1)(¹/_R1 + ¹/_R2)

 

Keterangan: 

• f = jarak fokus (m atau cm)
• n₁ = indeks bias di sekitar lensa
• n₂ = indeks bias lensa
• R₁ = jari-jari kelengkungan depan lensa
• R₂ = jari-jari kelengkungan belakang lensa

4. Rumus Kekuatan Lensa Cembung

Rumus kekuatan lensa cembung dituliskan dengan persamaan matematis:

 

P = ¹/_f

 

Keterangan:

• P = Kekuatan lensa cembung (dioptri)

Penting: perjanjian tanda lensa cembung

• f lensa cembung selalu positif
  
• +s untuk benda nyata (di depan lensa)
• -s untuk benda maya (di belakang lensa)
• +s' untuk banyangan nyata (di belakang lensa)
• -s' untuk bayangan maya (di depan lensa) 
• +M untuk bayangan tegak
• -M untuk bayangan terbalik
  

9. Fungsi dan Manfaat Lensa Cembung

Lensa cembung berfungsi untuk memfokuskan berkas cahaya yang datang. Jadi, cahaya yang masuk melalui permukaan depan akan dibiaskan ke satu titik oleh permukaan belakang lensa.

Dalam kehidupan sehari-hari, lensa cembung banyak dimanfaatkan pada peralatan dan teknologi. Berikut ini adalah alat-alat yang menggunakan lensa cembung:

1. Lup (Kaca Pembesar)

Lup adalah alat optik yang berfungsi untuk melihat benda-benda yang kecil agar tampak lebih besar. Alat ini sangat sederhana karena hanya terdiri dari sebuah lensa cembung.

 

Tukang jam adalah orang yang paling sering menggunakan lup. Dengan lup, bagian-bagian mesin jam yang berukuran kecil akan tampak besar.

2. Mikroskop

Sifat lensa cembung yang dapat memperbesar bayangan juga dimanfaatkan pada mikroskop. 

 

Pada mikroskop terdapat dua lensa cembung, yaitu lensa yang berhadapan dengan benda (obyektik) dan lensa yang berhadapan dengan mata (okuler).

 

Lensa cembung yang berhadapan dengan benda berfungsi membentuk bayangan nyata dan terbalik, sedangkan lensa cembung yang dekat dengan mata berfungsi membentuk bayangan maya, tegak, dan diperbesar.

3. Kamera

Kamera adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan gambar atau foto. Alat ini terdiri dari lensa cembung yang diletakkan secara bersusun.

4. Teropong

Teropong adalah alat yang digunakan untuk melihat benda yang jauh. Teropong menggunakan dua lensa cembung, yaitu lensa yang berhadapan dengan benda (obyektif) dan lensa yang berhadapan dengan mata (okuler).

 

Lensa cembung yang berhadapan dengan benda (obyektif) berfungsi untuk mengumpulkan sinar, sedangkan lensa cembung yang berhadapan dengan mata berfungsi untuk memperbesar bayangan.

5. Kacamata

Lensa cembung pada kacamata digunakan khusus pada penderita rabun dekat (hipermetropi). 

Orang yang menderita rabun dekat tidak dapat melihat benda dengan jelas karena bayangannya jatuh di belakang retina.

 

Untuk mengatasinya, penderita rabun dekat harus memakai kacamata yang terbuat dari lensa 

 

cembung.Lensa cembung itu berfungsi untuk mengatur agar bayangan benda yang dekat dengan mata tepat jatuh pada retina.

10. Contoh Soal Lensa Cembung

Berikut ini adalah beberapa contoh soal tentang lensa cembung:

Contoh Soal 1

Sebuah lensa cembung rangkap memiliki jarak fokus 6 cm, seekor serangga yang tingginya 2 mm diletakkan di depan lensa dan menghasilkan bayangan tegak 5 mm, tentukan jarak bayangan yang dibentuk lensa terhadap lensa cembung tersebut!​ 

Jawaban:

Diketahui:

• f = 6 cm
• h = 2 mm
• h' = 5 mm

Ditanyakan:

• s'....?

Penyelesaian:

 

s' = ^-h'/_h x s

   = ^-5/₂ x s  

   = -2,5 s 

 

¹/_s + ¹/_s' = ¹/_f

¹/_s + ¹/_-2,5s = ¹/₆

³/_5s = ¹/₆

s = 3,6 cm

 

s' = -2,5 s

    = -2,5 . 3,6 cm

    = -9 cm (tanda minus berarti bayangan di depan lensa).

 

Jadi, jarak bayangan yang dibentuk lensa terhadap lensa cembung tersebut adalah 9 cm di depan lensa.

Contoh Soal 2

Lensa cembung memiliki fokus 6 cm, benda berada sejauh 10 cm dan tingginya 4 cm. Tentukan:

 

A. Letak bayangan benda

B. Hitung pembesarannya

C. Sifat bayangan yang terbentuk

D. Lukis bayangan benda dengan menggunakan sinar istimewa 

Jawaban:

Diketahui:

• f = 6 cm
• s = 10 cm
• h = 4 cm 

Ditanyakan:

 

A. s'

B. M

C. Sifat bayangan

D. Lukisan bayangan 

 

Penyelesaian:

 

A. Letak Bayangan (s')

 

¹/_s + ¹/_s' = ¹/_f

¹/₁₀ + ¹/_s' = ¹/₆

¹/_s' = ¹/₆ - ¹/₁₀ 

¹/_s' = ⁵/₃₀ - ³/₃₀

¹/_s' = ²/₃₀ 

s' = 15 cm

Jadi, bayangan berjarak 15 cm dari titik pusat, positif berarti bayangan di belakang lensa cembung (nyata).

B. Perbesaran Bayangan (M)

M = ^-s'/_s

     = ^-15/₁₀

     = -1,5

 

Jadi, bayangan diperbesar 1,5 kali, tanda negatif berarti bayangannya terbalik.

C. Sifat Bayangan

Sifat bayangan yang terbentuk adalah nyata, terbalik, dan diperbesar.

D. Lukisan Bayangan

 

Gimana adik-adik, udah paham kan penjelasan lensa cembung di atas?

Sekian dulu materi lensa cembung kali ini, bagikan agar teman yang lain bisa membacanya. Terima kasih, semoga bermanfaat.