Hidup Anda tidak akan sama tanpa lensa. Apakah Anda perlu memakai kacamata korektif atau tidak, Anda tidak dapat melihat gambar apa pun dengan jelas tanpa semacam lensa untuk membelokkan sinar cahaya yang melewatinya menjadi satu titik fokus.
Para ilmuwan bergantung pada mikroskop dan teleskop untuk memungkinkan mereka melihat objek yang sangat kecil atau jauh, kecuali diperbesar ke titik di mana mereka dapat mengekstrak data atau pengamatan yang berguna dari gambar. Dan prinsip yang sama persis digunakan untuk memastikan Anda memiliki kamera yang dapat membantu Anda mengambil selfie yang sempurna.
Dari kaca pembesar hingga mata manusia, semua lensa beroperasi dengan prinsip dasar yang sama. Meskipun ada perbedaan penting antara lensa konvergen (lensa cembung) dan lensa divergen (lensa cekung), segera setelah Anda mempelajari beberapa detail dasar, Anda akan melihat banyak kesamaan terlalu.
Definisi untuk Diketahui
Sebelum memulai perjalanan ini untuk memahami lensa cembung dan cekung, penting untuk memiliki dasar tentang beberapa konsep utama dalam optik. Itu
titik fokusadalah titik di mana sinar sejajar bertemu (yaitu bertemu) setelah melewati lensa, dan di mana gambar yang jelas terbentuk.ItuFocal lengthdari lensa adalah jarak dari pusat lensa ke titik fokus, dengan panjang fokus yang lebih kecil menunjukkan lensa yang membelokkan sinar cahaya lebih kuat.
Itusumbu optikdari sebuah lensa adalah garis simetri yang melalui pusat lensa, yang berjalan secara horizontal jika Anda membayangkan sebuah lensa berdiri tegak secara vertikal.
SEBUAHsinar cahayaadalah cara yang berguna untuk mewakili jalur berkas cahaya, digunakan dalam diagram sinar untuk memberikan interpretasi visual tentang bagaimana keberadaan lensa mempengaruhi jalur berkas cahaya.
Dalam praktiknya, objek apa pun akan memiliki sinar cahaya yang meninggalkannya ke segala arah, tetapi tidak semua ini menawarkan informasi yang berguna saat menganalisis apa yang sebenarnya dilakukan lensa. Saat Anda menggambar diagram sinar, memilih beberapa sinar cahaya utama biasanya cukup untuk menjelaskan perambatan gelombang cahaya dan proses pembentukan gambar.
Diagram Sinar
Diagram sinar dan penelusuran sinar memungkinkan Anda menentukan lokasi pembentukan bayangan berdasarkan lokasi objek dan lokasi lensa.
Proses menggambar sinar cahaya dan pembelokannya saat melewati lensa dapat diselesaikan dengan menggunakan hukum pembiasan Snell, yang menghubungkan sudut sinar sebelum mencapai lensa ke sudut di sisi lain lensa, berdasarkan indeks bias udara (atau media lain yang dilalui sinar) dan potongan kaca atau bahan lain yang digunakan untuk lensa.
Namun, ini bisa memakan waktu, dan ada beberapa trik yang dapat membantu Anda menghasilkandiagram sinarlebih mudah. Secara khusus, ingatlah bahwa sinar cahaya yang melewati bagian tengah lensa tidak dibiaskan sampai tingkat yang terlihat, dan sinar paralel dibelokkan menuju titik fokus.
Ada dua jenis utama pembentukan bayangan yang dapat terjadi dengan lensa dan Anda dapat menggunakan diagram sinar untuk membuatnya. Yang pertama adalah "gambar nyata", yang mengacu pada titik di mana sinar cahaya bertemu untuk menghasilkan gambar. Jika Anda menempatkan layar di lokasi ini, sinar cahaya akan membuat gambar fokus di layar. Bayangan nyata dihasilkan oleh lensa konvergen, yang juga dikenal sebagai lensa cembung.
Sebuah gambar virtual benar-benar berbeda dan dibuat oleh lensa divergen. Karena lensa ini membelokkan sinar cahayajauhdari satu sama lain (yaitu membuat mereka menyimpang), "gambar" sebenarnya terbentuk di sisi lensa di mana sinar cahaya datang berasal.
Corong keluar sinar di sisi yang berlawanan membuatnya tampak seolah-olah sinar itu dihasilkan oleh objek di sisi yang sama lensa sebagai sinar datang, seolah-olah Anda menelusuri sinar kembali pada jalur garis lurus ke titik di mana mereka akan bertemu. Ini tidak benar secara harfiah, dan jika Anda menempatkan layar di lokasi ini tidak akan ada gambar.
Persamaan Lensa Tipis
Persamaan lensa tipis adalah salah satu persamaan terpenting dalam optik, dan ini menghubungkan jarak ke objekdHai, jarak ke gambardsaya dan jarak fokus lensaf. Persamaan ini cukup sederhana, tetapi sedikit lebih sulit untuk digunakan daripada beberapa persamaan lain dalam fisika karena suku kuncinya adalah penyebut pecahan, sebagai berikut:
\frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i} = \frac{1}{f}
Konvensinya adalah bahwa bayangan maya memiliki jarak negatif dan bayangan nyata memiliki jarak bayangan positif. Panjang fokus lensa juga mengikuti konvensi yang sama, jadi panjang fokus positif mewakili lensa konvergen, dan panjang fokus negatif mewakili lensa divergen.
Lensa cembung dan cekungadalah dua jenis lensa utama yang dibahas dalam kelas pengantar fisika, jadi selama Anda memahami bagaimana lensa ini berperilaku, Anda akan dapat menjawab pertanyaan apa pun.
Penting untuk dicatat bahwa persamaan ini untuk lensa "tipis". Ini berarti bahwa lensa dapat diperlakukan sebagai pembelokkan jalur sinar cahaya darisatulokasi saja, bagian tengah lensa.
Dalam praktiknya, ada defleksi di kedua sisi lensa – satu di antarmuka antara udara dan bahan lensa, dan lainnya di antarmuka antara bahan lensa dan udara di sisi lain – tetapi asumsi ini membuat banyak perhitungan lebih sederhana.
Lensa Cekung
Lensa cekung juga disebut sebagai lensa divergen, dan lensa ini melengkung sehingga "mangkuk" lensa menghadap objek yang dimaksud. Seperti disebutkan di atas, konvensinya adalah bahwa lensa seperti ini diberi panjang fokus negatif, dan bayangan maya yang dihasilkannya berada pada sisi yang sama dengan objek aslinya.
Untuk menyelesaikanproses penelusuran sinaruntuk lensa cekung, perhatikan bahwa setiap sinar cahaya dari objek yang merambat sejajar dengan sumbu optik lensa akan dibelokkan, sehingga tampak berasal dari dekat titik fokus lensa, pada sisi lensa yang sama dengan objek diri.
Seperti disebutkan di atas, setiap sinar yang melewati pusat lensa akan terus berlanjut tanpa dibelokkan. Akhirnya, setiap sinar yang bergerak menuju titik fokus di sisi berlawanan dari lensa akan dibelokkan, sehingga muncul sejajar dengan sumbu optik.
Menggambar beberapa sinar seperti itu berdasarkan satu titik pada objek biasanya akan cukup untuk menemukan lokasi gambar yang dihasilkan.
Lensa Cembung
Lensa cembung juga dikenal sebagai lensa konvergen dan pada dasarnya bekerja dengan cara yang berlawanan dengan lensa cekung. Itu melengkung sehingga tikungan luar bentuk "mangkuk" paling dekat dengan objek, dan panjang fokus diberi nilai positif.
Proses ray tracing untuk lensa konvergen sangat mirip dengan lensa divergen, dengan beberapa perbedaan penting. Seperti biasa, sinar cahaya yang melewati pusat lensa tidak dibelokkan.
Jika sinar datang berjalan sejajar dengan sumbu optik, sinar itu akan dibelokkan melalui titik fokus di sisi berlawanan dari lensa. Sebaliknya, setiap sinar cahaya yang datang dari benda dan melewati titik fokus dekat dalam perjalanannya menuju lensa akan dibelokkan, sehingga muncul sejajar dengan sumbu optik.
Sekali lagi, dengan menggambar dua atau tiga sinar untuk sebuah titik pada objek berdasarkan prinsip-prinsip sederhana ini, Anda akan dapat menemukan lokasi gambar. Ini adalah titik di mana semua sinar cahaya berkumpul di sisi berlawanan dari lensa ke objek itu sendiri.
Konsep Pembesaran
Perbesaran adalah konsep penting dalam optik, dan mengacu pada rasio ukuran gambar yang dihasilkan oleh lensa dan ukuran objek aslinya. Kurang lebih beginilah cara Anda memahami perbesaran sebagai konsep dari kehidupan sehari-hari – jika bayangannya dua kali lebih besar dari objeknya, itu diperbesar dengan faktor dua. Tetapi definisi yang tepat adalah:
M= -\frac{i}{o}
Dimanasayaadalah perbesaran,sayamengacu pada ukuran gambar danHaimengacu pada ukuran benda. Perbesaran negatif menunjukkan bayangan terbalik, dengan perbesaran positif tegak.
Persamaan dan perbedaan
Ada kesamaan antara lensa cembung dan cekung dalam istilah dasar, tetapi ada lebih banyak perbedaan daripada persamaan ketika Anda melihatnya secara lebih rinci.
Kesamaan utama adalah bahwa keduanya bekerja pada prinsip dasar yang sama, di mana perbedaannya indeks bias antara lensa dan media sekitarnya memungkinkan mereka untuk membelokkan sinar cahaya dan menciptakan a titik fokus. Namun, lensa divergen selalu membuat gambar virtual, sedangkan lensa konvergen dapat membuat gambar nyata atau virtual.
Saat kelengkungan lensa berkurang, lensa konvergen dan divergen menjadi semakin mirip satu sama lain, karena geometri permukaan juga menjadi lebih mirip. Karena keduanya bekerja berdasarkan prinsip yang sama, karena geometri menjadi lebih mirip, efeknya pada sinar cahaya juga menjadi lebih mirip.
Aplikasi dan Contoh
Lensa cekung dan cembung memiliki banyak aplikasi praktis, tetapi yang paling umum dalam kehidupan sehari-hari adalah penggunaanlensa korektif(kacamata) untuk miopia atau rabun jauh, atau memang hyperopia atau rabun jauh.
Dalam kedua kondisi ini, titik fokus untuk lensa mata tidak cukup sesuai dengan posisi retina peka cahaya di bagian belakang mata, dengan itu berada di depan untuk miopia dan di belakangnya untuk hiperopia. Kacamata untuk miopia bersifat divergen, sehingga titik fokusnya digeser ke belakang, sedangkan untuk hiperopia digunakan lensa konvergen.
Kacamata pembesar dan mikroskop bekerja dengan cara dasar yang sama, menggunakan lensa bikonveks (lensa dengan dua sisi cembung) untuk menghasilkan versi gambar yang diperbesar. Kaca pembesar adalah perangkat optik yang lebih sederhana, dengan lensa tunggal yang berfungsi untuk menghasilkan ukuran gambar yang lebih besar daripada yang dapat Anda peroleh dengan cara lain. Mikroskop sedikit lebih rumit (karena biasanya memiliki banyak lensa), tetapi pada dasarnya mereka menghasilkan gambar yang diperbesar dengan cara yang sama.
Teleskop refraktor bekerja seperti mikroskop dan kaca pembesar, dengan lensa bikonveks menghasilkan titik fokus di dalam badan teleskop, tetapi cahaya terus mencapai lensa mata.
Seperti pada mikroskop, ini memiliki lensa lain di lensa mata untuk memastikan cahaya yang ditangkap fokus saat mencapai mata Anda. Jenis teleskop utama lainnya adalah teleskop reflektor, yang menggunakan cermin sebagai pengganti lensa untuk mengumpulkan cahaya dan mengirimkannya ke mata Anda. Cermin itu cekung, sehingga memfokuskan cahaya ke bayangan nyata pada sisi cermin yang sama dengan objeknya.
