1. CAHAYA dan PEMBIASAN CAHAYA
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang
gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan
panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut
foton. Kedua definisi tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga
disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan
secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika,
merupakan area riset yang penting pada fisika modern.
Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran
optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fase cahaya. Sifat-sifat cahaya
dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan
refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-
masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris (en:geometrical optics) dan optika fisis
(en:physical optics).
Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan memicu
serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar
katode, tahun 1859 dengan teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig
Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit, teori kuantum sebagai
model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi
yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E.
Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari
atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh
Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus
teori dualitas partikel-gelombang.
Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa
cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert
Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan
menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner
Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli,
David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.
Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme
gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut
terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika
modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain
yaitu difusi dan hamburan.

2. Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah gelombang yang merambat
secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus yaitu medan magnetik dan medan listrik.
Merambatnya gelombang magnet akan mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat,
gelombang listrik akan mendorong gelombang magnet. Diagram di atas menunjukkan gelombang cahaya
yang merambat dari kiri ke kanan dengan medan listrik pada bidang vertikal dan medan magnet pada
bidang horizontal.
Gelombang elektromagnetik yang membentuk radiasi elektromagnetik.
SUMBER CAHAYA
Cahaya berasal dari sumber cahaya. Sumber cahaya adalah semua benda yang dapat
memancarkan cahaya. Contoh sumber cahaya adalah matahari, lampu, senter,api, dan bintang. Benda-
benda yang tidak dapat memancarkan cahaya sendiri disebut benda gelap. Cahaya memiliki beberapa
sifat. Sifat cahaya yang akan kita pelajari dalam materi ini adalah:
1. Cahaya Merambat Lurus
Salah satu bukti bahwa cahaya merambat lurus adalah cahaya yang masuk melalui celah-celah
jendela, juga genting kaca. Berkas cahaya yang melewati genting kaca atau celah jendela, bila diamati
dalam ruangan yang agak gelap akan terlihat seperti batang lurus.
Percobaan seperti terlihat pada gambar di samping, juga dapat membuktikan bahwa cahaya merambat
lurus. Nyala lilin dapat terlihat saat lubang pada ketiga karton berada pada satu garis lurus. Namun saat
salah satu karton digeser, cahaya lilin tidak terlihat lagi.
Sifat cahaya yang selalu merambat lurus ini dimanfaatkan manusia pada pembuatan lampu senter dan
lampu kendaraan bermotor.

3. 2. Cahaya Menembus Benda bening
Dapatkah kamu melihat benda yang berada di balik kaca dan plastik yang bening?
Ya. Itu merupakan bukti bahwa cahaya dapat menembus benda bening. Berdasarkan dapat atau tidaknya
di tembus cahaya, benda-benda digolongkan menjadi 3:
 Opaque atau benda tidak tembus cahaya
Adalah benda gelap yang tidak dapat ditembus oleh cahaya sama sekali. Opaque
memantulkan semua cahaya yang mengenainya. Benda semacam ini jugaBeberapanya
adalah buku, kayu, tembok, dan air keruh.
 Benda Bening
Yakni benda-benda yang dapat ditembus cahaya. Benda bening juga sering disebut benda
transparant. Benda transparant meneruskan semua cahaya yang mengenainya. Contohnya
kaca yang bening dan air jernih
 Benda Transluent
Benda transluent adalah benda-benda yang dapat meneruskan sebagian cahaya yang
datang dan menyebarkan sebagian cahaya yang lainnya.Contohnya kain gorden tipis, dan
beberapa jenis plastik.
Saat berada di tempat yang terang, di belakang tubuhmu terbentuk bayangan hitam bukan?
Bagaimana bayangan tersebut terbentuk? Saat cahaya mengenai benda gelap, akan membentuk
bayangan. Bayangan dibedakan menjadi dua, yakni bayangan nyata dan bayangan maya. Bayangan
maya(semu) adalah bayangan yang dapat dilihat mata, tapi tidak dapat ditangkap pada layar, sedangkan
bayangan nyata adalah bayangan yang dapat ditangkap layar. Bayangan pada cermin adalah contoh
bayangan maya, sedangkan contoh bayangan nyata adalah bayangan yang dibentuk oleh LCD Projector
pada layar.
3. Cahaya Dapat Dipantulkan
Pemantulan (refleksi) atau pencerminan adalah proses terpancarnya kembali cahaya dari
permukaan benda yang terkena cahaya. Contoh peristiwa pemantulan cahaya adalah saat kita
bercermin. Bayangan tubuh kita akan terlihat di cermin, karena cahaya yang dipantulkan tubuh
kita, saat mengenai permukaan cermin, dipantulkan, atau dipancarkan kembali hingga masuk ke
mata kita.
Pemantulan pada cermin, termasuk pemantulan teratur. Pemantulan teratur terjadi pada benda
yang permukaannya rata dan mengkilap/licin. Pada benda semacam ini, cahaya dipantulkan
dengan arah yang sejajar, sehingga dapat membentuk bayangan benda dengan sangat baik.
Pada benda yang permukaannya tidak rata, cahaya yang datang dipantulkan dengan arah yang
tidak beraturan. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan baur, atau pemantulan difus.
4. Cahaya dapat dibiaskan
Cobalah untuk memasukkan sebatang pensil ke dalam gelas yang berisi air ( tinggi air setengahh

4. tinggi gelas saja), Apa yang kamu lihat pada pensil tepat pada batas antara air dan udara dalam
gelas?
5. Peristiwa semacam ini terjadi akibat proses pembiasan. Pembiasan adalah pembelokan arah
rambat cahaya, saat melewati dua medium yang berbeda kerapatannya.
Pembiasan cahaya dimanfaatkan manusia dalam pembuatan berbagai alat optik.
Snellius mengemukakan sebuah teori tentang pembiasan cahaya, yang berbunyi:
 Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang dan berpotongan di
satu titik.
 Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, dibiaskan mendekati garis
normal. Sebaliknya sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat
dibiaskan menjauhi garis normal.
6. Cahaya dapat Diuraikan
Apa warna cahaya matahari? Cahaya putih seperti cahaya matahari termasuk jenis cahaya
polikromatik. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang tersusun atas beberapa komponen warna.
Cahaya putih tersusun atas spektrum-spektrum cahaya yang berwarna merah, jingga, kuning,
hijau, biru, nila, dan ungu. Spektrum warna yang tidak dapat diuraikan lagi disebut cahaya
monokromatik.
Cahaya putih dapat diuraikan. Saat melewati prisma, cahaya putih akan mengalami dispersi
(penguraian).
Contoh peristiwa dispersi cahaya yang terjadi secara alami adalah peristiwa terbentuknya pelangi.
Pelangi terbentuk dari cahaya matahari yang diuraikan oleh titik-tititk air hujan di langit.
PEMBIASAN CAHAYA
Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena
melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Arah pembiasan cahaya dibedakan
menjadi dua macam yaitu :
a. mendekati garis normal
Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika cahaya
merambat dari medium optik kurang rapat ke medium
optik lebih rapat, contohnya cahaya merambat dari
udara ke dalam air.
b. menjauhi garis normal
Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika cahaya
merambat dari medium optik lebih rapat ke medium
optik kurang rapat, contohnya cahaya merambat dari
dalam air ke udara.
Syarat-syarat terjadinya pembiasan :

5. 1) cahaya melalui dua medium yang berbeda
kerapatan optiknya;
2) cahaya datang tidak tegaklurus terhadap bidang
batas (sudut datang lebih kecil dari 90 derajat)
1. Indeks Bias
Pembiasan cahaya dapat terjadi dikarenakan perbedaan laju cahaya pada kedua
medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan dengan laju
cahaya pada medium yang kurang rapat. Menurut Christian Huygens (1629-1695) :
“Perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa dengan laju cahaya dalam suatu zat
dinamakan indeks bias.”
Secara matematis dapat dirumuskan :
dimana :
- n = indeks bias
- c = laju cahaya dalam ruang hampa ( 3 x 108 m/s)
- v = laju cahaya dalam zat
Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 (artinya, n <1),>
ditampilkan pada tabel dibawah ini.
2. Hukum Snell
Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591 –1626) melakukan
eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal
dengan nama hukum Snell yang berbunyi :
- sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
- hasil bagi sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap

6. dan disebut indeks bias.
3. Pembiasan Cahaya pada Prisma
Bahan bening yang dibatasi oleh dua bidang
permukaan yang bersudut disebut prisma.
Besarnya sudut antara kedua permukaan itu
disebut sudut pembias (b).
Apabila seberkas cahaya masuk pada salah
satu permukaan prisma, cahaya akan
dibiaskan dari permukaan prisma lainnya.
Karena adanya dua kali pembiasan, maka
pada prisma terbentuklah sudut penyimpangan
yang disebut sudut deviasi.
Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan cahaya datang dengan
perpanjangan cahaya bias yang meninggalkan prisma. P, Q, R, dan S menyatakan jalannya cahaya dari
udara masuk ke dalam prisma kemudian meninggalkan prisma lagi.
4. Pemantulan Internal Sempurna (Total Internal Reflection)
Pemantulan internal sempurna adalah pemantulan yang terjadi pada bidang batas dua zat bening yang
berbeda kerapatan optiknya.
- Cahaya datang yang berasal dari air (medium optik lebih rapat) menuju ke udara (medium optik kurang
rapat) dibiaskan menjauhi garis normal (berkas cahaya J).
- Pada sudut datang tertentu, maka sudut biasnya akan 90O dan dalam hal ini berkas bias akan berimpit
dengan bidang batas (berkas K). Sudut datang dimana hal ini terjadi dinamakan sudut kritis (sudut batas).
Sudut kritis adalah sudut datang yang mempunyai sudut bias 90derajat atau yang mempunyai cahaya bias
berimpit dengan bidang batas.
- Apabila sudut datang yang telah menjadi sudut kritis diperbesar lagi, maka cahaya biasnya tidak lagi
menuju ke udara, tetapi seluruhnya dikembalikan ke dalam air (dipantulkan)(berkas L).

7. Peristiwa inilah yang dinamakan pemantulan internal sempurna Syarat terjadinya pemantulan internal
sempurna :
1) Cahaya datang berasal dari zat yang lebih rapat menuju ke zat yang lebih
renggang.
2) Sudut datang lebih besar dari sudut kritis.
Beberapa peristiwa pemantulan sempurna dapat kita jumpai dalam kehidupan
sehari-hari, diantaranya :
a. Terjadinya fatamorgana
b. Intan dan berlian tampak berkilauan
c. Teropong prisma
5. Pembiasan Cahaya pada Lensa
Lensa adalah benda bening yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat membiaskan atau meneruskan
hampir semua cahaya yang melaluinya. Ada dua jenis lensa yaitu lensa cembung atau lensa positif dan
lensa cekung atau lensa negatif.
5.1 Bentuk dan Sifat Lensa Cembung (Positif)
Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dari bagian tepinya. Lensa cembung
terdiri dari 3 macam yaitu :
1) Lensa bikonveks (cembung ganda) yaitu lensa kedua permukaannya cembung.
2) Lensa plankonveks (cembung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung dan yang lain datar.
3) Lensa konkaf konveks (meniskus cembung/cembung cekung) yaitu lensa yang permukaannya satu
cembung yang lainnya cekung.
Lensa cembung bersifat konvergen atau mengumpulkan cahaya. Titik dimana
cahaya mengumpul disebut titik fokus.
5.2 Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung
Setiap lensa mempunyai dua buah titik fokus di sebelah kiri dan kanannya, tetapi ke dua jarak fokus ke
lensanya sama. Agar lebih mudah memahami pembentukan bayangan yang terjadi, maka perhatikan
bagian-bagian lensa cembung di bawah ini:

8. SU : sumbu utama
O : titik pusat optik lensa
f1 dan f2 : titik api (fokus) lensa.
O - f1 dan O - f2 : f = jarak titik api lensa.
R1 dan R2 : jari-jari kelengkungan lensa.
I, II, III : nomor ruang untuk meletakkan benda
(I), (II), (III), (IV) : nomor ruang untuk bayangan benda
1) Tiga berkas cahaya/sinar istimewa pada lensa cembung
a. Sinar datang sejajar sumbu utama (SU) akan dibiaskan melalui titi api
(fokus/f);
b. Sinar datang melalui titik api (f) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (SU);
c. Sinar datang melalui titik pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan melainkan
diteruskan.
Sebenarnya, dua dari tiga berkas cahaya ini sudah cukup untuk mencari lokasi titik bayangannya, yang
merupakan titik perpotongannya. Penggambaran yang ketiga dapat digunakan untuk memeriksa. Lensa
cembung mempunyai sifat seperti cermin cekung. Oleh karena itu bayangan yang dibentukpun hampir
sama, yaitu :
- Bayangan nyata, terjadi dari perpotongan sinar-sinar bias yang mengumpul. Bayangan nyata pada lensa
cembung terjadi jika benda teletak di ruang II dan III.
- Bayangan maya, terjadi dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar bias yang divergen (menyebar).
Bayangan maya pada lensa cembung terjadi jika benda terletak di ruang I.
2) Pembentukan bayangan pada lensa cembung dan sifat bayangannya
a. Benda terletak lebih jauh dari dua jarak fokus (di ruang III)

9. Sifat bayangan yang terjadi :
- nyata (dibelakang lensa)
- terbalik
- di ruang (II)
- diperkecil (dari III ke (II))
5.3 Bentuk dan Sifat Lensa Cekung
Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dari bagian
tepinya. Lensa cekung terdiri dari 3 macam yaitu :
1) Lensa bikonkaf (cekung ganda) yaitu lensa kedua permukaannya cekung.
2) Lensa plankonkaf (cekung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cekung dan yang lain datar.
3) Lensa konveks konkaf (meniskus cekung/cekung cembung) yaitu lensa yang permukaannya satu
cekung yang lainnya cembung.
Lensa cekung bersifat divergen atau menyebarkan cahaya.
5.4 Pembentukan Bayangan pada Lensa Cekung
Lensa cekung bersifat seperti cermin cembung. Oleh karena itu, lensa cekung mempunyai titik api (fokus)
yang dinyatakan dengan negatif. Agar lebih mudah memahami pembentukan bayangan yang terjadi, maka
perhatikan bagian-bagian lensa cekung di bawah ini:
SU : sumbu utama
O : titik pusat optik lensa
f1 dan f2 : titik api (fokus) lensa.
O - f1 dan O - f2 : f = jarak titik api lensa.
R1 dan R2 : jari-jari kelengkungan lensa.
1) Tiga berkas cahaya/sinar istimewa pada lensa cembung
a. Sinar datang sejajar sumbu utama (SU) akan dibiaskan seolah-olah dari titik api (f1);

10. b. Sinar datang seolah-olah menuju titik api (f2) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (SU)
c. Sinar datang melalui titik pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan melainkan diteruskan.
Lensa cekung hanya dapat membentuk satu macam bayangan, yaitu bayangan maya dari benda yang
terletak di depan lensa dengan sembarang penempatan.
2) Pembentukan bayangan pada lensa cekung dan sifat bayangannya
Sifat bayangan yang terjadi :
- maya (di depan lensa)
- tegak
- diperkecil
5.5 Hubungan antara Jarak Benda, Jarak Bayangan, dan Jarak Titik Fokus

11. So = jarak benda ke lensa
Si = jarak bayangan ke lensa (bernilai negatif bila
bayangan yang dihasilkan bersifat maya)
f = jarak titik api lensa (berharga positif)
M = perbesaran bayangan
ho = tinggi benda
hi = tinggi bayangan
Hubungan antara jarak benda (So), jarak bayangan (Si), dan jarak fokus (f) Sama halnya pada cermin
lengkung, pada lensa juga berlaku persamaan :
Keterangan :
- So = jarak benda
- Si = jarak bayangan
- f = jarak fokus
- R = jari-jari kelengkungan lensa
- M = perbesaran bayangan
- ho = tinggi benda
- hi = tinggi bayangan
Untuk lensa cembung, penggunaan persamaan tersebut dengan memperhatikan
tanda sebagai berikut :
- f bernilai positif (+) menunjukkan jarak fokus lensa cembung.
- So bernilai positif (+) menunjukkan bendanya nyata.
- Si bernilai positif (+) menunjukkan bayangannya nyata (berada dibelakang lensa)
- Si bernilai negatif (-) menunjukkan bayangannya maya (berada di depan lensa)
Sedangkan untuk lensa cekung :
- f bernilai negatif (-) menunjukkan jarak fokus lensa cekung.
- So bernilai positif (+) menunjukkan bendanya nyata.

12. - Si bernilai negatif (-) menunjukkan bayangannya maya (berada di depan lensa).
Lensa cekung selalu membentuk bayangan maya walaupun letak benda diubahubah
di depan lensa cekung.
5.6Kekuatan (Daya) Lensa
Kekuatan lensa atau daya lensa adalah kemampuan suatu lensa untuk memusatkan/mengumpulkan atau
menyebarkan berkas sinar yang diterimanya. Besarnya daya (P) lensa berkebalikan dengan jarak titik
apinya (fokus). Semakin kecil fokus semakin besar daya lensanya.
Keterangan :
P = daya lensa, satuannya dioptri
f = jarak titik api, satuannya meter (m)
5.7 Kegunaan Lensa
Lensa cembung banyak digunakan pada kamera, lup, mikroskop, dan kacamata sedangkan lensa cekung
banyak pula digunakan pada alat-alat optik diantaranya kacamata dan teropong.
6. Dispersi Cahaya
6.1 Dispersi
Apabila seberkas cahaya putih atau cahaya polikromatis melewati sebuah prisma maka cahaya tersebut
akan diuraikan menjadi berbagai warna. Penguraian cahaya ini menjadi warna-warna
cahaya monokromatis disebut dispersi (hamburan) cahaya. Warna-warna yang
keluar dari prisma dapat diamati dengan memasang layar (seperti terlihat pada
gambar). Deretan warna yang tampak pada layar disebut spektrum warna.
Dispersi cahaya terjadi karena setiap warna cahaya mempunyai indeks bias yang berbeda-beda. Cahaya
merah mempunyai indeks bias terkecil sedangkan cahaya ungu mempunyai indeks bias terbesar sehingga
cahaya merah mengalami deviasi (penyimpangan) terkecil sedangkan warna ungu mengalami deviasi

13. terbesar.
6.2 Pelangi
Terjadinya pelangi disebabkan oleh peristiwa dispersi cahaya matahari melalui butiran air hujan di udara
dan diurai menjadi warna spektrum. Warna spektrum inilah tampak terlihat berupa pelangi di udara. Sinar
matahari jatuh ke butir butir air di udara. Sinar tersebut memasuki butiran, lalu dipantulkan sempurna,
kemudian dibiaskan keluar dari butiran air.