7.1 Pembentukan Imej oleh Kanta

Kanta Cembung dan Kanta Cekung

• Kanta ialah medium lut sinar seperti kaca yang mempunyai satu atau dua permukaan melengkung.
• Dua jenis kanta yang utama ialah kanta cembung dan kanta cekung.

Kanta	Bentuk
Kanta cembung	Dwicembung, planocembung, meniskus cembung
Kanta cekung	Dwicekung, planocekung, meniskus cekung

• Sinar cahaya selari menumpu selepas melalui kanta cembung; kanta cembung ialah kanta penumpu.
• Sinar cahaya selari mencapah selepas melalui kanta cekung; kanta cekung ialah kanta pencapah.
• Titik fokus, $F$ bagi kanta cembung: titik tempat sinar cahaya yang selari dengan paksi utama menumpu selepas melalui kanta.
• Titik fokus, $F$ bagi kanta cekung: titik tempat sinar yang mencapah kelihatan berasal apabila sinar itu diekstrapolasikan ke belakang.
• Panjang fokus, $f$: jarak di antara titik fokus, $F$, dengan pusat optik, $O$.

Aktiviti 7.1: Sifat dan Titik Fokus Kanta

Tujuan: Menggunakan Kit Sinar Optik untuk:

• menunjukkan kanta cembung sebagai kanta penumpu dan kanta cekung sebagai kanta pencapah;
• menentukan titik fokus kanta cembung dan kanta cekung.

Bahan: Kertas putih berukuran $86\text{cm}\times 86\text{cm}$
Radas: Kotak sinar, kanta dwicembung berbentuk silinder, kanta dwicekung berbentuk silinder, plat tiga celah, pembaris dan pensel
Keadaan: Jalankan aktiviti dalam keadaan gelap supaya lintasan sinar cahaya dapat dilihat dengan jelas.

1. Susun kotak sinar, plat tiga celah dan kanta dwicembung berbentuk silinder di atas kertas putih.
2. Surih bentuk kanta cembung; tandakan titik tengahnya sebagai pusat optik, $O$.
3. Halakan tiga sinar cahaya yang selari ke arah kanta cembung dan perhatikan lintasannya sebelum dan selepas melalui kanta.
4. Pada setiap lintasan, buat satu tanda berdekatan kanta dan satu lagi tanda yang berjauhan; alihkan kanta.
5. Sambungkan setiap pasangan tanda dengan garis lurus.
6. Tandakan titik persilangan tiga sinar terbias sebagai titik fokus, $F$ kanta cembung.
7. Ulang langkah 1–5 dengan kanta cekung.
8. Ekstrapolasikan sinar yang mencapah ke belakang sehingga bersilang.
9. Tandakan titik persilangan itu sebagai titik fokus, $F$ kanta cekung.

Pemerhatian dan kesimpulan:

• Sinar bertemu selepas melalui kanta cembung: kanta itu ialah kanta penumpu dengan titik fokus nyata.
• Sinar tersebar selepas melalui kanta cekung. Lanjutan sinar ke belakang bertemu pada sisi sinar tuju: kanta itu ialah kanta pencapah dengan titik fokus maya.

Istilah Optik

Istilah	Penerangan
Pusat optik, $O$	Titik pada pusat kanta. Sinar cahaya yang melalui pusat optik tidak terbias.
Paksi utama	Garis lurus yang melalui pusat optik kanta dan titik fokus, $F$.
Paksi kanta	Garis lurus yang melalui pusat optik dan berserenjang dengan paksi utama.
Titik fokus, $F$	Titik pada paksi utama tempat sinar selari menumpu selepas melalui kanta cembung, atau kelihatan mencapah selepas melalui kanta cekung.
Panjang fokus, $f$	Jarak di antara $F$ dengan $O$.
Jarak objek, $u$	Jarak di antara objek dengan $O$.
Jarak imej, $v$	Jarak di antara imej dengan $O$.

Aktiviti 7.2: Menentukan Panjang Fokus Kanta Cembung

Tujuan: Menentukan panjang fokus kanta cembung menggunakan objek jauh.
Radas: Kanta cembung, pemegang kanta, skrin putih dan pembaris meter

Prinsip: Sinar cahaya daripada objek jauh adalah selari. Selepas melalui kanta cembung, sinar menumpu pada titik fokus; maka jarak dari pusat kanta ke imej tajam pada skrin menganggarkan $f$.

1. Letakkan kanta cembung pada pemegang kanta dan halakannya ke arah objek jauh melalui tingkap yang terbuka.
2. Letakkan skrin putih di belakang kanta.
3. Laraskan kedudukan skrin sehingga imej objek jauh yang tajam terbentuk pada skrin.
4. Ukur jarak di antara pusat kanta cembung dengan skrin menggunakan pembaris meter.
5. Catat jarak itu sebagai panjang fokus, $f$, kanta cembung.

Keputusan: Imej pada skrin ialah nyata, songsang dan dikecilkan. Kanta cekung tidak boleh digunakan dalam susunan ini kerana kanta itu membentuk imej maya yang tidak dapat ditayangkan pada skrin.

Membina Gambar Rajah Sinar

Gunakan dua sinar utama dari bahagian atas objek. Imej terletak di tempat sinar terbias bersilang atau di tempat lanjutan sinar ke belakang bersilang.

Kanta	Dua sinar utama
Kanta cembung	(1) Sinar selari dengan paksi utama terbias melalui $F$ pada sisi bertentangan. (2) Sinar yang menuju ke $O$ bergerak lurus tanpa terbias.
Kanta cekung	(1) Sinar selari dengan paksi utama terbias dan kelihatan berasal dari $F$ pada sisi objek. (2) Sinar yang menuju ke $O$ bergerak lurus tanpa terbias.

• Imej nyata terbentuk di tempat sinar terbias sebenar bersilang dan dapat ditayangkan pada skrin.
• Imej maya terbentuk di tempat lanjutan sinar terbias ke belakang bersilang dan tidak dapat ditayangkan pada skrin.
• Lukis lanjutan sinar terbias ke belakang sebagai garis binaan.

Imej yang Dibentuk oleh Kanta Cembung

Kedudukan objek	Kedudukan dan ciri imej
Lebih jauh dari $2F$	Di antara $F$ dengan $2F$; nyata, songsang, dikecilkan
Pada $2F$	Pada $2F$; nyata, songsang, sama saiz dengan objek
Di antara $F$ dengan $2F$	Lebih jauh dari $2F$; nyata, songsang, dibesarkan
Pada $F$	Di infiniti; maya, tegak, dibesarkan
Di antara $F$ dengan $O$	Lebih jauh daripada $F$ pada sisi yang sama dengan objek; maya, tegak, dibesarkan

• Kanta cembung bertindak sebagai kanta pembesar apabila objek berada di antara $F$ dengan $O$, iaitu $u$ < $f$.

Imej yang Dibentuk oleh Kanta Cekung

Bagi sebarang jarak objek, imej adalah:

• maya;
• tegak;
• dikecilkan;
• berada di antara objek dengan kanta cekung, khususnya di antara $O$ dengan $F$.