Ilustrasi sederhana sifat lensa cembung memusatkan cahaya.
Lensa adalah komponen optik yang memiliki kemampuan unik untuk membelokkan atau memfokuskan sinar cahaya. Sifat utama yang paling sering dikaitkan dengan lensa, terutama lensa cembung, adalah kemampuannya untuk memusatkan cahaya. Fenomena ini mendasari berbagai aplikasi teknologi, mulai dari kacamata yang kita kenakan, kamera, teleskop, hingga mikroskop yang memungkinkan kita melihat dunia lebih detail.
Untuk memahami bagaimana lensa memusatkan cahaya, kita perlu kembali ke prinsip dasar optik, yaitu pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih lambat ketika melewati medium yang lebih padat, seperti kaca atau air, dibandingkan dengan udara. Ketika seberkas cahaya merambat dari satu medium ke medium lain dengan sudut tertentu, arah rambatannya akan berubah. Perubahan arah inilah yang disebut pembiasan.
Lensa, dengan permukaannya yang melengkung, dirancang secara khusus untuk memanfaatkan efek pembiasan ini. Bentuk permukaan lensa menentukan bagaimana cahaya yang melewatinya akan dibelokkan. Ada dua jenis lensa utama: lensa cembung (konveks) dan lensa cekung (konkaf).
Lensa cembung, yang memiliki permukaan melengkung ke luar, adalah tipe lensa yang secara inheren memiliki sifat memusatkan cahaya. Sinar-sinar cahaya yang datang sejajar dengan sumbu optik lensa cembung akan dibelokkan menuju satu titik di sisi lain lensa. Titik ini dikenal sebagai titik fokus (focal point) lensa, dan jarak dari pusat lensa ke titik fokus disebut sebagai jarak fokus.
Ketika sinar cahaya datang secara paralel, mereka akan bertemu di titik fokus. Sifat memusatkan cahaya ini disebabkan oleh geometri lensa. Bagian tengah lensa cembung lebih tebal daripada bagian tepinya. Akibatnya, sinar cahaya yang melewati bagian tengah lensa dibelokkan lebih sedikit dibandingkan sinar yang melewati bagian tepi. Pembelokan yang bervariasi inilah yang akhirnya mengarahkan semua sinar sejajar ke satu titik fokus.
Semakin besar kelengkungan permukaan lensa cembung (semakin pendek jarak fokusnya), semakin kuat kemampuan lensa tersebut untuk memusatkan cahaya. Sebaliknya, lensa dengan kelengkungan yang lebih landai (jarak fokus lebih panjang) akan memusatkan cahaya dengan lebih lemah.
Proses pemusatan cahaya oleh lensa cembung dapat dijelaskan dengan hukum Snellius tentang pembiasan. Ketika sinar cahaya memasuki permukaan depan lensa cembung dari udara, ia akan dibiaskan mendekati garis normal. Ketika sinar tersebut keluar dari permukaan belakang lensa menuju udara, ia akan dibiaskan lagi menjauhi garis normal. Namun, karena bentuk permukaan lensa yang spesifik, efek gabungan dari kedua pembiasan ini adalah membelokkan sinar menuju sumbu optik.
Untuk sinar yang datang sejajar dengan sumbu optik, pembelokan maksimum terjadi pada sinar yang melewati tepi lensa. Sinar-sinar ini dibelokkan sedemikian rupa sehingga mereka semua bertemu di titik fokus. Sinar yang melewati pusat optik lensa (titik tengah lensa) tidak dibelokkan dan terus berjalan lurus.
Sifat memusatkan cahaya oleh lensa cembung adalah prinsip dasar di balik banyak alat optik:
Berbeda dengan lensa cembung, lensa cekung memiliki permukaan melengkung ke dalam. Sifat utama lensa cekung adalah menyebarkan sinar cahaya, bukan memusatkannya. Ketika sinar cahaya sejajar melewati lensa cekung, sinar-sinar tersebut akan dibelokkan menjauh dari sumbu optik, seolah-olah berasal dari satu titik di depan lensa, yang disebut titik fokus virtual.
Kesimpulannya, kemampuan lensa, khususnya lensa cembung, untuk memusatkan cahaya pada satu titik fokus adalah properti fundamental yang tidak hanya menarik secara ilmiah tetapi juga sangat penting dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari dan kemajuan teknologi. Memahami prinsip ini membuka pintu untuk menghargai bagaimana dunia optik bekerja di sekitar kita.