Materi Fisika Kelas X : Alat -Alat Optik

IPA-Area; Anda mempunyai kamera? Meskipun Anda tidak mempunyai kamera, tetapi setidaknya Anda niscaya pernah berhadapan dengan kamera, yakni saat Anda difoto. Pernahkah Anda bertanya, bagaimana kamera itu bekerja?

Kamera merupakan salah satu alat optik. Dewasa ini, seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi, kualitas gambar yang dihasilkan kamera semakin baik. Hasil foto pun sanggup diolah lagi. Ketika Anda difoto dengan latar belakang rumah Anda, hal tersebut sanggup disulap menjadi berlatar belakang menara Pissa atau Istana Negara. Hal ini tidak terlepas dari berkembangnya kamera digital yang karenanya sanggup dibaca dan diolah dengan derma komputer.

Bukan hanya kamera yang termasuk alat optik, tetapi masih terdapat banyak benda yang termasuk alat optik, mirip lup, mikroskop, dan teropong. Bahkan, mata kita juga termasuk ke dalam alat optik. Bahkan, mata merupakan alat optik ciptaan Tuhan yang tiada ternilai harganya. Anda sanggup menikmati keindahan dunia berkat mata. Anda juga sanggup membaca goresan pena ini lantaran mata. Oleh lantaran itu, bersyukurlah kepada Tuhan. Apakah Anda tahu bagaimana alat optik bekerja? Jika Anda memakai kacamata, bagaimanakah cara kerja kacamata sehingga Anda sanggup melihat mirip mata normal? Supaya Anda memahami materi mengenai alat-alat optik, pelajarilah bahasan-bahasan berikut ini dengan saksama.

A Mata dan Kacamata

1. Mata

Mata merupakan alat optik alamiah, ciptaan Tuhan yang sangat berharga. Diagram sederhana mata insan yaitu mirip yang diperlihatkan pada Gambar di bawah. Bagian depan mata yang mempunyai lengkung lebih tajam dan dilapisi selaput cahaya disebut kornea. Tepat di belakang kornea terdapat cairan (aquaeous humor). Cairan ini berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk ke mata. Intensitas cahaya yang masuk ke mata diatur oleh pupil, yakni celah bundar yang dibuat oleh iris. Iris sendiri merupakan selaput yang selain berfungsi membentuk pupil, juga berfungsi sebagai pemberi warna pada mata (hitam, biru, atau coklat). Setelah melewati pupil, cahaya masuk ke lensa mata. Lensa mata ini berfungsi untuk membentuk bayangan positif sedemikian sehingga jatuh sempurna di retina. Bayangan yang ditangkap retina bersifat positif dan terbalik. Bayangan ini kemudian disampaikan ke otak melalui syaraf optik dan diatur sehingga insan mendapat kesan melihat benda dalam kondisi tegak. Proses pembentukan bayangan pada mata diilustrasikan pada Gambar di bawah.

Mata mempunyai daya akomodasi, yakni kemampuan untuk mengubahubah jarak fokus lensa mata sehingga bayangan benda yang dilihat selalu jatuh sempurna di retina. Jarak fokus lensa mata diubah dengan cara mengatur ketebalannya (menipis atau menebal) yang dilakukan oleh otot siliar. Daya kemudahan ini memungkinkan mata sanggup melihat dengan terperinci setiap benda yang dilihatnya, meskipun jaraknya berbeda-beda di depan mata.

Akan tetapi, meskipun mempunyai daya akomodasi, mata mempunyai keterbatasan jangkauan pandang. Mata tidak sanggup melihat benda yang terlalu bersahabat atau terlalu jauh. Sebagai contoh, mampukah Anda melihat partikel debu yang masuk/menempel pada kornea mata Anda? Atau ebaliknya, mampukah Anda melihat dengan terperinci benda yang sangat jauh sekali? Tentu tidak, bukan? Jarak titik terdekat dari mata yang masih sanggup dilihat dengan terperinci disebut titik dekat, sedangkan jarak titik terjauh dari mata yang masih sanggup dilihat dengan terperinci disebut titik jauh. Ketika mata melihat pada titik dekatnya, mata dalam keadaan berakomodasi maksimum dan saat mata melihat pada titik jauhnya, mata dalam keadaan tanpa akomodasi.

Berdasarkan jangkauan pandang ini, mata dibedakan menjadi mata normal (emetropi) dan mata cacat. Mata normal mempunyai jangkauan pandang dari 25 cm hingga takhingga. Dengan kata lain, titik bersahabat mata normal yaitu 25 cm, sedangkan titik jauhnya takhingga (jauh sekali). Mata yang jangkauan pandangnya tidak sama dengan jangkauan pandang mata normal disebut mata cacat, yang terdiri dari miopi, hipermetropi, dan presbiopi.

Miopi atau rabun jauh yaitu mata yang hanya sanggup melihat dengan terperinci benda-benda dekat. Mata miopi mempunyai titik bersahabat lebih bersahabat dari 25 cm dan titik jauh terbatas pada jarak tertentu. Miopi biasanya disebabkan oleh bola mata yang terlalu lonjong, bahkan kadang kala lengkungan korneanya terlalu besar. Pada mata miopi, bayangan benda jauh jatuh di depan retina, mirip diilustrasikan pada Gambar di bawah. Akibatnya, bayangan benda jauh akan tampak kabur.

Hipermetropi atau rabun bersahabat yaitu mata yang tidak sanggup melihat benda-benda bersahabat dengan jelas. Mata hipermetropi mempunyai titik bersahabat lebih jauh dari 25 cm dan titik jauhnya takhingga. Meskipun sanggup melihat dengan terperinci benda-benda jauh, titik bersahabat yang lebih besar dari 25 cm menciptakan mata hipermetropi mengalami kesulitan untuk membaca pada jarakbaca normal. Cacat mata ini disebabkan oleh bola mata yang terlalu memipih atau lengkungan korneanya kurang. Ketika mata hipermetropi dipakai untuk melihat benda-benda dekat, bayangan benda-benda ini akan jatuh di belakang retina, mirip diilustrasikan pada Gambar. Akibatnya, bayangan benda bersahabat menjadi terlihat kabur.

Presbiopi mempunyai titik bersahabat lebih jauh dari 25 cm dan titik jauh terbatas. Dengan demikian, penderita presbiopi tidak sanggup melihat dengan terperinci benda-benda jauh dan juga tidak sanggup membaca dengan terperinci pada jarak baca normal. Umumnya, presbiopi terjadi lantaran faktor usia (tua) sehingga otot siliarnya tidak bisa menciptakan lensa mata berakomodasi normal mirip saat ia masih muda.

Selain ketiga jenis cacat mata tersebut, ada lagi yang disebut astigmatisma. Pada penderita astigmatisma, benda titik akan terlihat sebagai sebuah garis dan kabur, mirip diilustrasikan pada Gambar. Hal ini terjadi lantaran lensa matanya tidak berbentuk bola, melainkan berbentuk silinder.

2. Kacamata

Kacamata merupakan salah satu alat yang sanggup dipakai untuk mengatasi cacat mata. Kacamata terdiri dari lensa cekung atau lensa cembung, dan frame atau kerangka daerah lensa berada, mirip yang sanggup Anda lihat pada Gambar. Fungsi dari kacamata yaitu mengatur supaya bayangan benda yang tidak sanggup dilihat dengan terperinci oleh mata menjadi jatuh di titik bersahabat atau di titik jauh mata, bergantung pada jenis cacat matanya.

Di SMP, Anda telah mempelajari bahwa jikalau sebuah benda berada di depan sebuah lensa, bayangan akan dibuat oleh lensa tersebut. Jauh dekatnya bayangan terhadap lensa, bergantung pada letak benda dan jarak fokus lensa. Hubungan tersebut secara matematis sanggup ditulis sebagai berikut.

Persamaan 1

Selain itu, Anda juga pernah mempelajari kekuatan atau daya lensa. Kekuatan atau daya lensa yaitu kemampuan lensa untuk memfokuskan sinar yang tiba sejajar dengan lensa. Hubungan antara daya lensa dan kekuatan lensa memenuhi persamaan

Persamaan 2

a. Kacamata Berlensa Cekung untuk Miopi

Seperti telah dibahas sebelumnya, mata miopi tidak sanggup melihat dengan terperinci benda-benda yang jauh atau titik jauhnya terbatas pada jarak tertentu. Lensa kacamata yang dipakai penderita miopi harus membentuk bayangan benda-benda jauh (S ?? ) sempurna di titik jauh mata atau S' = –PR, dengan PR abreviasi dari punctum remotum, yang artinya titik jauh. Tanda negatif pada S' diberikan lantaran bayangan yang dibuat lensa kacamata berada di depan lensa tersebut atau bersifat maya. Jika nilai S dan S' tersebut Anda masukkan ke dalam Persamaan 1, diperoleh

sehingga diperoleh jarak fokus lensa kacamata untuk mata miopi memenuhi persamaan

Persamaan 3

Persamaan 3 mengatakan bahwa jarak fokus lensa kacamata yaitu negatif dari titik jauh mata miopi. Tanda negatif mengatakan bahwa keterbatasan pandang mata miopi perlu diatasi oleh kacamata berlensa negatif (cekung atau divergen).

Jika Persamaan 3 dimasukkan ke dalam Persamaan 2, diperoleh

Persamaan 4

dengan PR dinyatakan dalam satuan m (meter) dan P dalam dioptri

b. Kacamata Berlensa Cembung untuk Hipermetropi

Karena hipermetropi tidak sanggup melihat benda-benda bersahabat dengan jelas, lensa kacamata yang digunakannya haruslah lensa yang sanggup membentuk bayangan benda-benda bersahabat sempurna di titik bersahabat matanya. Benda-benda bersahabat yang dimaksud yang mempunyai jarak 25 cm di depan mata. Oleh lantaran itu, lensa kacamata harus membentuk bayangan benda pada jarak S = 25 cm sempurna di titik bersahabat (PP, punctum proximum) atau S' = –PP. Kembali tanda negatif diberikan pada S' lantaran bayangannya bersifat maya atau di depan lensa. Jika nilai S dan S' ini dimasukkan ke dalam Persamaan 1 dan 2, diperoleh

dengan PP dinyatakan dalam satuan meter (m) dan P dalam dioptri. Karena PP > 0,25 m, kekuatan lensa P akan selalu positif. Hal ini mengatakan bahwa seseorang yang bermata hipermetropi perlu ditolong oleh kacamata berlensa positif (cembung atau konvergen).

c. Kacamata untuk Presbiopi dan Astigmatisma

Penderita presbiopi merupakan campuran dari miopi dan hipermetropi. Oleh lantaran itu, beling mata yang digunakannya haruslah berlensa rangkap atau bifokal, yakni lensa cekung pada serpihan atas untuk melihat benda jauh dan lensa cembung pada serpihan bawah untuk melihat benda-benda dekat. Sementara itu, astigmatisma sanggup diatasi dengan memakai lensa silindris.

d. Lensa Kontak

Lensa kontak atau contact lens juga sanggup dipakai untuk mengatasi cacat mata. Pada dasarnya lensa kontak yaitu kacamata juga, hanya tidak memakai rangka, melainkan ditempelkan eksklusif ke kornea mata.

B Kamera

Kamera merupakan alat optik yang mirip mata. Elemen-elemen dasar lensa yaitu sebuah lensa cembung, celah diafragma, dan film (pelat sensitif). Lensa cembung berfungsi untuk membentuk bayangan benda, celah diafragma berfungsi untuk mengatur intensitas cahaya yang masuk, dan film berfungsi untuk menangkap bayangan yang dibuat lensa. Film terbuat dari materi yang mengandung zat kimia yang sensitif terhadap cahaya (berubah saat cahaya mengenai materi tersebut). Pada mata, ketiga elemen dasar ini mirip lensa mata (lensa cembung), iris (celah diafragma), dan retina (film).

Prinsip kerja kamera secara umum sebagai berikut. Objek yang hendak difoto harus berada di depan lensa. Ketika diafragma dibuka, cahaya yang melewati objek masuk melalui celah diafragma menuju lensa mata. Lensa mata akan membentuk bayangan benda. Supaya bayangan benda sempurna jatuh pada film dengan terperinci maka letak lensa harus digeser-geser mendekati atau menjauhi film. Mengeser-geser lensa pada kamera, mirip mengatur jarak fokus lensa pada mata (akomodasi). Diagram pembentukan bayangan pada kamera ditunjukkan pada Gambar di bawah.

C Lup

Lup atau beling pembesar (atau sebagian orang menyebutnya suryakanta) yaitu lensa cembung yang difungsikan untuk melihat benda-benda kecil sehingga tampak lebih terperinci dan besar. Penggunaan lup sebagai beling pembesar bermula dari kenyataan bahwa objek yang ukurannya sama akan terlihat berbeda oleh mata saat jaraknya ke mata berbeda. Semakin bersahabat ke mata, semakin besar objek tersebut sanggup dilihat. Sebaliknya, semakin jauh ke mata, semakin kecil objek tersebut sanggup dilihat. Sebagai contoh, sebuah pensil saat dilihat pada jarak 25 cm akan tampak dua kali lebih besar daripada saat dilihat pada jarak 50 cm. Hal ini terjadi lantaran sudut pandang mata terhadap objek yang berada pada jarak 25 cm dua kali dari objek yang berjarak 50 cm.

Meskipun jarak terdekat objek yang masih sanggup dilihat dengan terperinci yaitu 25 cm (untuk mata normal), lup memungkinkan Anda untuk menempatkan objek lebih bersahabat dari 25 cm, bahkan harus lebih kecil daripada jarak fokus lup. Hal ini lantaran saat Anda mengamati objek dengan memakai lup, yang Anda lihat yaitu bayangan objek, bukan objek tersebut. Ketika objek lebih bersahabat ke mata, sudut pandangan mata akanmenjadi lebih besar sehingga objek terlihat lebih besar. Perbandingan sudut pandangan mata saat memakai lup dan sudut pandangan mata saat tidak memakai lup disebut perbesaran sudut lup.

Untuk memilih perbesaran sudut lup, perhatikan Gambar. Sudut pandangan mata saat objek yang dilihat berada pada jarak Sn, yakni titik bersahabat mata, diperlihatkan pada Gambar (a), sedangkan sudut pandangan mata saat memakai lup diperlihatkan pada Gambar (b). Perbesaran sudut lup secara matematis didefinisikan sebagai

Perlu dicatat bahwa objek yang akan dilihat memakai lup harus diletakkan di depan lup pada jarak yang lebih kecil daripada jarak fokus lup atau S = f (f = jarak fokus lup). Ketika objek diletakkan di titik fokus lup, S = f, bayangan yang dibuat lup berada di tak terhingga, S' = -8 . Ketika bayangan atau objek berada di tak terhingga, mata dalam keadaan tanpa akomodasi. Jika S = f dimasukkan ke Persamaan (6–7), diperoleh perbesaran sudut lup untuk mata tanpa akomodasi, yaitu

Persamaan mengatakan bahwa semakin kecil jarak fokus lup, semakin besar perbesaran sudut lup tersebut. Apabila mata berakomodasi maksimum mengamati bayangan dengan memakai lup, bayangan tersebut akan berada di titik bersahabat mata atau S' = –Sn (tanda negatif lantaran bayangannya maya). Sesuai dengan Persamaan 1 diperoleh

D Mikroskop

Sebuah mikroskop terdiri atas susunan dua buah lensa positif. Lensa yang berhadapan eksklusif dengan objek yang diamati disebut lensa objektif. Sementara itu, lensa daerah mata mengamati bayangan disebut lensa okuler. Fungsi lensa okuler ini sama dengan lup. Salah satu bentuk sebuah mikroskop diperlihatkan pada Gambar.

Fungsi mikroskop mirip dengan lup, yakni untuk melihat objek-objek kecil. Akan tetapi, mikroskop sanggup dipakai untuk melihat objek yang jauh lebih kecil lagi lantaran perbesaran yang dihasilkannya lebih berlipat ganda dibandingkan dengan lup. Pada mikroskop, objek yang akan diamati harus diletakkan di depan lensa objektif pada jarak antara fob dan 2fob sehingga bayangannya akan terbentuk pada jarak lebih besar dari 2fob di belakang lensa objektif dengan sifat positif dan terbalik. Bayangan pada lensa objektif dipandang sebagai objek oleh lensa okuler dan terbentuklah bayangan pada lensa okuler. Agar bayangan pada lensa okuler sanggup dilihat atau diamati oleh mata, bayangan ini harus berada di depan lensa okuler dan bersifat maya. Hal ini sanggup terjadi jikalau bayangan pada lensa objektif jatuh pada jarak kurang dari fok dari lensa okuler. Proses terbentuknya bayangan pada

mikroskop, mirip yang diperlihatkan pada Gambar di bawah . Pada Gambar di bawah terlihat bahwa bayangan tamat yang dibuat oleh mikroskop bersifat maya, terbalik, dan diperbesar.

Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler memilih panjang pendeknya sebuah mikroskop. Seperti sanggup Anda lihat pada Gambar, panjang mikroskop atau jarak antara lensa objektif dan lensa okuler sama dengan jarak bayangan objektif ke lensa objektif ditambah jarak bayangan objektif tadi ke lensa okuler atau secara matematis dituliskan

dengan: d = panjang mikroskop, S'ob = jarak bayangan lensa objektif ke lensa objektif, dan Sok = jarak bayangan objektif ke lensa okuler. Perbesaran total yang dihasilkan mikroskop merupakan perkalian antara perbesaran yang dihasilkan oleh lensa objektif dan perbesaran sudut yang dihasilkan oleh lensa okuler. Secara matematis, perbesaran total yang dihasilkan mikroskop ditulis sebagai berikut.

dengan: M = perbesaran total yang dihasilkan mikroskop, Mob = perbesaran yang dihasilkan lensa objektif, dan Mok = perbesaran sudut yang dihasilkan lensa okuler. Perbesaran yang dihasilkan oleh lensa objektif memenuhi

sedangkan perbesaran sudut yang dihasilkan lensa okuler mirip dengan perbesaran sudut lup, yakni, untuk pengamatan tanpa akomodasi

dan untuk pengamatan dengan berakomodasi maksimum

dengan fok = panjang fokus lensa okuler.

E Teropong

Anda tentu pernah melihat bintang. Pada malam hari, terutama saat sinar bulan tidak terlalu terang, bintang-bintang di langit akan terlihat sangat banyak. Akan tetapi bintang-bintang tersebut terlihat sangat kecil, meskipun aslinya sangat besar, bahkan mungkin lebih besar dari bulan yang Anda lihat. Lalu, apa yang dipakai untuk mengamati benda-benda tersebut biar tampak terperinci dan dekat?

Teropong atau teleskop merupakan alat optik yang dipakai untuk mjelihat objek-objek yang sangat jauh biar tampak lebih bersahabat dan jelas. Benda-benda langit, mirip bulan, planet, dan bintang sanggup diamati dengan derma teropong. Dengan adanya teropong, banyak hal-hal yang berkaitan dengan luar angkasa telah ditemukan. Bagaimana proses terlihatnya bintang memakai teropong? Dan tahukah Anda jenis-jenis teropong yang dipakai untuk melihat benda jauh?

Secara umum ada dua jenis teropong, yaitu teropong bias dan teropong pantul. Perbedaan antara keduanya terletak pada objektifnya. Pada teropong bias, objektifnya memakai lensa, yakni lensa objektif, sedangkan pada teropong pantul objektifnya memakai cermin.

1. Teropong Bintang

Teropong bintang memakai dua lensa cembung, masing-masing sebagai lensa objektif dan lensa okuler dengan jarak fokus objektif lebih besar daripada jarak fokus okuler ( fob > fok). Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong untuk mata tak terakomodasi sebagai berikut: Perbesaran sudut dan panjang teropong bintang memenuhi persamaanpersamaan sebagai berikut:

2. Teropong Bumi

Teropong bumi memakai tiga jenis lensa cembung. Lensa yang berada di antara lensa objektif dan lensa okuler berfungsi sebagai lensa pembalik, yakni untuk pembalik bayangan yang dibuat oleh lensa objektif. Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong bumi mata tak berakomodasi sebagai berikut:

Perbesaran dan panjang teropong bumi untuk mata tak berakomodasi berturut-turut memenuhi persamaan:

3. Teropong Panggung

Teropong panggung atau teropong Galileo memakai sebuah lensa cembung sebagai objektif dan sebuah lensa cekung sebagai okuler. Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong panggung sebagai berikut:

Perbesaran dan panjang teropong panggung untuk mata tak berakomodasi berturut-turut memenuhi persamaan:

Oleh lantaran lensa okulernya yaitu lensa cekung maka fok bertanda negatif.

4. Teropong Pantul

Teropong pantul tersusun atas beberapa cermin dan lensa. Teropong jenis ini memakai cermin cekung besar sebagai objektif untuk memantulkan cahaya, cermin datar kecil yang diletakkan sedikit di depan titik fokus cermin cekung F, dan sebuah lensa cembung yang berfungsi sebagai okuler.

Sumber: aip Saripudin, dkk. (2009). Mudah Belajar fisika untuk kelas x sekolah menengah atas. Jakarta: Pusat perbukuan depdiknas.

Sumber http://ipa-area.blogspot.com

Share this post