ALAT-ALAT OPTIK Alat optik adalah alat yang bekerja berdasarkan sifat gelombang seperti pemantulan atau pembiasan yang dimiliki cahaya. Alat optik yang paling terpenting adalah Mata. Karena penglihatan manusia terbatas maka dibuatlah alat-alat optik yang dapat membantu daya penglihatan mata, misalnya untuk mengamati benda-benda yang kecil seperti lup, dan untuk benda-benda yang sangat jauh diciptakanlah alat optik yang tepat yaitu teropong. Banyak alat optik yang menggunakan bahan dasar lensa, disamping cermin dan prisma.

A. MATA DAN KACA MATA 1. MATA

Mata merupakan alat optik terpenting sebagai indera penglihatan.pernahkah anda mengamati bola mata anda sendiri di kaca ? bagaimanakah bentuknya? Terdiri dari bagian-bagian apa saja mata itu? untuk lebih jelasnya, perhatikan bagian-bagian mata berikut. Bagian-bagian mata yaitu sebagai berikut : a. Kornea, yaitu bagian depan mata yang berupa lengkungan yang di lapisi selaput (membran) yang kuat dan tembus cahaya. b. Aqueous humor, yaitu cairan di belakang kornea. c. Lensa kristalin, yaitu lensa mata dari bahan bening, berserat, dan kenyal. Fungsinya untuk mengatur pembiasan cahaya yang masuk ke mata. Lensa ini berbentuk lensa cembung (lensa positif). d. Iris, yaitu selaput yang berfungsi sebagai diagfragma, yaitu mengatur lebar celah mata (pupil). e. Pupil, mengatur jumlah cahaya yang masuk ke mata. Jika cahaya yang masuk sedikit maka pupil membesar. Sebaliknya jika cahaya yang masukbanyak, pupil mengecil. f. Vitreous humor, (cairan bening) sebagian besar dari air. g. Retina, yaitu lapisan yang berisi ujung-ujung saraf yang berasal dari urat saraf optik. Pada bagian tengah terdapat bagian yang merupakan bagian paling peka, yaitu bintik kuning.

h. Bintik kuning, yaitu daerah pada retina yang paling peka terhadap cahaya dan membentuk bayangan yang paling jelas. i. Bintik buta, yaitu daerah pada retina yang apabila bayangan jatuh di daerah ini tidak dpat terlihat. j. Otot siliar, merupakan otot yang berfungsi mengatur panjang (kelengkungan) lensa. focus

Agar objek dapat di lihat dengan jelas oleh mata, maka bayangan dari objek harus jatuh tepat pada retina (bitik kuning). Dalam mengamati dalam suatu benda, mata dibatasi oleh dua jarak, yaitu : a. Punctum proxinum (PP)/ titik dekat yaitu jarak terdekat yang masih terlihat jelas dengan mata berakomodasi maksimum. Untuk mata normal pp = 25 cm; b. Punctum remotum (PR)/ titik jauh yaitu jarak terjauh yang masih terlihat jelas dengan mata tidak berakomodasi. Untuk (tak terhingga).

Keterangan : S = jarak benda ke lensa mata S = jarak retina ke lensa f = jarak fokus lensa mata

2. Cacat mata a. Mata yang mengalami gangguan penglihatan dinamakan cacat mata. Mata yang memiliki titik jauh di tempat tak terhingga disebut mata emetrop.mata emetrop yang mempunyai titik dekat disebut mata normal dan yang memiliki

titik dekat lebih dari 25 cm disebut mata presbiop. Mata presbiop disebabkan oleh berkurangnya daya akomodasi karena usia tua. b. Mata yang memiliki titik jauh tidak ditempat yang terhingga, disebut mata ametrop. Mata ametrop yang memiliki titik jauh (PR) dant idak dekat (PP) terlalu kecil disebut mata miop., sedangkan yang memiliki titik jauh dan titik dekat terlalu besar disebut mata hipermetrop. Mata miop (terang dekat atau rabun jauh) disebabkan lensa mata terlalu kuat dalam membiasakan sinar sehingga sinar sinar dari benda pada jarak tak

terhingga difokuskan di depan terina.besarnya kekuatan lensa dirumuskan : P = atau P c. Mata hipermetrop (terang jauh atau rabun dekat) disebabkan lensa mata terlalu lemah dalam membiasakan sinar sinar sejajar dalam benda didepan tak terhingga difokuskan dibelakang rertina. Besarnya kekuatan lensa dirumuskan : P = atau P = 4

d. Cacat mata yang lain adalah astigmatisma. Cacat itu disebabkan oleh lengkungan kornea tidak berbentuk bola, tetapi lebih condong ke salah satu sisi.mata yang mempunyai cacat astigmatisma tidak dapat melihat garis garis vertikal dan horizontal secara bersama sama.

3. Kacamata Agar penderita cacat mata dapat melihat dengan normal, perlu dibantu dengan menggunakan kacamata. Salah satu komponen terpenting dari kacamata adalah lensa, baik itu lensa positif (+) maupun lensa negatif (-). Mata miop dibantu dengan lensa negatif (lensa cekung). Fungsinya lensa negatif adalah untuk menggeser kedudukan benda menjadi lebih dekat sehingga mata dapat membentuk bayangan dari benda tepat di retina. Mata presbiop dan cacat mata hipermetrop mempunyai kelainan yang sama, yaitu titik dekatnya lebih jauh dari mata normal. Untuk melihat jarak baca mata normal (25 cm) dengan jelas harusdibantu dengan lensa positif yang dapat membentuk bayangan benda itu lebih jauh dari jarak baca mata normal. Fungsi lensa positif itu adalah untuk menggeser kedudukan benda menjadi lebih jauh dari mata sehingga mata dapat membentuk bayangan tepat di retina. Untuk mata yang memiliki titik dekat terlalu jauh presbiop dan miop, dibantu dengan lensa bifokal, yaitu kacamata positif untuk melihat dekat dan kacamata negatif untuk melihat jauh yang disatukan. Sedangkan untuk cacat mata astigmatisma membutuhkan kacamata yang dalam segala arah tidak sama kuatnya, yaitu kacamata silindris atau kacamata toris. Selain kacamata, terdapat alat bantu cacat mata lain, yang dikenal dengan lensa kontak, yaitu berupa lembaran plastik tipis yang dirancang untuk dipasang dengan kornea.

Cacat mata juga dapat disembuhkan melaksanakan operasi dengan menggunakan sinar laser (lasik/laser in-situ keratomileusis) penyinaran sinar laser ini menggunakan teknologi komputer dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi untuk mengoreksi gangguan mata (cacat mata).

Contoh soal : Seseorang yang titik dekatnya 50 cm ingin membaca pada jarak baca normal. Tentukan ukuran kacamata yang harus dipakainya !! Penyelesaian : Penyelesaian soal ini kita gunakan persamaan hubungan jarak benda, bayangan, dan fokus lensa. Diketahui : S = 25 cm S = -50 cm Ditanyakan : P = ...? Jawab : = + = + = =

f = 50 cm = 0,5 m P= = = 2 dioptri

Jadi ukuran kacamata adalah +2 dioptri

4.Lup (kaca pembesar) Kita tahu bahwa mata tidak dapat melihat lebih jelas pada jarak yang lebih dekat dari titik dekat. Jika daya akomodasi mata dikehendaki bertambah (yaitu dengan lebih mendekatkan benda ke mata untuk memperoleh sudut pandang yang lebih besar) maka mata harus dibantu dengan lensa konvergen (lensa positif), yaitu lup atau kaca pembesar. Dalam penggunaannya dengan mata berakomodasi maksimum, benda yang diamati harus diletakkan diantara pusat optik dan titik fokus lensa. a. Untuk mata tak berakomodasi M = Keterangan : M = perbesaran angular

S = jarak titik dekat mata t = tinggi benda Pada saat mata berakomodasi, benda terletak di titik focus lensa sehingga bayangan benda terletak pada jarak tak terhingga ( ). b. Mata berakomodasi maksimum M = +1

Keterangan : f = jarak titik fokus Lup

jika pada pengamatan dengan lup mata tidak berakomodasi maka benda harus diletakkan di titik lup sehingga bayangan berbentuk di jauh tak terhingga. Perbesaran angular atau perbesaran sudut untuk mata tidak berakomodasi : M = M = = =

=> Contoh soal : Seorang tukang arloji memiliki mata normal, memakai lup yang jarak titik apinya 12.5 cm. Tentukan perbesaran angularnya jika : a. Mata berakomodasi maksimum; b. Mata tidak berakomodasi; c. Mata berakomodasi pada jarak 50 cm ! Penyelesaian : Diketahui : Sn = 25 cmn f = 12,5 cm Ditanyakan : M = ...? Jika : a. M b. M c. Jawab: a. Mata berakomodasi maksimum M = +1= + 1 = 3 kali = ...? (berakomodasi pada jarak 50 cm) = ...? = ...?

Jadi, perbesaran angularnya jika mata berakomodasi adalah 3 kali b. Mata tidak berakomodasi M = = = 2 kali

Jadi, pembesaran angular jika mata tidak berakomodasi adalah 2 kali c. Mata berakomodasi pada jarak 50 cm S = -50 cm = = + = =

S = 10 cm M = = = 2,5 kali

Jadi, pembesaran angularnya jika mata berakomodasi pada jarak adalah 2 kali.

5. KAMERA Salah satu alat optik dengan berbagai variasinya paling banyak dikenal adalah kamera. Kamera merupakan alat optik yang cara kerjanya seperti mata, yaitu lensa positif pada kamera berfungsi seperti lensa mata, diafragma seperti pupil mata dan film seperti retina. Bayangan yang terbentuk pada film adalah nyawa terbaik dan diperkecil. Dalam bentuk yang paling sederhana, kamera terdiri kkotak kedap cahaya, sebuah lensa positif di bagian depan, dan film pecah cahaya pada bagian belakang untuk membentuk bayangan dari suatu benda. kamera membentuk bayangan nyawa yang tajam dari sebuah benda pada film fotografi. Ketajaman bayangan pada film dapat dicapai dengan menggeser lensa mendekati atau menjauhi film. Jumlah cahaya yang masuk ke kemera menentukan ketajaman bayangan pada film. Ketajaman tersebut dapat diatur dengan 2 cara, yaitu : 1. Mengatur ukuran lubang diafragma; 2. Mengatur lamanya waktu penyinaran. Ukuran lubang diafragma dapat diubah ubah dengan cara mengatur diameter lubang diafragma. Diameter lubang diafragma dapat diatur dalam fraksi fraksi jarak fokus sistem lensa, sebagai berikut : , , , , , , , , , ... f menyatakan jarak fokus lensa.

Diameter-diameter itu dikenal sebagai angka diafragma dengan kuadratnya berbanding lurus dengan luas lubang diafragma dan menunjukan jumlah cahaya yang dapat masuk

ke kamera untuk masing-masing lubang pada saat tertentu. Jadi, jumlah cahaya yang masuk ke kamera sebanding dengan , , , , , , , , ,...

Hal itu berarti bahwa untuk waktu yang sama, jumlah cahaya yang masuk pada angka diafragma hampir dua kali lipat dibandingkan pada angka diafragma , jika angka menjadi . Agar jumlah cahaya yang masuk kamera tetap harus dua kali waktu penyinaran pada

diafragma diubah dari

maka waktu penyinaran pada angka diafragma angka diafragma .

Misalnya, kita memotret pemandangan alam pegunungan, gambar tampak tajam jika jarak lensa dengan film 10 cm. Jarak 1,1 m dari lensa, untuk mendapatkan gambar yang tajam diperlukan penyesuaian jarak lensa dengan film yang secara matematis dapat dihitung sebagai berikut. Saat objek pemotretan pemandangan alam, jarak benda = S= (tak terhingga), s = 10 cm (tak terhingga)

= + = = + f = 10 cm

Jika s = 1,1 m = 110 cm maka = + = = + s = = 11 cm

Jadi, lensa harus digeser 11 cm 10 cm = 1 cm menjauhi fillm

6. MIKROSKOP Mikroskop merupakan alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda mikroskopik. Mikroskop terdiri dari dua lensa cembung yaitu lensa objektif (lensa yang dekat dengan objek) dan lensa okuler (lensa yang dekat dengan mata). Jarak lensa objektif lebih kecil dari pada jarak fokus lensa okuler. Benda yang diamati di depan lensa objektif diletakkan di antara F dan 2F agar bayangan yang terbentuk bersifat nyata, terbalik, diperbesar. a. Mata tidak berakomodasi

M = Mob x Mok M= x

d = Sob + fok b. Mata berakomodasi maksimum M = Mob x Mok M= x +1

d = Sob + sok

keterangan : M : perbesaran total (kali) Mob : perbesaran objektif (kali) Mok : perbesaran okuler d : panjang mikroskop Sob : jarak beda objektif Sob : jarak bayangan objektif Sok : jarak bayangan okuler fok : jarak focus okuler S : titik dekat mata Sn : 25 cm (mata normal)

7. TEROPONG Teropong adalah atat optik yang dapat digunakan untuk mengamati benda-benda yang letaknya jauh sehingga tampak lebih dekat dan lebih jelas. Untuk mengamati benda-benda angkasa, seperti planet, bintang dan komet di gunakan teropong bintang. Sedangkan untuk mengamati benda-benda di bumi yang jauh letaknya digunakan teropong bumi.

1. Teropong bintang a. Teropong bias Teropong bintang disebut juga teropong astronomi atau teleskop. Teropong bintang dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu teropong bias dan teropong pantul. Teropong bias menggunakan dua lensa positif, yaitu lensa objektif dan lensa okuler. Jarak fokus lensa objektif lebih besar dari pada jarak fokus lensa okuler.

1. Pembentukan bayangan untuk mata tidak beramodasi Pengamatan benda-benda angkasa biasanya berlangsung lama, karena itu mata mengamati dengan tidak berakomodasi. Lensa objektif membentuk bayangan dari benda jauh tak terhingga dan jatuh di titik fokusnya. Bayangan itu menjadi benda untuk lensa okuler. Karena mata tidak berakomodasi maka benda okuler harus terletak di fokus okuler. Sinar-sinar yang biaskan okuler merupakan berkas sinar sejajar. Perbesaran angular teropong bias di rumuskan : M = M = Keterangan : M = perbesaran angular teropong bintang. f ob = jarak fokus lensa objektif f ok = jarak fokus lensa okuler bayangan akhir yang dibentuk teropong adalah terbaik, tetapi tidak menyulitkan kesan pengamatan karena yang diamati benda-benda angkasa. Panjang teropong merupakan jarak antara lensa objektif dan lensa okuler. Untuk mata berakomodasi dirumuskan : d= + = =

keterangan : d = panjang teropong bintang

2. Pembentukan bayangan unuk mata berakomodasi Apabila pengamatan benda-benda angkasa dilakukan dengan mata berakomodasi maka bayangan dari lensa objektif harus jatuh di antara titik fokus dan titik pusat optik lensa okuler (di ruang I okuler). Sehingga lensa okuler membentuk bayangan maya, diperbesar, dan terbalik. Perbesaran angularnya dirumuskan :

b. Teropong pantul Teropong pantul disebut juga teleskop refleksi. Pada teropong pantul, objektif menggunakan cermin cekung, sedangkan okuler menggunakan lensa positif. Antara objektif dan okuler terdapat cermin datar. Berkas sinar yang datang pada objektif dipantulkan jatuh pada cermin datar dan dipantulkan lagi oleh cermin datar ke lensa okuler. Apabila mata mengamat tidak berakomodasi, berkas-berkas sinar yang dipantulkan cermin datar berpotongan di titik fokus lensa okuler sehingga sinar-sinar bias okuler sejajar. Perbesaran angular teropong untuk mata tidak berakomodasi dirumuskan : M =

Keterangan : M = perbesaran angular teropong bintang = jarak fokus cermin objektif = jarak fokus lensa okuler Contoh soal : jari-jari kelengkungan cermin objektif sebuah teropong pantul adalah 5 cm. Jika jarak fokus lensa okuler 5 cm, tentukan perbesaran angular teropong tersebut ! penyelesaian : diketahui : R ob = 5 m f ob = 5 cm ditanyakan : M = ...? Jawab: R ob = 5 m, maka f ob = 2,5v m = 250 cm M = = 50 kali

Jadi, perbesaran angularnya adalah 50 kali

2. teropong bumi Teropong bumi disebut juga teropong yojana atau teropong medan. Teropong itu di pakai untuk mengamati benda-benda di bumi. Bayangan yang di bentuk teropong harus tegak agar tidak mengganggu pengamatan.

Teropong bumi menggunakan tiga lensa positif, yaitu objektif, okuler dan lensa pembalik yang di letakkan di antara lensa objektif dan okuler. Bayangan dari lensa objektif menjadi benda bagi lensa pembalik dan terletak pada jarak 2f dari lensa pembalik. Sehingga bayangan yang terbentuk pada jarak 2f juga sama besar dengan bayangan yang di bentuk oleh lensa objektif, tetapi menjadi tegak. Bayangan lensa pembalik di tangkap okuler yang berfungsi sebagai lup.

a. Pembentukan bayangan untuk mata tidak berakomodasi Jika mata pengamat tidak berakomodasi, bayangan dari lensa pembalik terletak di titik fokus lensa okuler. perbesaran angular tepotong : M = M = Jika benda yang diamati di tak terhingga ( ) maka bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif kedudukannya tepat di titik fokus : s ob = f ob M = Keterangan : M f ob = jarak fokus lensa objektif f ok = jarak fokus lensa okuler = =

panjang teropong bumi adalah : d = s ob + 4f + f ok atau d = f ob + 4f + f ok keterangan : d = panjang teropong bumi f = jarak fokus lensa pembalik s ob = jarak bayangan lensa okuler

b. Pembentukan bayangan untuk mata berakomodasi

Jika mata pengamat berakomodasi maka bayangan dari lensa pembalik di antara titik fokus dan pusat optik lensa okuler. Bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler nyta, tegak, dan di perbesar. Contoh soal ; Seseorang mengamati sebuah benda yang berjarak 100 m dengan teropong yojana. Jika jarak fokus lensa objektif 40 cm, dan fokus lensa okuler 6 cm, mata pengamat berakomodasi pada jarak 30 cm, tentukan ; a. Panjang teropong; b. perbesaran angular; c. panjang teropong jika mata tak berakomodasi: contoh soal ; sebuah teropong panggung jarak fokus objektif dan okuler nyq masing-masing 20 cm dan 4 cm. Mata emetrop mengamati benda jauh tak terhingga dengan teropong itu tanpa berakomodasi. Tentukan ; a.Panjang teropong; b.perbesaran angular;

4.. teropong prisma Teropong prisma menggunakan dua lensa positif sebagai objektif dan okuler serta sepasang prisma segitiga sama kaki yang diletakkan di antara lensa objektif dan okuler. Prisma-prisma itu berfungsi memantulkan cahaya dengan pemantulan sempurna, seperti ditunjukkan gambar berikut.

Pada proses pembalikan itu sinar dari benda mengalami dua kali pembalikan kiri kanan dan atas bawah. Arah perambatannya juga mengalami dua kali pembalikan. Hal itulah yang memperpendek panjang teropong.