[ ]

2015

ALAT-ALAT OPTIK

A. MATA DAN KACAMATA

Mata merupakan salah satu optik yang memiliki banyak bagian-bagian. Pembahasan

tentang mata dan bagian-bagiannya dapat kita pelajari dengan memperhatikan gambar di

bawah ini

Gambar 1 bagian-bagian mata

Berikut beberapa bagian mata dan fungsinya.

1. Kornea, berfungsi untuk meneruskan cahaya yang masuk ke mata

2. Cairan aquoeus, berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk sehingga terfokus

ke lensa mata.

3. Iris atau selaput pelangi, berfungsi untuk memberi warna pada mata.

4. Pupil, berfungsi untuk mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke dalam

cahaya

5. Retina, berfungsi untuk tempat terbentuknya cahaya.

6. Lensa, berfungsi untuk memfokuskan bayangan pada retina dengan mencembungkan

atau memipihkan lensa

7. Bintik kuning yaitu bagian pada retina yang sangat peka terhadap cahaya

8. Saraf optik yaitu saraf yang menghubungkan bintik kuning dengan otak.

Proses melihat terjadi karena pengaruh cahaya. Ketika cahaya melewati pupil,

kemudian masuk ke lensa mata, maka akan terbentuk bayangan nyata dan jatuh tepat di

retina. Melalui saraf optik, bayangan akan diteruskan ke otak. Bayangan benda yang

ditangkap di retina bersifat nyata dan terbalik. Hal berbeda terjadi ketika tidak ada cahaya

atau redup. Retina yang memiliki jutaan sel yang peka terhadap cahaya, berbentuk batang

dan kerucut. Sel yang berbentuk batang bekerja ketika cahay redup, tetapi tidak merespon

1

warna. Sel kerucut mendeteksi warna, tetapi hanya berfungsi ketika ada cahaya terang.

Karena itu, manusia tidak mampu membedakan warna benda ketika gelap.

(a) Mata memandang benda berjarak dekat (b) Mata memandang benda berjarak jauh

Gambar 2. Kondisi lensa mata saat melihat benda.

Mata kita berakomodasi minimum, ketika kamu melihat benda yang jauh sehingga

lensa matamu akan memipih. Sebaliknya, mata akan berakomodasi maksimum jika kamu

melihat benda pada jarak dekat sehingga lensa mata akan mencembung (menebal).

Mata normal memiliki titik dekat yang berjarak 25 cm. Namun, ketika usia lanjut,

daya akomodasi semakin berkurang sehingga titik dekat bertambah jauh. Selanjutnya,

titik terjauh yang masih dapat dilihat oleh mata normal disebut titik jauh, yang jaraknya

tak terhingga.

Mata tidak selamanya sehat. Terdapat beberapa cacat mata yang dapat

mengganggu penglihatanmu.mata yang sudah tidak normal, menyebabkan bayangan tidak

jatuh tepat di retina. Namun, cacat mata mampu diatasi dengan menggunakan kacamata

atau lensa. Berikut beberapa cacat mata.

1. Miopi (Rabun Jauh)

Penderita miopi tidak dapat melihat benda pada jarak jauh, dan memiliki titik

dekat kurang dari 25 cm. Titik jauh mata miopi terletak pada jarak tertentu. Bayangan

benda akan jatuh di depan retina sehingga benda yang berjarak terlalu jauh tidak

terlihat jelas.

a. Bayangan jatuh di didepan retina b. penderita miopi dapat

pada penderita miopi ditolong dengan lensa cekung

.Gambar 3. Prose melihat pada penderita rabun jauh (miopi)

2

Bola mata penderita miopi lebih panjang dari bola mata normal. Untuk mengatasi

mata miopi, dibutuhkan kacamata berlensa cekung (negatif). Daya yang dibutuhkan

kacamata dirumuskan :

Karena s’ = -PR (titik jauh), dan s= -, maka:

P = kekuatan lensa (dioptri)

F = titik fokus (m)

S merupakan jarak benda yang dapat terlihat, sedangkan s’ adalah jarak bayangan

yang bernilai negatif. S’ bernilai negatif karena bayangan yang dibentuk lensa

kacamata berada di depan lensa tersebut atau bersifat maya.

2. Hipermetropi

a. Bayangan jatuh di dibelakang retina b. penderita miopi dapat pada

penderita miopi ditolong dengan lensa cembung

Gambar 4. Proses melihat pada penderita hipermetropi

Penderita hipermetropi memiliki titik dekat lebih dari 25 cm (PP > 25 cm).

Bayangan benda jatuh di belakang retina sehingga tidak dapat melihat pada jarak

dekat. Penderita hipermetropi dapat ditolong dengan kacamata berlensa cembung

(positif) dengan kekuatan lensa :

P=1f=1

s+ 1

s '

P=1f=−1

PR

P=1f=4− 1

PP

3

3. Presbiopi

Cacat mata presbiopi umumnya diderita oleh orang lanjut usia. Penderita

presbiopi memiliki titik jauh (PR < -) yang terbatas di depan matanya dan titik dekat

yang lebih dari 25 cm (PP>25 cm) , sehingga tidak dapat melihat jelas benda-benda

yang jauh maupun dekat dengan mata. Penderita presbiopi dapat ditolong dengan

kacamata berlensa rangkap yang terdiri dari lensa cekung dan cembung.

4. Astigmatisma

Cacat mata astigmatisma disebabkan karena permukaan depan bola amata

melengkung tidak sama besar ke semua arah, seperti suatu lingkaran. Hal ini

menyebabkan bayangan yang dihasilkan tidak jelas. Astigmatisma merupakan cacat

mata yang menyebabkan mata tidak dapat melihat garis secara lurus, dan diatasi

dengan kacamata lensa silinder, yang dibuat lengkung pada satu arah.

Gambar 5. Lensa silindris untuk penderita astigmatisme

B. KAMERA

Kamera adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan bayangan fotografi pada

film negatif. Pernahkah Anda menggunakan kamera? Biasanya Anda menggunakan

kamera untuk mengabadikan kejadian-kejadian penting.

1. Bagian-bagian kamera

Kamera sederhana terdiri dari lensa cembung, diafragma mata, shutter dan film.

a. Lensa cembung berfungsi membentuk bayangan nyata dan terbalik pada film.

Berbeda dengan lensa mata yang mempunyai panjang fokus yang dapat berubah-

ubah, lensa kamera mempunyai panjang fokus yang tidak dapat berubah. Lensa

kamera merupakan lensa cembung, bukan lensa cekung, karena bayangan yang

4

dihasilkan lensa cekung selalu bersifat maya. Sebaliknya bayangan yang dihasilkan

lensa cembung bersifat nyata ketika jarak benda lebih besar dari panjang fokus.

Bayangan nyata adalah bayangan yang benar-benar ada karenanya bayangan ini

dapat terekam pada film. Sebaliknya bayangan maya adalah bayangan palsu

sehingga bayangan tersebut tidak dapat terekam pada film. Posisi bayangan nyata

dan terbalik yang dihasilkan oleh lensa cembung berhimpit dengan posisi film.

Gambar 6. Bagian-bagian kamera

b. Diafragma atau “stop” adalah celah yang dapat diatur berbentuk lingkaran dengan

diameter D yang berubah-ubah. Diafragma berfungsi mengendalikan jumlah cahaya

yang mengenai film. Ukuran diameter bukaan bergantung pada ukuran lensa dan

dinyatakan oleh bilangan-f atau f-stop. f-stop didefinisikan sebagai perbandingan

panjang fokus lensa (f) terhadap diameter bukaan (D) : f-stop = f / D. Bila lensa

mempunyai panjang fokus 100 mm dan diameter bukaan adalah 20 mm maka lensa

tersebut mempunyai f-stop sebesar 100 mm / 20 mm = 5. Dalam hal ini, lensa diatur

pada f/5. Jika lensa mempunyai panjang fokus 100 mm dan diameter bukaan adalah

25 mm maka lensa mempunyai f-stop sebesar 100 mm / 25 mm = 4. Dalam hal ini,

lensa diatur pada f/4. Berdasarkan perhitungan ini disimpulkan semakin besar

diameter bukaan, semakin kecil angka f-stop dan semakin banyak cahaya yang

mengenai film. Angka f-stop terkecil (diameter bukaan terbesar) merupakan

kelajuan lensa tersebut.

c. Shutter atau penutup juga berfungsi mengendalikan jumlah cahaya yang

mengenai film. Lamanya selang waktu shutter terbuka mempengaruhi jumlah

cahaya yang mengenai film karena ketika shutter terbuka, film juga terbuka dan

dikenai cahaya. Kelajuan shutter disebut juga sebagai “waktu pencahayaan”.

5

Kelajuan shutter berkaitan dengan selang waktu shutter terbuka karenanya kelajuan

shutter dinyatakan dalam sekon. Kelajuan shutter bernilai antara beberapa sekon

hingga sepersekian sekon. Semakin kecil selang waktu shutter terbuka, semakin

cepat kelajuan shutter, semakin sedikit cahaya yang mengenai film. Kelajuan shutter

yang cepat diperlukan ketika jumlah cahaya sedikit. Kelajuan shutter yang cepat

juga diperlukan untuk menghilangkan kekaburan bayangan akibat gerakan kamera.

d. Film berfungsi merekam bayangan nyata yang dibentuk lensa kamera. Beberapa

tahun lalu film masih digunakan pada kamera tetapi saat ini film sudah tidak

digunakan lagi pada kamera. Saat ini bayangan yang dibentuk oleh lensa kamera

direkam secara elektronik. Kamera yang merekam bayangan secara elektronik

dinamakan kamera digital. Kamera yang merekam bayangan menggunakan film

dinamakan kamera analog.

2. PRINSIP KERJA KAMERA

Ketika diafragma dibuka, cahaya yang melewati objek masuk melalui celah

diafragma menuju lensa mata. Lensa mata akan membentuk bayangan benda. Agar

bayangan benda tepat jatuh pada film dengan jelas maka letak lensa harus digeser-

geser mendekati atau menjauhi film. Menggeser-geser lensa pada kamera, seperti

mengatur jarak fokus lensa pada mata (akomodasi).

C. KACA PEMBESAR (LUP)

Kaca pembesar atau lup digunakan untuk melihat benda kecil yang tidak bisa

dilihat dengan mata secara langsung. Lup menggunakan sebuah lensa cembung atau lensa

positif untuk memperbesar objek menjadi bayangan sehingga dapat dilihat dengan jelas.

Gambar 7. Kaca pembesar

Bayangan yang dibentuk oleh lup bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Untuk

mendapatkan bayangan semacam ini objek harus berada di depan lensa dan terletak

diantara titik pusat O dan titik fokus F lensa. untuk menghasilkan bayangan yang

6

diinginkan, lup dapat digunakan dalam dua macam cara, yaitu dengan mata berakomodasi

maksimum dan dengan mata tidak berakomodasi.

Lup dapat digunakan dengan mata berakomodasi maksimum untuk mendapatkan

perbesaran bayangan yang diinginkan. Agar mata berakomodasi maksimum, bayangan

yang terbentuk harus tepat berada di titik dekat mata (s’ = sn = jarak titik dekat mata).

Gambar 8. Proses pembentukan bayangan dengan dengan mata berakomodasi maksimum

Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup dengan mata berakomodasi maksimum adalah

Dimana P adalah perbesaran lup, sn adalah jarak titik dekat mata (sn = 25 cm untuk mata

normal), dan f adalah jarak fokus lup.

Menggunakan lup dalam keadaan mata berakomodasi maksimum membuat mata

menjadi cepat lelah. Agar mata relaks dan tidak cepat lelah, lup digunakan dalam keadaan

mata tidak berakomodasi. Untuk mendapatkan perbesaran bayangan yang diinginkan dalam

keadaan mata tidak berakomodasi, bayangan yang terbentuk harus berada sangat jauh di

depan lensa (jarak tak hingga). dalam hal ini objek harus berada di titik fokus lensa (s = f).

7

Gambar 9. Proses pembentukan bayangan dengan dengan mata tidak berakomodasi

Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup dengan mata tidak berakomodasi adalah

Dimana P adalah perbesaran lup, sn adalah jarak titik dekat mata (sn = 25 cm untuk mata

normal), dan f adalah jarak fokus lup.

D. MIKROSKOP

Perbesaran bayangan yang dihasilkan dengan menggunakan lup yang hanya

menggunakan sebuah lensa cembung kurang maksimal dan terbatas. Untuk mendapatkan

perbesaran yang lebih besar diperlukan susunan alat optik yang lebih baik. Perbesaran

yang lebih besar dapat diperoleh dengan membuat susunan dua buah lensa cembung.

Susunan alat optik ini dinamakan mikroskop yang dapat menghasilkan perbesaran sampai

lebih dari 20 kali.

Sebuah mikroskop terdiri atas dua buah lensa cembung (lensa positif). lensa

yang dekat dengan objek (benda) dinamakan lensa objektif, sedangkan lensa yang dekat

mata dinamakan lensa okuler. Jarak fokus lensa okuler lebih besar daripada jarak fokus

lensa objektif.

8

Gambar 10. mikroskop dan bagian-bagiannya

Gambar 11. Pembentukan bayangan pada mikroskop

Objek yang ingin diamati diletakkan di depan lensa objektif di antara titik Fob dan

2Fob. Bayangan yang terbentuk oleh lensa objektif adalah I1 yang berada di belakang lensa

objektif dan di depan lensa okuler. Bayangan ini bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar.

Bayangan I1 akan menjadi benda bagi lensa okuler dan terletak di depan lensa okuler antara

pusat optik O dan titik fokus okuler Fok. Di sini lensa okuler akan berfungsi sebagai lup dan

akan terbentuk bayangan akhir I2 di depan lensa okuler. Bayangan akhir I2 yang terbentuk

bersifat maya, diperbesar, dan terbalik terhadap objek semula.

Perbesaran yang dihasilkan mikroskop adalah gabungan dari perbesaran lensa

objektif dan perbesaran lensa okuler. Perbesaran lensa objektif mikroskop adalah

9

Dimana Pob adalah perbesaran lensa objektif, s’ob adalah jarak bayangan lensa objektif dan sob

adalah jarak objek di depan lensa objektif.

Adapun perbesaran lensa okuler mikroskop sama dengan perbesaran lup, yaitu sebagai

berikut.

untuk mata berakomodasi maksimum

untuk mata tidak berakomodasi

Dimana Pok adalah perbesaran lensa okuler, sn adalah jarak titik dekat mata (untuk mata

normal sn = 25 cm), dan fok adalah jarak fokus lensa okuler.

Perbesaran total mikroskop adalah hasil kali perbesaran lensa objektif dan perbesaran lensa

okuler. Jadi,

Hal-hal penting yang perlu diketahui berkaitan dengan mikroskop :

(1) jarak antara lensa objektif dan lensa okuler disebut juga panjang tabung (d). panjang

tabung sama dengan penjumlahan jarak bayangan yang dibentuk lensa objektif (s’ob)

dengan jarak benda (bayangan pertama) ke lensa okuler (sok).

(2) menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum berarti letak

bayangan akhir berada di titik dekat mata di depan lensa okuler. Jadi, dapat dituliskan

P = Pob × Pok

d = s’ob + sok

s’ok = −sn

10

(3) menggunakan mikroskop dengan mata tidak berakomodasi berarti jarak benda di

depan lensa okuler (sok ) berada tepat di titik fokus lensa okuler (fok). Jadi, dapat

dituliskan

E. TEROPONG BINTANG

Bintang-bintang di langit yang letaknya sangat jauh tidak dapat dilihat secara

langsung oleh mata. Teropong atau teleskop dapat digunakan untuk melihat bintang atau

objek yang letaknya sangat jauh.

Teropong terdiri atas dua lensa cembung, sebagaimana mikroskop. Pada teropong

jarak fokus lensa objektif lebih besar daripada jarak fokus lensa okuler ( fob > fok). Teropong

digunakan dengan mata tidak berakomodasi agar tidak cepat lelah karena teropong

digunakan untuk mengamati bintang selama berjam-jam. Dengan mata tidak

berakomodasi, bayangan lensa objektif harus terletak di titik fokus lensa okuler. Dengan

demikian, panjang teropong (atau jarak antara kedua lensa) adalah

dimana fob adalah jarak fokus lensa objektif dan fok adalah jarak fokus lensa okuler.

Adapun perbesaran P yang dihasilkan oleh teropong adalah

Secara garis besar, teleskop atau teropong bintang (teropong astronomi) dikelompokkan

menjadi dua jenis, yaitu teleskop pembias (Keplerian) dan teleskop pemantul.

d = fob + fok

sok = fok

11

Gambar 12. Pembentukan bayangan pada teleskop pembias

1. Teleskop pembias (keplerian)

Teleskop pembias terdiri dari dua lensa konvergen (lensa cembung) yang

berada pada ujung-ujung berlawanan dari tabung yang panjang, seperti diilustrasikan

pada Gambar 5.13. Lensa yang paling dekat dengan objek disebut lensa objektif dan

akan membentuk bayangan nyata I1 dari benda yang jatuh pada bidang titik fokusnya

Fob (atau di dekatnya jika benda tidak berada pada tak berhingga). Walaupun

bayangan I1 lebih kecil dari benda aslinya, ia membentuk sudut yang lebih besar dan

sangat dekat ke lensa okuler, yang berfungsi sebagai pembesar. Dengan

demikian, lensa okuler memperbesar bayangan yang dihasilkan oleh lensa

objektif untuk menghasilkan bayangan kedua yang jauh lebih besar I2, yang bersifat

maya dan terbalik.

Jika mata yang melihat rileks (tak berakomodasi), lensa okuler dapat diatur

sehingga bayangan I2 berada pada tak berhingga. Kemudian bayangan nyata I1 berada

pada titik fokus f 'ok dari okuler, dan jarak antara lensaobjektif dengan lensa okuler

adalah d = fob + f 'ok untuk benda pada jarak tak berhingga.

Perbesaran total dari teleskop dapat diketahui dengan melihat bahwa θ ≈ h

f ob, di

mana h adalah tinggi bayangan I1 dan kita anggap θ kecil, sehingga tan θ ≈ θ .

12

Kemudian garis yang paling tebal untuk berkas sinar sejajar dengan sumbu utama

tersebut, sebelum jatuh pada okuler,

sehingga melewati titik fokus okuler Fok, berarti θ' ≈h

f ok. Perbesaran anguler (daya

perbesaran total) teleskop adalah:

Tanda minus (-) untuk menunjukkan bahwa bayangan yang terbentuk bersifat terbalik.

Untuk mendapatkan perbesaran yang lebih besar, lensa objektif harus memiliki

panjang fokus ( fob) yang panjang dan panjang fokus yang pendek untuk okuler ( fok).

2. teleskop pemantul

Sebelumnya telah disebutkan bahwa untuk membuat teleskop pembias (teleskop

astronomi) berukuran besar diperlukan konstruksi dan pengasahan lensa besar yang

sangat sulit. Untuk mengatasi hal ini, umumnya teleskop paling besar merupakan jenis

teleskop pemantul yang menggunakan cermin lengkung sebagai objektif, karena cermin

hanya memiliki satu permukaan sebagai dasarnya dan dapat ditunjang sepanjang

permukaannya. Keuntungan lain dari cermin sebagai objektif adalah tidak

memperlihatkan aberasi

Gambar 13. cermin cekung digunakan sebagai lensa objektif pada teleskop astronomi

kromatik karena cahaya tidak melewatinya. Selain itu, cermin dapat menjadi

dasar dalam bentuk parabola untuk membetulkan aberasi sferis. Teleskop pemantul

pertama kali diusulkan oleh Newton. Biasanya lensa atau cermin okuler, tampak seperti

13

pada Gambar 13 dipindahkan sehingga bayangan nyata yang dibentuk oleh cermin

objektif dapat direkam langsung pada film.

Agar teleskop astronomi menghasilkan bayangan yang terang dari bintang-

bintang yang jauh, lensa objektif harus besar untuk memungkinkan cahaya masuk

sebanyak mungkin. Dan memang, diameter objektif merupakan parameter yang paling

penting untuk teleskop astronomi, yang merupakan alasan mengapa teleskop yang paling

besar dispesifikasikan dengan menyebutkan diameter objektifnya, misalnya teleskop

Hale 200 inci di Gunung Palomar. Dalam hal ini, konstruksi dan pengasahan lensa besar

sangat sulit.

2. Teropong Medan (Teropong Bumi)

Teropong medan digunakan untuk mengamati benda-benda yang jauh di

permukaan bumi. Teropong bumi terdiri atas tiga lensa cembung, masing-masing

sebagai lensa objektif, lensa pembalik, dan lensa okuler. Lensa pembalik hanya untuk

membalikkan bayangan yang dibentuk lensa objektif, tidak untuk memperbesar

bayangan. Lensa okuler berfungsi sebagai lup. Karena lensa pembalik hanya untuk

membalikkan bayangan, maka bayangan yang dibentuk lensa objektif harus terletak

pada titik pusat kelengkungan lensa pembalik. Lensa okuler juga dibuat lebih kuat

daripada lensa objektif. Teropong bumi atau medan sebenarnya sama dengan teropong

bintang yang dilengkapi dengan lensa pembalik. Pembentukan bayangan pada teropong

bumi dapat dilihat pada Gambar 14 berikut pada saat mata berakomodasi maksimum.

Gambar 14.Pembentukan bayangan dengan mata berakomodasi maksimum

Sifat bayangan yang dibentuk teropong medan adalah maya, tegak, dan diperbesar.

Perbesaran bayangan pada mata berakomodasi maksimum dapat dinyatakan sebagai

berikut.

14

Panjang teropong bumi adalah:

Untuk mata tak berakomodasi, lensa okuler digeser sedemikian rupa sehingga fokus

lensa okuler berimpit dengan titik pusat kelengkungan lensa pembalik (fok = 2fpemb).

Pembentukan bayangan dapat dilihat pada Gambar 15

Gambar 15. Pembentukan bayangan dengan mata tak berakomodasi

Pembesaran bayangan pada saat mata tak berakomodasi dapat dinyatakan sebagai

berikut.

Panjang teropongnya adalah:

Ada teropong bumi yang hanya menggunakan dua lensa (teropong panggung), yaitu lensa

cembung sebagai lensa objektif dan lensa cekung sebagai lensa okuler. Lensa cekung di sini

berfungsi sebagai pembalik bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif dan sekaligus sebagai

lup. Pembentukan bayangan pada teropong ini dapat dilihat pada Gambar 16 berikut.

15

Gambar 16. Pembentukan bayangan pada teropong panggung

Perbesaran bayangannya dapat dinyatakan sebagai berikut.

Maka panjang teropongnya adalah

Sifat bayangan yang dibentuk maya, tegak, dan diperbesar daripada bayangan yang

dibentuk lensa objektif. Teropong ini sering disebut teropong panggung atau teropong

Belanda atau teropong Galileo.

Gambar 17. a) Teropong galileo, (b) teropong prisma

Teropong bumi dan teropong panggung memang tidak bisa dibuat praktis. Untuk itu,

dibuat teropong lain yang fungsinya sama tetapi sangat praktis, yaitu teropong prisma.

Disebut teropong prisma karena pada teropong ini digunakan dua prisma yang

didekatkan bersilangan antara lensa objektif dan lensa okuler sehingga bayangan akhir

yang dibentuk bersifat maya, tegak, dan diperbesar.

16

Mata merupakan alat indra yang dapat menangkap perubahan dan perbedaan cahaya.

Lup atau kaca pembesar merupakan lensa konvergen sehingga benda tampak lebih

besar.

Mikroskop adalah alat optik yang dapat memperbesar benda yang sangat kecil.

Teleskop adalah alat optik yang digunakan untuk memperbesar benda yang sangat

jauh letaknya, misalnya bintang.

Kamera adalah alat optik yang digunakan untuk membentuk dan merekam bayangan

dari benda pada film. Bayangan yang terbentuk adalah bayangan terbalik dan

merupakan bayangan nyata.

Rangkuman

17