Suplemen Modul
Panduan Demonstrasi dan Workshop
Optik dan Teleskop
Tujuan dari workshop ini adalah untuk memperkenalkan bagaimana manusia dapat memahami
bagaimana proses deteksi objek langit dilakukan guna memperoleh informasi fisis dari benda
langit. Hal ini dibangun dengan memahami karakteristik alam pancaran radiasi dan membangun
metode deteksi, dimulai dengan memahami bagaimana mata merespon sampai prinsip kerja
teleskop. Modul berisikan bagaimana rancangan program workshop dimulai dari latar belakang,
goal serta objektif yang ingin dicapai, peralatan yang digunakan, serta panduan aktivitas bagi
mentor/pemandu.
Teleskop memiliki sistem optik yang sangat sensitif dan biasanya berada di dalam
tabung dan tidak dapat disentuh sembarang. Dengan demonstrasi ini, peserta diberikan
kesempatan untuk melihat dan memegang serta menyentuh alat demo, hal ini bertujuan agar
mereka bisa melihat dan memahami berbagai bentuk permukaan lensa serta mengenal hal teknis
yang terlibat untuk mendapatkan sebuah instrumen yang bekerja dengan baik.
Goals:
Mengenal bentuk dan karakteristik lensa serta cermin dan interaksi yang terjadi dengan
cahaya,
Dengan memahami mata berkerja, dapat memahami bagaimana teleskop bekerja
membentuk bayangan,
Memahami susunan sistem optik pada teleskop yang berbeda menghasilkan bayangan
benda,
Memahami fungsi utama teleskop dalam menerima informasi cahaya.
Teleskop bekerja dengan memanfaatkan lensa atau cermin sebagai sistem optik utama.
Karena digunakan dalam mengamati objek langit yang redup, kita menginginkan teleskop yang
dapat mengumpulkan cahaya sebanyak mungkin. Pada lensa hal ini dilakukan dengan menambah
ukuran kolektor cahaya (apertur). Namun dalam kenyataannya, ukuran lensa untuk teleskop tidak
dapat dibuat semakin besar. Lensa objektif teleskop akan hanya disokong oleh tabung
disepanjang tepi lensa. Bentuk lensa yang tebal di tengah dan semakin tipis di pinggir akan
membuat lensa yang besar dan berat terdeformasi seiring waktu. Selain itu, fokus lensa objektif
yang semakin panjang memberikan dimensi fisis tabung yang semakin panjang; membuat urusan
menggerakkan teleskop menjadi tidak mudah.
Cermin di sisi lain, mendapatkan sokongan yang solid pada bagian belakang teleskop.
Cermin dapat dibuat dengan ukuran yang besar dalam bentuk segmentasi ukuran yang lebih
kecil. Panjang fokus yang besar dapat diatur dengan mekaukan multi refleksi dengan
menempatkan cermin sekunder sedemikian rupa sehingga memperpendek panjang fisis tabung
yang diperlukan.
Program tidak hanya berisikan satu rangkaian workshop namun juga berisi beberapa kegiatan
yang dapat dilakukan terpisah dengan objektif tertentu.
Judul Aktivitas Objektif Durasi
(menit)
1 Rambat cahaya melalui lensa dan
prinsip teleskop refraktor
Peserta dapat mengenal ragam bentuk dan
karakteristik lensa
30
Memahami rambat cahaya melalui lensa
dan pembentukan bayangan
Memahami karakteristik lensa: panjang
fokus, perbesaran
Memahami bidang fokus pada teleskop
2 Magnifikasi
Memahami bagaimana prinsip kerja
teleskop refraktor
15
Mendapatkan faktor penting yang
mempengaruhi kualitas instrumen
pengamatan astronomi
3 Cermin dan Teleskop Reflektor
Memahami rambat cahaya melalui cermin
dan pembentukan bayangan 15
Mengenal susunan optik pada teleskop
reflektor
Alat yang diperlukan
Aktivitas ini menggunakan seperangkat material optik yang sebagian besar sudah terdapat dalam
paket kit optik dasar yang sering digunakan sebagai alat laboratorium di sekolah. Alat tambahan
lain digunakan untuk membantu ilustrasi dan mencakupi objektif yang tidak diakomodir oleh kit
optik.
Untuk melakukan aktivitas, dibutuhkan ruangan yang gelap karena melibatkan sumber cahaya
yang cukup redup. Dengan perangkat alat ini, workshop dirancang untuk perserta maksimum 10
orang.
Material:
1. Kit Optik Pudak
Kotak Cahaya 1 Cermin Cekung f +75 mm bertangkai 1
Pemegang Kotak Cahaya 1 Cermin Cekung f +150 mm bertangkai 1
Diafragma Anak Panah 1 Tumpakan berpenjempit 5
Model Lensa Plan Konkaf 1 Kaki Rel 2
Model Lensa Plan Konveks 1 Penyambung Rel 1
Cermin Kombinasi 1 Rel Presisi 2
Lensa f +50 mm bertangkai 1 Layar Putih 1
Lensa f +100 mm bertangkai 1 Pemegang slide diafragma 1
Lensa f +300 mm bertangkai 1 Prisma 1
2. Catu Daya
3. Beragam Lensa
4. Laser pointer
5. Kotak lubang kamera
6. Potongan busa
7. Tusuk sate
8. Model Teleskop Refraktor
Aktivitas 1
Rambat cahaya melalui lensa dan prinsip teleskop refraktor
Guide Ekspektasi
Pengunjung Alat
Dilakukan Dikatakan
Mempersilahkan Pengunjung
untuk melihat contoh teleskop
yang ada
Silahkan perhatikan beberapa teleskop dan
model teleskop yang ada. Teleskop yang
berada di sini merupakan teleskop yang
pernah digunakan aktif di Observatorium
Bosscha. Apa yang dapat kita amati dari
teleskop-teleskop dan model teleskop yang
ada?
Ada yang menjawab,
ada yang tidak
Teleskop-teleskop dan
model teleskop yang ada
pada ruangan
Bagaimana Teleskop dibuat?
Bagian apa yang harus ada pada teleskop?
Mengumpulkan Pengunjung di
Ruang Tengah/Ruang
Demonstrasi
Pada dasarnya, teleskop dibuat dari lensa
dan cermin Meja
Menunjukkan apa yang ada di
atas meja
Silahkan perhatikan benda-benda yang ada
di atas meja. Kita akan mengeksplorasi
sedikit tentang bagaimana teleskop bekerja
dan apa yang dihasilkan oleh teleskop
box lensa, lensa
pembesar, cermin
Galileo Scope
Menunjukkan sebuah lensa Bagaimana lensa/cermin berfungsi terhadap
pengamatan benda langit? Lensa f+50 d=50
Posisikan lensa diatas teks atau
gambar
Pada awalnya lensa ditemukan, lensa
dimanfaatkan sebagai alat yang dapat
melihat benda yang jauh seolah dekat.
Benarkah demikian? (ijinkan peserta untuk
mencoba menggunakan lensa yang
bermacam-macam, apakah semuanya
memberikan fitur yang sama?)
Peserta mencoba lensa Lensa dan kertas teks
Menunjukkan dua buah lensa
Ternyata, lensa memang memiliki sifat
alami untuk membuat teks yang kita lihat
semakin besar, seolah kita lihat lebih dekat.
Sekarang, pada dua buah lensa ini, apakah
kedua lensa ini menghasilkan perbesaran
yang sama?
Jawaban Ya dan Tidak
mungkin akan muncul
Lensa berdiameter sama
berfokus berbeda ( d=25
f1+40, f2+100)
Menunjukkan perbesaran yang
dihasilkan kedua buah lensa dia
atas kertas dengan teks (hanya
setelah tahap sebelumnya selesai
dilakukan dan pengunjung
memberikan jawaban)
Bila kita letakan pada jarak yang sama dari
teks, mana yang menghasilkan perbesaran
yang lebih besar?
Lensa1 menghasilkan
perbesaran lebih besar kertas dengan teks
Menunujukkan lensa pembesar Sekarang dengan lensa pembesar yang
memiliki 2 buah lensa, apakah hal yang
serupa dapat terjadi?
Perbesaran yang terjadi tidaklah sama.
Kedua perbandingan memberikan
perbesaran yang berbeda. Karakteristik apa
saja yang terdapat pada sebuah lensa yang
dapat memberikan hasil perbesaran yang
berbeda?
Peserta mungkin
sudah ada yang
menjawab, tetapi kita
tahan jawaban dan
lanjutkan
Bila diperhatikan lensa pada lensa pembesar
jelas memiliki ukuran lensa yang berbeda
jauh, namun pada perbandingan pertama,
kedua lensa beukuran sama namun
memberikan perbesaran yang berbeda.
Karakteristik apa yang mempengaruhi?
Jawaban "panjang
fokus" akan muncul.
Tanyakan darimana
kita
mengkarakterisasikan
panjang fokus?
Baik, sebelum kita mendapatkan kesimpulan
kedua, kita lakukan percobaan berikut agar
menjadi jelas bagaimana lensa bekerja
terhadap cahaya
Mendemokan bagaimana cahaya
difokuskan oleh kaca pembesar
Kita mengenal salah satu manfaat yang
lensa pembesar sering didemokan adalah
digunakan untuk membakar kertas di bawah
sinar matahari
Kaca pembesar
Apa yang terjadi? Bila kita amati lensa yang
diletakan dibawah sumber cahaya, kita dapat
melihat adanya area di bawah lensa yang
menjadi sangat terang saat kita ubah
posisinya, semakin kecil area ini semakin
terang
Lensa akan mengumpulkan cahaya sehingga
memperkuat terang yang dilihat Kaca pembesar
Artinya, lensa berkerja mengumpulkan
cahaya yang dilewatkan dan
menkonsentrasikannya ke satu luasan
permukaan
Bagaimana lensa mengumpulkan cahaya?
Kita demokan dengan alat sederhana tusuk
kayu dan potongan busa ini
Menunjukkan lensa, dan minta
peserta untuk merasakan
kurvatur permukaan lensa
Perhatikan bentuk lensa yang cembung
Ambil alat demo
Coba bayangkan sebuah kaca yang tembus
pandang, seperti pada jendela. Kita dapat
melihat benda yang berada di sebrang kita
dengan jelas, bukan?
Ya Tusuk kayu dan foam
Demokan bagaimana berkas
cahaya pada permukaan busa
yang datar
Kira bayangkan setiap tusuk kayu ini adalah
berkas cahaya. Pada permukaan kaca yang
datar, berkas cahaya akan dapat diteruskan
dan dipantulkan relatif
Namun permukaan lensa ini melengkung,
bentuk permukaan ini akan mengubah arah
dari cahaya yang melewatinya. Cahaya yang
dilewatkan akan berkumpul dan bertemu
disatu titik
Lensa ini memiliki sifat konvergen,
mengumpulkan cahaya
Siapkan alat demo Baiklah, kita lihat apa yang terjadi dengan
menggunakan peralatan demonstrasi
dihadapan kita
Kit Optik Pudak (sumber
cahaya, diagram anak
panah, lensa konveks
f+100, layar)
Coba amati bagaimana bayangan anak
panah terbentuk pada layar
Bayangan akan terbentuk kabur, namun
dengan mengatur posisi lensa kita bisa
mendapakan bayangan yang jelas
Kita dapatkan bayangan akan kabur bila
difokuskan di depan posisi sebelumnya.
Cahaya akan menyebar dan gambar
terproyeksikan tidak jelas
Bila kita mundurkan ke posisi sebelumnya,
apa yang terjadi?
Jadi, hanya ada satu posisi dimana bayangan
akan fokus, yaitu titik dimana semua cahaya
dikumpulkan. Titik ini dikenal sebagai titik
fokus
Lensa mengumpulkan cahaya dan
menfokuskannya ke dalam area yang kecil
dengan mengubah arah jalan cahaya
pada jarak berapakah bayangan akan memberikan posisi paling jelas. Ubah posisi layar sedikit demi sedikit, sejauh apakah bayangan akan mulai kabur dari posisi paling tajam?
Posisikan lensa pada jarak tidak
fokus
Pada posisi ini, cahaya dikumpulkan pada
area yang besar dibandingkan dengan saat
gambar yang paling tajam. Pada posisi ini,
gambar juga teramati tidak tajam.
Tunjukkan gambar cahaya yang
melalui lensa
Dari gambar ini kita dapa melihat bagaiman
sebaran cahaya yang melewati lensa
cembung memiliki bentuk kerucut. Pada
daerah yang semakin mendekati titik pusat,
cahaya semakin dikonsentrasikan ke area
yang kecil, sehingga semakin terang
bendanya dapat kita lihat, sampai pada di
posisi koleksi area yang paling kecil, benda
paling terang, tetapi juga paling tajam
Ambil teleskop Galileo
Ini adalah contoh desain dasar teleskop
refraktor. Teleskop digunakan pertamakali
400 tahun yang lalu oleh Galileo untuk
mengamati objek langit seperti Permukaan
Bulan, Planet Venus, Planet Jupiter.
Teleskop ini merupakan replika ukuran dari
teleskop yang digunakan Galileo. Apa yang
kira-kira dilihat Galileo saat itu?
Dalam kasus pengamatan astronomi, kita
banyak berhadapan dengan bintang yang
jaraknya terlampau jauh, astronomi
mengandalkan cahaya sebagai kurir
informasi benda langit, sehingga fungsi
utama yang diperlukan dari teleskop adalah
untuk mengumpulkan dan menguatkan
cahaya bintang, dibandingkan dengan fungsi
perbesaran. Besaran apa pada lensa yang
mempengaruhi kekuatan menumpulkan
cahaya ini?
Ambil alat demo tusuk sate dan
potongan foam
Betul sekali, diameter atau ukuran lensa,
sehingga kita berlomba untuk dapat
membuat ukuran objektif teleskop yang
semakin besar. Seperti potongan busa ini,
semakin panjang tentu semakin banyak
potongan tusuk kayu yang dapat muat
Kekuatan lensa mengumpulkan cahaya akan sebanding dengan luas permukaan lensa, sehingga teleskop galileo berukuran objektif 40 mm ini akan berkekuatan berapa kali dibandingkan dengan mata kita (diameter pupil 7 mm)?
Aktivitas 2
Magnifikasi
Guide Ekspektasi
Pengunjung Alat
Dilakukan Dikatakan
Atur alat demo dengan urutan
sumber cahaya, diafragma anak
panah, lensa objektif 100mm,
layar
Pada susunan ini kita dapat melihat gambar
anak panah berukuran kecil pada layar
Rel Presisi, Kaki Rel,
Lensa f 50 mm, lensa 100
mm, lensa 300mm, meja
prisma, layar tembus
cahaya,diafragma anak
panah, sumber cahaya
Tempatkan lensa f 50 mm setelah
lensa 100mm kemudian baru
layar, lihat gambar melalui layar
Apakah gambar terlihat lebih besar? Pengunjung melihat
melalui lensa
Pindahkan layar Teleskop tidak memiliki layar sehingga kita
lihat melalui lensa okuler yang kita sebut
eyepiece
Apa yang dilihat?
Sekarang bayangkan susunan lensa di
hadapan kita berada di dalam sebuah tabung
silinder. Apa yang kita punyai?
Sebuah teleskop!
Itulah bagaimana teleskop bekerja.
Menggunakan lensa untuk mengumpulkan
cahaya kemudian menggunakan lensa lain
sebagai pembesar agar bayangan terlihat
membesar dan lebih detail.
Aktivitas 3
Cermin dan Teleskop Reflektor
Guide Ekspektasi
Pengunjung Alat
Dilakukan Dikatakan
Pegang Sebuah Cermin
Selain menggunakan lensa, teleskop
menggunakan cermin sebagai alat optiknya.
Bahkan kebanyakan teleskop yang ada di
bumi merupakan teleskop reflektor
Beberapa jenis cermin
Gunakan busa dan tusuk kayu
untuk mendemokan bagaimana
cermin bekerja
Bila kita memiliki cermin datar, cahaya
akan jatuh mengenai permukaan cermin dan
dipantulkan lurus, namun dengan cermin
melengkung, cahaya dipantulkan dan
dikumpulkan
Cermin datar
Ingat bagaimana saat kita bercermin Alat demo busa dan
tusuk sate
Tempatkan Cermin pada ujung rel
bersebrangan dengan sumber
cahaya dan difragma anak panah
Mari kita tempatkan cermin pada posisi ini.
Ingat bahwa cahaya datang dari sisi depan
cermin dan akan dipantulkan. Ke arah mana
kita harus melihat bayangan pantulnya? Di
depan cermin atau di belakang cermin?
di sini, di depan
cermin
Tempatkan layar di depan cermin,
menutupi semua cahaya yang
datang
Baiklah, mari kita lihat apakah kita bisa
mendapati bayangannya. Kita tempatkan
layar di sini apakah cahaya dari anak panah
bisa mencapai permukaan cermin?
tidak
Baiklah, mari kita pindahkan layarnya agar
ada sebagian cahaya yang sampai di
permukaan cermin (geser layar ke pinggir)
Ternyata kita bisa mendapati bayangannya
pada layar. Coba kita fokuskan
Atur posisi layar agar
memungkinkan untuk gambar
akan terlihat saat kita menyusun
cermin berikutnya
Tempatkan lensa di antara layar
dan cermin dan minta pengunjung
untuk melihat melalui lensa
diantara cermin dan lensa dengan
menempatkan kepala tepat di
depan lensa
Dapatkan kita melihat bayangan anak panah
melalui lensa?
Tidak, terhalangi oleh
kepala
Jadi, kita harus meliha pada arah yang lain
agar bayangan dapat teramati, betul?
Ambil cermin Apakah dengan menggunakan cermin kita
dapat memantulkan bayangan untuk dapat
kita lihat dari pinggir?
ya
Tempatkan cermin di depan layar,
dan pastikan tingginya sama
dengan bayangan pada layar.
Atur posisi cermin agar bayangan
pantul dapat dilihat dari tempat
yang dituju
Bila kita tempatkan sebuah cermin
berukuran lebih kecil pada posisi ini, kita
dapat memantulkan bayangan ke arah
pinggir
Sekarang bayangan dipantulkan ke arah
pinggir di sini. Ingat bahwa saat cahaya
jatuh di permukaan cermin pada sudut
tertentu, akan dipantulkan dengan sudut
yang sama besar, jadi kita akan dapat
melihat pada arah sebelah sini
Pengunjung melihat ke
arah cermin kecil
Apakah kita dapat melihat bayangannya? Ya
Berikan kaca pembesar kepada
pengunjung
Sekarang pegang lensa pembesar ini
diantara mata dan bayangan yang dilihat
pada cermin kecil. Atur posisi agar sejajar
sehingga bayangan terlihat jelas melalui
lensa. Lensa inilah yang kita sebut seebagai
lensa okuler atau eyepiece
Sekali bayangkan, dengan komposisi cermin
dan lensa seperti ini di dalam sebuah
tabung, makan kita akan mendapatkan
teleskop reflektor yang berfungsi untuk
mengkoleksi cahaya oleh cermin utama dan
memfokuskannya untuk menghasilkan
gambar yang lebih terang
Tambahan Materi
Bayangan yang terbentuk akan memiliki ketajaman dan ukuran yang berubah bergantung kepada jarak
layar. Akan ada posisi di mana bayangan yang terbentuk merupakan bayangan yang paling tajam.
Bayangan yang paling tajam ini berukuran paling kecil dibandingkan bayangan yang jatuh di tempat
lain. Hal ini teramati juga merupakan bayangan yang paling terang, disebabkan cahaya difokuskan
hanya pada area yang paling sedikit. Hanya terdapat satu tempat di belakang lensa di mana kita
mendapatkan bayangan tajam ini, yaitu pada bidang fokus lensa. Bidang fokus ini merupakan bidang
yang sempit, sehingga untuk mendapatkan bayangan tajam, dibutuhkan akurasi dalam menempatkan
layar.
Teleskop bekerja dengan cahaya yang sangat redup kualitas lensa dan cermin, semakin besar aperture
akan memberikan kedalaman fokus yang sempit, artinya lensa atau cermin harus bekerja sebaik
mungkin menjatuhkan semua berkas cahaya ke bidang fokus. Teleskop astronomi sudah melibatkan
lensa dan cermin berukuran hingga orde 10 m. ukuran ini memberikan dimensi kedalaman optik
hanya dalam orde mikro meter sehingga sistem teleskop, terutama penggerak fokus harus dirancang
seakurat mungkin agar bekerja dengan baik. Teknologi gerinda lensa dan penggosokan serta pelapisan
ceramin yang sempurna dibutuhkan untuk menghasilkan permukaan optik yang bebas cacat.
Hasil pengamat Galileo dengan teleskop 4 cm
dengan perbesaran hingga 12 kali
Pembuatan sistem optik Teleskop James Webb
Top Related