| | | | | | | | | | |
| | | |
Alat-alat Optik
|
Mata
Mata manusia sebagai alat indra penglihatan dapat dipandang
sebagai alat optik yang sangat penting bagi manusia.
Bagian-bagian mata menurut kegunaan fisis sebagai alat optik
:
Kornea merupakan
lapisan terluar yang keras untuk melindungi bagian-bagian
lain dalam mata yang halus dan lunak. |
Aqueous humor
(cairan) yang terdapat di belakang kornea berfungsi untuk
membiaskan cahaya yang masuk ke dalam mata. |
Lensa terbuat
dari bahan bening (optis) yang elastik, merupakan lensa
cembung berfungsi membentuk bayangan. |
Iris (otot
berwarna) membentuk celah lingkaran yang disebut pupil. |
Pupil berfungsi
mengatur banyak cahaya yang masuk ke dalam mata. Lebar
pupil diatur oleh iris, di tempat gelap pupil membuka
lebar agar lebih banyak cahaya yang masuk ke dalam mata. |
Retina (selaput
jala) terdapat di permukaan belakang mata yang berfungi
sebagai layar tempat terbentuknya bayangan benda yang
dilihat. Bayangan yang jatuh pada retina bersifat : nyata,
diperkecil dan terbalik. |
Bintik buta
merupakan bagian pada retina yang tidak peka terhadap
cahaya, sehingga bayangan jika jatuh di bagian ini tidak
jelas/kelihatan, sebaliknya pada retina terdapat bintik
kuning. Permukaan retina terdiri dari berjuta-juta sel
sensitif, ada yang berbentuk sel batang berfungsi membedakan
kesan hitam/putih dan yang berbentuk sel kerucut berfungsi
membedakan kesan berwarna. |
Otot siliar
(otot lensa mata) berfungsi mengatur daya akomodasi mata.
|
Cahaya yang masuk ke mata difokuskan oleh lensa mata ke permukaan
retina. Oleh sel-sel yang ada di dalam retina, rangsangan
cahaya ini dikirimkan ke otak. Oleh otak diterjemahkan sehingga
menjadi kesan melihat.
Daya Akomodasi Mata
Perlu diketahui bahwa jarak antara lensa mata dan retina selalu
tetap. Sehingga dalam melihat benda-benda pada jarak tertentu
perlu mengubah kelengkungan lensa mata. Untuk mengubah kelengkungan
lensa mata, yang berarti mengubah jarak titik fokus lensa
merupakan tugas otot siliar. Hal ini dimaksudkan agar bayangan
yang dibentuk oleh lensa mata selalu jatuh di retina. Pada
saat mata melihat dekat lensa mata harus lebih cembung (otot-otot
siliar menegang) dan pada saat melihat jauh lensa harus lebih
pipih (otot-otot siliar mengendor). Peristiwa perubahan-perubahan
ini disebut daya akomodasi.
Daya akomodasi (daya suai) adalah kemampuan otot siliar untuk
menebalkan atau memipihkan kecembungan lensa mata yang disesuaikan
dengan dekat atau jauhnya jarak benda yang dilihat.
Manusia memiliki dua batas daya akomodasi
(jangkauan penglihatan) yaitu :
- titik dekat mata (punctum proximum)
adalah jarak benda terdekat di depan mata yang masih dapat
dilihat dengan jelas. Untuk mata normal (emetropi) titik
dekatnya berjarak 10cm s/d 20cm (untuk anak-anak) dan berjarak
20cm s/d 30cm (untuk dewasa). Titik dekat disebut juga jarak
baca normal.
- titik jauh mata (punctum remotum)
adalah jarak benda terjauh di depan mata yang masih dapat
dilihat dengan jelas. Untuk mata normal titik jauhnya adalah
"tak terhingga".
Cacat Mata
Berkurangnya daya akomodasi mata seseorang dapat menyebabkan
berkurangnya kemampuan mata untuk melihat benda pada jarak
tertentu dengan jelas. Cacat mata yang disebabkan berkurangnya
daya akomodasi, antara lain rabun jauh, rabun dekat dan rabun
dekat dan jauh. Selain tiga jenis itu, masih ada jenis cacat
mata lain yang disebut astigmatisma.
Cacat mata dapat dibantu dengan kacamata.
Kacamata hanya berfungsi membantu penderita cacat mata agar
bayangan benda yang diamati tepat pada retina. Kacamata tidak
dapat menyembuhkan cacat mata. Ukuran yang diberikan pada
kacamata adalah kekuatan lensa yang digunakan. Kacamata berukuran
-1,5, artinya kacamata itu berlensa negatif dengan kuat lensa
-1,5 dioptri.
Berkurangnya daya akomodasi mata dapat menyebabkan :
Rabun jauh (miopi)
Rabun jauh yaitu mata tidak dapat melihat benda-benda jauh
dengan jelas, disebut juga mata perpenglihatan dekat (terang
dekat/mata dekat). Penyebab terbiasa melihat sangat dekat
sehingga lensa mata terbiasa tebal. Miopi sering dialami
oleh tukang arloji, penjahit, orang yang suka baca buku
(kutu buku) dan lain-lain.
Untuk mata normal (emetropi) melihat
benda jauh dengan akomodasi yang sesuai, sehingga bayangan
jatuh tepat pada retina.
Mata miopi melihat benda jauh bayangan
jatuh di depan retina, karena lensa mata terbiasa tebal.
Mata miopi ditolong dengan kacamata
berlensa cekung (negatif). Tugas dari lensa cekung adalah
membentuk bayangan benda di depan mata pada jarak titik
jauh orang yang mempunyai cacat mata miopi.
Karena bayangan jatuh di depan lensa cekung, maka harga
si adalah negatif. Dari persamaan lensa tipis, 1/f=1/So+1/Si
si adalah jarak titik jauh mata miopi.
so adalah jarak benda ke mata
f adalah fokus lensa kaca mata
Rabun dekat (hipermetropi)
Rabun dekat tidak dapat melihat jelas benda dekat, disebut
juga mata perpenglihatan jauh (terang jauh/mata jauh). Rabun
dekat mempunyai titik dekat yang lebih jauh daripada jarak
baca normal. Penyebab terbiasa melihat sangat jauh sehingga
lensa mata terbiasa pipih. Rabun dekat sering dialami oleh
penerbang (pilot), pelaut, sopir dan lain-lain.
Rabun jauh ditolong dengan kacamata berlensa cembung (positif).
Bayangan yang dibentuk lensa cembung harus berada pada titik
dekat mata penderita rabun dekat. Karena bayangan yang dihasilkan
lensa cembung berada di depan lensa maka harga si adalah
negatif. Dari persamaan lensa tipis, 1/f=1/So+1/Si
si adalah jarak titik jauh mata hipermetropi.
so adalah jarak benda ke mata
f adalah fokus lensa kaca mata
Mata tua (presbiopi)
Mata tua tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang
sangat jauh dan benda-benda pada jarak baca normal, disebabkan
daya akomodasi telah berkurang akibat lanjut usia (tua).
Pada mata tua titik dekat dan titik jauh keduanya telah
bergeser. Mata tua diatasi atau ditolong dengan menggunakan
kacamata berlensa rangkap (cembung dan cekung). Pada kacamata
dengan lensa rangkap, lensa negatif bekerja seperti lensa
pada kaca mata miopi, sedangkan lensa positif bekerja seperti
halnya pada kacamata hipermetropi.
Astigmatisma (mata silindris)
Astigmatisma disebabkan karena kornea mata tidak berbentuk
sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu
bidang dari pada bidang lainnya. Akibatnya benda yang berupa
titik difokuskan sebagai garis. Mata astigmatisma juga memfokuskan
sinar-sinar pada bidang vertikal lebih pendek dari sinar-sinar
pada bidang horisontal.
Astigmatisma ditolong/dibantu dengan kacamata silindris
Kamera
Kamera digunakan manusia untuk merekam kejadian penting atau
kejadian yang menarik. Banyak jenis dan model kamera dapat
kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kamera yang dipakai
wartawan berbeda dengan yang dipakai fotografer. Kamera video
dipakai dalam pengambilan gambar untuk siaran televisi atau
pembuatan film. Kamera elektronik (autofokus) lebih mudah
dipakai karena tanpa pengaturan lensa. Dewasa ini sudah ada
kamera digital yang data gambarnya tidak perlu melalui proses
pencetakan melainkan dapat dilihat atau diolah melalui komputer.
Bagian-bagian kamera mekanik (bukan
otomatis) menurut kegunaan fisis :
Ö lensa cembung berfungsi untuk membentuk bayangan
dari benda yang difoto
Ö diafragma berfungsi untuk membuat sebuah celah/lubang
yang dapat diatur luasnya
Ö aperture yaitu lubang yang dibentuk diafragma
untuk mengatur banyak cahaya
Ö shutter pembuka/penutup "dengan cepat"
jalan cahaya yang menuju ke pelat film
Ö pelat film berfungsi sebagai layar penangkap/perekam
bayangan
Setiap benda yang di foto, terletak
pada jarak yang lebih besar dari dua kali jarak fokus di depan
lensa kamera, sehingga bayangan yang jatuh pada pelat film
memiliki sifat nyata, terbalik dan diperkecil.
Untuk memperoleh bayangan yang tajam
dari benda-benda pada jarak yang berbeda-beda, lensa cembung
kamera dapat digeser ke depan atau ke belakang.
Lup (kaca pembesar)
Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat benda-benda kecil
agar tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup
dipakai agar bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih
besar dan jelas. Oleh siswa saat praktikum biologi, lup dipakai
untuk mengamati bagian hewan atau tumbuhan agar kelihatan
besar dan jelas.
Sebagai alat optik, lup berupa lensa
cembung tebal (berfokus pendek). Sifat bayangan yang diharapkan
dari benda kecil yang dilihat dengan lup adalah tegak dan
diperbesar. Orang yang melihat benda dengan menggunakan lup
akan mempunyai sudut penglihatan (sudut anguler) yang lebih
besar daripada orang yang melihat dengan mata biasa. Ada dua
cara memakai lup, yaitu dengan mata tak berakomodasi dan mata
berakomodasi.
Mata tidak berakomodasi
Untuk melihat tanpa berakomodasi maka lup harus membentuk
bayangan di jauh tak berhingga. Benda yang dilihat harus
diletakkan tepat pada titik fokus lup. Keuntunganya adalah
untuk pengamatan lama mata tidak cepat lelah, sedangkan
kelemahannya dari segi perbesaran berkurang. Sifat bayangan
yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar. Perhatikan gambar.
Dari gambar terlihat bahwa
Karena untuk melihat tanpa berakomodasi maka perbesaran
sudut (perbesaran anguler) yang didapat adalah
PP= jarak titik dekat mata
f = jarak titik fokus lensa
Mata berakomodasi maksimum
Agar mata dapat melihat dengan berakomodasi maksimum, maka
bayangan yang dibentuk oleh lensa harus berada di titik
dekat mata (PP). Benda yang dilihat harus terletak antara
titik fokus dan titik pusat sumbu lensa (O<so<F).
Kelemahannya untuk pengamatan lama mata cepat lelah, sedangkan
keuntungannya dari segi perbesaran bertambah.
Sifat bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah:
Karena si = -PP maka dari persamaan lensa tipis
Persamaan ini bila dimasukkan dalam persamaan
M = perbesaran lup
PP= titik dekat mata
f = jarak titik fokus lensa
Mikroskop
Penggunaan lup untuk mengamati benda-benda kecil ada batasnya.
Jika kita menggunakan lup yang berjarak fokus kecil untuk
mendapatkan perbesaran yang lebih besar, bayangan yang diperoleh
tidak sempurna. Untuk itu, diperlukan mikroskop. Dengan memakai
mikroskop kita dapat mengamati benda atau hewan renik, seperti
bakteri dan virus yang tidak dapat dilihat mata secara langsung
ataupun dengan memakai lup. Jenis mikroskop mutakhir yang
sudah dibuat manusia adalah mikroskup elektron. Dalam subbab
ini akan dipelajari mikroskop cahaya yang proses kerjanya
memanfaatkan lensa cembung dengan menerapkan pembiasan cahaya.
Mikroskop cahaya mempunyai bagian utama berupa dua lensa cembung.
Lensa yang menghadap benda disebut lensa objektif dan yang
dekat ke mata disebut lensa okuler. Jarak fokus lensa objektif
lebih kecil dari jarak fokus lensa okuler. Selain itu, mikroskop
dilengkapi dengan cermin cekung yang berfungsi untuk mengumpulkan
cahaya pada objek preparat yang akan diamati. Untuk mengatur
panjang mikroskop agar diperoleh bayangan dengan jelas digunakan
makrometer dan mikrometer.
Dasar kerja mikroskop :
Obyek atau benda yang diamati harus diletakkan di antara Fob
dan 2Fob, sehingga lensa obyektif membentuk bayangan nyata,
terbalik dan diperbesar. Bayangan yang dibentuk lensa obyektif
merupakan benda bagi lensa okuler. Lensa okuler berperan seperti
lup yang dapat diatur/digeser-geser sehingga mata dapat mengamati
dengan cara berakomodasi atau tidak berakomodasi.
Pengamatan dengan akomodasi maksimum
Untuk pengamatan dengan akomodasi maksimum, maka bayangan
yang dibentuk oleh lensa okuler harus jatuh/diletakkan pada
titik dekat mata (PP). Perhatikan gambar!
Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh
lensa obyektif dan lensa okuler yaitu:
M = Moby . Mok
Pengamatan dengan mata tidak berakomodasi
Untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi, maka bayangan
yang dibentuk oleh lensa okuler harus berada pada titik jauh
mata. Perhatikan gambar!
Perbesaran yang diperoleh adalah:
M = Moby . Mok
Panjang mikroskop adalah jarak lensa
obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan :
d = Si ob + So ok (berakomodasi )
d = Si ob + f ok (tidak berakomodasi)
Teropong (Teleskop)
A. teropong bintang
Teropong bintang disebut juga teropong astronomi.
- terdiri dari 2 buah lensa cembung berjarak fokus panjang.
- jarak fokus lensa obyektif lebih besar dari jarak fokus
lensa okuler.
- dasar kerjanya :
Obyek benda yang diamati berada di tempat yang jauh (tak terhingga),
berkas cahaya datan berupa sinar-sinar yang sejajar. Lensa
obyektif berupa lensa cembung membentuk bayangan yang bersifat
nyata, diperkecil dan terbalik berada pada titik api (fokus).
Bayangan yang dibentuk lensa obyektif menjadi benda bagi lensa
okuler yang jatuh tepat pada titik fokus lensa okuler (untuk
penggunaan normal / mata tidak berakomodasi).
Perhatikan gambar terbentuknya bayangan sebagai berikut:
Tanpa teropong mata melihat dengan sudut anguler a, tetapi
dengan teropong akan melihat dengan sudut anguler b. Maka
perbesaran anguler yang didapatkan adalah:
Dari gambar terlihat bahwa:
Sehingga perbesaran yang didapat adalah:
Karena fob dan fok berimpit (lihat gambar), maka panjang teropong
adalah:
d = fob + fok
Untuk penggunaan dengan mata berkomodasi
maksimal bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh
diantara titik pusat bidang lensa dan titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran
pada pengamatan tanpa berakomodasi dan didapatkan:
Panjang teropong adalah:
d = fob + Sok
B. teropong bumi
Teropong bumi disebut juga teropong medan.
Terdiri dari 3 buah lensa cembung yaitu lensa obyektif, lensa
okuler dan lensa pembalik.
Dasar kerjanya :
Lensa obyektif membentuk bayangan bersifat nyata, terbalik
dan diperkecil yang jatuh pada fob.
Bayangan dibentuk oleh lensa obyektif menjadi benda bagi lensa
pembalik jatuh pada jarak 2.fp sehingga terbentuk bayangan
pada jarak 2.fp juga yang bersifat nyata, terbalik, dan sama
besar .
Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan menjadi
:
d = fob + 4.fp + fok
Lensa pembalik berfungsi untuk membalikkan
arah cahaya sebelum melewati lensa okuler, lensa okuler berfungsi
seperti lup membentuk bayangan bersifat maya, tegak, dan diperbesar.
Adanya lensa pembalik tidak mempengaruhi perbesaran akhir,
bayangan akhir bersifat maya, tegak dan diperbesar dengan
perbesaran :
C. teropong prisma (binokuler)
Teropong prisma terdiri atas dua pasang lensa cembung (sebagai
lensa objektif dan lensa okuler) dan dua pasang prisma kaca
siku-siku samakaki. Sepasang prisma yang diletakkan berhadapan,
berfungsi untuk membelokkan arah cahaya dan membalikkan bayangan.
Bayangan yang dibentuk lensa objektif
bersifat nyata, diperkecil, dan terbalik. Bayangan nyata dari
lensa objektif menjadi benda bagi lensa okuler. Sebelum dilihat
dengan lensa okuler, bayangan ini dibalikkan oleh sepasang
prisma siku-siku sehingga bayangan akhir dilihat maya, tegak,
dan diperbesar. Perbesaran bayangan yang diperoleh dengan
memakai teropong prisma sama dengan teropong bumi.
Beberapa keuntungan praktis dari teropong prisma dibandingkan
teropong yang lain :
- Menghasilkan bayangan yang terang,
karena berkas cahaya dipantulkan sempurna oleh bidang-bidang
prisma.
- Dapat dibuat pendek sekali, karena
sinarnya bolak-balik 3 kali melalui jarak yang sama (dipantulkan
4 kali oleh dua prisma).
- Daya stereoskopis diperbesar, dua
mata melihat secara bersamaan
- Dengan adanya prisma arah cahaya
telah dibalikkan sehingg terlihat bayangan akhir bersifat
maya, diperbesar dan tegak.
D. Teropong pantul astronomi
Teropong pantul terdiri dari sebuah cermin cekung berjarak
fokus besar sebagai cermin obyektif, sebuah lensa cembung
sebagai lensa okuler dan sebuah cermin datar sebagai pembelok
arah cahaya dari cermin obyektif ke lensa okuler.
Dasar kerja lihat gambar berikut :
E. Teropong panggung
Teropong panggung (teropong Galilei) terdiri dari dua lensa,
yaitu:
- lensa obyektif berupa lensa cembung
- lensa okuler berupa lensa cekung
Dasar kerja dari teropong ini adalah:
sinar-sinar sejajar yang masuk ke lensa obyektif membentuk
bayangan tepat di titik fokus lensa obyektif. Bayangan ini
akan berfungsi sebagai benda maya bagi lensa okuler. Oleh
lensa okuler dibentuk bayangan yang dapat dilihat oleh mata.
Perlu diketahui bahwa bayangan yang dibentuk lensa okuler
adalah "tegak"
Perhatikan diagram dari proses terbentuknya bayangan benda
pada gambar berikut.
Dari gambar di atas (untuk pengamatan tanpa akomodasi) maka
panjang teropong adalah
d = foby + fok
catatan: fok bernilai negatif (-)
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah sama dengan perbesaran
pada teropong bintang ataupun juga teropong bumi.
Soal Latihan
- Sebuah lup memiliki fokus 2,5 cm.
Berapakah perbesaran sudut lup untuk mata tak berakomodasi?
- Seseorang yang memakai kacamata
- 0,25 dioptri dapat melihat benda yang sangat jauh dengan
jelas. Jika orang tersebut melepas kacamatanya, berapakah
jarak paling jauh yang masih dapat dilihatnya ?
- Seseorang yang titik dekatnya 50
cm hendak membaca buku yang diletakkan pada jarak 25 cm.
Hitung kekuatan kaca mata yang dipakai.
- Seorang rabun dekat dapat melihat
benda dengan jelas pada jarak kurang dari 75 cm. Jika ia
menggunakan kacamata yang mempunyai kuat lensa 2,5 dioptri,
berapa titik dekatnya setelah ia memakai kacamata ?
- Sebuah mikroskop mempunyai jarak
fokus lensa obyektif 2 cm dan jarak fokus lensa okuler 5
cm. Panjang mikroskop 25 cm. Jika mata normal melihat benda
renik tanpa berakomodasi, hitung perbesaran total mikroskop.
- Sebuah teropong bumi memiliki lensa
obyektif berfokus 16 cm dan lensa okuler berfokus 10 cm
dan lensa pembalik berfokus 2 cm. Jitung berapa panjang
teropong.
- Sebuah teropong bintang mempunyai
daya perbesaran 20 X dan memberikan bayangan di tempat yang
jauhnya tak terhingga. Jarak fokus lensa obyektif 100 cm.
Hitung panjang teropong.
|