Alat Optik

Daftar Isi :

1.  Macam – macam Alat Optik

1.1.    Mata

1.2.    Kamera

1.3.    Lup

1.4.    Mikroskop

1.5.    Teleskop

1.6.    Periskop

2.  Contoh soal dan Pembahasan

3.  Latihan

 

Alat Optik

 

Alat optik adalah alat yang menggunakan lensa dan cermin yang memanfaatkan sifat cahaya yang dapat dipantulkan dan dibiaskan yang dimanfaatkan untuk melihat.

 

1.   Macam-Macam Alat Optik

 

Alat optik ada 2 macam, yaitu alat optik alamiyah yaitu mata, dan alat optik buatan seperti kaca mata, kamera, lup/lensa pembesar, mikroskop, teleskop/teropong, periskop, episkop, diaskop, dan sebagainya.

1.1.  MATA

Bagian-bagian Mata :

· Kornea ; 

    bagian terluar bola mata. Kornea merupakan bagian lapisan tipis yang bening dan dapat tembus cahaya.

· Aqueous Humor ; 

cairan yang terdapat di belakang kornea. Aqueous Humor berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk ke dalam mata.

· Lensa Mata ; 

lensa yang terbuat dari bahan bening, berserat, dan elastis. 

Berfungsi mengatur pembiasan yang disebabkan oleh cairan aqueus humor di depan lensa. Lensa mata berfungsi sebagai lensa cembung yaitu pembentuk bayangan yang bersifat nyata, terbalik dan diperkecil.

· Iris ; 

selaput di depan lensa mata yang membentuk celah lingkaran. Iris

berfungsi mengatur banyak sedikitnya cahaya yang boleh masuk
melalui pupil. Iris juga berfungsi memberi warna pada mata.

· Pupil; 

    celah lingkaran yang dibentuk iris. Pupil berfungsi untuk mengatur banyak

    tidaknya cahaya yang masuk ke bola mata. Apabila cahaya yang masuk ke 

    mata sangat kuat, pupil akan menyempit. Sehingga cahaya yang masuk ke 

    bola mata lebih sedikit. Apabila cahaya yang masuk ke mata redup, 

    maka pupil akan melebar sehingga cahaya yang masuk lebih banyak.

· Retina atau selaput jala ; 

    berfungsi sebagai layar penangkap bayangan.

· Bintik kuning ; 

    Bagian pada retina yang sangat peka terhadap cahaya. 

    Agar bayangan jelas, bayangan harus terbentuk di retina tepat di bintik kuning.

· Saraf optik; 

    saraf yang menghubungkan bintik kuning dengan otak sehingga

    sinyal-sinyal bayangan dari bintik kuning sampai ke otak. Selanjutnya

    otak akan menerjemahkannya.

 

 Daya akomodasi mata adalah kemampuan mata untuk mengubah kecembungan lensa mata baik menebal atau menipis supaya menghasilkan bayangan tepat pada retina.

 

   Mata dapat melihat benda dengan jelas apabila benda berada dalam jangkauan penglihatan, yaitu antara titik dekat mata (punctum proximum/PP) dan titik jauh mata (Punctum Remotum/PR). Titik dekat mata normal rata-rata adalah 25 cm. sedangkat titik terjauh mata normal adalah tidak terhingga (~)

 

CACAT MATA

 

      Cacat mata dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu : Miopi (rabun jauh), Hipermetropi (rabun dekat) dan presbiopi (mata Tua)

 

 

 

1.2. KAMERA

 

Kamera (alat memotret) adalah alat untuk menghasilkan foto. Kamera yang sederhana disebut kamera obskura. Persamaan kamera dengan mata antara lain : menggunakan lensa cembung, celah diafragma berfungsi sama dengan isir, film, tempat film sama dengan bintik kuning pada mata. Bayangan yang dihasilkan kamera bersifat Nyata, terbalik, dan diperkecil

 

1.3. LUP

  

Lup adalah alat optik yang berfungsi mengamati benda kecil agar tampak besar dan jelas dengan menggunakan lensa cembung. Bayangan yang dihasilkan lup bersifat Maya, Tegak dan Diperbesar

 

Pembesaran pada lup :

 

  

1.4. MIKROSKOP

 

Mikroskop adalah alat optik untuk melihat benda-benda yang sangat kecil agar tampak lebih besar dan jelas. Mikroskop terdiri dari dua lensa cembung : lensa okuler (dekat mata) dan lensa objektif (dekat benda). Fokus obejektif lebih kecil dari fokus okuler.

 

Lensa Objektif menghasilkan bayangan nyata, terbalik, dan diperbesar. Bayangan ini sekaligus manjadi benda bagi lensa okuler. Sifat Bayangan Akhir pada mikroskop adalah Maya, terbalik dan diperbesar.

 

Persamaan   dalam   mikroskop   sama   dengan   persamaan   pada   lensa cembung,   karena   lensa  objektif   dan   okuler   merupakan   lensa   cembung. Sedang perbesaran mikroskop sama dengan perkalian dari perbesaran lensa objektif dan okuler.

 

 

 

Panjang mikroskop merupakan jumlah jarak bayangan lensa objektif  dengan   jarak   benda   lensa  okuler.   Secara   matematis   panjang   mikroskop dirumuskan sebagai berikut :

 

 

1.5. TELESKOP (TEROPONG BINTANG)

 

Teropong adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang letaknya jauh agar tampak lebih dekat dan lebih jelas. Teropong juga sering disebut teleskop. Teleskop pertama kali ditemukan oleh Galileo Galilei. Teropong  ada   dua   macam,   yaitu   teropong bintang dan  teropong bumi. Teropong bintang   digunakan   untuk   mengamati   benda-benda angkasa, sedangkan teropong bumi digunakan untuk mengamati benda-benda di bumi yang letaknya jauh dari pengamat.

 

a. Teropong bintang

 

Teropong bintang sederhana terdiri atas dua buah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler. Pengamatan benda-benda angkasa dengan menggunakan teropong bintang dilakukan dengan mata tidak berakomodasi.

Bayangan   yang   terbentuk   pada   teropong   bintang   bersifat   nyata, terbalik,   dan   diperkecil. 

 

Perbesaran   pada   teropong   bintang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut.

Sedangkan panjang teropong bintang (d) :

 

 

 

b. Teropong Bumi

Teropong bumi sering disebut sebagai teropong yojana atau teropong medan. Teropong bumi terdiri atas tiga buah lensa cembung, yaitu lensa objektif, lensa okuler, dan lensa pembalik. Perhatikan proses pembentukan bayangan pada teropong bumi berikut ini.

  

Bayangan yang terbentuk pada teropong bumi bersifat nyata, tegak, dan diperkecil. Bayangan benda pada teropong bumi bersifat tegak karena adanya lensa pembalik yang berfungsi membalik bayangan dari lensa objektif.

 

Panjang teropong bumi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

 

 

1.6. PERISKOP

  

 

 

Periskop adalah alat optik yang berfungsi untuk mengamati benda dalam jarak jauh atau berada dalam sudut tertentu. Bentuknya sederhana, yaitu berupa tabung yang dilengkapi dengan cermin/prisma pada ujung-ujungnya. Prisma ini akan memantulkan cahaya yang datar sejajar padanya, kemudian diatur sedemikian rupa sehingga membentuk sudut 45 derajat terhadap sumbu tabung.

 

Periskop digunakan pada tank dan kapal selam. Para navigator kapal di kapal selam memanfaatkan periskop untuk mengamati gerak-gerik yang terjadi di permukaan laut. Ketika kita melihat ujung bawah,cahaya sejajar masuk lewat ujung atas mengenai cermin, oleh cermin akan dipantulkan membentuk sudut 45 derajat ke cermin bawah yang juga membentuk 45 derajat. Sinar-sinar pantul sejajartadi akan dipantulkan kembali ke mata kita yang melihat dari ujung bawah sehingga kamu dapat melihat benda-benda yang berada di ujung atas.

Prinsip kerja Periskop: Cahaya dari benda akan masuk secara horizontal kemudian turun dan mengarah ke mata pengamat secara horizontal juga. Bagian periskop yg berada diatas permukaan air haruslah tidak menarik perhatian atau mencolok. Oleh karena itu, pipa periskop dibuat dengan bentuk panjang menyempit dan kecil .

 

Sebuah periskop terdiri atas dua buah lensa cembung sebagai lensa objektif dan lensa okuler serta dua buah prisma siku-siku sama   kaki.   Ketika   seberkas   cahaya   mengenai   lensa   objektif, cahaya tersebut akan diteruskan menuju prisma siku-siku pertama. Prisma   siku-siku   pertama   akan  memantulkan berkas cahaya tersebut menuju ke prisma siku-siku kedua. Berkas cahaya yang menembus prisma siku-siku kedua akan diteruskan ke lensa okuler.

 

 

2.     Contoh Soal Dan Pembahasan

 

Contoh : 1

Jika lensa mata dianggap bola sferis dengan jarak permukaan depan lensa dengan retina 3 cm, hitunglah:

a.    Kuat lensa mata normal ketika mata melihat benda yang jauh sekali (mata tidak berakomodasi) dan ketika melihat benda pada jarak 25 cm (mata berkomodasi maksimum).

b.   Perubahan kekuatan lensa mata dari tidak berakomodasi sampai berakomodasi maksimum.

 

Pembahasan :

 

Diketahui:

s' = 3 cm

s = ~

 

Ditanyakan:

kuat lensa mata normal saat tidak berakomodasi dan saat berakomodasi maksimum serta perubah kekuatan lensa.

 

Jawab:

 

a)    Kuat lensa mata normal

Pada saat mata tidak berakomodasi (s = ~)

 

Dengan demikian, daya lensa untuk mata tidak berakomodasi adalah sebagai berikut.

Pada saat mata berakomodasi (s = 25 cm)

  

Dengan demikian, daya lensa untuk mata berakomodasi adalah sebagai berikut.

Jadi, kuat mata normal pada saat tidak berakomodasi adalah 33,3 dioptri dan pada saat mata berakomodasi adalah 37,03 dioptri.

 

b)   Maka Perubahan kekuatan lensa

∆P = 33,3 – 37,03

∆P = −4 dioptri

 

Jadi, perubahan kekuatan lensa adalah − 4 dioptri

 

Contoh : 2 (Soal tentang Cacat Mata)

Yulisa yang menderita rabun dekat mempunyai titik dekat 50 cm. Jika ingin membaca dengan jarak normal (25 cm), maka berapa kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai Reni?

 

Pembahasan :

 

Diketahui:

s = 25 cm

s’ = -50 cm (tanda negatif menunjukkan bayangan bersifat maya, di depan lensa)

 

Ditanyakan: P = …?

 

Jawab:

 

 

Maka kuat lensa, P :

Jadi, kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai Yulisa adalah 2 dioptri.

 

Contoh : 3

Seseorang tidak dapat melihat benda jauh tak hingga dengan jelas. Kemudian dia memeriksakan diri ke dokter mata. Untuk mengatasi kelemahan itu dia diberi saran oleh dokternya untuk memakai kaca mata dengan kekuatan -1/3 dioptri. Berapakah titik jauh mata orang tersebut.

Pembahasan :

Diketahui,

s = ~

P = -1/3 D

 

Ditanya : s’ = - PR = … ?

 

Jawab :

 

Maka titik jauh s’ = - PR dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan. 

Jadi, titik jauh mata orang tersebut adalah 300 cm.

Contoh : 4

Seorang kakek penderita presbiopi memiliki titik dekat 75 cm dan titik jauh 300 cm. Agar ia dapat melihat benda yang dekat (seperti mata normal) dan dapat melihat benda jauh, berapakah jarak fokus lensa bifokal dan kuat lensa kacamata yang harus digunakan kakek tersebut?

Pembahasan :

Kacamata bifokal tersusun atas dua lensa bagian atas lensa negatif (cekung) agar dapat melihat jauh dan bagian bawah lensa positif (cembung) agar dapat membaca normal.

Untuk dapat melihat jauh, s = ~ dan s’ = -300 cm

ó 1/f = 1/s + 1/s’

ó 1/f = (1/~) – 1/300

ó 1/f = -1/300

ó    f = -300 cm = -3 m

 

Maka kuat lensa, P :

ó P = 1/f

ó P = 1/(-3)

ó P = - 0,33 dioptri

 

Jadi, untuk dapat melihat benda jauh digunakan kacamata dengan jarak fokus 3 m dan kekuata lensa -0,33 dioptri.

 

Untuk dapat melihat dekat, s = 25 dan s’ = - 75 cm

ó 1/f = 1/s + 1/s’

ó 1/f = 1/25 – 1/75

ó 1/f = 3/75 – 1/75

ó 1/f = 2/75

ó     f = 75/2

ó     f = 37,5 cm

ó     f = 0,375 m

 

Maka kuat lensa P :

ó P = 1/f

ó P = 1/0,375

ó P = 2,67 dioptri

 

Jadi, untuk dapat melihat benda dekat digunakan kacamata dengan jarak fokus 0,375 m dan kekuata lensa 2,67 dioptri.

 

Contoh : 5 (Soal tentang Kacamata)

Agung tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang berjarak di bawah 40 cm. Ia ditawari temannya kacamata minus 1 dioptri. Jika kalian menjadi Agong, apakah kalian akan menerima tawaran tersebut? Berapakah kekuatan kacamata yang harus dipakai Agong agar dapat melihat benda secara normal?

Pembahasan :

Diketahui,

PP = S_n = 40 cm

Ditanya: P = … ?

Jawab:

Karena Agung tidak dapat melihat dekat (mengalami rabun dekat) maka kacamata yang harus digunakan adalah kacamata berlensa positif. Jadi tawaran teman Agong tidak dapat menolong. Kekuatan kacamata yang harus dipakai.

Jadi, kacamata yang harus dipakai Agung adalah kacamata positif (plus) dengan kekuatan 1,5 dioptri (+1,5D).

 

Contoh : 6

Aminah ingin membelikan kacamata untuk temannya yang hanya dapat melihat benda terjauh pada jarak 3 meter. Jenis kacamata apakah yang harus dibeli Aminah?

Pembahasan :

Diketahui:

mata miopi dengan PR = 3 m

Ditanyakan: jenis kacamata yang sesuai

Jawab:

Untuk menentukan kacamata yang sesuai, berarti kita menghitung kekuatan kacamata dengan rumus sebagai berikut :

 

 

Jadi, kacamata yang sesuai adalah kacamata negatif dengan kekuatan −1/3 dioptri.

 

Contoh : 7 (Soal tentang Kamera)

Sebuah kamera memiliki titik api 80 mm, awalnya digunakan untuk mengambil gambar benda yang cukup jauh. Kemudian, kamera digunakan untuk mengambil gambar sebuah benda yang jaraknya 2 m dari lensa. Tentukan ke mana dan berapa jauh lensa kamera harus digeser.

 

Pembahasan :

 

Fokus lensa kamera, f₁ = 80 mm = 0,08 m

Keadaan mula-mula benda jauh, s = ~, maka

 

Keadaan akhir objek foto, s₂ = 2 m

 

Maka besar pergeseran lensa kamera adalah sebagai berikut.

d = s₂’ – s₁’

d = 0,0833 – 0,08

d = 0,0033 m

d = 3,3 mm

Oleh karena s₂’ > s₁’ maka d > 0, artinya lensa kamera harus digeser menjauhi film.

 

Contoh : 8

Jarak fokus lensa sebuah kamera adalah 50 mm. Kamera tersebut diatur untuk memfokuskan bayangan benda pada jauh tak terhingga. Berapa jauh lensa kamera harus digeser agar dapat memfokuskan bayangan benda yang terletak pada jarak 2,5 m?

Pembahasan :

Ketika digunakan untuk memfokuskan benda yang letaknya jauh tak terhingga, bayangan benda tersebut akan tepat berada di titik fokus lensa. Dengan kata lain, s' = f = 50 mm. Ketika jarak benda ke lensa, s = 2,5 m = 2500 mm,

ó 1/f = 1/s + 1/s’

ó 1/f = 1/2500 + 1/s’

ó 1/50 = 1/2500 + 1/s’

ó 1/s’  = 1/50 – 1/2500

ó 1/s’ = 1/50 – 1/2500

ó 1/s’ = 49/2500

ó s' = 2500/49

ó s’ = 51,02 mm

 

Dengan demikian, lensa harus digeser sejauh

ó d = 51,02 mm – 50 mm

ó d = 1,02 mm.

 

Contoh : 9 (Soal tentang Lup/Kaca Pembesar)

Seorang tukang arloji bermata normal menggunakan lup yang berkekuatan 10 dioptri. Tentukanlah jarak benda ke lup dan perbesaran anguler lup jika mata tukang arloji berakomodasi maksimum.

Pembahasan :

Diketahui:

S’ = −Sn = −25 cm (mata normal)

P = 10 dioptri

ó f = 1/P

ó f = 1/10

ó f = 0,1 m

ó f = 10 cm

 

Ditanyakan: S dan M untuk mata berakomodasi maksimum.

 

Jawab :

Menentukan jarak benda (s) ke lup

Untuk menentukan jarak bayangan benda atau S dari lup, maka kita gunakan persamaan yang berlaku pada lensa cembung,

ó 1/f = 1/S + 1/S’

ó 1/10 = 1/S + 1/(- 25)

ó 1/10 = 1/S – 1/25

ó 1/S = 1/10 + 1/25

ó 1/S = 35/250

ó    S = 250/35

ó    S = 50/7

 

Jadi jarak benda ke lup adalah 50/7 cm.

 

Menentukan perbesaran anguler lup

Perbesaran sudut lup untuk penggunaan dengan mata berakomodasi maksimum.

Jadi, perbesaran anguler lup untuk mata berakomodasi maksimum adalah 3,5 kali.

 

Contoh : 10

Sebuah lup berfokus 5 cm digunakan untuk mengamati benda yang panjangnya 4 mm. tentukanlah panjang bayangan benda apabila mata tidak berakomodasi.

Pembahasan :

Diketahui:

Sn = 25 cm

f = 5 cm

h = 4 mm = 0,4 cm

 

Ditanyakan: h’ untuk mata tidak berakomodasi

 

Jawab:

 

Untuk menentukan panjang bayangan (h’), pertama kita hitung dahulu perbesaran anguler lup untuk mata tidak berakomodasi.

Selanjutnya, untuk menentukan panjang bayangan

Jadi, panjang bayangan saat menggunakan lup untuk keadaan mata berakomodasi maksimum adalah 2 cm.

 

Contoh : 11

Seseorang mengamati sebuah benda dengan menggunakan lup berkekuatan 10 dioptri. Apabila titik dekat mata orang tersebut adalah 25 cm, berapakah perbesaran lup itu jika mata berakomodasi pada jarak 50 cm.

Pembahasan :

Diketahui:

PP = 25 cm

P = 10 dioptri

ó P = 1/f

ó P = 1/10

ó f = 0,1 m

ó f = 10 cm

x = 50 cm

 

Ditanyakan: perbesaran M anguler ketika mata berakomodasi pada jarak 50 cm.

 

Jawab:

Perbesaran anguler lup dihitung untuk mata berakomodasi pada jarak 50 cm dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

 

3.     Soal Latihan

 

Soal : 1

Perbesaran mikroskop 20 kali. Jika perbesaran lensa okuler 4 kali, tentukan perbesaran lensa objektif ( M_ob ).

 

Soal : 2

Sebuah mikroskop mempunyai lensa objektif dengan fokus 5 cm dan lensa okuler dengan fokus 8 cm. Jika benda terletak pada jarak 8 cm dari lensa objektif dan panjang mikroskop 18 cm, tentukan perbesaran mikroskop.