SOAL ALAT OPTIK DAN PEMBAHASANNYA

Setelah Materi Alat - alat optik, selanjutnya kita akan mempelajari beberapa contoh soal. Dilengkapi dengan pembahasan, yang dapat membantu kita lebih memahami materi. 

Soal dan Pembahasan 

Fisika kelas : VIII SMP/MTs 

Soal : 1 (Mata)

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, 

Mata tidak berakomodasi dan mata berakomodasi (maksimum)

jarak bayangan benda, s' = 3 cm

jarak benda, s = ~ (tak berhingga) 

Ditanyakan,

a, kuat lensa mata normal saat tidak berakomodasi dan saat berakomodasi maksimum 

b. perubah kekuatan lensa.

Jawab:

 

Bagian a)    Kuat lensa mata

Pada saat mata tidak berakomodasi (s = ~)

Dengan demikian, daya lensa atau kuat 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.

Bagian b)   Perubahan kekuatan lensa

∆P = 33,3 – 37,03

∆P = −4 dioptri

Jadi, perubahan kekuatan lensa adalah − 4 dioptri

 

Soal : 2 (Soal tentang Cacat Mata)

Yunita 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 Yunita?

Pembahasan :

 

Diketahui:

jarak baca normal, s = 25 cm

jarak cacat mata, s’ = - PP = - 50 cm 

(tanda negatif menunjukkan bayangan bersifat maya, di depan lensa)

Ditanyakan, 

kuat lensa P = …?

Jawab : 

terlebih dahulu kita hitung titik fokusnya, f : 

 

Maka kuat lensa, P :

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

Soal : 3 (Soal tentang Cacat Mata)

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,

jarak jauh mata normal, s = ~ (tak berhingga)

kuat lensa kacamata penderita, P = -1/3 D

 

Ditanya : 

jarak cacat mata, s’ = - PR = … ?

Jawab :

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

Jadi, titik jauh mata orang tersebut adalah 300 cm (3,0 meter).

Soal : 4 (Soal tentang Cacat Mata)

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 :

Diketahui, 

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.

 

Soal : 5 (Soal tentang Kacamata)

Agong 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 Agong 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).

 

Soal : 6 (Soal tentang Kacamata)

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.

 

Soal : 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.

 

Soal : 8 (Soal tentang Kamera)

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.

 

Soal : 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.

 

Soal : 10 (Soal tentang Lup/Kaca Pembesar)

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

Pembahasan :

Diketahui:

jarak baca normal, Sn = 25 cm

titik fokus, f = 5 cm

tinggi benda, h = 4 mm = 0,4 cm

 

Ditanyakan : 

tinggi bayangan, 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.

 

Soal : 11 (Soal tentang Lup/Kaca Pembesar)

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

 

Ditanya : 

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.

 

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.