ANALISIS FISIKA TERBENTUKNYA BAYANGAN PADA MATA

P-ISSN: 2303-1832 E-ISSN: 2503-023X 10 2015

Jurnal Ilmiah Pendidikan Fisika ‘Al-BiRuNi’ 04 (2) (2015) 285-297

285

https://ejournal.radenintan.ac.id/index.php/al-biruni/index

ANALISIS FISIKA TERBENTUKNYA BAYANGAN PADA MATA Widya Wati Program Studi Pendidikan Fisika IAIN Raden Intan Lampung E-mail: [email protected]

Abstrak: Mata merupakan alat indra yang penting bagi tubuh. Melalui mata seorang manusia dapat melihat. Proses melihat benda yang dilakukan oleh mata dapat dianalisa secara fisika dalam bidang ilmu optik. Indra penglihatan terdiri dari tiga komponen utama: (1) mata yang memfokuskan bayangan dari dunia luar ke retina peka-cahaya, (2) sistem jutaan saraf yang menyalurkan informasi jauh ke dalam otak dan (3) koreks penglihatan, bagian dari otak tempat “semua dipadukan”. Fisika berperan pada ketiganya, tetapi fisika bagian pertama jauh lebih dipahami daripada fisika dua bagian yang terakhir. Oleh sebab itu dalam artikel ini pembahasan difokuskan analisis fisika terbentuknya bayangan pada mata. Dengan melakukan pendekatan fisika optik dapat ditentukan bagaimana posisi jatuhnya bayangan pada retina mata, dan berikut kelainan-kelainan yang terjadi pada mata sehingga dapat ditentukan lensa yang sesuai. Pada mata normal bayangan akan jatuh tepat pada retina mata. Untuk penderita rabun jauh bayangan jatuh di belakang retina sehingga untuk membantu melihat nornmal harus dibantu dengan lensa positif. Sedangkan untuk penderita rabun dekat, bayangan jatuh di depan retina, sehingga harus dibantu dengan lensa negatif. Kata Kunci: mata, pembentukan bayangan

PENDAHULUAN Mata menjadi alat optik yang paling penting pada manusia atau makhluk hidup. Sebagian besar pengetahuan kita tentang dunia di sekeliling kita didapat melalui mata. Perasaan tidak berdaya yang muncul saat kita terperangkap dalam kegelapan di lingkungan yang asing merupakan petunjuk kuat akan ketergantungan kita pada penglihatan. Indra penglihatan terdiri dari tiga komponen utama: (1) mata yang

memfokuskan bayangan dari dunia luar ke retina peka-cahaya (gambar 1), (2) sistem jutaan saraf yang menyalurkan informasi jauh ke dalam otak dan (3) koreks penglihatan, bagian dari otak tempat “semua dipadukan”. Kebuataan terjadi apabila salah satu dari ketiganya tidak berfungsi. Fisika berperan pada ketiganya, tetapi fisika bagian pertama jauh lebih dipahami daripada fisika dua bagian yang terakhir.

Gambar 1. Komponen utama indra penglihatan

286


Walaupun mata memiliki banyak

dengan cahaya kurang dari 0,1 % dari

kemiripan dengan kamera, namun lebih

yang kita butuhkan untuk melihat warna.

banyak persamaan yang terdapat antara

Perbedaan sensitivitas yang besar ini

mata dan sistem TV berwarna sirkuit

analog dengan perbedaan antara film

tertutup.

hitam-putih

Lensa

kamera

TV

analog

kecepatan

tinggi

yang

dengan kornea dan lensa mata; kabel

sensitive dan film berwarna yang jauh

sinyal adalah saraf optikus, dan monitor

kurang sensitive yang kita gunakan

pemantau adalah korteks penglihatan.

dikamera.

Saat cahaya terang kita melihat bendabenda dalam warna yang hidup. Pada

KAJIAN PUSTAKA

cahaya temaram mata bekerja seperti

1. Bagian-bagian mata

kamera TV hitam putih seper peka yang memungkinkan

kita

melihat

benda

Bagian-bagian mata dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 2. Struktur anatomi mata

a. Sklera

(bagian

putih

mata):

b. Konjungtiva:

selaput

tipis

yang

merupakan lapisan luar mata berupa

melapisi bagian dalam kelopak mata

selubung berserabut putih dan relatif

dan bagian luar sklera.

kuat.

c. Kornea: struktur transparan yang menyerupai

kubah,

merupakan

pembungkus dari iris, pupil dan bilik

287


anterior

serta

memfokuskan

membantu

cahaya.

Memiliki

j. Bintik buta: cakram optik yang merupakan

bagian

diameter sekitar 12 mm dan jari-jari

hidung,

merupakan

kelengkungan sekitar 8 mm.

percabangan

d. Lapisan koroid: lapisan tipis di

fovea

serat

dekat tempat

saraf

dan

pembuluh darah ke retina, tidak mengandung

darah dan suatu bahan pigmen, tidak

kerucut, terletak pada region sekitar 3–

menutupi kornea. e. Pupil: daerah hitam di tengah-tengah iris. f. Iris:

sel

batang

ataupun

dalam sklera yang berisi pembuluh

.

k. Humor aqueous: cairan jernih dan encer yang mengalir di antara lensa

jaringan

berwarna

yang

dan kornea (mengisi segmen anterior

berbentuk cincin, menggantung di

mata),

belakang kornea dan di depan lensa;

makanan bagi lensa dan kornea;

berfungsi mengatur jumlah cahaya

dihasilkan oleh prosesus siliaris.

yang masuk ke mata dengan cara merubah ukuran pupil. g. Lensa: struktur cembung ganda yang

serta

merupakan

sumber

l. Humor vitreous: gel transparan / cairan kental yang terdiri dari bahan berbentuk

serabut,

terdapat

di

tergantung diantara humor aqueus

belakang lensa dan di depan retina

dan vitreus; berfungsi membantu

(mengisi segmen posterior mata)

memfokuskan cahaya ke retina. h. Retina: lapisan jaringan peka cahaya

2. Sistem optik mata

yang terletak di bagian belakang bola

Sistem optik mata memiliki ciri

mata, berfungsi mengirimkan pesan

khusus sebagai berikut, sebagian besar

visuil melalui saraf optikus ke otak.

tidak didapatkan bahkan pada kamera

Retina terbagi menjadi 10 lapisan dan

paling mahal sekalipun.

memiliki reseptor cahaya aktif yaitu

a. Mata dapat mengamati kejadian pada

sel batang dan sel kerucut pada

sudut

yang

sangat

besar

selagi

lapisan ke-9.

memandang

sebuah

benda

yang

i. Saraf optikus: kumpulan jutaan serat saraf yang membawa pesan visuil dari retina ke otak.

terletak

tepat

didepannya

cermat (gambar 3)

secara

288


Gambar 3. Mata yang melihat lurus ke depan memiliki sudut penglihatan yang besar

b. Berkedip merupakan alat pembersih

pasokan darah, kornea terdiri dari sel-

dan pelumas built-in (terpasang tetap

sel hidup dan dapat memperbaiki

dan siap pakai) bagi lensa depan

kerusakan lokal

(kornea).

g. Mata memiliki sistem pengendali

c. Terdapat sistem pemfokusan otomatis cepat

yang

memungkinkan

tekanan

otomatis

yang

kita

mempertahankan tekanan internalnya

melihat benda sampai sedekat 20 cm

sekitar 1,6 kPa (12mmHg) sehingga

(sekitar 8 in) dalam satu detik dan

bentuk

kemudian melihat benda jauh. Pada

dipertahankan.

Apabila

keadaan rileks, focus untuk mata

mata

cepat

normal terpasang untuk jarak “tak

bentuknya semula.

terhingga” (melihat jauh d. Mata dapat bekerja secara efektif

h. Mata

bola

dengan

mata

terletak

terlindung

kuat

di

dapat „penyok‟,

kembali

wadah yang

ke

yang hamper

menerima cahaya dengan rentang

seluruhnya diliputi tulang. Masing-

intensitas yang sangat lebar, yaitu

masing mat bersandar pada bantalan

sekitar 10 milyar berbanding satu

lemak yang meredam goncangan

(1010:1), siang hari yang terik sampai

keras

malam gulita.

i. Bayangan tampak terbalik di retina

e. Mata memiliki sistem penyesuaian

peka-cahaya di bagian belakang bola

bukaan lensa yang otomatis (iris)

mata tetapi otak secara otomatis

f. Kornea memiliki penghapus goresan yang built-in; walaupun tidak dapat

mengoreksi hal ini

289


Gambar 4. Indra penglihatan dalam banyak hal serupa dengan sistem TV berwarna sirkuit tertutup. Indra penglihatan lebih unggul di segala aspek kecuali kemudahan pemasangannya

j. Otak

memadukan

bayangan

dari

k. Otot

mata

memungkinkan

mata

kedua mata sehingga kita memiliki

bergerak fleksibel ke atas dank e

persepsi kedalaman yang baik dan

bawah, ke samping, dan secara

penglihatan

diagonal. Setelah sedikit latihan, mata

tiga

dimensi

sejati.

Apabila penglihatan diri salah satu

bahkan

mata lenyap, penglihatan dari mata

melingkar

dapat

dibuat

bergerak

yang tersisa masih memadai untuk sebagian besar kebutuhan

Gambar 5. Enam otot mata kenan memungkinkan mata melakukan beragam gerakan. Otot-otot bekerja berpasangan: satu pasang mengendalikan gerakan ke atas dan ke bawah (U-D), satu pasang mengendalikan gerakan ke kiri dank e kanan (L-R) dan satu pasang mengendalikan gerakan rotasi (R ). Otot rotasi berjalan melewati lengkung tulang. Keenam otot melekat ke tengkorak di belakang mata

290


3. Mekanime

Penglihatan

dan

yang sangat halus disebut batang dan

Bayangan

pada

kerucut dan memancarkan informasi

Pembentukan

yang diterima saraf optik dan dikirim ke

Mata Sistem optik yang paling penting bagi manusia adalah mata. Di depan lensa

mata

membentuk

terdapat suatu

selaput

celah

otak. Apabila kita ingin melihat benda

yang

yang jauh letaknya maka otot siliari akan

lingkaran.

mengendor dan berakibat sistem lensa

Selaput inilah yang disebut

iris dan

kornea

berada

pada

panjang

focus

berfungsi memberi warna pada mata.

maksimumnya yaitu kira-kira 2,5 cm

Celah lingkaran disebut pupil. Lebar

(jarak dari kornea ke retina). Bila letak

pupil

benda didekatkan maka otot siliari akan

dikendalikan

iris

sesuai

cahaya

yang

meningkatkan

yang

sehingga mengurangi panjang fokusnya

memasuki mata dikendalikan oleh iris.

dan bayangan akan difokuskan ke retina.

Iris mengatur ukuran biji mata, sedang

Proses perubahan kelengkungan lensa

tebal lensa dikendalikan oleh otot siliari.

inilah yang disebut akomodasi.

dengan

oleh

intensitas

mengenainya.

Jumlah

cahaya

kelengkungan

lensa

Kornea mata adalah bagian depan mata

Jarak terdekat (posisi benda di

memiliki lengkung yang lebih tajam yang

depan mata) dimana lensa memfokuskan

dilapisi oleh selaput bening. Di belakang

cahaya yang masuk tetap jatuh di retina

kornea terdapat cairan (aqueous humor).

disebut titik dekat. Jika benda lebih

Cairan ini berfungsi untuk membiaskan

didekatkan ke mata maka lensa tidak

cahaya yang masuk ke dalam mata. Di

dapat memfokuskan cahaya. Cahaya

bagian yang lebih dalam lagi terdapat

yang masuk tidak jatuh di retina maka

lensa yang dibuat dari bahan

bening,

bayangan menjadi kabur. Posisi titik

berserat dan kenyal. Lensa inilah disebut

dekat ini beragam dari satu orang ke

lensa mata/ lensa kristalin.

orang yang lain dan berubah dengan

Cahaya memasuki mata melalui iris

meningkatnya

usia.

Sebagai

contoh,

menembus biji mata, dan oleh lensa

seseorang yang usianya 10 tahun maka

difokuskan sehingga jatuh ke retina atau

titik dekatnya dapat sekitar 7 cm di depan

selaput jala. Retina adalah lapisan serat

mata, sedang seseorang yang usianya 60

saraf yang menutupi bagian belakang.

tahun maka titik dekatnya dapat sekitar

Retina mengandung struktur indracahaya

200 cm.

291


Bagaimana

proses

pembentukan

bayangan di retina jika mata kita melihat suatu

benda?

Proses

bayangan di retina ditunjukkan pada Gambar 6.

pembentukan

Gambar 6. Proses Pembentukan bayangan di retina

Benda yang tingginya

y terletak

4. Refraksi Mata

pada jarak S1 maka tampak kecil karena

Sistem lensa mata yang positif

bayangan yang terbentuk di retina kecil

menyebabkan terkumpulnya sinar hasil

dengan tinggi bayangan y‟. Bayangan

pembiasan pada retina. Posisi bintik

yang ditangkap di retina adalah nyata,

kuning retina sendiri terletak pada garis

terbalik, dan

median dari sistem lensa mata. Bila sinar

diperkecil. Otak kitalah

yang menerjemahkan sehingga kalau kita

datang

sejajar

sumbu

utama

melihat suatu benda maka kita dapat

dibelokan melalui

melihat seolah-olah bayangan tegak dan

sedangkan bila sinar datang melalui pusat

tidak terbalik.

kelengkungan lensa akan diteruskan dan

jari-jari

akan lensa,

bila sinar datang dari arah selain itu akan dibelokan sejajar sumbu utama.

Gambar 7. Bentuk refraksi sinar pada mata

292


Konvergensi

tepat

pada

retina

semacam ini dapat diatasi

dengan

hanya diperoleh bila benda yang dilihat

memasang lensa positif atau kaca mata

berada 6 meter atau lebih jauhnya dari

berlensa cembung (positif).

mata. Bila jarak benda kurang

dari 6

Kacamata

berlensa

cembung

meter, maka konvergensi berkurang dan

membantu cahaya pembentuk bayangan

bayangan yang terbentuk tidak tepat pada

tetap jatuh di retina. Proses pembentukan

retina. Jarak 6 meter adalah jari-jari

bayangan di retina pada orang yang

kelengkungan

menderita rabun jauh ditunjukkan pada

lensa

mata,

sehingga

benda harus berada di ruang 3 agar

Gambar 9.

bayangan yang terbentuk tepat pada retina.

Semakin

jauh

jarak

benda,

semakin jelas bayangan yang terbentuk.

5. Kelainan Refraksi Jika kemampuan otot siliar untuk mengatur

kelengkungan

lensa

mata

Gambar 9. Proses pembentukan bayangan di retina

kurang maka dapat berakibat lensa mata

pada orang yang menderita rabun

kurang cembung. Hal ini mengakibatkan

jauh dengan bantuan lensa positif

cahaya

pembentuk

bayangan

yang Di lain pihak, jika kemampuan otot

terbentuk akan jatuh di belakang retina seperti ditunjukkan pada Gambar 8.

siliari terlalu kuat dan berakibat lensa mata terlalu cembung maka bayangan yang terbentuk akan jatuh di depan retina, seperti ditunjukkan pada gambar 10.

Gambar 8. Proses pembentukan bayangan yang terbentuk di belakang retina pada orang yang menderita rabun jauh Gambar 10. Proses pembentukan bayangan yang

Orang yang mempunyai kelainan seperti ini disebut rabun jauh. Kelainan

terbentuk di depan retina pada orang yang menderita rabun dekat


293

Orang yang mempunyai kelainan

Penyerapan suatu foton cahaya oleh

seperti ini disebut rabun dekat. Kelainan

sebuah fotoreseptor memicu timbulnya

semacam ini dapat diatasi

dengan

sinyal listrik ke otak-suatu potensial aksi.

memasang lensa negatif atau memakai

Energy foton adalah sekitar 3 eV,

kaca mata berlensa cekung (negatif).

potensial aksi memiliki energy jutaan kali

Kacamata berlensa cekung membantu

lebih besar. Foton cahaya tampaknya

cahaya pembentuk bayangan benda tetap

menimbulkan suatu reaksi fotokimia di

terbentuk di retina. Proses pembentukan

fotoreseptor yang melalui suatu cara

bayangan di retina pada orang yang

memicu timbulnya potensi aksi. Foton

menderita rabun dekat ditunjukkan pada

harus diatas energy minimum untuk

Gambar 11.

dapat menimbulkan reaksi. Energi foton inframerah kurang memadai sehingga tidak terlihat. Foton ultraviolet memiliki energy yang memadai, tetapi foton ini diserap

sebelum

mencapai

retina

sehingga tidak terlihat. Gambar 11. Proses pembentukan bayangan di retina

Retina menutupi seluruh belakang bola mata. Walaupun sifat retina yang

pada orang yang menerita rabun dekat memakai lensa negatif

6. Retina Sebagai Detektor Cahaya Retina, bagian mata yang peka

luas ini bermanfaat untuk memberikan penglihatan peringatan dari sudut yang besar, namun sebagian besar penglihatan

cahaya

terbatas ke suatu daerah kecil yang

menjadi impuls listrik saraf yang dikirim

disebut macula lutea, atau bintik kuning.

ke otak. Walaupun peran retina mirip

Semua penglihatan tajam berlangsung di

dengan film pada sebuah kamera, namun

bagian yang sangat kecil di bintik kuning

analogi yang lebih baik adalah retina dan

(diameter sekitar 0,3 mm) yang disebut

bagian peka cahaya dari kamera TV.

fovea sentralis.

Tidak seperti film, retina tidak perlu

Bayangan pada retina sangatlah kecil. Persamaan untuk menentukan ukuran bayangan di retina dapat diperoleh dengan menggunakan rasio panjang sisi segitiga sebangun. O adalah ukuran benda, I ukuran bayangan, P jarak benda, dan Q jarak bayangan, biasanya

cahaya,

mengubahbayangan

diganti karena terdapat sistim uilt-in yang menyalurkan zat-zat kimia peka cahaya yang mengubah cahaya menjadi impuls listrik saraf.

294


sekitar 0,02 m (2 cm). oleh karena itu, kita dapat menulis O/P= I/Q atau O/I= P/Q. karenanya I= (Q/P)O. Misalnya seekor lalat memiliki diameter 3 mm (0,003m) dan jarak bayangan untuk mata normal dapat dianggap Q = 0,02 m. hitung ukuran bayangan yang terbentuk di retina dari seekor lalat yang hinggap di dinding yang jaraknya 3 m. Jawaban: O = 0,003 m, Q = 0,02 m, P = 3 m Maka: I = (Q/P)O = (0,02/3)0,003 = 6. 10-5/3 = 2. 10-5 m = 20 µm

Mata normal manusia dilihat dari ilmu Kimia dan Fisika, dapat menerima cahaya dengan panjang gelombang dari 380 sampai 780 nm. Daerah ini disebut Visible (Cahaya tampak) adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang tampak oleh mata manusia. Pada Gambar di bawah ini, daerah Visible hanya sedikit sekali. Daerah yang hanya sedikit (visible) ini, kita telah banyak melihat bermacam-macam warna yang indah di dunia ini. Sungguh ini merupakan salah satu nikmat dari Allah swt yang begitu besar.

Gambar 12. Spektrum radiasi elektromagnetik

Jika diperbesar menjadi;

Gambar 13. Spektrum warna elektromagnetik


Hubungan Posisi Benda dengan Bayangan Hubungan posisi benda, bayangan yang terbentuk dan panjang fokus suatu lensa tipis dapat ditulis dalam rumus matematik:

dengan: s = jarak benda ke mata, s‟ = jarak bayangan ke mata, dan f = panjang fokus lensa. Kemampuan suatu lensa positif untuk mengumpulkan cahaya atau kemampuan lensa negatif untuk menyebarkan cahaya dinyatakan dengan istilah kekuatan lensa (P) yaitu:

295

dengan: P = kekuatan lensa (D = dioptri); f = panjang fokus lensa (m). Untuk panjang fokus suatu lensa 1 m maka kekuatan lensa tersebut 1 D. Pembiasan Cahaya oleh Prisma Dalam optik, alat yang dipakai untuk merefleksikan cahaya berwarna putih atau untuk memisahkannya (dispersi) menjadi spektrum warna pelangi), yang secara tradisional dibuat dalam bentuk prisma dengan dasar segitiga.

Gambar 14. Pembiasan cahaya pada prisma

Akomodasi Benda yang terletak pada jarak kurang dari 6 meter, maka perlu ada penambahan konvergensi lensa. Akomodasi mata merupakan upaya penambahan konvergensi lensa agar mata tetap dapat melihat benda yang jaraknya kurang dari 6 meter. Kemampuan akomodasi semakin berkurang dengan bertambahnya umur. Hal ini terlihat dari ukuran titik dekat pada setiap kelompok umur yang semakin bertambah. Titik dekat adalah jarak terdekat benda dari

mata yang masih dapat diidentifikasi dengan jelas. Tabel 1. Ukuran titik dekat setiap kelompok umur

Akomodasi terjadi karena kontraksi dari m ciliaris yang memiliki origo pada lensa dan insersi pada orbita. Kontraksi m ciliaris menarik orbita mendekat ke media sehingga jarak superior dengan

296


posterior orbita berkurang. Secara tidak langsung hal ini menyebabkan tekanan pada lensa mata ke arah medial, sehingga

menyebabkan kelengkungan lensa (terutama posterior) bertambah cembung.

Gambar 15. Kontraksi m ciliaris

Akomodasi menyebabkan seakanakan jarak benda bertambah, atau menjauh karena bagian posterior lensa bertambah cembung ke dalam. Selain jarak benda, jari-jari dan diameter lensa juga bertambah saat akomodasi. Efek samping lain yang muncul saat akomodasi adalah peningkatan tekanan chamber, terutama posterior. Hal inilah yang menyebabkan munculnya rasa nyeri tumpul (kemeng), ditambah dengan terbentuknya asam laktat dari kontraksi m ciliaris menyebabkan akomodasi mata tak dapat dilakukan terlalu lama. Jarak terdekat dari benda agar masih dapat dilihat dengan jelas dikatakan benda terletak pada titik dekat/punktum proksimum. Jarak punktum proksimum terhadap mata dinyatakan (dalam meter) maka 1/P disebut AP (aksial proksimum); pada saat ini mata berakomodasi sekuat-kuatnya (mata berakomodasi maksimum). Jarak terjauh bagi benda agar masih dapat dilihat dengan jelas dikatakan benda terletak pada titik jauh/punktum remotum. Jarak punktum remotum terhadap mata dinyatakan r (dalam meter) maka 1/r disebur Ar (aksila proksimum); pada saat ini mata tidak berakomodasi/lepas akomodasi.

Setiap Ap dengan Ar disebut lebar akomodasi, dapat dinyatakan: Ac = Ap – Ar Ac merupakan lebar akomodasi yaitu perbedaan antara akomodasi maksimal dengan lepas akomodasi maksimal Secara empiris Ac = 0,0028 (80 thL)2 dioptri L = umur dalam tahun Bertambah jauhnya titik dekat akibat umur disebut mata presbyop. Presbyop ini bukan merupakan cacat penglihatan.

SIMPULAN Adapun kesimpulan dari artikel ini adalah: 1. Bayangan tampak terbalik di retina peka-cahaya di bagian belakang bola mata tetapi otak secara otomatis mengoreksi hal ini 2. memadukan bayangan dari kedua mata sehingga kita memiliki persepsi kedalaman yang baik dan penglihatan tiga dimensi sejati. Apabila penglihatan diri salah satu mata lenyap, penglihatan dari mata yang tersisa masih memadai untuk sebagian besar kebutuhan


DAFTAR PUSTAKA Agusta, Chaterina Paulus. 2007. Teknologi Penginderaan Jauh Kelautan : Produktivitas Perikanan. Paper Teknologi Eksplorasi Kelautan Biofisika, Fisika Indera 3, Fisika Optik. Handout Kuliah Cameron, John R. 2006. Fisika Tubuh Manusia Edisi 2. Jakarta: EGC Gabriel, J.F. 1996. Fisika Kedokteran. Jakarta : EGC

297

ANALISIS FISIKA TERBENTUKNYA BAYANGAN PADA MATA

Recommend Documents