Alat Optik
Alat optik adalah peralatan yang menggunakan zat optik berupa cermin atau lensa. Dalam kehidupan seharihari alat optik biasa digunakan, seperti kacamata, kaca pembesar (lup), kamera, mikroskop, teropong, LCD proyektor, periskop dan lain-lain. Alat-alat optik ini membantu manusia untu melihat, jika terkena cacat mata maka dibantu dengan kacamata, jika manusia tidak bisa melihat benda kecil dengan mata telanjang maka dibantu dengan lup atau mikroskop (untuk benda yang sangat kecil/mikroskopis). Jika manusia tidak bisa melihat benda jauh seperti bintang atau pemandangan yang indah, maka dibantu dengan menggunakan teropong/teleskop. Saat kita belajar fisika artinya kita sedang memberikan solusi pada setiap permasalahan kehidupan, bukankah sebaik-baik manusia adalah orang yang paling bermanfaat, maka bantulah orang lain untuk memecahkan masalahnya. Yuk kita bahas peralatan optik itu satu per satu: 1. Mata Mata adalah karunia Alloh sehingga kita bisa melihat indahnya warna-warna pelangi, hijaunya daun, langit yang biru, mengetahui bentuk gajah, hewan lain. Mata yang kecil ini, bisa menjadi jendela dunia. Bersukurlah ketika kita masih mempunyai mata normal, tidak buta, tidak buta warna, bisa melihat benda-benda jauh maupun dekat. Kalaupun kadang ada yang tidak bisa melihat benda sangat jauh maka dibantu dengan kacamata. Demikian juga ketika tidak bisa melihat benda dekat juga bisa dibantu dengan kacamata.
Gambar 1.1 Bagian Mata Mata yang kecil ini, merupakan sebuah sistem optik yang bekerjasama sehingga terbentuk bayangan hingga bisa kita lihat. Sistem pada mata terdiri dari kornea – vitereous humor - pupil – iris - lensa mata – aqueous humor – retina. Urutan tersebut adalah urutan bagian mata dari yang paling depan
dan juga urutan jalannya cahaya ketika cahaya yang dipantulkan benda masuk ke mata sehingga benda bisa dilihat. Kornea, merupakan bagian paling depan dari mata, sifatnya yang keras berungsi untuk melindungi bagian di sebelah dalamnya yang lunak dan sangat sensitif. Pupil, merupakan bagian mata yang berbentuk seperti lubang tempat sinar masuk ke mata. Pupil ini bisa melebar dan menyempit tergantung cahaya yang masuk, saat cahaya sedikit, atau di tempat gelap maka pupul akan membesar, dan saat keadaan disekitar cahanyanya banyak, di tempat yang terang, maka pupil akan menyempit, hal ini menyesuaikan dengan kebutuhan mata untuk melihat benda yang secara normal membutuhkan cahaya yang cukup. Membesar dan mengecilnya pupil ini dapat diamati, seperti ketika kita melihat mata kucing, atau mata teman kita ada bagian yang melebar jika sedikit cahaya dan bisa menyempit jika banyak cahaya. Nah, melebar dan menyempitnya pupil diatur oleh iris dan otot ciliar, otot ini terhubung dengan saraf tak sadar yang secara otomatis akan menyesuaikan dengan rangsangan, bahkan kita sendiri tidak sadar. Lensa mata, merupakan lensa cembung, akan tetapi bisa juga mencekung, inilah hebatnya yang belum bisa ditiru dengan lensa buatan, yang bisa mencembung dan mencekung secara otomatis. Jika kita perhatikan jarak antara lensa mata dengan retina tidak pernah berubah, masudnya adalah jarang bayangannya tidak pernah berubah, tapi kenapa kita dapat melihat benda jauh dan benda dekat dengan lensa yang sama? Padahal kalau kita belajar dahulu tentang pembiasan pada lensa maka jarak bayangan dan sifat bayangan tergantung letak bendanya, di ruang I atau II atau III, hasilnya akan berbeda-beda. Lalu pada mata bagaimana penjelasannya? Ternyata fokus lensa mata yang dapat diubah-ubah yakni yang disebut dengan akomodasi, yaitu peristiwa mencembung atau mencekungnya mata agar mata bisa melihat lebih jelas. Retina, adalah bagian mata yang berfungsi untuk menangkap bayangan. Bayangan yang terbentuk di retina adalah Nyata (berada di belakang lensa), Terbalik, dan diperkecil. Di retina terdapat bagian bernama bintik kuning dan bintik buta, jika bayangan jatuh di bintik kuning, maka benda akan terlihat, tapi jika bayangan jatuh di bintik buta, bayangan tidak terlihat. Bayangan ini kemudian di transfer eleh syaraf optik dan diteruskan ke otak sehingga kita bisa melihat benda, kemudian berfikir, dan bisa membedakan bentuk, warnanya. Bersyukurlah jika masih mempunyai mata yang normal. Mata normal mempunyai titik jauh (titik terjauh yang masih dapat dilihat dengan jelas) tak hingga/infinity. Mata normal juga mempunyai titik dekat (titik terdekat yang masih dapat dilihat dengan jelas) adalah ±25cm. akan tetapi jangan khawatir jika tidak bisa melihat sangat jauh atapun sangat dekat, karena Fisika memberikan solusinya, yakni dengan memakai kacamata. Mungkin diantara temanmu ada yang memakai kacamata? Mungkin mereka terkena Miopi (rabun jauh), Hipermetropi (rabun dekat), Presbiopi (mata tua_untuk orang tua), Astigmatisme (Silinder). Apa perbedaan antara keempat permasalahan mata itu?
Miopi Miopi nama lain dari rabun jauh, karena tidak bisa melihat benda-benda yang jauh. Titik dekatnya ± 25 cm, dan titik jauhnya tertentu dan kurang dari tak hingga. Maka untuk dapat melihat benda yang jauhnya tak hingga, dia harus memakai kacamata yang bisa memberntuk bayangan maya tegak di depan lensa. Yakni dengan menggunakan lensa negatif dengan jarak fokus dapat dihitung sebagai berikut: 1 f
1 s
1 s'
s = jarak benda (dalam hal ini berada di tak hingga ∞) s’ = jarak bayangan (dalam hal ini berada di titik terjauh mata orang miopi) 1 f
1
1 s'
Misalnya : seorang dengan titik jauh 2 meter, berapa fokus kacamata yang dipakainya? 1 f
1
1 f
1
1 f
1 s' 1 (tanda negative karena bayangan maya di depan lensa) 200 cm 1 200 cm
0
f = - 200 cm = 2 meter kekuatan lensa mata yang dipakai p=
1 1 = = - 0,5 (biasanya orang tersebut disebut min setengah) f 2
Hipermetropi Adalah nama lain dari rabun dekat atau tidak bisa melihat benda-benda yang dekat. Titik jauhnya tak hingga tetapi titik dekatnya lebih jauh tittik dekat mata normal >25 cm. Untuk membantunya maka ia harus memakai kacamata berlensa cembung (positif). Hal bertujuan untuk membentuk bayangan maya tegak didepan lensa. Besar fokus lensanya dapat ditentukan sebagai berikut: 1 f
1 s
1 s'
s = jarak benda (benda yang ingin dilihat berada di jarak 25 cm/jarak baca mata normal) s’ = jarak bayangan (jarak yang dapat dilihat orang hipermetropi) Misalnya : seorang hipermetopi, titik dekatnya 40 cm. Jika ia ingin membaca dengan jarak normal maka ia harus memakai kacamata dengan fokus berapa? 1 f
1 s
1 f
1 25
1 s' 1 (negative karena bayangan maya, di depan lensa) 40
1 f
40 25 1000
f=+
15 1000
1000 = + 66,7 cm = 0,67 meter 15
kekuatan lensa yang dipakai p=
1 1 = = + 1,49 = + 1,5 (biasanya mata orang tersebut disebut plus 1,5) f 0,67
Presbiopi Presbiopi adalah mata tua, tidak bisa melihat benda yang sangat dekat maupun sangat jauh, titik jauhnya < ∞, dan titik dekatnya >25cm. dapat ditolong dengan menggunakan kacamata rangkap, bagian atas belensa negative, dan bagian bawahnya berlensa positif. Cara penentuan fokusnya dengan menghitung fokus lensa satu per satu seperti contoh di hipermetropi maupun miopi. Astigmaisme Adalah cacat mata karena keadaan kornea, pupil, lensa, tidak presisi, sehingga tidak bisa membedakan garis-garis lurus. 2. Kamera Bedanya Fisika dan biologi diantaranya adalah pada pelajaran biologi, pembahasan hanya dicukupkan pada mata, baian dan fungsinya, maka jika kita mempelajari Fisika, kita akan menemukan inspirasi bahwa bisa dibuat alat yang menyerupai mata, untuk menangkap bayangan, kemudian disaimpan atau dicetak. Alat yang dibuat berdasarkan prinsip kerja mata ini adalah kamera. Fungsinya adalah untuk membuat bayangan di negative film. Sehingga setiap moment penting dapat diabadikan, menjadi saksi bisu sebuah peristiwa.
Karena kamera merupakan tiruan dari mata, maka bagian-bagian kamera fungsinya hampir mirip dengan mata. Secara singkat dapat ditulis Bagian Kamera Diafragma Aperture
Bagian mata Pupil Iris
Lensa
Lensa
Fungsi Tempat masuknya sinar Mengatur pupil / mengatur banyaknya sinar yang masuk Untuk membiaskan cahaya hingga terbentuk bayangan
nyata, terbalik, diperkecil Film Retina Menangkap bayangan Shutter Untuk mengambil gambar Perbedaannya adalah jika pada mata lensanya bisa berakomodasi, tetapi pada kamera dalah dengan mengatur jarak benda dan jarak lensa ke film. 3. Lup Lup sering disebut kaca pembesar, karena fungsinya untuk membantu melihat benda yang kecil agar kelihataan besar. Untuk melihat benda kecil maka lup didekatkan dengan benda hingga berada diantara lup dan jarak fokus lup.
Gambar 1.2 Pembentukan Bayangan dengan Lup Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa bayangan yang dihasilkan (berwarna kuning) : -
Nyata (di depan lensa)
-
Tegak
-
Diperbesar
Perbesaran bayangan tersebut dapat dihitung dengan: M
Sn 1 ;untuk mata berakomodasi f
mata berakomodasi maksudnya, sebenarnya tidak terlalu jelas jika melihat dengan biasa aja, tapi kita mencoba memfokuskan mata kita sampai benda kelihatan jelas (yang diatur lensa mata kita) M
Sn f
; untuk mata tidak berakomodasi
Mata tidak berakomodasi artinya benda ditempatkan tepat di titik fokus lup. Lup yang digeser dan diatur jaraknya dengan benda agar benda terlihat jelas. Dimana : Sn = titik dekat mata (untuk mata normal ± 25 cm) f = jarak fokus lup 4. Mikroskop Mikroskop merupakan alat yang digunakan untuk melihat benda yang sangat kecil, benda mikroskopis seperti bakteri, sel, dll, karena perbesarannya bisa puluhan bahkan ratusan kali dari ukuran aslinya.
Mikroskop menngunakan dua buah lensa untuk membentuk bayangannya yaitu: -
Lensa objektif : dekat dengan objek
-
Lensa okuler : dekat dengan mata
Pembentukan bayangan pada mikroskop adalah sebagai berikut:
Benda yang akan diamati diletakkan di belakang fokus lensa objektif, atau diantara f dan 2f. Dari pembentukan bayangan diatas dapat dilihat bahwa bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif adalah -
Nyata (berada di belakang lensa objektif)
-
Terbalik (dibandingkan dengan benda semula)
-
Diperbesar
Sedangkan lensa okuler membentuk bayangan -
Maya (di depan lensa okuler)
-
Tegak (dibandingkan dengan bayangan dari hasil pembiasan lensa objektif)
-
Diperbesar
Perbesaran mikroskop dapat ditentukan dengan:
M tot
M ob M ok
M ob
s' ob , sob
M ok
Sn 1 ;untuk mata berakomodasi f
mata berakomodasi maksudnya, sebenarnya tidak terlalu jelas jika melihat dengan biasa aja, tapi kita mencoba memfokuskan mata kita sampai benda kelihatan jelas (yang diatur lensa mata kita) M
Sn f
; untuk mata tidak berakomodasi
Panjang mikoskop d = s’ob + sok ,
jarak bayangan lensa objektif, ditambah jarak benda lensa okuler, karena bayangan lensa objekif langsung menjaid benda pada lensa okuler. 5. Teropong Teropong adalah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda jauh seperti bintang. Teropong juga disebut teleskop.
Macam teropong menurut keguanaannya: -
Teropong bumi : untuk melihat sesuatu yang jauh, letaknya di bumi
-
Teropong bintang : untuk melihat binang
Macam teropong menurut prinsip kerjanya -
Teropong tanpa lensa pembalik Mempunyai dua lensa yaitu lensa objektif dan lensa okuler yang keduanya merupakan lensa cembung. Teropong ini digunakan untuk melihat benda di langit/ bintang. Panjang teropong d = fob+ fok Perbesaran = M ob
f ob f ok
o Nyata (berada di belakang lensa objektif) o Terbalik (dibandingkan dengan benda semula) o Diperbesar Sedangkan lensa okuler membentuk bayangan o Maya (di depan lensa okuler) o Tegak (dibandingkan dengan bayangan dari hasil pembiasan lensa objektif) o Diperbesar
-
Teropong dengan lensa pembalik Mempunyai tiga lensa yaitu lensa objektif dan lensa okuler yang keduanya merupakan lensa cembung dan satu lensa pembalik yang berfungsi untuk membentuk bayangan maya tegak diperbesar. Teropong ini digunakan untuk melihat benda di bumi agar tidak kelihatan terbalik. Panjang teropong d = fob + 4fp + fok Perbesaran = M ob
-
f ob f ok
Teropong pantul Teropong pantul menggunakan lensa cembung dan cermin cekung. Cermin cekung berfungsi untuk mengumpulkan cahaya dari bintang yang dilihat di tak hingga jauhnya.
-
Teropong panggung Mempunyai dua lensa yaitu lensa positif dan lensa negative, lensa negative berfungsi untuk membentuk bayangan maya tegak diperbesar. Panjang teropong d = fob - fok Perbesaran = M ob
-
f ob f ok
Teropong prisma Teropong prisma menggunakan prisma untuk membiasakan benda sehingga terbentuk bayangan tegak, akan tetapi lebih menghemat tempat karena tidak diperlukan teropong yang panjang.
6. Periskop Periskop adalah teropong yang digunakan pada kapal selam untuk melihat keadaan diatas air. Atau juga bisa dimnfaatkan pada teng perang untuk melihat keadaan di luar. teropong pada kapal selam yang digunakan untuk mengamati benda-benda di permukaan laut. Periskop terdiri atas 2 lensa cembung dan 2 prisma siku-siku sama kaki.
Periskop Dimanfaatkan pada Kapal Selam
Pembentukan Bayangan pada Periskop Jalannya sinar pada periskop adalah sebagai berikut. 1. Sinar sejajar dari benda yang jauh menuju ke lensa obyektif. 2. Prisma P1 memantulkan sinar dari lensa objektif menuju ke prisma P2. 3. Oleh prisma P2 sinar tersebut dipantulkan lagi dan bersilangan di depan lensa okuler tepat di titik fokus lensa okuler.
7. Proyektor Proyektor slide adalah alat yang digunakan untuk memproyeksikan gambar diapositif sehingga diperoleh bayangan nyata dan diperbesar pada layar. Bagian-bagian yang penting pada proyektor slide, antara lain lampu kecil yang memancarkan sinar kuat melalui pusat kaca, cermin cekung yang berfungsi sebagai reflektor cahaya, lensa cembung untuk membentuk bayangan pada layar, dan slide atau gambar diapositif.
