INSTRUMEN OPTIK MAKALAH Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Kelompok pada Mata Kuliah Optik Dosen Pengampu Dra. Hj. Heni Rusnayati, M.Si.
Disusun Oleh: Mia Ramdhiani
: 1210207067
Moh. Hamdan
: 1210207069
Neng Yuli Apriliani : 1210207075 Rany Nuraini
: 1210207089
Roni Badrujaman
: 1210207096
Tardi Agustiana
: 1210207105
Tuti Budi Pratiwi
: 1210207109
Semester V/ Kelas B
PRODI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2013
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbil’alamin, puji dan syukur kami panjatkan hanya kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul: “Instrumen Optik”. Makalah ini disusun untuk memenuhi salah satu tugas kelompok mata kuliah Optik. Meskipun banyak kendala yang kami hadapi dalam menyusun makalah ini, akan tetapi dengan kerjasama dan bantuan dari berbagai pihak akhirnya makalah ini dapat terselesaikan. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kami mengharapkan konstribusi berupa saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan makalah ini. Akhirnya kami berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan khususnya bagi kami sebagai penulis.
Bandung, 06 Februari 2013
Penulis
i
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR…………………………………………………..…........... 1 DAFTAR ISI………………………………………………………………............ 2 BAB I PENDAHULUAN........................................................................................ 3 A. Latar Belakang .............................................................................................
4
B. Rumusan Masalah ................................`....................................................... 5 C. Tujuan Penulisan........................................................................................... 6 BAB II PEMBAHASAN ........................................................................................
7
A. Kamera dan Proyektor..................................................................................
8
B. Mata .............................................................................................................
9
C. Lensa Pembesar ...........................................................................................
10
D. Mikroskop.....................................................................................................
11
E. Teleskop.................................................................................................
12
BAB III SIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 13 A. Simpulan ......................................................................................................
14
B. Saran ............................................................................................................
15
DAFTAR PUSTAKA
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Optika merupakan bagian dari ilmu fisika yang mempelajari cahaya. Dalam optika dipelajari sifat-sifat cahaya, hakikat cahaya dan pemanfaatan sifat-sifat cahaya. Terdapat dua cabang optika, yakni optika geometri dan optika fisis. Dalam optika geometri dipelajari sifat pemantulan dan pembiasan cahaya, sedangkan dalam optika fisis dipelajari sifat-sifat interferensi, difraksi, dan polarisasi cahaya. Aplikasi dari optika ini telah melahirkan berbagai alat yang digunakan dalam bidang-bidang tertentu untuk membantu aktivitas manusia. Misalnya dalam bidang astronomi digunakan teropong bintang untuk mengamati objek-objek yang berada di luar angkasa. Sedangkan dalam bidang fotografi digunakan kamera dalam pengambilan gambar benda-benda nyata. Dalam bidang kedokteran, mikroskop digunakan sebagai alat untuk melihat objek-objek yang sangat kecil seperti bakteri, virus, sel darah dan lain sebagainya. Selain itu juga masih terdapat berbagai alat yang dikonstruksi dengan prinsip kerja optik lainnya seperti kaca spion pada kendaraan dan kaca pembesar. Bahkan sebenarnya mata yang selalu kita pergunakan sebagai indra penglihatan dalam kehidupan kita, menggunakan prinsip kerja optik dalam menjalankan fungsinya. Berdasarkan uraian tersebut, pengetahuan tentang optika khususnya aplikasi dari optika itu sendiri sangat penting dimiliki terutama oleh orang-orang yang bergelut dalam dunia fisika. Untuk hal tersebut dalam makalah ini dipaparkan beberapa instrumen optik yang sangat erat dengan kehidupan sehari-hari, yakni: Kamera, Proyektor, Lensa Pembesar, Mikroskop dan Teleskop. B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dalam penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Apa fungsi dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop? 2. Apa saja komponen-komponen utama dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop? 3. Apa fungsi komponen-komponen utama dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop? 4. Bagaimana sistem kerja dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop? C. Tujuan Penulisan
Sedangkan tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui fungsi dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop. 2. Untuk mengetahui komponen-komponen utama dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop. 3. Untuk mengetahui fungsi komponen-komponen utama dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop. 4. Untuk mengetahui sistem kerja dari kamera, proyektor, mata, lensa pembesar, mikroskop dan teleskop.
BAB II PEMBAHASAN A. Kamera dan Proyektor 1. Kamera Fungsi Kamera Kamera adalah salah satu alat yang digunakan manusia untuk merekam suatu kejadian atau peristiwa dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat berbagai jenis kamera yang memiliki kelebihan masing-masing. 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. Pada awalnya kamera dirancang oleh Mande Daguerre yaitu seorang seniman dari prancis. Dia merancang “diograma” yang merupakan barisan lukisan yang dipertunjukan dengan bantuan efek cahaya, yang sekarang disebut kamera. Tingkat pertama perancangan kamera yang dilakukannya tidak berhasil. Kemudian ia bertemu dengan Joseph Nicephore dan menjelang tahun 1873 dia berhasil mengembangkan sistem praktis fotografi yang disebutnya “daguerreotype” yang sudah dipakai pada saat itu.
Sistem kamera daguerre tersebut kemudian
dikembangkan oleh penyempurna selanjutnya sehingga kamera yang digunakan di jaman sekarang sudah begitu canggih dan modern. Komponen Kamera Bagian-bagian penting dari kamera dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 1. Diagram kamera.
Keterangan : a. Lensa cembung (elements of lens) yaitu bagian kamera yang berfungsi untuk membentuk bayangan dari benda yang difoto. b. Diafragma yang dikontrol celah (Aperture-controldiaphragm) yaitu bagian kamera yang berfungsi untuk membuat sebuah celah atau lubang yang dapat diatur luasnya. c. Penutup (shutter) yaitu bagian kamera yang berfungsi sebagai jalan cahaya yang menuju ke pelat film. d. Bayangan nyata (real image) merupakan bayangan yang dihasilkan yang bersifat nyata dan terbalik menumbuk film. e. Film yang dibukakan (CCD array) yaitu bagian kamera yang berfungsi sebagai perekam bayangan. Sistem Kerja Kamera Proses kerja kamera diawali dengan seberkas cahaya masuk dari benda luar dalam bumi pandangan yang difokuskan oleh lensa cembung ke dalam bidang film. Dalam proses pemfokusan, lensa itu digerakan lebih dekat ke film untuk sebuah benda yang jauh dan lensa itu digerakan lebih jauh dari film untuk sebuah benda yang dekat. Ini berarti pemfokusan pada kamera dilakukan dengan mengubah – ngubah jarak bayangan sesuai dengan jarak benda yang difoto. Hal tersebut dilakukan dengan cara memutarkan lensa dalam sebuah bantalan yang bergalur. Pengaplikasiannya dapat menggunakan persamaan fokus biasa yaitu 1/𝑓 = 1/𝑠 + 1/𝑠’. dengan f = fokus lensa, s = jarak benda, dan s’ = jarak bayangan. Untuk menentukan panjang fokus suatu lensa kamera bergantung pada ukuran film dan sudut pandang yang diinginkan. perhatikan ketiga gambar ini:
Gambar 1. Efek dari penggunaan lensa dan panjang fokus yang berbeda.
Ketiga gambar diatas diambil oleh sebuah kamera pada film dengan posisi yang sama tetapi dengan lensa lensa yang berbeda. Pada gambar a, kamera menggunakan
lensa yang memiliki panjang fokus kecil (28mm) sehingga memberikan bayangan yang kecil karena sudut pandang yang diberikannya lebar. Pada gambar c, kamera menggunakan Lensa yang memiliki panjang fokus panjang (300mm) sehingga lensa itu akan memberikan sudut pandang kecil dan bayangan benda menjadi besar dari posisi benda yang jauh. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar panjang fokus yang digunakan maka sudut pandangnya akan semakin kecil sehingga menghasilkan bayangan yang lebar dan tingginya lebih besar dari obyek sebenarnya. Hal ini berarti tedapat perbesaran yang telah dijelaskan dalam bab sebelumnya yang mengemukakan bahwa rasio dan tinggi bayangan y’ terhadap y sama dengan nilai mutlak dari rasio jarak bayangan s’ terhadap jarak benda. Perbesaran nya didefinisikan sebagai berikut. 𝑀=
𝑦′ 𝑦
𝑠′
= − 𝑠 .......(1)
Kamera dengan lensa yang memiliki panjang fokus yang panjang disebut lensa telefoto, misalnya dengan panjang fokus 200mm akan memberikan pembesaran kira-kira 4 kali lensa biasa yang memiliki panjang fokus 50mm. sedangkan kamera yang memiliki lensa yang dapat menutup film kira-kira sama dengan bumi pandangan normal disebut lensa normal. Serta kamera yang memiliki lensa dengan panjang fokus lebih pendek dinamakan lensa sudut lebar. Pada gambar di atas menggunakan ukuran film 35mm, ukuran film yang lebih besar akan menambah sudut pandang kamera tersebut. Untuk jenis film tertentu terdapat jumlah optimum cahaya yang dapat memberikan kekontrasan yang baik. Jumlah cahaya untuk memberikan kontras biasanya dikaitkan dengan kecepatan film yang dinilai dengan bilangan ASA. Semakin tinggi bilangan ASA nya maka semakin cepat film tersebut dan semakin sedikit jumlah cahaya yang dibutuhkan. Kamera dengan film berkecepatan tinggi biasanya terjadi penurunan mutu gambar, karena untuk di luar ruangan memiliki cahaya yang banyak sehingga lebih bagus kualitasnya jika menggunakan film berkecepatan yang lebih rendah asal kecepatan penutup shuter dibatasi. Penutup shuter adalah bagian kamera yang berfungsi untuk mengontrol jumlah cahaya yang mengenai film, hal tersebut dilakukan agar film dapat merekam bayangan dengan sempurna. Penutup shuter itu digunakan dalam mengatur besarnya energi cahaya per satuan luas yang mencapai film, Biasanya memberikan kecepatan 1 detik atau beberapa untuk fotografi cahaya redup dan sampai 1/1000 detik untuk fotografi yang dengan cahaya tinggi.
Jumlah cahaya yang menapai film tersebut sebanding dengan luas yang dilihat oleh lensa kamera dan sebanding dengan luas efektif dari lensa tersebut. ukuran luas yang dilihat tersebut yaitu sebanding dengan 1/f2 dan luas efektif lensa tersebut dikontrol dengan bantuan sebuah celah lensa yang dapat diatur (diafragma dengan diameter D). maka luas efektif dari lensa itu adalah D2, sehingga jumlah cahaya yang mencapai film sebanding dengan D2/f2. dari sini terdapat hubungan antara panjang fokus dengan diameter bukaan yang dinyatakan dalam f/D oleh fotografer yang merupakan kemampuan cahaya dari sebuah lensa. Bilangan f/D tersebut disebut dengan bilangan-f. sehingga didefinisikan bahwa 𝑓
𝐷 = 𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛−𝑓........(2) Diameter bukaan sebuah celah lensa dapat berubah-ubah, celah yang dapat diatur biasanya mempunyai skala yang ditandai dengan bilangan-bilangan yang berurutan. Penambahan √2 akan menambah bilangan-f sebesar
1/√2 dan
menambah intensitas di film tersebut oleh sebuah faktor sebesar 2, jadi seringkali celah yang diatur ini dinamakan perhentian –f (f-stop). Biasanya ditandai dengan f/1, f/1,4 , f/2 , f/2,8 , f/4 , f/5,6 , f/8 , f/11 ,f/16 , f/22. Dalam fotografi biasanya menggunakan lensa yang diameternya kecil, karena lensa yang berdiameter besar (bilangan f-kecil) sangat mahal karena biaya untuk mengurangi abrasinya juga mahal. Latihan soal 1. Panjang fokus lensa dari sebuah kamera adalah 52mm seberapa jauhkah lensa harus digerakan untuk mengubah pemfokusan pada benda yang jauhnya 100m jaraknya dari kamera? Penyelesaian : 1 1 1 1 1 1 = + → = + 𝑓 𝑠′ 𝑠 52𝑚𝑚 𝑠′ 100000𝑚𝑚 1 1 1 100000 − 52 99948 = − = = 𝑠′ 52𝑚𝑚 100000𝑚𝑚 5200000𝑚𝑚 5200000𝑚𝑚 5200000𝑚𝑚 = 52 𝑚𝑚 99948𝑚𝑚 Dengan demikian lensanya harus digerakan 52 mm menjauhi film. 𝑠′ =
2. Sebuah lensa telefoto dengan ukuran film 35 dan panjang fokus sebesar 200mm dengan jangkauan f-stop f/5,6 sampai f/22 maka berapakan diameter celah yang bersangkutan dan intensitas dari bayangan film? Penyelesaian : 𝑓
D=>𝐷 = 𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛−𝑓 == 𝑓
D=> 𝐷 = 𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛−𝑓 ==
200 5,6
= 36 𝑚𝑚
200 22
= 9,1 𝑚𝑚
Karena intensitas sebanding dengan kuadrat diameter maka rasio dari intensitas 36 2
pada f/5,6 sampai f/22 adalah ( 9 ) = 16 Ini berarti jika waktu bukaan pada f/5,6 adalah 1/100 s maka pada pada f/22 adalah 16x1/1000 s =4/250 s.
2. Proyektor Fungsi dan Komponen Proyektor Proyektor adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan suatu bayangan yang lebih besar dari objek aslinya pada layar. Objek tersebut berupa gambar dan tulisan. Bagian-bagian dari proyektor yakni cermin cekung, lensa cembung, lensa plankonveks, dan lensa proyektor lampu.
Gambar 3. Proyektor
Penjelasan mengenai bagian – bagian proyektor sebagai berikut: a. Lampu proyektor merupakan bagian utama. Lampu itu sangat kuat memancarkan cahaya. b. Film adalah rekaman bayangan yang akan diproyeksikan c. Cermin cekung, ditempatkan disebelah lampu berfungsi untuk mengumpulkan cahaya agar daya pancar sinar proyektor lebih kuat terkumpul pada slide. d. Lensa kondensor, ditempatkan antara lampu dan film berfungsi untuk mengarahkan cahaya dari sumber agar memasuki lensa proyeksi.
e. Lensa proyeksi, ditempatkan paling luar dan menuju layar proyeksi. Lensa proyeksi merupakan lensa cembung yang berfungsi sebagai pembalik untuk memperoleh bayangan pada layar dari slide yang dipasang terbalik. f. Slide adalah benda yang diproyeksikan Sistem Kerja Proyektor Proses kerja proyektor diawali dengan cahaya yang masuk dari sumber cahaya melewati film. Sumber cahaya tersebut berasal dari bola lampu pijar pada proyektor. Cahaya yang masuk melewati film itu dhkan oleh lensa kondensor sehingga kebanyakan cahaya itu memasuki lensa proyeksi. Kemudian cahaya itu juga dikumpulkan oleh cermin cekung dan dipantulkan pada lensa proyeksi lebih kuat, Kemudian lensa proyeksi akan mengumpulkan cahaya pada layar untuk membentuk bayangan tajam, bayangan yang dibentuk adalah nyata, terbalik dan diperbesar dari film pada layar. lensa kondensor yang. Proyeksi ukuran bayangan yang dibentuk pada layar ditentukan oleh posisi dan pemfokusan dari lensa proyeksi tersebut. Proyektor dibedakan menjadi dua, yaitu Diaskop dan Episkop. Diaskop adalah alat untuk memproyeksikan bayangan nyata dari sebuah gambar diapositif. Sedangkan Episkop adalah proyektor untuk memproyeksikan gambar-gambar tidak tembus cahaya. dengan sifat bayangan tegak diperbesar. Episkop biasanya digunakan oleh seniman lukis untuk mereproduksikan lukisan, misalnya untuk membuat gambar pada billboard atau papan reklame. Gambar yang akan diproyeksikan, misalnya sebuah foto diletakkan di meja objek, kemudian seberkas cahaya yang berasal dari dua buah lampu L1 dan L2 dipantulkan oleh gambar itu. Seterusnya, cahaya tersebut ditangkap dan dipantulkan oleh cermin datar ke lensa proyektor. akhirnya, terbentuk bayangan sejati dan diperbesar pada layar. Salah satu bagian dari diaskop adalah proyektor OHP. Proyektor OHP biasanya digunakan dalam ruang kelas untuk menghasilkan bayangan tegak berdiri pada sebuah layar proyeksi. Prinsip kerjanya sama dengan proyektor biasa akan tetapin setelah cahaya meninggalkan lensa proyeksi terdapat cermin datar miring yang memantulkan dan membalikan bayangan yang terbalik sehingga menjadi tegak pada layar. Pada OHP cahaya dari lampu itu diarahkan juga oleh potongan plastic jernih yang tembus cahaya(biasanya lensa Fresnel) menuju lensa proyeksi.
Contoh soal Dengan sbuah slide proyektor berukuran 6cm 𝑥 8 cm, seseorang ingin mendapatkan bayangan berukuran 3 𝑥 4 m. Tentukan fokus lensa proyeksi yang harus dipakai. Jarak layar dari lensa proyeksi adalah 25 cm. Penyelesaian : Ukuran slide 6 𝑥 8 cm dan bayangan 3 𝑥 4 m Diketahui y=6 dan y’=-3 =300 cm, s’=2500cm -
mencari jarak benda (s) 𝑀=
𝑦′ 𝑠′ =− 𝑦 𝑠
𝑠=− -
𝑠′𝑦 −2500 × −6 = = 50 𝑐𝑚 𝑦′ 300
Mencari fokus lensa (f) 1 1 1 1 1 50 + 1 = + = + = 𝑓 𝑠′ 𝑠 50 2500 2500 𝑓=
2500 = 49 𝑐𝑚 51
B. Mata Fungsi Mata Mata adalah alat optik manusia dan hewan lainnya. Mata manusia terpasang pada tulang rongga mata dengan tiga pasang otot-otot mata yang berfungsi untuk menggerakkan bola mata ke kiri, kanan, atas dan ke bawah. Mata manusia berfungsi sebagai alat atau indra penglihatan dan dapat dipandang sebagai alat optik yang sangat penting bagi manusia. Bentuk mata kita hampir bulat seperti bola, dan diameternya kira-kira 1 inci. Lengkungan bagian depannya agak lebih tajam dan diliputi oleh membran yang kuat dan tembus cahaya. Manusia diciptakan dengan kesempurnaanya, yaitu memiliki akal dan indera sebagai alat manusia untuk menjalani kehidupan. Setiap manusia memiliki alat optik tercanggih yang pernah ada, yaitu mata. Mata merupakan bagian dari pancaindra yang berfungsi untuk melihat. Allah SWT menciptakan mata untuk membantu kita menikmati keindahan alam, melihat teman-teman, mengamati benda-benda di sekeliling, dan masih banyak lagi yang dapat kita nikmati melalui mata. Tidak dapat kita bayangkan bila manusia tidak mempunyai mata atau mata kita buta, tentu dunia ini terlihat gelap gulita.
Komponen Mata Bagian-bagian penting dari mata dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 4. Diagram mata.
Keterangan : 1. Kornea (cornea): Kornea merupakan lapisan mata paling depan (terluar) dan keras, berfungsi untuk melindungi bagian-bagian mata yang lunak dan sensitif. Tebalnya 0,5 mm. 2. Pupil: Pupil adalah celah berbentuk lingkaran yang berfungsi agar cahaya dapat masuk ke dalam mata. Lebar pupil diatur oleh iris. Saat cahaya terang pupil menguncup dan pada saat cahaya gelap pupil melebar. 3. Iris: Iris adalah selaput berwarna hitam dan biru, yang berfungsi mengatur besar dan kecilnya pupil. 4. Lensa mata(crystalline lens): terdiri dari kristal(terbuat dari bahan bening/optis yang elastik), mempunyai dua permukaan dengan jari-jari kelengkungan 7,8 mm. Lensa berfungsi membiaskan sinar pada benda sehingga menghasilkan bayangan pada retina, dan memfokuskan objek pada berbagai jarak. 5. Aqueous humour: cairan di depan lensa mata atau dibelakang kornea, berfungsi untuk membiaskan cahaya ke dalam mata. 6. Viterous humour: cairan di dalam bola mata, berfungsi untuk meneruskan cahaya dari lensa menuju retina 7. Retina: berfungsi sebagai layar tempat terbentuknya bayangan benda yang dilihat. Retina merupakan bagian mata yang penuh syaraf yang sensitif terhadap cahaya. Dari retina ini akan dilanjutkan ke syaraf optikus. Bayangan yang jatuh pada retina bersifat nyata, diperkecil dan terbalik. 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. 8. Fovea sentralis: daerah cekung yang berukuran 0,25 mm dan di tengahnya terdapat bintik kuning. Sistem Kerja Mata Proses melihat berawal dari seberkas sinar datang dari objek menuju mata, kemudian dibiaskan oleh lensa mata sehingga terbentuk bayangan nyata dan terbalik di retina. Oleh syaraf penglihatan yang ada pada retina hal itu diteruskan keotak sehingga terjadi kesan melihat. Pada retina terdapat cekungan yang dinamakan Bintik Kuning dan di pusat bintik kuning tersebut syaraf penglihatan paling peka dibandingkan tempat lain padaretina. Pada bagian yang paling peka tersebut indera penglihatan paling kuat dandinamakan Fovea. Agar mata dapat melihat objek secara jelas, bayangan objek tersebut haruslah tepat berada di tempat itu. Jika bayangan suatu objek terbentuk di daerah syaraf optik, maka objek tersebuttidak terlihat. Daerah ini dinamakan Bintik Buta. Jumlah cahaya yang masuk kemata diatur oleh pupil yang bertindak sebagai diafragma. Ukuran lubang pupil dapatmembesar atau mengecil tergantung kuat lemahnya cahaya yang menuju ke mata. Jika cahaya yang menuju ke mata terlalu kuat (terang), lubang pupil mengecil dan sebaliknya jika cahaya yang menuju ke mata lemah (redup) lubang pupil membesar. Dalam keseharian, mata harus mengamati objek-objek yang jaraknya berbedabedadari yang sangat dekat sampai yang sangat jauh dari mata. Dengan menerapkan prinsip pembentukan bayangan oleh lensa cembung pada mata kita, maka lensa mata harus dapat membentuk bayangan dari objek yang dilihat pada bintik kuning(tepatnya pada Fovea). Agar bayangan selalu terbentuk pada bintik kuning, meskipun objek yang dilihat berada di dekat maupun jauh dari mata, maka lensa mata harus harus mengubah kecembungannya. Untuk melihat objek yang sangat dekat, otot mata harus semakin tegang sehingga lensa mata makin cembung (berakomodasi). Sedangkan pada waktu melihat objek yang letaknya jauh, otot mata tidak perlu tegang (otot mata dalam kondisi rileks). 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 : 1. 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. 2. 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 cacat mata sebagai berikut :
1. Rabun Jauh (Miopi)
Gambar 5. Pembentukan bayangan pada rabun jauh.
Gambar 6 a. Sketsa pembentukan bayangan pada rabun jauh; b. Rabun jauh yang dibantu oleh lensa cekung
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 𝑠′ adalah negatif. Dari persamaan lensa tipis, 1 𝑓
=
1 1 + 𝑠′..... 𝑠
(3)
1
P = 𝑓........(4) S’ adalah jarak titik jauh mata miopi. s adalah jarak benda ke mata f adalah fokus lensa kaca mata dan P adalah kekuatan lensa. 2. Rabun Dekat (Hipermetropi)
Gambar 7. Pembentukan bayangan pada rabun dekat.
Gambar 8. a. Sketsa bayangan pada rabun dekat, b. Sketsa bayangan yang ditolong lensa cembung.
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.
3. 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. 4. Astigmatisma (Mata Silindris)
Gambar 9. 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. Contoh Soal 1. Seorang penderita miopi mempunyai titik jauh 2 meter. Tentukanlah kekuatan lensa kacamata yang diperlukan agar orang tersebut seperti orang normal. Penyelesaian
:
Diketahui
:
𝑠′ = - 2 m 𝑠 =∾
Ditanyakan
:
Jawab
:
Pada lensa berlaku 1 1 1 = + ′ 𝑓 𝑠 𝑠 1
1
= ∾ + (− 2) 1
=0-2 f =-2m Dengan demikian, P=
1 𝑓 1
= - 2 dioptri
Kekuatan lensa (P) = ....?
2. Seseorang menggunakan lensa kacamata negatif berkekuatan 0,5 dioptri. Titik jauh orang tersebut adalah.... Penyelesaian : Diketahui
: P = 0,5 dioptri 𝑠 =∾
Ditanyakan
: Titik jauh penderita (𝑠′ ) = ....?
Jawab
:
Kekuatan lensa dihitung dengan rumus : 1
P=𝑓
Sedangkan pada lensa berlaku hubungan: 1 1 1 = + ′ 𝑓 𝑠 𝑠 Sehingga : 1 1 + 𝑠 𝑠′
𝑃 =
Dengan demikian, 1
1
−0,5 = ∞ + 𝑠′ −0,5 = 0 + 𝑠′ =
1 −0,5
1 𝑠′
=-2
Jadi, titik jauh orang tersebut adalah 2 meter.
C. Lensa Pembesar Fungsi dan Komponen Lensa Pembesar Lensa pembesar atau disebut juga lup (kaca pembesar) adalah alat optik yang terdiri dari sebuah lensa cembung (lensa konvergen) yang digunakan untuk mengamati benda-benda kecil sehingga tampak lebih besar dan jelas. Lensa pembesar ditemukan oleh seorang ilmuan muslim berkebangsaan arab yakni Abu Ali al-Hasan Ibn AlHaitham.
Gambar 10. Lensa Pembesar
Sistem Kerja Lensa Pembesar Dalam kehidupan sehari-hari, terkadang kita menginginkan banyak detil dari benda kecil yang kita lihat, namun kemampuan mata normal tidak mampu untuk menjangkaunya. Besar dan banyaknya detil dari benda yang kita lihat, bergantung dari ukuran bayangan yang dibentuk pada retina. Ukuran bayangan pada retina ini bergantung pada sudut yang dibentuk oleh benda pada mata. Sebagai contoh, sebuah pensil yang dipegang pada jarak 30 cm dari mata tampak dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan pensil yang dipegang pada jarak 60 cm. Hal ini terjadi karena pada kasus pensil yang dipegang pada jarak 30 cm, sedut yang dibentuk oleh benda pada mata dua kali lebih besar dari pada besar sudut yang dibentuk pada posisi pensil 60 cm dari depan mata (Gambar 12.a dan 12.b). Dengan kata lain, untuk mendapatkan detil benda yang lebih banyak, dapat dilakukan dengan mendekatkan benda tersebut kemata agar terbentuk sudut yang lebih besar. Akan tetapi, terdapat keterbatasan dimana mata normal manusia hanya dapat berakomodasi maksimum pada titik dekatnya, yakni sekitar 25 cm. Maka digunakanlah lensa pembesar untuk mengatasi keterbatasan tersebut.
θ
θ
(a) (b) Gambar 12. a. Sudut θ yang dibuat lebih besar; b. Sudut θ yang dibuat lebih kecil.
Dengan menggunakan lensa pembesar, ukuran semua benda dapat diperbesar untuk memungkinkan benda dibawa lebih dekat kemata dan dengan demikian akan memperbesar ukuran bayangan pada retina. Bayangan yang dihasilkan oleh lensa pembesar bersifat maya, tegak dan diperbesar. Pada Gambar 12.a, benda dilihat pada titik dekat mata normal tanpa menggunakan bantuan lensa pembesar. Sedangkan pada Gambar 12.b, benda dilihat pada titik fokus atau sebelah dalamnya. Kemudian lensa konvergen membentuk bayangan maya, yang paling tidak harus berada 25 cm dari mata agar mata terfokus padanya. Jika dilakukan sebuah perbandingan antara keadaan pada Gambar 13.a dan
13.b, maka akan terlihat bahwa sudut yang dibuat benda pada mata jauh lebih besar ketika menggunakan lensa pembesar.
Gambar 13. a. Benda dilihat dengan mata tanpa bantuan, dengan mata terfokus pada titik dekatnya; b. benda dilihat melalui lensa pembesar
Berdasarkan analisis kasus pada Gambar 12, didefinisikan suatu besaran fisika yaitu perbesaran angular atau daya perbesaran yang disimbolkan dengan M. Perbesaran angular adalah perbandingan sudut yang dibentuk oleh benda pada mata ketika menggunakan lensa, dengan sudut yang dibentuk oleh benda pada mata tanpa menggunakan bantuan lensa pada titik dekat N dari mata (N=25 cm untuk mata normal). Secara matematis definisi tersebut dinyatakan dengan pernyataan berikut. M
..........(5) 0
Keterangan : M
: Perbesaran angular
θ
: Sudut yang dibentuk oleh benda pada mata ketika menggunakan lensa
θo
: Sudut yang dibentuk oleh benda pada mata tanpa menggunakan lensa Pernyataan perbesaran angular juga dapat dinyatakan dalam panjang fokus. Hal ini
didasarkan dengan menganggap sudut θ dan θo merupakan sudut-sudut yang kecil sehingga berdasarkan aturan deret sinus dan tangen,
x3 x5 x 7 x9 sin x x ................. x 3! 5! 7! 9! x3 2 x5 17 x 7 tan x x ................... x 3 15 315 2
sudut θ dan θo sama dengan sinus dan tangennya. Dengan demikian nilai M dapat diturunkan sebagai berikut : M
tan h/ p 0 tan 0 h / N
M
N ..........(6) p
Keterangan : M
: Perbesaran angular
N
: Titik dekat mata normal (25 cm)
p
: Jarak benda ke mata atau dilambangkan pula dengan s
Tinjauan Beberapa Kasus Pengamatan 1. Pengamatan Lensa Pembesar dengan Mata Tak Berakomodasi Untuk mata yang tak berakomodasi yaitu ketika mata rileks (untuk ketegangan mata yang kecil), bayangan yang dibentuk lensa pembesar terletak dititik jauh. Untuk mata normal titik jauh tersebut adalah takhingga (p’= ). Agar bayangan terletak dititik jauh tersebut, maka benda harus diletakan dititik fokus (f) (Gambar 14). Maka secara matematis perbesaran angular dapat diturunkan sebagai berikut: M
M
N 0 p
N ...........(7) f
Keterangan : M : Perbesaran angular N : Titik dekat mata normal (25 cm) f
: Jarak fokus
Dalam kasus ini, mata terfokus pada titik tak hingga dan semakin pendek panjang fokus lensa, maka semakin besar perbesarannya.
Gambar 14. Dengan mata yang rileks, benda diletakan pada titik fokus dan bayangan berada pada jarak tak hingga.
2. Pengamatan Lensa Pembesar dengan Mata Berakomodasi Maksimum Untuk mata yang berakomodasi maksimum yaitu ketika mata sangat dekat dengan lensa pembesar, bayangan benda yang terbentuk terletak dititik dekat mata (p’= -N). Maka jarak benda dinyatakan dengan :
1 1 1 1 1 p f p, f N Nilai 1/p tersebut disubstitusikan ke persamaan (2) , sehingga :
M
1 1 N N 0 p f N
M
N 1 .......... (8) f
Keterangan : M : Perbesaran angular N : Titik dekat mata normal (25 cm) f
: Jarak fokus Pada kasus ini mata terfokus pada titik dekatnya dan perbesaran sedikit lebih
besar dibandingkan ketika kondisi mata rileks. Perbesaran untuk lensa dapat diperbesar sedikit seperti ini dengan cara menggerakan lensa dan menyesuaikan mata sehingga terfokus pada bayangan di titik dekat mata. Bagaimanapun kasusnya, perbesaran angular lensa pembesar tunggal sederhana hanya terbatas sampai 2 atau 3 kali. Hal ini dikarenakan adanya distorsi yang disebabkan oleh aberasi sferis. Aberasi sferis adalah peristiwa ketika berkas-berkas dari titik benda yang melewati bagian luar lensa dibawa kefokus dengan titik yang berbeda dari berkas yang melalui pusat lensa. Contoh Soal Lensa konvergen dengan panjang fokus 8 cm digunakan sebagai “lup tukang emas”, yang merupakan lensa pembesar. Perkirakan (a) perbesaran ketika mata rileks, dan (b) perbesaran jika mata terfokus pada titik dekatnya N = 25 cm. Penyelesaian : Diketahui
: f = 8 cm dan N = 25 cm
Ditanyakan
: M pada (a) Mata tak berakomodasi dan (b) Mata berakomodasi max.
Jawab
:
(a) Mata tak berakomodasi
M
N 25cm 3x f 8cm
(b) Mata berakomodasi maksimum
M
N 25cm 1 1 4x f 8cm
D. Mikroskop Fungsi Mikroskop Secara bahasa mikroskop berasal dari bahasa latin, yakni micro yang berarti kecil dan spocopium yang berarti pengelihatan. Kata mikroskop juga bersal dari bahasa Yunani yaitu micron yang artinya kecil dan scropos yang artinya melihat atau tujuan. Maka secara sederhana, mikroskop merupakan alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat kecil agar tampak lebih jelas dan besar. Penemuan mikroskop berkaitan erat dengan penelitian pada bidang mikrobiologi. Orang pertama yang dapat melihat mikroorganisme adalah seorang pembuat mikroskop amatir berkebangsaan Jerman yaitu Antoni Van Leeuwenhoek (1632-1723), menggunakan mikroskop dengan konstruksi yang sederhana.
Gambar 15. Mikroskop Cahaya
Komponen Penyusun Mikroskop Dalam bentuknya yang paling sederhana, mikroskop terdiri atas dua lensa cembung, yakni: 1. Lensa objektif adalah lensa cembung yang dekat dengan benda. Benda yang akan diamati diletakan diluar fokus lensa objektif, yakni antara titik f dan 2f lensa objektif (fOB<SOB<2FOB). Lensa ini berfungsi membentuk bayangan nyata, terbalik dan di perbesar. Di mana lensa ini di atur oleh revolver untuk menentukan perbesaran lensa objektif.
2. Lensa okuler adalah lensa cembung yang dekat dengan mata. Jarak fokus lensa okuler lebih panjang dari pada fikus lensa objektif. Lensa ini digunakan sebagai kaca pembesar sederhana untuk melihat untuk melihat bayangan yang dibentuk oleh lensa objektifnya, sehingga memungkinkan benda (bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif) dapat dibawa lebih dekat kemata hingga lebih dekat dari titik dekatnya. Karena bayangan yang dihasilkan oleh lensa ini bersifat maya dan tegak, maka bayangan akhir yang dihasilkan oleh kedua lensa akan bersifat maya, terbalik dan diperbesar. Adapun bagian lain yang biasanya terdapat dalam mikroskop adalah: 1. Tabung Mikroskop (tubus), tabung ini berfungsi untuk mengatur fokus dan menghubungan lensa objektif dengan lensa okuler. 2. Makrometer (pemutar kasar), berfungsi untuk menaik turunkan tabung mikroskop secara cepat. 3. Mikrometer (pemutar halus), berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan mikroskop secara lambat, dan bentuknya lebih kecil daripada makrometer. 4. Revolver, berfungsi untuk mengatur perbesaran lensa objektif dengan cara memutarnya. 5. Reflektor, terdiri dari dua jenis cermin yaitu cermin datar dan cermin cekung. reflektor ini berfungsi untuk memantulkan cahaya dari cermin ke meja objek melalui lubang yang terdapat di meja objek dan menuju mata pengamat. cermin datar digunakan ketika cahaya yang di butuhkan terpenuhi, sedangkan jika kurang cahaya maka menggunakan cermin cekung karena berfungsi untuk mengumpulkan cahaya. 6. Diafragma, berfungsi untuk mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk. 7. Kondensor, berfungsi untuk mengumpulkan cahaya yang masuk, alat ini dapat putar dan di naik turunkan. 8. Meja Mikroskop, berfungsi sebagai tempat meletakkan objek yang akan di amati. 9. Penjepit Kaca, berfungsi untuk menjepit kaca yang melapisi objek agar tidak mudah bergeser. 10. Lengan Mikroskop, berfungsi sebagai pegangang pada mikroskop. 11. Kaki Mikroskop, berfungsi untuk menyangga atau menopang mikroskop. 12. Sendi Inklinasi (pengatur sudut), untuk mengatur sudut atau tegaknya mikroskop.
Gambar 16. Bagian Mikroskop
Sistem Kerja Mikroskop
Gambar 17. Diagram Berkas Mikroskop Gabungan
Mikroskop dirancang untuk melihat benda yang kecil pada jarak dekat. Benda yang akan diamati diletakan diluar titik fokus objektif seperti pada Gambar 17. Berkas cahaya dari benda dibiaskan oleh lensa objektif sehingga menghasilkan bayangan yang bersifat nyata, terbalik dan diperbesar. Bayangan yang terbentuk akibat pembiasan oleh lensa objektif ini menjadi benda untuk lensa okuler. Dalam hal ini lensa okuler berfungsi sebagai lensa pembesar, membentuk bayangan yang bersifat maya tegak dan diperbesar. Karena benda yang digunakan adalah bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif yang bersifat terbalik. Maka hasil akhir bayangan yang terbentuk bersifat maya, terbalik, dan diperbesar. Dalam sistem kerja mikroskop, perbesaran total mikroskop merupakan hasil kali perbesaran yang dihasilkan oleh kedua lensa. Secara matematis hal ini dinyatakan dalam persamaan berikut.
M M OB M OK .........(9)
Keterangan : M
: Perbesaran total pada mikroskop
MOB : Perbesaran dari lensa objektif MOK : Perbesaran dari lensa okuler
Tinjauan Beberapa Kasus Pengamatan 1. Pengamatan Mikroskop Tanpa Akomodasi Agar mata pengamat dalam menggunakan mikroskop tidak berakomodasi, maka lensa okuler harus diatur atau digeser supaya bayangan yang diambil oleh lensa objektif tepat jatuh pada fokus lensa okuler sehingga bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler berada di tak hingga. Lukisan bayangan untuk mata tak berakomodasi dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18. Pembentukana bayangan pada mikroskop untuk mata tak berakomodasi.
Perbesaran mikroskop untuk mata tanpa akomodasi dapat diturunkan sebagai berikut : a. Perbesaran dari lensa objektif adalah M OB
S 'OB L fOK .........(10) SOB SOB
b. Perbesaran dari lensa okuler adalah M OK
S 'OK ............. (11) SOK
Karena lensa okuler bekerja seperti halnya kaca pembesar maka perbesaran lensa okuler juga dirumuskan dengan:
M OK
N ...............(12) fOK
c. Perbesaran mikroskop adalah
M M OB M OK M
S 'OB N ........... (13) SOB fOK
L fOK M SOB
N ......... (14) f OK
d. Panjang mikroskop adalah jarak lensa objektif dengan lensa okuler, yakni : L S 'OB SOK S 'OB fOK ......(15)
Keterangan : MOB : Perbesaran dari lensa objektif MOK : Perbesaran dari lensa okuler M
: Perbesaran total pada mikroskop
SOB
: Jarak benda terhadap lensa objektif
S’OB : Jarak bayangan terhadap lensa objektif N
: Titik dekat mata normal (25 cm)
fOK
: Jarak fokus lensa okuler
L
: Panjang mikroskop atau tabung
2. Pengamatan Mikroskop dengan Akomodasi Maksimum Pengamatan dengan mata berakomodasi maksimum menyebabkan bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif harus terletak di ruang I lensa okuler (di antara Ook dan fok ). Hal ini bertujuan agar bayangan akhir yang dibentuk lensa okuler tepat pada titik dekat mata pengamat (S’OK = -N). Lukisan bayangan untuk mata berakomodasi maksimum dapat dilihat pada Gambar 17. Perbesaran mikroskop untuk mata berakomodasi maksimum dapat diturunkan sebagai berikut : a. Perbesaran dari lensa objektif adalah M OB
S 'OB .........(16) SOB
e. Perbesaran dari lensa okuler adalah
M OK
S 'OK .........(17) SOK
Karena lensa okuler bekerja seperti halnya kaca pembesar maka perbesaran lensa okuler juga dirumuskan dengan: M OK
N +1......... (18) fOK
f. Perbesaran mikroskop adalah
M M OB M OK M
S 'OB N 1 ........... (19) SOB fOK
g. Panjang mikroskop adalah jarak lensa objektif dengan lensa okuler, yakni : L S 'OB SOK ......(20)
Keterangan : MOB : Perbesaran dari lensa objektif MOK : Perbesaran dari lensa okuler M
: Perbesaran total pada mikroskop
SOB
: Jarak benda terhadap lensa objektif
S’OB : Jarak bayangan terhadap lensa objektif N
: Titik dekat mata normal (25 cm)
fOK
: Jarak fokus lensa okuler
L
: Panjang mikroskop atau tabung
Contoh Soal Sebuah benda berada pada jarak 2 cm dibawah lensa objektif sebuah mikroskop yang mempunyai jarak fokus 1,8 cm, sedangkan jarak fokus lensa okulernya 6 cm. Seseorang dengan titik dekat 30 cm melihat bayangan benda tersebut dan berakomodasi maksimum. Berapakah perbesaran total mikroskop tersebut? Penyelesaian : Diketahui
:
SOB = 2 cm fOB = 1,8 cm fOK = 6 cm N = 30 cm
Ditanyakan
: M = ...?
Jawab
: Pada Lensa Objektif berlaku
1 1 1 fOB SOB S 'OB 1 1 1 S 'OB f OB SOB 1 1 1 S 'OB 1,8 2 1 0, 2 S 'OB 3, 6 S 'OB 18 M
18 30 1 54 2 6
Jadi, perbesaran total mikroskop tersebut adalah 54 kali. E. Teleskop Teleskop atau teropong adalah alat optik yang digunakan untuk melihat bendabenda yang sangat jauh agar tampak lebih dekat dan jelas. Ditinjau dari objeknya, teropong dibedakan menjadi dua, yaitu teropong bintang dan teropong bumi. 1. Teropong Bintang Fungsi Teropong Bintang Teropong bintang adalah teropong yang digunakan untuk melihat atau mengamati benda-benda langit, seperti bintang, planet, dan satelit. Nama lain teropong bintang adalah teropong astronomi atau teleskop astronomi. Galileo berhasil mengembangkan teleskop menjadi instrumen yang dapat digunakan dan penting. Dengan hal tersebut, Galileo menjadi orang yang pertama kali melakukan penelitian luar angkasa dengan menggunakan teleskop.
Gambar 19. Teropong Bintang
Ditinjau dari jalannya sinar, teropong bintang dibedakan menjadi dua, yaitu teropong bias dan teropong pantul. a. Teropong Bias (Keplerian) Komponen Teropong Bias Teropong bias terdiri atas dua lensa cembung, yaitu sebagai lensa objektif dan okuler. Sinar yang masuk ke dalam teropong dibiaskan oleh lensa. Oleh karena itu, teropong ini disebut teropong bias. Lensa objektif mempunyai fokus lebih panjang daripada lensa okuler (lensa okuler lebih kuat daripada lensa objektif). Hal ini dimaksudkan agar diperoleh bayangan yang jelas dan besar. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif selalu bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil. Bayangan yang dibentuk lensa okuler bersifat maya, terbalik, dan diperbesar terhadap benda yang diamati. Sistem Kerja Teropong Bias Lensa yang paling dekat dengan objek disebut lensa objektif dan akan membentuk bayangan nyata I1 dari benda yang jatuh pada bidang titik fokusnya fOB (atau di dekatnya jika benda tidak berada pada tak berhingga). Walaupun bayangan I1 lebih kecil dari benda aslinya, ia membentuk sudut yang lebih besar dan sangat dekat ke lensa okuler, yang berfungsi sebagai pembesar. Dengan demikian, lensa okuler memperbesar bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif untuk menghasilkan bayangan kedua yang jauh lebih besar I2, yang bersifat maya dan terbalik (Gambar 20.a dan 20.b).
(a)
(b)
Gambar 20. (a) Diagram pembentukan bayangan pada teropong pembias; (b) pembentukan bayangan pada teropong bias.
Tinjauan Beberapa Kasus Pengamatan 1) Pengamatan Teropong dengan Mata Tak Berakomodasi Apabila mata pengamat tidak berakomodasi (keadaan rileks), bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif berada sekaligus dititik fokus lensa objektif (fOB) dan titik fokus lensa okuler (fOK). Hal ini berarti titik fokus lensa objektif berimpit dengan titik fokus lensa okuler lensa okuler ini akan membentuk bayangan yang berada ditempat tak terhingga (Gambar20.a). Perbesaran total dari teropong dapat diketahui dengan melihat bahwa
h di mana h adalah tinggi bayangan I1 dan kita anggap θ kecil, fOB
sehingga tan θ ≈ θ . Kemudianm garis yang paling tebal untuk berkas sinar sejajar dengan sumbu utama tersebut, sebelum jatuh pada okuler, sehingga melewati titik fokus okuler fok, berarti ' perbesaran total) teropong adalah:
h fOK
. Perbesaran anguler (daya
M
f S' ' OB OB .......(21) fOK SOK
Tanda minus (-) untuk menunjukkan bahwa bayangan yang terbentuk bersifat terbalik. Untuk mendapatkan perbesaran yang lebih besar, lensa objektif harus memiliki panjang fokus ( fob) yang panjang dan panjang fokus yang pendek untuk okuler ( fok). Panjang teropong (jarak antar lensa) ditentukan dengan persamaan : L fOB fOK .......(22)
Keterangan : M
: Perbesaran total pada teropong
fOK
: Jarak fokus lensa okuler
fOB
: Jarak fokus lensa objektif
L
: Panjang teropong atau tabung
S’OB
: Jarak bayangan terhadap lensa objektif
SOK
: Jarak benda terhadap lensa okuler
2) Pengamatan Teropong dengan Mata Berakomodasi Maksimum Apabila pengamat berakomodasi maksimum, maka bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif tetap berada pada titik fokus lensa objektif dan berada diantara titik pusat optik dan titik fokus lensa okuler. Perbesaran sudut teropong diturunkan sebagai berikut, M
S 'OB ......(23) SOK
Untuk mata yang berakomodasi maksimum S’OB = fOB dan S’Ok = -N maka : M
fOB ......(24) SOK
Atau
M
fOB N fOK fOK N
......(25)
Dengan panjang teropong L fOB SOK .....(26)
M
: Perbesaran total pada teropong
fOK
: Jarak fokus lensa okuler
fOB
: Jarak fokus lensa objektif
L
: Panjang teropong atau tabung
S’OB
: Jarak bayangan terhadap lensa objektif
SOK
: Jarak benda terhadap lensa okuler
N
: Titik dekat mata pengamat
b. Teropong Pantul Komponen dan Sistem Kerja Teropong Pantul Untuk membuat teleskop pembias (teleskop astronomi) berukuran besar diperlukan konstruksi dan pengasahan lensa besar yang sangat sulit. Untuk mengatasi hal ini, umumnya teleskop-teleskop paling besar merupakan jenis teleskop pemantul yang menggunakan cermin lengkung sebagai objektif, (Gambar 21.a dan 21.b), karena cermin hanya memiliki satu permukaan sebagai dasarnya dan dapat ditunjang sepanjang permukaannya. Keuntungan lain dari cermin sebagai objektif adalah tidak memperlihatkan aberasi kromatik karena cahaya tidak melewatinya. Selain itu, cermin dapat menjadi dasar dalam bentuk parabola untuk membetulkan aberasi sferis. Teleskop pemantul pertama kali diusulkan oleh Newton. Biasanya lensa atau cermin okuler, tampak seperti pada Gambar 21 dipindahkan sehingga bayangan nyata yang dibentuk oleh cermin objektif dapat direkam langsung pada film. Agar teleskop astronomi menghasilkan bayangan yang terang dari bintang-bintang yang jauh, lensa objektif harus besar untuk memungkinkan cahaya masuk sebanyak mungkin. Dan memang, diameter objektif merupakan parameter yang paling penting untuk teleskop astronomi, yang merupakan alasan mengapa teleskop yang paling besar dispesifikasikan dengan menyebutkan diameter objektifnya, misalnya teleskop Hale 200 inci di Gunung Palomar. Dalam hal ini, konstruksi dan pengasahan lensa besar sangat sulit.
(a)
(b)
(c)
Gambar 21. (a) dan (b) cermin cekung digunakan sebagai objektif pada teleskop astronomi (c) pembentukan bayangan pada teleskop pemantul
2. Teropong Bumi (Teropong Bumi/Terestrial) Fungsi dan Komponen Teropong Bumi Teropong bumi digunakan untuk mengamati benda-benda yang jauh di permukaan bumi. Teropong bumi terdiri atas tiga lensa cembung, masing-masing sebagai lensa objektif, lensa pembalik, dan lensa okuler. Lensa pembalik hanya untuk membalikkan bayangan yang dibentuk lensa objektif, tidak untuk memperbesar bayangan. Lensa okuler berfungsi sebagai lup. Karena lensa pembalik hanya untuk membalikkan bayangan, maka bayangan yang dibentuk lensa objektif harus terletak pada titik pusat kelengkungan lensa pembalik. Lensa okuler juga dibuat lebih kuat daripada lensa objektif. Teropong bumi sebenarnya sama dengan teropong bintang yang dilengkapi dengan lensa pembalik.
Sistem Kerja Teropong Bumi Tinjauan Beberapa Kasus Pengamatan a. Pengamatan Teropong Bumi dengan Mata Tak Berakomodasi Untuk mata yang tidak berakomodasi, bayangan yang dibentuk lensa objektif ( yang bersifat nyata, terbalik, diperkecil) berada di titik fokus lensa objektif yang merupakan titik 2f lensa pembalik. Oleh lensa pembalik akan dibentuk bayangan di titik 2f yang lain ( yang bersifat nyata, terbalik, dan sama besar) yang merupakan titik fokus lensa okuler. Oleh lensa okuler dibentuk bayangan yang bersifat maya tegak dan diperbesar yang terletak ditempat tak terhingga (S’OK = - ) (Gambar 22).
Gambar 22. Pembentukan bayangan untuk mata tak berakomodasi.
Perbesaran Sudut M
fOB .......(27) fOK
Panjang Teropong L fOB 4 f pb fOK ........(28)
Keterangan : M
: Perbesaran total pada teropong bumi
fOK
: Jarak fokus lensa okuler
fOB
: Jarak fokus lensa objektif
fpb
: Jarak fokus lensa pembalik
L
: Panjang teropong bumi atau tabung
b. Pengamatan Teropong Bumi dengan Mata Berakomodasi Maksimum Untuk mata yang berakomodasi maksimum, bayangan yang dibentuk oleh lensa pembalik berada diantara titik fokus (fOK) dan titik pusat optik lensa okuler. Oleh lensa okuler dibentuk bayangan yang bersifat maya, tegak, dan diperbesar (Gambar 23).
Gambar 23. Pembentukan bayangan dengan mata berakomodasi maksimum
Perbesaran sudut
: M
fOB N f OK ........ (29) fOK N
Panjang teroppong
: L S 'OB 4 f pb SOK ........(30)
Keterangan : M
: Perbesaran total pada teropong bumi
fOK
: Jarak fokus lensa okuler
fOB
: Jarak fokus lensa objektif
fpb
: Jarak fokus lensa pembalik
L
: Panjang teropong bumi atau tabung
N
: Jarak dekat mata pengamat
Rancangan Teropong Bumi Ada dua rancangan teropong tersetrial atau teropong bumi, yaitu : a. Teropong Galilean Teropong Galilean ditunjukkan pada Gambar 24.a, yang digunakan Galileo untuk penemuan-penemuan astronominya yang terkenal, memiliki lensa divergen (lensa cekung) sebagai okuler yang memotong berkas yang mengumpul dari lensa objektif sebelum mencapai fokus, dan berfungsi untuk membentuk bayangan tegak maya. Rancangan ini sering digunakan pada kacamata opera. Tabungnya pendek, tetapi bumi pandang kecil. Rancangan teropong galilean dapat dilihat pada Gambar 24.b
(a)
(b)
Gambar 24. (a) Teropong galilean (b) rancangan teropong galilean
b. Spyglass Jenis ini menggunakan lensa ketiga (“lensa bumi”)yang berfungsi untuk membuat bayangan tegak seperti digambarkan pada Gambar 25.b. Spyglass harus cukup panjang, sehingga sangat kurang praktis. Rancangan yang paling praktis sekarang ini adalah teropong prisma yang diperlihatkan pada Gambar 25.b. Objektif dan okuler merupakan lensa konvergen. Prisma memantulkan berkas dengan pantulan internal sempurna dan memendekkan ukuran fisik alat tersebut, dan juga berfungsi untuk menghasilkan bayangan tegak. Satu prisma
membalikkan kembali bayangan pada bidang vertikal, yang lainnya pada bidang horizontal.
(b)
(a)
Gambar 25. (a) Pantulan cahaya internal sempurna oleh teropong; (b) Rancangan teropong terestrial spyglass
Contoh Soal Pembesaran sudut suatu teleskop dengan f okuler = 25 cm dan f objektif = 75 cm adalah... Penyelesaian : Diketahui : f ob = 75 cm f ok = 25 cm Ditanyakan : M=? Jawab
:
𝑀=
𝑓𝑜𝑏 𝑓𝑜𝑘
=
75 25
= 3 𝑘𝑎𝑙𝑖
BAB III SIMPULAN DAN SARAN A. SIMPULAN Pengetahuan tentang instrumen optik merupakan bagian hal yang penting dalam memahami optika secara keseluruhan, karena begitu banyaknya alat-alat yang menggunakan konsep optika tersebut. Ada beberapa instrumen optika, yakni : Mata, Kamera, Proyektor, Mikroskop, Kaca Pembesar, dan Teleskop. Setiap instrumen tersebut memiliki fungsi, komponen, dan sistem kerjanya tersendiri. Hal ini telah dirancang sedemikian rupa untuk dapat memenuhi kebutuhan dalam bidangnya masing-masing. B. SARAN 1. Sebaiknya mahasiswa mampu memahami konsep dasar optik dan sistem kerja instrumen optik agar dapat mengaplikasikan pengetahuan tersebut dalam perancangan alat atau instrumen optik sederhana. 2. Kekurangan yang terdapat dalam makalah ini, alangkah baiknya diperbaiki dan dilengkapi bersama dalam sebuah diskusi kelas. 3. Hasil perbaikan sebaiknya dijadikan referensi untuk kepentingan lain dalam perkuliahan optik.
DAFTAR PUSTAKA Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Nurachmandani, Setya, dkk. 2009. Fisika 1. Jakarta: : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.(PDF) Saripudin, Aip, dkk. 2009. Praktis Belajar Fisika. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.(PDF) Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga. Zaelani, Ahmad, dkk. 2006. Fisika. Bandung: Yrama Widya.
