Alat Optik

Mata sebagai salah satu alat optik

Dalam blog ini, sebenarnya beberapa kali telah dipostingkan mengenai materi alat optik seperti link yang ada di bawah. Tetapi pada postingan kali ini lebih bersifat review serta ditujukan untuk siswa SMA.

1. Mata

Mata dapat melihat sebuah benda, jika ada benda itu memantulkan cahaya. Cahaya yang masuk ke mata dibiaskan oleh lensa mata kemudian ditangkap oleh retina. Sifat bayangan yang dihasilkan bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil.

Mata memiliki kemampuan agar lebih pipih atau lebih cembung, yang disebut dengan daya akomodasi. Terkait dengan itu dikenal adanya titik dekat (punctum proximum atau PP) dan titik jauh (punctum remotum atau PP). Mata normal memiliki titik dekat mata sekitar 25 cm atau biasa dituliskan 25 - 30 cm (perhatikan ketentuan di soal), serta memiliki titik jauh tidak terhingga (~).

Ada 3 cacat mata yang terkait dengan bergesernya titik dekat maupun titik jauh dibanding mata normal, yaitu rabun jauh (miopi), rabun dekat (hipermetropi), maupun mata tua (presbiopi).

Mata normal dan Cacat Mata

2. Lup atau Kaca Pembesar atau Suryakanta

Lup atau kaca pembesar (suryakanta) terdiri dari lensa cembung yang berguna untuk mengamati benda yang kecil agar tampak lebih besar dan jelas.

Bayangan yang dihasilkan oleh lup adalah maya, tegak, dan diperbesar.

Mata tak berakomodasi, berlaku :

Mata berakomodasi maksimum, berlaku :

Mata berakomodasi pada jarak tertentu (x), berlaku :

3. Mikroskop

Mikroskop ini terdiri dari dua lensa positif (cembung), yaitu lensa obyektif (dekat dengan benda) dan lensa okuler (dekar dengan mata).

Bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar (benda berada pada f dan 2f). Bayangan ini akan menjadi benda bagi lensa okuler. Bayangan yang dihasilkan oleh lensa okuler bersifat maya, tegak, diperbesar.

Sehingga bayangan akhirnya adalah maya, terbalik, dan diperbesar.

Untuk mata tak berakomodasi

Perbesaran mikroskop :

Panjang mikroskop : L = s’_ob + f_ok

Untuk mata berakomodasi
Perbesaran mikroskop :

Panjang mikroskop : L = s’_ob + s_ok

3. Teropong

Teropong/Teleskop bintang

Teropong ini terdiri dari dua buah lensa cembung, yaitu sebagai lensa obyektif dan sebagai lensa okuler.

Mata tak berakomodasi

dan panjang teropongnya adalah L = f_ob + f_ok

Mata berakomodasi maksimum

panjang teropongnya adalah L = s'_ob + s_{ok ;}s'_{ob =} f_ob

Teropong Bumi

Teropong ini terdiri dari 3 lensa cembung yaitu lensa obyekti, lensa okuler, dan lensa pembalik. Lensa pembalik ini terletak di antara lensa obyektif dan okuler. Bayangan akhir yang dihasilkan teropong bumi ini adalah maya, tegak, dan diperbesar.

Perbesaran anguler mata berakomodasi maksimum adalah

Panjang teropong : L = f_ob + 4f_p + f_ok

Teropong bumi ini ada beberapa macam, diantaranya teropong sandiwara, teropong prisma (binokuler) dan periskop.

Contoh Soal dan Pembahasan Materi Alat Optik

Cacat Mata

1. Seorang penderita rabun dekat memiliki titik dekat 100 cm. Tentukan kekuatan lensa kacamata yang diperlukan agar dapat membaca pada jarak baca normal!

Penyelesaian

Diketahui :

Sn = 100 cm

Ditanyakan : Kekuatan lensa kacamata yang dibutuhkan

Jawab

Orang tersebut tanpa kacamata dapat membaca dengan jelas pada jarak 100 cm. Agar dapat membaca pada jarak normal, maka orang tersebut perlu mengggunakan lensa yang nantinya akan menghasilkan bayangan di depan lensa yang sama dengan titik dekatnya.

s' = - 100 cm (titik dekat penderita)

s = 25 cm (gunakan angka ini atau 30 cm, tergantung pada ketentuan di soal). Untuk contoh kita menggunakan angka 25 cm untuk titik dekat mata normal.

Kita juga bisa menggunakan rumus :

PP = punctum proximum (titik dekat) = 100 cm = 1 m.

Tapi rumus tersebut berlaku jika orang tersebut ingin membaca dengan jelas khusus pada jarak 25 cm. Ada yang tahu angka 4 -nya dari mana?

2. Seorang penderita rabun jauh tidak dapat melihat dengan jelas pada jarak 2 m. Berapa kekuatan lensa yang digunakan orang tersebut agar dapat melihat dengan jelas?

Diketahui :

PR (punctum remotum) = s' = -2 m = = - 200 cm

Ditanya : P

Jawab :

Tanpa menggunakan kacamata pada jarak yang tidak tak terhingga seperti mata normal(s = ~) , penderita harus menggunakan kacamata yang akan menghasilkan bayangan di depan lensa yang sama dengan titik jauh penderita.

Catatan :

Rumus :

(f dalam m)

atau

(f dalam cm)

Soal Lup

3. Sebuah lup memiliki jarak fokus 5 cm digunakan untuk melihat benda seperti mata normal. Berapa perbesaran benda jika matanya berakomodasi maksimum?

Sn = 25 cm (jarak baca mata normal)

Soal Mikroskop

4. Sebuah mikroskop memiliki jarak benda ke lensa obyektif 5 cm dan jarak fokus ke lensa okuler 2 cm. Jika jarak bayangan lensa obyektif sejauh 10 cm, berapa besar perbesaran mikroskop untuk mata tak berakomodasi?

Diketahui :

s_ob = 5 cm

f_ok = 2 cm

s'_ob = 10 cm

Sn = 25 cm

Ditanya : M

Jawab

Soal Teropong

4. Sebuah teropong bintang memiliki lensa obyektif dengan jarak fokus 200 cm dan lensa okuler dengan jarak fokus 10 cm. Teropong tersebut digubakan untuk mengamati benda-benda yang sangat jauh. Tentukan :

a. panjang teropong

b. perbesaran bayangan

Diketahui :

f_ob = 200 cm

f_ok = 20 cm

Ditanya :

a. L

b. M

Jawab :

a. Panjang teropong : L = f_ob + f_ok= 200 + 10 = 210 cm

b. M = f_ob /f_ok= 200/10 = 20 kali

Referensi :

Tim Sibejoo. 2015. Kumpulan Materi Panduan Terarah Fisika SMA/SMK. Kaifa Learning

Tim Penyusun.2002.Buku Pegangan Guru PR Fisika Kelas 2 SMU Tengah Tahun Kedua. Intan Pariwara

Alat Optik

Ringkasan Materi : Alat Optik

Ada yang tahu gambar di samping?

Dia adalah Cameron Diaz, artis Hollywood, yang sangat cantik berkat matanya yang indah.

Di usianya yang mendekati 50 tahun, kecantikan yang dimilikinya seakan tidak pernah pudar dengan kedua mata birunya yang indah.

Mata sebagai salah satu alat optik merupakan anugerah yang patut disyukuri agar selalu dijaga kesehatannya.

Sebelum belajar lebih lanjut tentang alat optik ini, perhatikan dulu peta konsep berikut.

A. Mata

Mata memiliki cara kerja seperti kamera. Mata terdiri atas kornea, pupil, iris, lensa, aquaous humour, vitreous humour, retina, dan otot siliar. Kamera terdiri memiliki lensa positif, diafragma, dan film.

Kornea berfungsi sebagai pelindung bagian mata yang ada di dalamnya. Kornea juga berfungsi sebagai penerima rangsang cahaya serta meneruskannya ke bagian mata yang lebih dalam.

Pupil (anak mata) merupakan tempat lewatnya cahaya yang menuju ke retina.

Iris berfungsi untuk mengatur lebar pupil sehingga banyaknya cahaya yang masuk ke mata dapat diatur. Iris ini yang menentukan warna mata seseorang.

Lensa mata berfungsi untuk memfokuskan cahaya atau bayangan mata agar tepat jatuh di retina. Kemampuan lensa mata untuk menjadi lebih cembung atau pipih disebut daya akomodasi.

Jarak pandang mata terletak pada 2 titik yaitu titik dekat (punctum proximum=pp) dan titik jauh (punctum remotum). Titik dekat merupakan titik terdekat yang masih dilihat dengan jelas oleh mata yang berakomodasi maksimum. Untuk orang normal antara 25 - 30 cm. Titik jauh adalah titik terjauh yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata yang tak berakomodasi. Titik jauh mata normal terletak pada jarak yang tak terhingga (∼).

Gangguan Penglihatan
Jarak pandang mata normal (emetropi) : titik dekat = 25 - 30 cm dan titik jauh = ∼.
Rabun jauh (miopi) : titik dekat < 25 - 30 cm dan titik jauh < ∼.
Rabun dekat (hipermetropi) : titik dekat > 25 - 30 cm dan titik jauh = ∼.
Mata tua (presbiopi) : melihat benda yang jauh tidak jelas dan juga tidak dapat melihat dengan baik pada jarak baca normal.
Astigmatisma disebabkan karena kornea mata tidak sferik. Penderita ini akan jelas melihat garis-garis vertikal dan kabur ketika melihat garis-garis horizontal.

Kekuatan lensa pada penderita miopi dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :
$P=-\frac{1}{PP} dioptri$

Kekuatan lensa pada penderita hipermetropi bisa menggunakan rumus :

$\frac{1}{f}=\frac{1}{s}+\frac{1}{s'}$
$P=\frac{100}{s}+\frac{1}{-PP}dioptri$
s = 25 - 30 cm

Jika s = 25 cm berlaku :

$P=\frac{100}{25}+\frac{1}{-PP}dioptri$

$P=4-\frac{1}{PP}dioptri$

B. Lup
Lup terdiri dari sebuah lensa cembung yang berfungsi untuk mengamati benda-benda kecil agar tampak besar dan jelas.
Sifat bayangan yang terbentuk pada lup sama dengan pembentukan bayangan pada lensa cembung jika benda terletak < f. yaitu maya, tegak, dan diperbesar.

Mata berakomodasi maksimum berlaku :
$M=\frac{Sn}{f}+1$
Mata tak berakomodasi berlaku :
$M=\frac{Sn}{f}$

C. Mikroskup
Mikroskop berfungsi untuk mengamati benda yang sangat kecil, seperti rambut, sel, bakteri sehingga tampak jelas. Mikroskop terdiri dari 2 lensa cembung, yaitu lensa obyektif dan lensa okuler.

Benda yang diamati terletak di antara F dan 2F dari lensa obyektif sehingga diperoleh bayangan yang bersifat nyata, diperbesar, dan terbalik. Bayangan ini akan menjadi benda bagi lensa okuler. Bayangan akhir yang dihasilkan adalah maya, diperbesar, dan terbalik dari pertama.

Mata berakomadasi :
$M_{tot}=M_{ob}xM_{ok}=\frac{s_{ob}^{'}}{s_{ob}}.\left ( \frac{s_{n}}{f_{ok}}+1 \right )$
$L=s_{ob}^{'}+s_{ok}$ ; L = panjang mikroskop

Mata tak berakomodasi :
$M_{tot}=M_{ob} x M _{ok}=\frac{s_{ob}^{'}}{s_{ob}}.\frac{s_{n}}{f_{ok}}$

$L=s_{ob}^{'}+s_{ok}$ ; L = panjang mikroskop

Dalam perkembangannya, dikenal 2 jenis mikroskop yaitu mikroskop optik dan bukan optik. Mikroskop optik menggunakan cahaya biasa untuk proses perbesaran bayangannya. Misalnya mikroskop majemuk, mikroskop binokuler, mikroskop binokuler stereoskopi yang menghasilkan gambar 3 dimensi, serta mikroskop ultraviolet.
Mikroskop bukan optik menggunakan bantuan radiasi panjang gelombang pendek untuk memperbesar bayangan bendanya. Misalnya mikroskop sinar-X, mikroskop ion, dan mikroskop elektron.
D. Teropong/Teleskop
1. Teropong/teleskop bintang
Teropong/Teleskop bintang digunakan untuk meliat benda-benda langit. Teropong ini terdiri dari 2 buah lensa cembung, yaitu lensa obyektif dan lensa okuler.

Mata berakomodasi
Perbesaran bayangan
$\gamma =\frac{f_{ob}}{f_{ok}}.\left ( \frac{f_{ok}}{P}+1 \right )$

Panjang teropong :

$L=s_{ob}^{'}+s_{ok}$

Mata tak berakomodasi
Perbesaran bayangan :
$\gamma =\frac{f_{ob}}{f_{ok}}$
Panjang teropong :

$L=f_{ob}+f_{ok}$

2. Teropong bumi
Teropong bumi terdiri atas tiga lensa cembung yaitu lensa obyektif, lensa pembalik, dan lensa okuler.
Bayangan akhirnya bersifat maya, tegak, diperbesar.
Perbesaran anguler teropong :
$\gamma =\frac{f_{ob}}{s_{ok}}$
Panjang teropong :
$L=f_{ob}+4f_{p}+f_{ok}$
Teropong bumi ada beberapa macam, misalnya teropong sandiwara, teropong prisma dan periskop.

Pada teropong sandiwara berlaku panjang teropong sebagai berikut
d = f_ob - f_ok
Perbesaran bayangan :
$\gamma =\frac{f_{ob}}{f_{ok}}$

3. Teropong Panggung/Galileo
Teropong panggung terdiri dari susunan lensa cembung-cekung. Lensa cembung sebagai lensa obyektif dan lensa cekung sebagai lensa okuler. Lensa cekung ini berfungsi sebagai lensa pembalik.
Agar mata tidak cepat lelah, maka benda maya terletak tepat di fokus okuler, sehingga perbesaran bayangannya adalah
$\gamma =\frac{f_{ob}}{f_{ok}}$
Panjang teropong panggung :
L = f_ob + f_ok

Sumber gambar : http://www.tahupedia.com/content/show/1304/10-Selebriti-Hollywood-Dengan-Mata-Terindah

Bacaan lebih lanjut :
PR Fisika Kelas 2 SMU Tengah Tahun Kedua Intan Pariwara Arsyad Riyadi April 05, 2020 New Google SEO Bandung, Indonesia