LANDASAN TEOR
E. Alat-alat Optik
1. Mata dan Kamera a Mata
1) Bagian-bagian mata
Gambar 1. Bagian-bagian Mata
o Kornea: bagian depan mata memiliki lengkung yang lebih tajam dan
dengan udara luar. Fungsi utama kornea (selaput bening) adalah meneruskan cahaya yang masuk kemata. Cahaya tesebut diteruskan ke bagian mata yang lebih dalam dan berakhir pada selaput jala retina. Kornea juga berfungsi sebagai pelindung mata bagian dalam agar tetap bening dan bersih, kornea ini dibasahi oleh air mata yang berasal dari kelenjar air mata.
o Aquoeus humor (cairan): Cairan Aquoeus ini terletak dibelakang kornea
yang berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk sehingga terfokus ke lensa mata.
o Lensa: bagian mata yang berfungsi untuk memfokuskan bayangan pada
retina yaitu dengan mencembungkan atau memipihkan lensa. Lensa dapat disebut lensa kristalin/lensa mata. Lensa kristalin merupakan lensa mata yang terbuat dari bahan bening, berserat dan kenyal.
o Iris adalah selaput tipis yang berfungsi untuk mengatur kebutuhan cahaya
dalam pembentukan bayangan. Iris terdapat di belakang kornea dan berpigmen. Pigmen pada irislah yang menentukan warna mata.
o Pupil: berupa celah yang berbentuk lingkaran terdapat ditengah-tengah
iris dan sebagai tempat untuk mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke dalam mata. Pupil merupakan tempat lewatnya cahaya menuju retina. Pupil dapat mengecil dan membesar seperti fungsi diafragma pada kamera. Pupil akan membuka dan menutup secara otomatis bergantung
pada cahaya yang masuk. Jika cahaya terang, pupil akan mengecil, sedangkan ketika gelap, pupil akan membesar.
o Retina: merupakan selaput yang mengandung sel-sel indera. Retina
berfungsi sebagai layar, tempat terbentuknya bayangan, seperti halnya plat film pada kamera.
o Bintik kuning: tempat terbentuknya bayangan agar bayangan terlihat
jelas.
2) Proses Pembentukan Bayangan pada Mata dan Daya Akomodasi Mata
Ketika sinar dari benda masuk ke dalam mata melalui pupil, lensa membiaskan cahaya dan membentuk bayangan pada retina sehingga terbentuk bayangan nyata, terbalik dan diperkecil. Agar bayangan selalu jatuh pada retina karena letak benda yang berubah, maka dapat diatur dengan mengubah jarak fokus lensa matanya. Kemampuan penglihatan manusia terbatas pada jangkauan tertentu yang disebut jangkauan penglihatan yaitu daerah di depan mata yang dibatasi oleh dua buah titik. Titik terjauh/Punctum Remotum (PR) dan titik terdekat/Punctum Proximum (PP). Mata dapat melihat dengan jelas jika letak benda berada diantara kedua titik tersebut. Jarak antara lensa mata dengan retina disebut jarak bayangan (S1) selalu tetap.Jarak benda (S0) yang dilihat oleh mata dapat berubah-ubah.
Jarak fokus lensa mata dapat diubah-ubah dengan cara mengubah-ubah kelengkungan lensa mata. Ini dilakukan oleh otot siliar. Ketika mata melihat benda yang dekat, otot-otot siliar menegang sehingga lensa mata lebih cembung,
atau jarak fokus lensa mata lebih mata lebih kecil dan bayangan jatuh tepat di retina. Ketika melihat benda yang jauh, otot siliar mengendur (relaks), sehingga mata lebih pipih dan jarak fokus lebih besar, dan bayangan jatuh tepat pada retina. Daya untuk membuat lensa mata lebih cembung atau lebih pipih sesuai dengan jarak benda yang dilihat mata agar bayangan jatuh tepat di retina disebut dengan daya akomodasi mata.
3) Kelainan pada Mata dan Cara Menanggulanginya
Mata normal (Emetropi): memiliki titik jauh (PR) pada jarak jauh tak berhingga/∞ dan titik dekat (PP) = 25 cm, mata ini jangkauan penglihatannya paling lebar. a) Rabun jauh (Miopia)
Miopia memiliki titik jauh (PR) terbatas/kurang dari tak berhingga dan titik dekat (PP) = 25 cm. Cacat mata miopi terjadi jika pada penglihatan tak berakomodasi bayangan jatuh di depan retina, hal ini terjadi karena lensa mata tidak dapat menjadi sangat pipih (terlalu cembung), sehingga bayangan yang terjadi kabur. Agar dapat melihat jelas benda yang jauh maka perlu dibantu dengan lensa yang dapat menyebarkan berkas cahaya (lensa divergen) atau lensa cekung/lensa negatif.
b) Rabun dekat (Hipermetropia):
Rabun dekat memiliki titik jauh (PR) tak berhingga, tetapi titik dekat (PP) > 25 cm. Penderita kelainan ini tidak mampu melihat benda dekat.Ini disebabkan kemampuan lensa untuk menebal berkurang. Agar dapat melihat jelas benda- benda pada jarak baca normal maka cacat mata ini perlu dibantu dengan
menggunakan lensa yang dapat mengumpulkan berkas cahaya (lensa konvergen) atau lensa cembung/lensa positif.
c) Mata tua (Presbiopia):
Mata tua memiliki titik jauh (PR) kurang dari tak berhingga dan titik dekat (PP) > 25 cm, cacat mata ini merupakan gabungan dari hipermetropi dan miopi.Ini disebabkan kemampuan mata untuk menebal dan memipih berkurang. Penderita cacat mata ini dapat ditolong dengan menggunakan lensa bifocal atau kaca mata yang berfungsi rangkap baik untuk melihat benda jauh maupun benda dekat.
d) Astigmatisma
Cacat mata dimana penderita tidak dapat melihat dengan baik garis-garis vertikal dan garis horisontal secara bersamaan. Hal ini disebabkan kornea mata tidak berbentuk bola dan penderita dapat ditolong dengan lensa silindris.
Contoh soal:
(1)Seorang penderita rabun jauh memiliki titik jauh 200 cm. Ia ingin melihat benda-benda yang sangat jauh dengan jelas. Berapa fokus dan kekuatan lensa yang harus digunakan?
Penyelesaian :
Penderita rabun jauh melihat benda-benda yang sangat jauh pada jarak kurang dari tak berhingga. Ini berarti S = ∞. Agar dapat melihat benda jauh dengan jelas maka lensa kacamata yang dipakai harus dapat menghasilkan bayangan di depan lensapada jarak titik jauh penderita rabun jauh.
Jadi; S1 : - (titik jauh penderita rabun jauh) = -200 cm
1 + 1 1 = 1 1 ∞+ 1 −200 = 1 0 + 1 −200 = 1 → = −200
Sedangkan kekuatan lensa P :
= 1 −200 → = −200 = −2 = 1 −2 = − 1 2
(2)Dua orang memiliki kelainan mata dengan ciri-ciri berbeda hendak membeli kaca mata. Tentukanlah kekuatan kaca mata untuk masing-masing orang tersebut (dalam dioptri) jika diketahui:
Orang I mempunyai titik dekat 22 cm, ingin dapat membaca dengan baik
Orang II bermata miopi, titik dekatnya 30 cm, ingin dapat melihat benda- benda yang sangat jauh
Penyelesaian:
Jarak baca normal adalah 25 cm. Karena titik dekat orang I adalah 200 cm maka So = 25 cm dan S1 = -200 cm. 1 + 1 1 = 1 1 25+ 1 −200 = 1 8 200− 1 200 = 1
7 200 = 1 = 200 7 = 0,28 Sedangkan P: = 1 = 1 = 1 2/ 7 = 7 2 = 3,5
Agar orang kedua dapat melihat benda-benda yang sangat jauh berarti So = ∞ dan titik dekat 30 cm berarti S1 = -30 cm.
1 + 1 1 = 1 1 ~ + 1 −30 = 1 0 + 1 −30 = 1 = −30 = 0,3 Sedangkan P: = 1 = 1 = 1 −0,3 = −3,3 b. Kamera
Kamera merupakan alat optik yang dapat memindahkan/mengambil gambar dan menyimpannya dalam bentuk file, film maupun print-out. Kamera menggunakan lensa positif dalam membentuk bayangan. Sifat bayangan yang dibentuk kamera adalah nyata, terbalik, dan diperkecil. Pemfokusan dilakukan dengan mengatur jarak lensa dengan film. Perubahan jarak benda mengakibatkan perubahan jarak
bayangan pada film oleh karena itu lensa kamera perlu digeser agar bayangan tetap jatuh pada film. Hal ini terjadi karena jarak fokus lensa kamera tetap. Dari rumus umum optik, jika jarak fokus tetap, maka perubahan jarak benda (So) akan
diikuti oleh perubahan jarak bayangan (S1).
Gambar 2. Kamera dan bagian-bagiannya
Bagian-bagian dari kamera secara sederhana terdiri dari: Lensa cembung, Film, Diafragma, Aperture.
Gambar 3. Pembentukan Bayangan pada Kamera
Lensa positif, membiaskan cahaya dan membentuk bayangan nyata, terbalik dan diperkecil. Diafragma mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam kamera dengan mengubah ukuran aperturenya.
Film merupakan media yang menangkap bayangan nyata yang dibentuk oleh lensa. Agar bayangan selalu jatuh pada film karena letak benda yang berubah, maka dapat diatur dengan menggeser jarak lensa terhadap filmnya.
So = jarak benda dalam meter, Si = jarak bayangan dalam meter, F = titik fokus lensa
Secara umum bagian-bagian kamera sama dengan bagian-bagian mata, namun kedua alat ini memiliki perbedaan dalam hal menempatkan bayangan pada retina/film. Perbedaannya adalah mata menggunakan daya akomodasi sedangkan kamera menggunakan pergeseran lensa. Kemiripan antara kamera dan mata adalah:
Tabel 1. Kemiripan antara Kamera dan Mata
Kamera Mata Keterangan
Lensa Lensa Lensa cembung
Diafragma Iris Mengatur besar kecilnya lubang cahaya
Aperture Pupil Lubang tempat masuknya cahaya
(3) Lup dan Mikrosokop
a. Lup
Lup/kaca pembesar memiliki fungsi untuk memperbesar bayangan benda. Lup adalah lensa cembung yang digunakan untuk mengamati benda-benda kecil agar
nampak lebih besar. Bayangan yang dibentuk oleh lup memiliki
sifat: maya, tegak, dan diperbesar. Untuk itu benda harus diletakkan di Ruang I atau daerah yang dibatasi oleh fokus dan pusat lensa atau cermin (antara f dan O), dimana So < f.
Gambar 4. Lup dan pembentukan bayangan
Ada dua cara menggunakan lup yaitu:
1) Dengan cara mata berakomodasi maksimum
Mata berakomodasi maksimum yaitu cara memandang obyek pada titik dekatnya (otot siliar bekerja maksimum untuk menekan lensa agar berbentuk secembung- cembungnya).
diperhatikan adalah: bayangan yang dibentuk lup harus berada di titik dekat mata/Punctum Proksimum (PP), benda yang diamati harus diletakkan di antara titik fokus dan lensa, sifat bayangan; maya, tegak dan diperbesar.
2) Dengan cara mata tidak berakomodasi
Mata tak berakomodasi yaitu cara memandang obyek pada titik jauhnya (yaitu otot siliar tidak bekerja/rileks dan lensa mata berbentuk sepipih-pipihnya). Pada penggunaan lup dengan mata tak berakomodasi, maka yang perlu diperhatikan adalahlup harus membentuk bayangan di jauh tak hingga, benda yang dilihat harus diletakkan di titik fokus (So = f)
b. Mikroskop
Mikroskop adalah alat yang dapat digunakan untuk mengamati benda-benda yang sangat kecil atau mikro agar tampak lebih besar dan jelas.
Berikut ini adalah gambar mikroskop dan bagian-bagiannya :
Mikroskop yang paling sederhana menggunakan kombinasi dua buah lensa positif, dengan panjang titik fokus obyektif lebih kecil daripada jarak titik fokus lensa okuler.
Prinsip kerja mikroskop adalah obyek ditempatkan di ruang dua lensa obyektif sehingga terbentuk bayangan nyata, terbalik dan diperbesar. Lensa okuler mempunyai peran seperti lup, sehingga pengamat dapat melakukan dua jenis pengamatan yaitu dengan mata tak berakomodasi atau dengan mata berakomodasi maksimum. Pilihan jenis pengamatan ini dapat dilakukan dengan cara menggeser jarak benda terhadap lensa obyektif yang dilakukan dengan tombol soft adjustment (tombol halus yang digunakan untuk menemukan fokus). Sifat bayangan pada mikroskop secara keseluruhan; maya, terbalik dan diperbesar.
Perbesaran mikroskop pada adalah: =
Mata berakomodasi : = + 1
Mata tak berakomodasi : =
Gambar 6. Pembentukan Bayangan pada Mikroskop
Keterangan : Sob : jarak benda lensa obyektif (m)
S’ob : jarak bayangan lensa obyektif (m)
(4) Alat-alat Optik Lain
a. Teropong
Teropong atau teleskop adalah sebuah alat yang digunakan untuk melihat benda- benda yang jauh sehingga tampak lebih jelas dan lebih dekat. Secara umum teropong terdiri atas dua buah lensa positif. Satu lensa mengarah ke obyek dan disebut lensa obyektif dan satu lensa mengarah ke mata dan disebut lensa okuler.
Berdasarkan fungsinya teropong dibagi menjadi :
1) Teropong bias astronomi
Teropong astronomi atau teropong bintang digunakan untuk mengamati obyek- obyek yang ada di langit (bintang). Teropong bintang terdiri dari sebuah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa obyektif dengan diameter dan jarak fokus
besar, sedangkan okulernya adalah sebuah lensa cembung dengan jarak fokus pendek.
Pembentukan bayangan pada teropong dan sifat-sifat bayangannya.
Gambar 7. Pembentukan bayangan pada teropong
Panjang teropong : = +
Perbesaran teropong : =
2) Teropong Pantul Astronomi
Prinsip utama pembentukan bayangan pada teropong adalah: lensa obyektif membentuk bayangan nyata dari sebuah obyek jauh dan lensa okuler berfungsi sebagai lup. Dengan demikian cara mengamati obyek apakah mau dengan cara berakomodasi maupun tidak berakomodasi tergantung dari posisi lensa okulernya. Oleh karena itu jarak antara obyektif dan okuler dapat diubah-ubah.Panjang teropong adalah jarak antara lensa obyektif dan lensa okulernya.
Gambar 8. Teropong Pantul Astronomi
b. Periskop
Periskop adalah teropong yang dipasang pada anjungan kapal selam. Kegunaan periskop adalah untuk mengintai kapal-kapal musuh atau melihat benda-benda di atas permukaan laut sewaktu kapal selam sedang berada di bawah permukaan air. Periskop terdiri atas sebuah lensa cembung obyektif dan dua buah prisma siku- siku sama kaki (memiliki 3 sudut: 450, 450 dan 900), dan sebuah lensa cembung
okuler.