2.6.1 Mata
Gambar 2.1 Diagram mata manusia (Henry et al., 2009)
Pada Gambar 2.1 tampak skema sederhana dari mata manusia. Lapisan kornea berfungsi sebagai lapisan pelindung. Iris membentuk celah lingkaran yang disebut pupil. Iris mengatur lebar pupil untuk mengatur banyaknya cahaya yang masuk ke mata. Di tempat yang terang pupil mengecil supaya lebih sedikit cahaya yang masuk ke mata sehingga mata tidak silau. Sedangkan, di tempat yang gelap pupil membesar supaya lebih banyak cahaya yang masuk ke mata. Oleh lensa mata, cahaya yang masuk diteruskan ke retina yang tersusun dari jutaan sel yang peka terhadap rangsangan cahaya. Rangsangan cahaya yang diterima oleh retina ini diubah menjadi sinyal-sinyal yang dikirim sistem syaraf ke otak (Foster, 2011: 74).
Bayangan yang terbentuk di retina bersifat nyata, terbalik dan diperkecil. Agar bayangan selalu terletak pada retina, panjang fokus lensa harus dapat diubah-ubah sesuai dengan jarak benda yang dilihat. Yang berfungsi mengatur
panjang fokus lensa (kelengkungan lensa) adalah otot siliari. Ketika melihat benda yang jauh, otot siliari mengendur (relaks), sehingga lensa mata lebih pipih dan mata dalam keadaan tak berakomodasi. Sebaliknya, ketika melihat benda yang dekat, otot siliari menegang, sehingga lensa mata lebih cembung, dan mata berada dalam keadaan berakomodasi. Kemampuan berubahnya kelengkungan lensa mata ini disebut daya akomodasi mata (Foster, 2011: 74).
2.6.2 Cacat Mata dan Cara Menanggulanginya
Jangkauan penglihatan mata dalam keadaan tidak berakomodasi disebut titik jauh atau punctum remutum (PR). Untuk mata normal, titik jauh berada pada jarak tak berhingga ( = ∞). Jangkauan penglihatan mata dalam keadaan berakomodasi maksimum disebut titik dekat atau punctum proximum
(PP atau s ). Untuk mata normal, titik dekat berkisar 25 cm. Sebagian orang mengalami ketidaknormalan pada mata, disebut cacat mata(Foster, 2011: 74 -75).
2.6.2.1 Rabun Jauh (Miopi)
Gambar 2.2 Cacat mata miopi (Pratiwi et al., 2008)
Rabun jauh terjadi karena lensa mata tidak dapat memipih sesuai yang diperlukan, sehingga bayangan benda yang sangat jauh jatuh di depan retina, seperti pada Gambar 2.2. Agar dapat melihat benda jauh, penderita miopi
24
menggunakan kacamata berlensa cekung (kacamata minus). Kacamata membentuk bayangan di titik jauh mata, kemudian lensa mata membentuk bayangan akhir di retina. Jadi,
= −
Karena benda berada di tak berhingga ( = ∞), persamaan kuat lensa yang diperlukan untuk mata miopi dapat diperoleh dengan mensubstitusikan nilai dan ke persamaan lensa tipis, sehingga dihasilkan:
=
+
= 1 = 1 ∞+ 1 − = (2-1) Keterangan:= Kuat lensa (dioptri atau 1 ) = Titik dekat mata (m)
Persamaan (2.2) adalah persamaan kuat lensa untuk mata miopi.
2.6.2.2Rabun Dekat (Hipermetropi)
Gambar 1(b) Cacat mata hipermetropi
Rabun dekat terjadi karena lensa mata tidak dapat mencembung sesuai dengan yang diperlukan, sehingga bayangan benda yang dekat jatuh di belakang retina, seperti Gambar 2.3. Agar dapat melihat benda dekat, penderita hipermetropi menggunakan kacamata berlensa cembung (kacamata plus). Kacamata membentuk bayangan di dekat mata, kemudian lensa mata membentuk bayangan akhir di retina. Jadi,
= − ℎ = −
Persamaan kuat lensa yang diperlukan untuk mata hipermetropi dapat diperoleh dengan mensubstitusikan nilai dan ke persamaan lensa tipis, sehingga dihasilkan: 1 = 1+ 1 = + (2-2) = Atau, = = (2-3)
Jika benda yang ingin dilihat berada pada jarak 25 cm (titik dekat mata normal), berdasarkan persamaan (2-2), diperoleh:
1 = 1− 1 = 1 0.25− 1 = 4− 1 = 4− (2-4) Keterangan:
26
= = Titik dekat mata (m) (Foster, 2011: 75 - 76)
2.6.3 Kamera
Salah satu alat optik yang sederhana adalah kamera. Kamera dan mata memiliki kesamaan pada diagram sinar pembentukan bayangannya. Benda yang diamati oleh kamera dan mata terletak di depan lensa, di depan 2 ( > 2 ), dan bayangan dibentuk di belakang lensa, di antara dan 2 . Bayangan ini adalah bayangan nyata, terbalik dan diperkecil (lihat Gambar 2.4).
Pada bagian depan kamera terdapat sistem lensa dan pada bagian belakang terdapat sebuah film peka yang berfungsi sebagai layar untuk menangkap bayangan yang dibentuk oleh lensa kamera. Kamera memiliki diafragma dan pengatur cahaya (shutter) untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam lensa.
Jarak fokus lensa kamera adalah tetap, tidak seperti lensa mata. Untuk menyesuaikan jarak benda yang dapat berubah-ubah, jarak lensa terhadap film atau jarak bayangan ′ dapat diubah-ubah. Mengubah-ubah jarak lensa sesuai dengan jarak benda yang difoto agar terbentuk bayangan yang jelas pada film disebut memfokuskan kamera. Memfokuskan kamera dapat dilakukan dengan memutar-mutar cincin pemfokus. Pada kamera, yang berfungsi mengatur banyak cahaya yang mengenai film adalah celah yang dibentuk difragma. Diameter bukaan (celah) tersebut dinamakan aperture (Foster, 2011: 78 -79).
2.6.4 Lup
Sudut penglihatan memiliki batas maksimum, yaitu pada saat benda berada pada titik dekat mata. Jika sudut penglihatan terus diperbesar dengan menggeser benda mendekati mata hingga melewati titik dekat mata, benda akan tampak kabur. Untuk mengatasi masalah kabur ini dapat digunakan lup atau kaca pembesar. Jadi, kegunaan lup adalah untuk mengamati benda-benda berukuran kecil agar tampak jelas dan lebih besar. Lup sebenarnya merupakan lensa cembung yang diletakan antara mata dengan benda yang akan diamati. Lup banyak digunakan oleh tukang arloji untuk melihat komponen-komponen arloji yang berukuran kecil.
Gambar 2.5 Diagram sinar pembentukan bayangan tanpa menggunakan lup dan dengan menggunakan lup (Puspita, 2009)
28
Perbesaran anguler pada lup ( ) dihitung dengan membandingkan antara sudut penglihatan dengan menggunakan alat optik ( ) dan sudut penglihatan tanpa menggunakan alat optik (∝) seperti ditunjukan Gambar 2.5 (a) dan 2.5 (b). Maka:
=
∝ (2-5)
Karena sudut ∝ dan sudut adalah sudut kecil, maka perbandingan sudutnya dapat dianggap sebagai perbandingan tangen sudut, sehingga perhitungan perbesaran anguler menjadi:
= tan tan ∝
= ℎ
ℎ
= (2-6)
Pada kaca pembesar, benda diletakan di antara O dan F, sehingga bayangan yang terbentuk di depan lensa bersifat maya, tegak dan diperbesar (Gambar 2.6 (a)). Supaya benda dapat diamati dengan jelas, jarak lensa terhadap benda diatur sedemikian sehingga bayangan terbentuk di titik dekat pengamat (misalnya 25 cm dari lensa). Ini disebut pengamat menggunakan lup dengan mata berakomodasi maksimum. Agar berakomodasi maksimum, lup membentuk bayangan maya di titik dekat mata, sehingga = − . Dengan menggunakan rumus lensa, diperoleh perbesaran angular lup:
Jika pengamat ingin mengamati benda menggunakan lup dengan relaks, benda diletakan tepat di titik fokus lensa (titik ), sehingga berkas sinar bias sejajar memasuki mata (Gambar 2.6 (b)). Ini disebut pengamat menggunakan lup dengan mata tidak berakomodasi. Agar tak berakomodasi, lup membentuk bayangan maya di tak hingga, sehingga = ∞. Dengan menggunakan rumus lensa, diperoleh perbesaran angular lup:
= (2-8)
(Foster, 2011: 80 -81)
2.6.5 Mikroskop
Sebuah lensa seperti pada lup, perbesaran bayangan maksimum hanya 20 kali. Mikroskop adalah alat yang mampu melakukan perbesaran hingga ratusan kali, yang digunakan untuk mengamati benda-benda renik atau mikro, seperti virus dan bakteri. Mikroskop terdiri atas dua buah lensa cembung. Lensa yang dekat dengan benda yang diamati (objek) disebut lensa objektif dan lensa yang dekat dengan pengamat disebut lensa okuler. Mikroskop seperti ini disebut mikroskop majemuk. Ada dua cara dalam menggunakan mikroskop, yaitu dengan mata berakomodasi maksimum dan dengan mata tak berakomodasi.
(b) (a)
Gambar 2.6 Pengamatan menggunakan lup dengan berakomodasi maksimum dan dengan tak berakomodasi (Wasis, 2008)
30
Perambatan cahaya pada mikroskop ditunjukan oleh Gambar 2.7, prosesnya adalah sebagai berikut,
1. Benda diletakan di depan lensa objektif diantara dan 2 ( < < 2 ).
2. Bayangan yang dihasilkan lensa obyektif digunakan sebagai benda oleh lensa okuler. Agar bayangan dari lensa obyektif diperbesar, maka bayangan ditempatkan di antara O dan .
3. Bayangan akhir yang dibentuk oleh lensa okuler bersifat maya, terbalik dan diperbesar.
Gambar 2.7 Diagram sinar pembentukan bayangan pada mikroskop (Nurachmandani, 2010)
Perbesaran bayangan untuk mata berakomodasi maksimum adalah:
= × (2-9)
Karena,
= + 1
Atau,
= × + 1 (2-10)
Panjang mikroskop (jarak tubus) dapat dinyatakan:
= ′ + (2-11)
Perbesaran bayangan untuk mata tak berakomodasi adalah:
= × Karena, = = ′ × Atau, = × (2-12) Keterangan:
′ = Jarak bayangan obyektif ′ = Jarak bayangan okuler = Jarak obyektif = Jarak okuler
= Fokus lensa obyektif = Fokus lensa okuler = Perbesaran lensa obyektif = Perbesaran lensa okuler = Perbesaran total L = Jarak tubus
32
2.6.6 Teropong
Teropong atau teleskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang sangat jauh, seperti gunung dan bintang agar tampak lebih dekat dan jelas. Berbeda dengan mikroskop, pada teropong jarak fokus lensa obyektif lebih besar daripada jarak fokus lensa okuler.
Prinsip jalannya sinar pada teropong bintang dapat dilihat pada Gambar 2.8. Karena yang diamati adalah benda-benda angkasa luar, sinar-sinar yang masuk pada teropong adalah sinar-sinar paralel ( = ∞), sehingga bayangan yang dibentuk oleh lensa obyektif terletak di titik fokus lensa obyektif ( ′ =
).
Gambar 2.8 Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong bintang (Wasis, 2008)
Dengan demikian, panjang teropong dapat ditulis menjadi:
= + (2-13)
Kekuatan pembesaran teleskop ialah pembesaran sudut ′/ , dengan ′ merupakan sudut yang dibentuk oleh bayangan akhir sebagaimana tampak melalui lensa mata dan merupakan sudut yang dibentuk oleh benda apabila benda tersebut dipandang langsung oleh mata telanjang. Dari gambar dapat dilihat bahwa,
tan = − ≈
Dimana telah digunakan pendekatan sudut kecil tan ≈ dan telah dimasukkan tanda negatif untuk membuat positif apabila h negatif. Sudut ′ dalam gambar merupakan sudut yang dibentuk bayangan akhir:
tan ′= ≈ ′
Karena h negatif, ′ negatif, yang memperlihatkan bahwa bayangan terbalik. Kekuatan pembesaran teleskop ini dengan demikian
= = − (2-14)
Keterangan:
= perbesaran teropong = jarak fokus lensa okuler = jarak fokus lensa obyektif
= sudut yang dibentuk oleh benda saat mata telanjang ′ = sudut yang dibentuk oleh bayangan akhir
34