Alat-Alat Optik 119
“Teropong Kecemburuan” seperti gambar di atas dibuat pada tahun 1780.
Teropong ini dirancang agar orang mengira bahwa seseorang yang mengenakannya
melihat ke depan, padahal orang tersebut sebenarnya melihat ke samping.
Teropong ini dibuat untuk mereka yang sebenarnya ingin melihat penonton di
sampingnya daripada pertunjukan di atas panggung.
Sumber: Jendela Iptek, Cahaya
Tujuan Pembelajaran
Alat-Alat Optik
Bab V
• Anda dapat menganalisis alat-alat optik secara kualitatif dan kuantitatif, serta
dapat menerapkan alat-alat optik dalam kehidupan sehari-hari.
K ata Kunci
•Akomodasi •Hipermetropi •Miopi •Lensa Objektif
•Cahaya •Lup •Presbiopi •Lensa Okuler
•Dioptri •Mata •Optik •Teropong
•Kamera •Mikroskop •Retina •Titik Fokus
120 Fisika SMA/MA Kelas X
– Miopi
– Hipermetropi
– Presbiopi
– Astiq matisma
fungsi
fungsi
fungsi
fungsi
fungsi
fungsi
masalah
jenis
Proyektor
slide
Periskop
Teropong
Mikroskop
Kamera
Lup
Mata
– Miopi
– Hipermetropi
– Presbiopi
– Astigmatisma
Alat-alat optik
Memperbesar
bayangan benda
Mengabadikan peristiwa
Melihat benda-benda renik
Melihat benda-benda jauh
Melihat benda-benda yang
terhalang
Memperoleh bayangan nyata
yang diperbesar
P eta Konsep
Alat-Alat Optik 121
Di SMP Anda telah mempelajari tentang cahaya. Sifat-sifat cahaya yang
telah Anda pelajari, antara lain, cahaya merambat lurus dalam medium,
mengalami pembiasan, dan pemantulan. Cahaya termasuk dalam gelombang
elektromagnetik. Materi tentang gelombang elektromagnetik akan Anda bahas
lebih mendalam di bab VII.
Adakah di antara teman sekelas Anda yang memakai kacamata? Pernahkah
Anda menggunakan mikroskop atau lup saat melakukan percobaan di
laboratorium? Atau pernahkah Anda melihat orang sedang memotret? Alatalat
yang digunakan dalam kegiatan tersebut dinamakan alat-alat optik.
Alat optik merupakan alat yang bekerja berdasarkan prinsip cahaya. Alat
optik membuat hidup manusia lebih mudah dan berarti. Anda dapat menikmati
keindahan alam semesta, mengabadikan saat-saat terindah pada lembaran
foto, atau bahkan bisa membuat sehelai rambut di kepala menjadi terlihat
sebesar lengan.
Pada bab ini Anda akan mempelajari tentang alat-alat optik. Anda akan
diajak menganilis alat-alat optik tersebut secara kualitatif dan kuantitatif. Anda
juga akan diminta mencari dan menerapkan alat-alat optik tersebut dalam
kehidupan sehari-hari.
A. Mata
Setiap manusia memiliki alat optik tercanggih yang pernah ada, yaitu
mata. Mata merupakan bagian dari pancaindra yang berfungsi untuk
melihat. Mata membantu Anda menikmati keindahan alam, melihat temanteman,
mengamati benda-benda di sekeliling, dan masih banyak lagi yang
dapat Anda nikmati melalui mata. Coba bayangkan bila manusia tidak
mempunyai mata atau mata Anda buta, tentu dunia ini terlihat gelap
gulita.
Apabila diamati, ternyata mata
terdiri atas beberapa bagian
yang masing-masing mempunyai
fungsi berbeda-beda
tetapi saling mendukung. Bagian-
bagian mata yang penting
tersebut, antara lain, kornea,
pupil, iris, aquaeus humour, otot
akomodasi, lensa mata, retina,
vitreous humour, bintik kuning,
bintik buta, dan saraf mata.
Gambar 5.1 Bagian-bagian mata.
Bola mata dikelilingi lapisan
sklera, yaitu lapisan
pelindung yang keras dan
berwarna putih
Otot-otot yang
menghubungkan
mata dengan
cekungan mata
Saraf optik
Tulang di bagian bawah
cekungan mata
Biji mata
(pupil)
Kornea
Saluran darah
Sumber: Jendela Iptek, Cahaya
122 Fisika SMA/MA Kelas X
1. Kornea. Kornea merupakan bagian luar mata yang tipis, lunak, dan
transparan. Kornea berfungsi menerima dan meneruskan cahaya yang
masuk pada mata, serta melindungi bagian mata yang sensitif di
bawahnya.
2. Pupil. Pupil merupakan celah sempit berbentuk lingkaran dan berfungsi
agar cahaya dapat masuk ke dalam mata.
3. Iris. Iris adalah selaput berwarna hitam, biru, atau coklat yang berfungsi
untuk mengatur besar kecilnya pupil. Warna inilah yang Anda lihat
sebagai warna mata seseorang.
4. Aquaeus Humour. Aquaeus humour merupakan cairan di depan lensa
mata untuk membiaskan cahaya ke dalam mata.
5. Otot Akomodasi. Otot akomodasi adalah otot yang menempel pada
lensa mata dan berfungsi untuk mengatur tebal dan tipisnya lensa
mata.
6. Lensa Mata. Lensa mata berbentuk cembung, berserat, elastis, dan
bening. Lensa ini berfungsi untuk membiaskan cahaya dari benda supaya
terbentuk bayangan pada retina.
7. Retina. Retina adalah bagian belakang mata yang berfungsi sebagai
tempat terbentuknya bayangan.
8. Vitreous Humour. Vitreous humour adalah cairan di dalam bola mata
yang berfungsi untuk meneruskan cahaya dari lensa ke retina.
9. Bintik Kuning. Bintik kuning adalah bagian dari retina yang berfungsi
sebagai tempat terbentuknya bayangan yang jelas.
10. Bintik Buta. Bintik buta adalah bagian dari retina yang apabila bayangan
jatuh pada bagian ini, maka bayangan tampak tidak jelas atau kabur.
11. Saraf Mata. Saraf mata befungsi untuk meneruskan rangsangan bayangan
dari retina menuju ke otak.
Bagaimana proses terlihatnya suatu benda oleh mata? Benda yang
berada di depan mata memantulkan cahaya. Cahaya tersebut masuk ke
mata melalui pupil yang kemudian akan dibiaskan oleh lensa mata sehingga
terbentuk bayangan pada retina. Oleh saraf, bayangan tadi diteruskan ke
pusat saraf (otak), sehingga Anda terkesan melihat benda.
1. Daya Akomodasi Mata
Bola mata Anda bentuknya tetap, sehingga jarak lensa mata ke retina
juga tetap. Hal ini berarti jarak bayangan yang dibentuk lensa mata selalu
tetap, padahal jarak benda yang Anda lihat berbeda. Bagaimana supaya Anda
tetap dapat melihat benda dengan jarak bayangan yang terbentuk tetap,
meskipun jarak benda yang dilihat berubah? Tentu Anda harus mengubah
jarak fokus lensa mata, dengan cara mengubah kecembungan lensa mata.
Hal inilah yang menyebabkan Anda bisa melihat benda yang memiliki jarak
berbeda tanpa mengalami kesulitan. Kemampuan ini merupakan karunia Tuhan
yang sampai sekarang manusia belum bisa menirunya.
Alat-Alat Optik 123
Kolom Diskusi 5.1
Lensa mata dapat
mencembung atau pun
memipih secara otomatis
karena adanya otot akomodasi
(otot siliar). Untuk
melihat benda yang letaknya
dekat, otot siliar menegang
sehingga lensa mata
mencembung dan sebaliknya
untuk melihat benda
yang letaknya jauh, otot siliar mengendur (rileks), sehingga lensa mata
memipih. Kemampuan otot mata untuk menebalkan atau memipihkan
lensa mata disebut daya akomodasi mata.
Agar benda/objek dapat terlihat jelas, objek harus terletak pada daerah
penglihatan mata, yaitu antara titik dekat dan titik jauh mata. Titik
dekat (punctum proximum = pp) adalah titik terdekat yang masih dapat
dilihat dengan jelas oleh mata (± 25 cm). Pada titik dekat ini lensa mata
akan mencembung maksimal. Titik jauh (punctum remotum = pr) adalah
titik terjauh yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata, jaraknya
tak terhingga. Pada titik jauh ini, lensa mata akan memipih maksimal.
Di SMP Anda telah mempelajari tentang cacat mata. Sekarang
diskusikan kembali cacat mata-cacat mata tersebut dengan teman
sebangkumu. Tentukan cara mencari kekuatan lensa yang dapat
digunakan untuk mengatasi cacat tersebut. Tulis persamaan matematis
yang Anda gunakan dan bandingkan dengan hasil teman Anda yang
lain bangku. Komunikasikan hasil tersebut dengan guru Anda dan
tanyakan persamaan matematis mana yang benar jika ada perbedaan!
Persamaan-persamaan matematis tersebut dapat Anda gunakan untuk
menyelesaikan persoalan matematis yang ada pada bab ini.
Gambar 5.2 Pembentukan bayangan pada mata.
Bayangan
benda
Retina
Lensa
Benda
Cahaya dari
benda
Saraf optik
Kornea
(a) Mata memandang benda berjarak dekat (b) Mata memandang benda berjarak jauh
Gambar 5.3 Kondisi lensa mata saat melihat benda.
124 Fisika SMA/MA Kelas X
2. Cacat Mata
Tidak semua mata manusia dapat membentuk bayangan tepat pada
retina, ada mata yang mengalami anomali. Hal ini dapat terjadi karena
daya akomodasi mata sudah berkurang sehingga titik jauh atau titik dekat
mata sudah bergeser. Keadaan mata yang demikian disebut cacat mata.
Cacat mata yang diderita seseorang dapat disebabkan oleh kerja mata
(kebiasaan mata) yang berlebihan atau cacat sejak lahir.
a. Miopi (Rabun Jauh)
Miopi adalah kondisi mata yang
tidak dapat melihat dengan jelas
benda-benda yang letaknya jauh.
Penderita miopi titik jauhnya lebih
dekat daripada tak terhingga (titik
jauh < ~) dan titik dekatnya kurang
dari 25 cm. Hal ini terjadi karena
lensa mata tidak dapat dipipihkan
sebagaimana mestinya sehingga
bayangan dari benda yang letaknya
jauh akan jatuh di depan retina. Untuk dapat melihat benda-benda yang
letaknya jauh agar nampak jelas, penderita miopi ditolong dengan kaca
mata berlensa cekung (negatif).
Miopi dapat terjadi karena mata terlalu sering/terbiasa melihat benda
yang dekat. Cacat mata ini sering dialami tukang jam, tukang las, operator
komputer, dan sebagainya.
Seorang penderita miopi mempunyai titik jauh 100 cm. Berapakah
kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai orang tersebut agar
dapat melihat benda jauh dengan normal?
Diketahui : s = 􀁦
s' = -100 cm (tanda negatif menunjukkan bayangan
bersifat maya dan terletak di depan
lensa)
Ditanyakan: P = ... ?
Jawab :
1 1 1
f s s'
􀀠 􀀎
1 1 1
f 100
􀀠 􀀐
􀁦
Gambar 5.4 Miopi menyebabkan kesulitan
melihat benda yang jauh. Penderita miopi dapat
ditolong dengan lensa cekung.
Contoh 5.1
Alat-Alat Optik 125
1
f
=
1
0
100
􀀐
1
f =
1
-
100
f = -100 cm
= -1 m
P =
1
f
=
1
-
1
= -1 dioptri
Jadi, kekuatan lensa kaca mata yang harus dipakai adalah -1 dioptri.
b. Hipermetropi
Hipermetropi adalah cacat mata dimana mata tidak dapat melihat
dengan jelas benda-benda yang letaknya dekat. Titik dekatnya lebih jauh
daripada titik dekat mata normal (titik dekat > 25 cm). Pernahkah Anda
melihat orang yang membaca koran dengan letak koran yang agak dijauhkan?
Orang semacam itulah yang dikatakan menderita hipermetropi.
Penderita hipermetropi hanya dapat melihat dengan jelas benda-benda
yang letaknya jauh sehingga cacat mata ini sering disebut mata terang jauh.
Hipermetropi disebabkan lensa mata terlalu pipih dan sulit dicembungkan
sehingga bila melihat benda-benda yang letaknya dekat, bayangannya jatuh
di belakang retina. Supaya dapat melihat benda-benda yang letaknya dekat
dengan jelas, penderita hipermetropi ditolong dengan kaca mata berlensa
cembung (positif).
(a) Membaca dengan jarak
yang dijauhkan
(b) Lensa cembung membantu penderita hipermetropi
untuk melihat benda yang letaknya
dekat dengan jelas
Gambar 5.5 Hipermetropi membuat kesulitan melihat benda yang dekat.
Sumber: Foto Haryana
126 Fisika SMA/MA Kelas X
Hipermetropi dapat terjadi karena mata terlalu sering/terbiasa melihat
benda-benda yang jauh. Cacat mata ini sering dialami oleh orang-orang
yang bekerja sebagai sopir, nahkoda, pilot, masinis, dan sebagainya.
Reni yang menderita rabun dekat mempunyai titik dekat 50 cm.
Jika ingin membaca dengan jarak normal (25 cm), maka berapa
kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai Reni?
Diketahui : s = 25 cm
s' = -50 cm (tanda negatif menunjukkan bayangan
bersifat maya, di depan lensa)
Ditanyakan: P = ... ?
Jawab :
1 1 1
f s s'
􀀠 􀀎
1 1 1
f 25 50
􀀠 􀀐
1 2 1
f 50 50
􀀠 􀀐
1 1
f 50
􀀠
f = 50 cm = 0,5 m
P = 1
f
=
1
0,5
= 2 dioptri
Jadi, kekuatan lensa kaca mata yang harus dipakai Reni adalah 2
dioptri.
c. Presbiopi (Mata Tua)
Orang-orang yang sudah tua, biasanya daya
akomodasinya sudah berkurang. Pada mata
presbiopi, titik dekatnya lebih jauh daripada titik
dekat mata normal (titik dekat > 25 cm) dan
titik jauhnya lebih dekat daripada titik jauh mata
normal (titik jauh < ~). Oleh karena itu, penderita
presbiopi tidak dapat melihat benda-benda yang
letaknya dekat maupun jauh.
Gambar 5.6 Presbiopi sering
melanda orang tua.
Contoh 5.2
Alat-Alat Optik 127
Kegiatan 5.1
Untuk dapat melihat jauh dengan jelas dan untuk membaca pada
jarak normal, penderita presbiopi dapat ditolong dengan kaca mata
berlensa rangkap (kacamata bifokal). Kacamata bifokal adalah kaca mata
yang terdiri atas dua lensa, yaitu lensa cekung dan lensa cembung. Lensa
cekung berfungsi untuk melihat benda jauh dan lensa cembung untuk
melihat benda dekat/membaca.
d. Astigmatisma
Astigmatisma adalah cacat mata dimana kelengkungan selaput bening
atau lensa mata tidak merata sehingga berkas sinar yang mengenai mata
tidak dapat terpusat dengan sempurna. Cacat mata astigmatisma tidak
dapat membedakan garis-garis tegak dengan garis-garis mendatar secara
bersama-sama. Cacat mata ini dapat ditolong dengan kaca mata berlensa
silinder.
Ada berapa di antara teman sekelas Anda yang menggunakan kacamata
karena matanya kurang sempurna? Carilah informasi penyebab
mereka menderita cacat tersebut! Buatlah kesimpulan dari
kegiatan tersebut dan kumpulkan di meja guru!
3. Tipuan Mata
Selain memiliki banyak keunggulan, mata manusia juga memiliki beberapa
keterbatasan. Oleh karena itu, dalam pengamatan dan pengukuran,
mata tidak selalu memberikan hal-hal yang benar. Sebagai bukti, amatilah
Gambar 5.7 berikut!
A B
D C
A B
C D
(a) Samakah panjang garis AB
dengan garis panjang CD?
(b) Apakah 3 garis tersebut sejajar?
(c) Apakah garis AB, BC, CD,
dan DA lurus?
(d) Apakah lingkaran yang di tengah
besarnya sama?
128 Fisika SMA/MA Kelas X
S oal Kompetensi 5.1
1. Pada foto berwarna yang dibuat dengan cahaya lampu kuat
dengan kamera yang agak gelap, mata Anda terlihat merah.
Mengapa?
2. Bagaimana cara Anda agar tidak mudah terkena penyakit-penyakit
mata?
3. Mengapa orang yang menderita miopi harus ditolong dengan
kacamata berlensa negatif? Jelaskan dengan bahasa Anda
sendiri!
4. Setelah diperiksa oleh dokter, Dino disarankan untuk
mengganti kacamatanya dari -1 dioptri menjadi -1,5. Hitunglah
pergeseran titik jauh Dino!
B. Lup (Kaca Pembesar)
Lup atau kaca pembesar adalah alat optik yang terdiri
atas sebuah lensa cembung. Lup digunakan untuk melihat
benda-benda kecil agar nampak lebih besar dan jelas. Ada
2 cara dalam menggunakan lup, yaitu dengan mata berakomodasi
dan dengan mata tak berakomodasi.
A
B C
Gambar 5.7 Beberapa contoh tipuan mata.
(e) Lebih panjang yang mana
antara garis AB dan AC?
(f) Lebih panjang mana antara
garis A dan B?
A
B
Gambar 5.8 Lup.
(a) Mengamati langsung (b) Memakai lup
Gambar 5.9 Mengamati benda dengan mata berakomodasi.
s'=sn
h'
h
f O
􀁅
s = sn
􀁄
Alat-Alat Optik 129
Pada saat mata belum menggunakan lup, benda tampak jelas bila
diletakkan pada titik dekat pengamat (s = sn) sehingga mata melihat benda
dengan sudut pandang 􀁄 . Pada Gambar 5.9 (b), seorang pengamat
menggunakan lup dimana benda diletakkan antara titik O dan F (di ruang I)
dan diperoleh bayangan yang terletak pada titik dekat mata pengamat (s' = sn).
Karena sudut pandang mata menjadi lebih besar, yaitu 􀁅 , maka mata
pengamat berakomodasi maksimum.
Untuk mata normal dan berakomodasi maksimum, bayangan yang
terbentuk berada pada jarak baca normal (sn) yaitu 25 cm. Oleh karena
itu, perbesaran bayangan pada lup dapat dituliskan
s'
M
s
􀀠 , karena s' =
25 cm, maka perbesarannya menjadi
25
M
s
􀀠 .
Lup terbuat dari sebuah lensa cembung, sehingga persamaan lup sama
dengan persamaan lensa cembung.
1 1
'
f
s s
􀀠 􀀎 atau
1 1 1
s f s'
􀀠 􀀐
Perbesaran bayangan (M):
M =
25
s
M = 25
1
s
􀂧 􀂷
􀂨􀂩 􀂸􀂹
M = 25
1 1
f s'
􀂧 􀂷
􀂨 􀀐 􀂸
􀂩 􀂹
M =
25 25
f s'
􀀐
Untuk mata berakomodasi maksimum s' = -25 cm (tanda negatif (-)
menunjukkan bayangan di depan lensa) sehingga diperoleh:
M =
25 25
f -25
􀀐 atau M =
25
1
f
􀀎
Keterangan:
M : perbesaran bayangan
f : jarak fokus lup
Sifat bayangan yang dihasilkan lup adalah maya, tegak, dan diperbesar.
130 Fisika SMA/MA Kelas X
Menggunakan lup untuk mengamati benda dengan mata berakomodasi
maksimum cepat menimbulkan lelah. Oleh karena itu, pengamatan
dengan menggunakan lup sebaiknya dilakukan dengan mata tak berakomodasi
(mata dalam keadaan rileks). Menggunakan lup dengan mata tak
berakomodasi dapat diperoleh bila benda diletakkan pada titik fokus lup
(s = f).
Untuk mata tak berakomodasi, bayangan terbentuk di tak terhingga
(s' = 􀁦 ) sehingga perbesaran bayangan yang dibentuk lup untuk mata tak
berakomodasi adalah sebagai berikut.
M =
25 25
f s'
􀀐
M =
25 25
f
􀀐
􀁦 karena
25
􀀠 0
􀁦 , maka: M =
25
f
Pada kehidupan sehari-hari, lup biasanya digunakan oleh tukang arloji,
pedagang kain, pedagang intan, polisi, dan sebagainya.
Sebuah lup berfokus 5 cm digunakan untuk mengamati benda yang
panjangnya 2 mm. Tentukan panjang bayangan benda apabila mata
tak berakomodasi dan mata berakomodasi maksimum!
Diketahui : f = 5 cm,
h = 2 mm = 0,2 cm
Ditanya : a. h' untuk mata tak berakomodasi = ...?
b. h' untuk mata berakomodasi maksimum = ...?
Jawab :
a. M = 25
f
= 25
5
= 5 kali
M = h'
h
􀂟 h' = M × h = 5 × 0,2 = 1 cm
Gambar 5.10 Mengamati benda dengan mata tak berakomodasi.
(a) Mengamati langsung (b) Memakai lup
s'=sn
h'
h
f O
􀁅
s = sn
􀁄
Contoh 5.3
Alat-Alat Optik 131
S oal Kompetensi 5.2
b. M =
25
5
+ 1
= 5 + 1
= 6 kali
M =
h'
h
􀂟 h' = M × h
= 6 × 0,2
= 1,2 cm
1. Apa yang Anda ketahui tentang lup?
2. Sebutkan beberapa contoh kegunaan lup dalam kehidupan seharihari!
3. Butet yang bermata normal mengamati sebuah benda dengan
lup berkekuatan 5 dioptri. Tentukan perbesaran bayangan apabila
mata Butet tak berakomodasi dan berakomodasi maksimum!
C. Kamera
Kamera adalah alat yang digunakan untuk
menghasilkan bayangan fotografi pada film negatif.
Pernahkah Anda menggunakan kamera? Biasanya
Anda menggunakan kamera untuk mengabadikan
kejadian-kejadian penting.
Kamera terdiri atas beberapa bagian, antara
lain, sebagai berikut.
1. Lensa cembung, berfungsi untuk membiaskan
cahaya yang masuk sehingga terbentuk bayangan
yang nyata, terbalik, dan diperkecil.
2. Diafragma, adalah lubang kecil yang dapat
diatur lebarnya dan berfungsi untuk mengatur
banyaknya cahaya yang masuk melalui lensa.
3. Apertur, berfungsi untuk mengatur besar-kecilnya diafragma.
4. Pelat film, berfungsi sebagai tempat bayangan dan menghasilkan gambar
negatif, yaitu gambar yang berwarna tidak sama dengan aslinya,
tembus cahaya.
Gambar 5.11 Mengabadikan
kejadian dengan kamera.
Sumber: Jendela Iptek
132 Fisika SMA/MA Kelas X
S oal Kompetensi 5.3
Untuk memperoleh hasil pemotretan yang bagus, lensa dapat Anda
geser maju mundur sampai terbentuk bayangan paling jelas dengan jarak
yang tepat, kemudian Anda tekan tombol shutter.
Pelat film menggunakan pelat seluloid yang dilapisi dengan gelatin dan
perak bromida untuk menghasilkan negatifnya. Setelah dicuci, negatif
tersebut dipakai untuk menghasilkan gambar positif (gambar asli) pada
kertas foto. Kertas foto merupakan kertas yang ditutup dengan lapisan tipis
kolodium yang dicampuri dengan perak klorida. Gambar yang ditimbulkan
pada bidang transparan disebut gambar diapositif.
1. Coba jelaskan dengan bahasa Anda sendiri mengenai cara menggunakan
kamera SLR yang baik!
2. Mengapa terkadang cetakan negatif dari film terlihat terlalu gelap
atau terlalu terang? Jelaskan!
3. Buatlah gambar prinsip kamera sederhana!
4. Mengapa pada kamera biasanya menggunakan lensa cembung
dan lensa cekung yang direkat menjadi satu!
D. Mikroskop
Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda
kecil agar tampak jelas dan besar. 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 yang memiliki dua lensa disebut mikroskop cahaya lensa ganda.
Gambar 5.12 Bagian-bagian kamera.
Prisma bersisi 5
Lubang
pengintai
Film Cermin Lensa yang
fokusnya dapat
diatur
Cahaya masuk
ke kamera
Cermin berputar ke arah atas
sehingga cahaya mencapai
film
Alat-Alat Optik 133
Karena mikroskop terdiri atas dua lensa
positif, maka lensa objektifnya dibuat
lebih kuat daripada lensa okuler (fokus
lensa objektif lebih pendek daripada fokus
lensa okuler). Hal ini dimaksudkan agar
benda yang diamati kelihatan sangat besar
dan mikroskop dapat dibuat lebih praktis
(lebih pendek).
Benda yang akan amati diletakkan
pada sebuah kaca preparat di depan lensa
objektif dan berada di ruang II lensa objektif
(fobj < s < 2 fobj). Hal ini menyebabkan
bayangan yang terbentuk bersifat nyata,
terbalik dan diperbesar. Bayangan yang
dibentuk lensa objektif merupakan benda bagi lensa okuler.
Untuk memperoleh bayangan yang jelas, Anda dapat menggeser lensa
okuler dengan memutar tombol pengatur. Supaya bayangan terlihat terang,
di bawah objek diletakkan sebuah cermin cekung yang berfungsi untuk
mengumpulkan cahaya dan diarahkan pada objek. Ada dua cara dalam
menggunakan mikroskop, yaitu dengan mata berakomodasi maksimum
dan dengan mata tak berakomodasi.
1. Penggunaan Mikroskop dengan Mata Berakomodasi
Maksimum
Pada mikroskop, lensa okuler berfungsi sebagai lup. 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. Lukisan bayangan untuk mata
berakomodasi maksimum dapat dilihat pada Gambar 5.14.
Lensa
objektif
Lensa
okuler
Objek
Cermin
Gambar 5.13 Bagian-bagian mikroskop.
Gambar 5.14 Pembentukan bayangan pada mikroskop untuk mata berakomodasi
maksimum.
Okuler
sobj objektif
fobj
fobj fok
sok
fok
s'ok
sobj
Sumber: Kamus Visual
134 Fisika SMA/MA Kelas X
Secara matematis perbesaran bayangan untuk mata berakomodasi
maksimum dapat ditulis sebagai berikut.
M = Mobj × Mok karena Mlup = sn 1
f
􀀎 , maka:
M = obj
obj ok
'
n 1 s s
s s
􀂧 􀂷
􀁵􀂨 􀀎 􀂸
􀂩 􀂹
atau M = obj
obj ok
' 25
1
s
s f
􀂧 􀂷
􀁵􀂨 􀀎 􀂸
􀂩 􀂹
Panjang mikroskop (tubus) dapat dinyatakan:
L = s'obj + sok
2. Penggunaan Mikroskop pada Mata Tak Berakomodasi
Agar mata pengamat dalam menggunakan mikroskop tidak berakomodasi,
maka lensa okuler harus diatur/digeser supaya bayangan yang
diambil oleh lensa objektif tepat jatuh pada fokus lensa okuler. Lukisan
bayangan untuk mata tak berakomodasi dapat dilihat pada Gambar 5.15.
Perbesaran bayangan pada mata tak berakomodasi dapat ditulis sebagai
berikut.
M = Mobj × Mok karena Mlup = sn
f
, maka:
obj
obj ok
' n s s
s f
􀂧 􀂷
􀁵􀂨 􀂸
􀂩 􀂹
atau M = obj
obj ok
s' 25
s f
􀁵
Okuler
objektif
fobj
fobj fok
fok
Gambar 5.15 Pembentukan bayangan pada mikroskop untuk
mata tak berakomodasi.
Alat-Alat Optik 135
Panjang mikroskop (jarak tubus) dapat dinyatakan:
L = s'obj + fok
Keterangan:
s'obj : jarak bayangan objektif
s'ok : jarak bayangan okuler
sobj : jarak objektif
sok : jarak benda okuler
fobj : jarak fokus lensa objektif
fok : jarak fokus lensa okuler
Mobj: perbesaran bayangan lensa objektif
Mok : perbesaran bayangan lensa okuler
M : perbesaran total mikroskop
L : panjang mikroskop (jarak tubus) = jarak antara lensa objektif dengan
lensa okuler
1. Perbesaran total sebuah mikroskop adalah 100×, jika perbesaran
yang dibentuk lensa objektif 5×, berapa perbesaran lensa
okulernya?
Diketahui : Mtot = 100×,
Mobj = 5×
Ditanya : Mok = ...?
Jawab :
M = Mobj × Mok 􀂟 Mok = 100
5
= 20 kali
2. Sebuah benda berada pada jarak 2,5 cm di depan lensa objektif
yang berfokus 2 cm. Bila fokus lensa okuler 10 cm dan jarak
antara lensa objektif dan lensa okuler 14 cm, maka hitunglah
perbesaran mikroskop total dan perbesaran mikroskop bila mata
berakomodasi maksimum!
Diketahui : sobj = 2,5 cm
fobj = 2 cm
fok = 10 cm
L = 14 cm
Ditanyakan: a.Mtot = ...?
b.Mmata berakomodasi maksimum = ...?
Contoh 5.4
136 Fisika SMA/MA Kelas X
Jawab :
a. Lensa Objektif
obj
1
f =
obj obj
1 1
s s'
􀀎
obj
1
s'
=
obj obj
1 1
f s
􀀐
obj
1
s'
=
1 1
2 2,5
􀀐
=
5 4
10 10
􀀐 =
1
10
s'obj = 10 cm
Lensa Okuler
sok = L – s'obj
= 14 – 10
= 4 cm
ok ok ok
1 1 1
f s s'
􀀠 􀀎
ok
1
s􀁣 =
ok ok
1 1
f s
􀀐
ok
1
s􀁣 =
1 1
10 4
􀀐
ok
1
s􀁣 =
2 5
20 20
􀀐
s'ok =
3
-
20
Maka perbesaran mikroskop total adalah:
Mtot= Mobj × Mok
= 4 ×
2
1
3
=
2
6
3
kali
Mobj= obj
obj
s'
s
=
10
2,5
= 4 kali
Mok = ok
ok
s'
s
=
20
3
4
􀀐
=
20
12
=
2
1
3
kali
Alat-Alat Optik 137
Kegiatan 5.2
b. Perbesaran mikroskop bila mata berakomodasi maksimum
M = Mobj ×
25
1
f
􀂧 􀂷
􀂨 􀀎 􀂸
􀂩 􀂹
= 4 ×
25
1
10
􀂧 􀀎 􀂷 􀂨􀂩 􀂸􀂹
= 4 × 3,5
= 14 kali
Untuk lebih memahami tentang mikroskop, lakukanlah kegiatan berikut!
Prinsip Kerja Mikroskop
A. Tujuan
Anda dapat mengetahui prinsip kerja mikroskop.
B. Alat dan Bahan
Meja optik, lilin, layar, lensa cembung yang jarak titik fokusnya
5 cm (sebagai lensa objektif), dan 10 cm (sebagai lensa okuler).
C. Langkah Kerja
1. Letakkan lilin, lensa, dan layar seperti gambar berikut!
2. Atur jarak lilin di depan lensa objektif antara 6 – 7 cm!
3. Geser-geserlah layar sehingga terbentuk bayangan nyata
yang tajam!
4. Atur jarak lensa okuler sejauh 6 – 7 cm!
5. Amati bayangan yang terbentuk pada layar!
6. Apa kesimpulan Anda?
Okuler Layar Obyektif
138 Fisika SMA/MA Kelas X
T o k o h
Berdasarkan kegiatan di atas, maka Anda peroleh sifat-sifat bayangan
yang terbentuk pada mikroskop sebagai berikut.
1. Bayangan yang dibentuk lensa objektif adalah nyata, terbalik, dan
diperbesar.
2. Bayangan yang dibentuk lensa okuler adalah maya, tegak, dan diperbesar.
3. Bayangan yang dibentuk mikroskop adalah maya, terbalik, dan diperbesar
terhadap bendanya.
Antoni Van Leeuwenhoek
(1632 - 1723)
Leuweenhoek adalah seorang ahli fisika
dan biologi, pelopor riset mikroskopik yang
dilahirkan di Delf, Belanda. Pada usia 21
tahun ia membuka toko kain dan mulai
menggunakan kaca pembesar sederhana
buatannya sendiri untuk memeriksa kualitas
kainnya.
Mikroskop Leuweenhoek tidak lebih
besar daripada ibu jari. Mikroskop tersebut
terbuat dari logam, lensa tunggalnya mempunyai
tebal kira-kira 1 milimeter dan panjang fokusnya begitu
pendek sehingga dalam menggunakannya harus dipegang dekat
sekali dengan mata. Pertama kali Leuweenhoek membuat mikroskop
hanya sebagai hobi.
Pada tahun 1974, Leuweenhoek menemukan hewan-hewan
bersel satu, yaitu protozoa. Ia katakan bahwa setetes air bisa menjadi
rumah satu juta hewan-hewan kecil tersebut. Leuweenhoek hidup
dalam ketenaran, ia dikunjungi raja-raja pada saat itu. Menjelang
kematiannya pada usia 90 tahun, ia telah membuat lebih dari 400
mikroskop.
(Dikutip seperlunya dari 100 Ilmuwan, John Hudson Tiner, 2005)
E. Teropong
Teropong atau teleskop adalah alat yang digunakan untuk melihat
benda-benda yang jauh agar tampak lebih jelas dan dekat. Ditinjau dari
objeknya, teropong dibedakan menjadi dua, yaitu teropong bintang dan
teropong medan.
Sumber: Jendela Iptek
Alat-Alat Optik 139
1. 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. Ditinjau
dari jalannya sinar, teropong bintang dibedakan
menjadi dua, yaitu teropong bias dan teropong
pantul.
a. 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.
Benda yang diamati terletak di titik jauh tak hingga, sehingga bayangan
yang dibentuk oleh lensa objektif tepat berada pada titik fokusnya.
Bayangan yang dibentuk lensa objektif merupakan benda bagi lensa okuler.
Lensa okuler berfungsi sebagai lup.
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 diperkecil terhadap
benda yang diamati. Seperti pada mikroskop, teropong bintang juga dapat
digunakan dengan mata berakomodasi maksimum dan dengan mata tak
berakomodasi.
b. Teropong Pantul
Karena jalannya sinar di dalam teropong dengan cara memantul maka
teropong ini dinamakan teropong pantul. Pembentukan bayangan pada
teropong pantul terlihat seperti pada Gambar 5.18.
Gambar 5.16 Teropong
bintang.
Pengamat
Lensa tempat
mata mengintai
membengkokkan
berkas-berkas
cahaya
Bayangan nyata
Mata menelusuri cahaya dan melihat
benda yang lebih besar
Teleskop refraktor
Cahaya dari benda
yang letaknya jauh
Lensa
objektif
Gambar 5.17 Pembentukan bayangan pada teropong bias.
Sumber: Jendela Iptek
140 Fisika SMA/MA Kelas X
Pada teropong pantul, cahaya yang datang dikumpulkan oleh sebuah
cermin melengkung yang besar. Cahaya tersebut kemudian dipantulkan
ke mata pengamat oleh satu atau lebih cermin yang lebih kecil.
2. Teropong Medan (Teropong Bumi)
Teropong medan 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 atau medan
sebenarnya sama dengan teropong bintang yang dilengkapi dengan lensa
pembalik. Pembentukan bayangan pada teropong bumi dapat dilihat pada
Gambar 5.19 berikut pada saat mata berakomodasi maksimum.
Teleskop reflektor
Cermin datar sekunder
untuk reflektor jenis
“Newtonian”
Pengamat
Cahaya yang
datang
Cermin datar
untuk reflektor jenis
“Cassegrain”
Cermin
objektif
cekung
Pengamat
Gambar 5.18 Pembentukan bayangan pada teropong pantul.
Gambar 5.19 Pembentukan bayangan dengan mata berakomodasi maksimum.
obj ok
Bayangan akhir
fok
fok
Ppem
fpem
fpem
fob=2fpem
Alat-Alat Optik 141
Sifat bayangan yang dibentuk teropong medan adalah maya, tegak,
dan diperbesar. Perbesaran bayangan pada mata berakomodasi maksimum
dapat dinyatakan sebagai berikut.
M = obj
ok
f
s
Panjang teropong bumi adalah:
L = fobj + 4 fpemb + fok
Untuk mata tak berakomodasi, lensa okuler digeser sedemikian rupa
sehingga fokus lensa okuler berimpit dengan titik pusat kelengkungan
lensa pembalik (fok = 2fpemb). Pembentukan bayangan dapat dilihat pada
Gambar 5.20.
Pembesaran bayangan pada saat mata tak berakomodasi dapat dinyatakan
sebagai berikut.
M = obj
ok
f
s
Panjang teropongnya adalah:
L =Sobj + 4 fpemb + fok
Ada teropong bumi yang hanya menggunakan dua lensa (teropong
panggung), yaitu lensa cembung sebagai lensa objektif dan lensa cekung
sebagai lensa okuler. Lensa cekung di sini berfungsi sebagai pembalik
bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif dan sekaligus sebagai lup.
Pembentukan bayangan pada teropong ini dapat dilihat pada Gambar 5.21
berikut.
Gambar 5.20 Pembentukan bayangan dengan mata tak berakomodasi.
ok
fok
Ppem
142 Fisika SMA/MA Kelas X
Perbesaran bayangannya dapat dinyatakan sebagai berikut.
M = obj
ok
f
f
Maka panjang teropongnya adalah
L = fobj – fok
Sifat bayangan yang dibentuk maya,
tegak, dan diperbesar daripada bayangan
yang dibentuk lensa objektif. Teropong ini
sering disebut teropong panggung atau
teropong Belanda atau teropong Galileo.
Teropong bumi dan teropong panggung memang tidak bisa dibuat
praktis. Untuk itu, dibuat teropong lain yang fungsinya sama tetapi sangat
praktis, yaitu teropong prisma. Disebut teropong prisma karena pada
teropong ini digunakan dua prisma yang didekatkan bersilangan antara
lensa objektif dan lensa okuler sehingga bayangan akhir yang dibentuk
bersifat maya, tegak, dan diperbesar.
Gambar 5.21 Pembentukan bayangan teropong panggung dengan mata tak berakomodasi.
obj ok
fok fob=fok
Gambar 5.22 Teropong Galileo.
Lensa tempat mata
mengintip
Dua prisma memantulkan
cahaya di dalam sebanyak 4
kali. Pada setiap pantulan,
cahaya berubah arah 90°
Lensa objektif
Gambar 5.23 Teropong prisma.
Sumber: Jendela Iptek
Alat-Alat Optik 143
K olom Ilmuwan
S oal Kompetensi 5.4
1. Apa yang Anda ketahui mengenai teropong?
2. Sebutkan macam-macam teropong dan kegunaannya!
3. Sebutkan perbedaan teropong pantul dan teropong bias!
F. Periskop
Periskop adalah 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.
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.
Kerjakan kegiatan berikut di rumah secara berkelompok!
A. Alat dan Bahan
Sebuah kotak sepatu lengkap dengan tutupnya, dua buah cermin
berukuran sekitar 10 cm × 15 cm, dua buah gelas plastik
yoghurt yang bagian bawahnya telah dipotong, gunting, dan
isolasi.
B. Tujuan
Anda dapat membuat periskop sederhana
C. Langkah Kerja
1. Rekatkan semua tutup kotak!
2. Letakkan kotak itu berdiri dan
buat lubang di sisi yang berseberangan
dari kotak seperti
yang ditunjukkan dalam gambar!
Gambar 5.24 Jalannya sinar pada periskop.
P1
P2
144 Fisika SMA/MA Kelas X
Rangkuman
3. Masukkan cermin dalam celah, letak celah yang satu di atas
celah yang lain!
4. Buatlah posisi cermin tersebut membentuk sudut 45° (sudut
ini dapat Anda peroleh dengan melipat kertas yang membentuk
siku-siku menjadi dua)!
5. Buatlah dua lubang melingkar masing-masing di sisi kotak
yang berhadapan dengan permukaan cermin!
6. Letakkan gelas yoghurt ke dalam masing-masing lubang!
7. Arahkan bagian atas terbuka ke benda yang ada di dalam
ruang lain!
8. Buatlah tulisan sederhana mengenai periskop buatan Anda,
sertakan analisis Anda supaya tulisannya menjadi lebih menarik!
G. Proyektor Slide
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.
1. Bagian-bagian mata adalah kornea, lensa mata, iris, pupil, aquaeus
humour, otot mata (otot akomodasi), retina, bintik kuning, bintik
buta, saraf mata, dan vitreous humour.
2. Daya akomodasi mata adalah kemampuan lensa mata untuk
menebal atau memipih sesuai dengan jarak benda yang dilihat.
3. Titik dekat mata (punctum proximum) adalah titik terdekat yang
masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata.
4. Titik jauh mata (punctum remotum) adalah titik terjauh yang masih
dapat dilihat dengan jelas oleh mata.
5. Mata normal mempunyai titik dekat 25 cm dan titik jauhnya tak
terhingga (~).
Gambar 5.25 Proyektor slide tahun
1895.
Sumber: Jendela Iptek
Alat-Alat Optik 145
6. Bayangan benda yang dibentuk oleh lensa berada di retina dengan
sifat-sifat nyata, terbalik, dan diperkecil.
7. Jenis-jenis cacat mata, antara lain, miopi (rabun jauh), hipermetropi
(rabun dekat), presbiopi (mata tua), dan astigmatisma.
8. Lup (kaca pembesar) adalah sebuah lensa positif yang digunakan
untuk melihat benda-benda yang kecil agar tampak lebih besar.
9. Untuk membentuk bayangan yang maya, tegak, dan diperbesar,
benda diletakkan di ruang I lup.
10. Perbesaran bayangan pada lup untuk mata berakomodasi
maksimum dan mata tak berakomodasi adalah sebagai berikut.
M =
25
1
f
􀀎 dan M =
25
f
11. Kamera adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan gambar
fotografi.
12. Bagian-bagian kamera, antara lain, lensa cembung, diafragma,
apertur, shutter, dan film.
13. Gambar negatif adalah gambar yang warnanya tidak sama dengan
aslinya dan tembus cahaya.
14. Gambar diapositif adalah gambar yang warnanya sama dengan
aslinya dan tembus cahaya.
15. Gambar positif adalah gambar yang warnanya sama dengan aslinya
dan tidak tembus cahaya.
16. Mikroskop adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati
benda-benda kecil.
17. Mikroskop terdiri atas dua lensa cembung yang masing-masing
sebagai lensa objektif dan okuler.
18. Sifat-sifat bayangan yang dibentuk mikroskop adalah maya, terbalik,
dan diperbesar.
19. Teleskop (teropong) adalah alat optik yang digunakan untuk melihat
benda-benda yang jauh agar tampak lebih dekat dan jelas.
20. Perbesaran bayangan pada teropong dengan mata berakomodasi
maksimum dan mata tak berakomodasi adalah sebagai berikut.
M = obj
ok
f
s
dan M = obj
ok
f
f
21. Periskop adalah teropong pada kapal selam untuk mengamati
benda-benda di permukaan laut.
22. Proyektor slide digunakan untuk membentuk bayangan nyata yang
diperbesar pada layar di dalam ruangan yang cukup gelap dari
gambar-gambar diapositif.
146 Fisika SMA/MA Kelas X
I nfo Kita
Interferensi
Interferensi dapat Anda lihat tidak saja pada percobaan optikal,
tetapi juga pada banyak benda yang lain, baik yang hidup maupun
yang tidak hidup. Misalnya, pada permukaan CD, warna biru pada
sayap kupu-kupu, dan bagian dalam kulit tiram.
Interferensi menyebabkan warna-warni yang paling cemerlang
serta pola-pola yang paling rumit di dunia. Warna-warna interferensi
terbentuk melalui cara yang berbeda dengan cara terbentuknya warnawarna
yang dihasilkan pigmen. Di bawah cahaya matahari, permukaan
yang berpigmen, misalnya selembar kertas biru, selalu tampak sama
bagaimanapun Anda melihatnya. Namun, jika Anda melihat
gelembung sabun atau bulu ekor merak, hasilnya menjadi berbeda.
Warna-warna yang Anda lihat tergantung pada sudut pandang Anda
melihatnya. Jika kepala Anda gerakkan, warna akan bertambah atau
bahkan hilang sama sekali. Hal ini terjadi karena warna yang “beraneka
ragam” itu dihasilkan oleh bentuk permukaan yang terpisah, tetapi
jaraknya sangat dekat. Tiap-tiap permukaan benda yang mengalami
interferensi memantulkan cahaya dengan cara yang sama, sehingga
berkas-berkas cahaya yang terpantulkan saling mengganggu.
(Disarikan dari Jendela Iptek, Cahaya, David Burnie, 2000)
(a) Gelembung sabun (b) Jalannya interferensi pada gelembung sabun
(a) Permukaan CD (b) Sayap kupu-kupu (c) Bagian dalam kulit tiram
Sumber: Jendela Iptek