alat optik

Alat-Alat Optik

Cahaya termasuk dalam gelombang elektromagnetik. 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? Alat-alat

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.

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 yangberada 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. 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. Titikdekat (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.

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.

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 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). 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.

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. 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.

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.

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. Pada saat mata belum menggunakan lup, benda tampak jelas bila diletakkan pada titik dekat pengamat (s = sn) sehingga mata melihat benda dengan sudut pandang. Karena sudut pandang mata menjadi lebih besar, maka mata pengamat berakomodasi maksimum. 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).

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, antaralain, sebagai berikut.

1. Lensa cembung, berfungsi untuk membiaskancahaya 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.

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. 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. 

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 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

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. 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 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.

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.

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 (~).

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.

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

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.

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 warna-warna 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)