ALAT - ALAT OPTIK
MATA
Mata manusia sebagai alat indra penglihatan dapat dipandang sebagai alat
optik yang sangat penting bagi manusia.
Bagian-bagian mata menurut kegunaan fisis sebagai
alat optik :
A. Kornea merupakan lapisan terluar yang keras
untuk melindungi bagian-bagian lain dalam mata yang halus dan lunak.
B. Aqueous humor (cairan) yang terdapat di
belakang kornea fungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk ke dalam mata.
C. Lensa terbuat dari bahan bening (optis)
yang elastik, merupakan lensa cembung berfungsi membentuk bayangan.Iris (otot
berwarna) membentuk celah lingkaran yang disebut pupil.
D. Pupil berfungsi mengatur banyak cahaya
yang masuk ke dalam mata. Lebar pupil diatur oleh iris, di tempat gelap pupil
membuka lebar agar lebih banyak cahaya yang masuk ke dalam mata.
E. Retina (selaput jala) terdapat di
permukaan belakang mata yang berfungi sebagai layar tempat terbentuknya
bayangan benda yang dilihat. Bayangan yang jatuh pada retina bersifat : nyata,
diperkecil dan terbalik.
F. Bintik buta merupakan bagian pada retina
yang tidak peka terhadap cahaya, sehingga bayangan jika jatuh di bagian ini
tidak jelas/kelihatan, sebaliknya pada retina terdapat bintik kuning.
Permukaan retina terdiri dari berjuta-juta sel sensitif, ada yang berbentuk
sel batang berfungsi membedakan kesan hitam/putih dan yang berbentuk sel
kerucut berfungsi membedakan kesan berwarna.Otot siliar (otot lensa mata)
berfungsi mengatur daya akomodasi mata.
Cahaya yang masuk ke mata difokuskan oleh lensa mata ke permukaan retina.
Oleh sel-sel yang ada di dalam retina, rangsangan cahaya ini dikirimkan ke
otak. Oleh otak diterjemahkan sehingga menjadi kesan melihat.
Daya Akomodasi
Mata.
Perlu diketahui bahwa jarak antara lensa mata
dan retina selalu tetap. Sehingga dalam melihat benda-benda pada jarak tertentu
perlu mengubah kelengkungan lensa mata. Untuk mengubah kelengkungan lensa mata,
yang berarti mengubah jarak titik fokus lensa merupakan tugas otot siliar. Hal
ini dimaksudkan agar bayangan yang dibentuk oleh lensa mata selalu jatuh di
retina. Pada saat mata melihat dekat lensa mata harus lebih cembung (otot-otot
siliar menegang) dan pada saat melihat jauh lensa harus lebih pipih (otot-otot
siliar mengendor). Peristiwa perubahan-perubahan ini disebut daya akomodasi.
Daya akomodasi (daya suai) adalah kemampuan
otot siliar untuk menebalkan atau memipihkan kecembungan lensa mata yang
disesuaikan dengan dekat atau jauhnya jarak benda yang dilihat.
Manusia memiliki dua batas daya akomodasi
(jangkauan penglihatan) yaitu :
1. Titik dekat mata (punctum proximum) adalah jarak benda terdekat di depan mata
yang masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata normal (emetropi) titik
dekatnya berjarak 10cm s/d 20cm (untuk anak-anak) dan berjarak 20cm s/d 30cm
(untuk dewasa). Titik dekat disebut juga jarak baca normal.
2. Titik jauh mata (punctum remotum) adalah jarak benda terjauh di depan mata
yang masih dapat dilihat dengan jelas. Untuk mata normal titik jauhnya adalah
“tak terhingga”.
Cacat Mata
Berkurangnya daya akomodasi mata seseorang
dapat menyebabkan berkurangnya kemampuan mata untuk melihat benda pada jarak
tertentu dengan jelas. Cacat mata yang disebabkan berkurangnya daya akomodasi,
antara lain rabun jauh, rabun dekat dan rabun dekat dan jauh. Selain tiga jenis
itu, masih ada jenis cacat mata lain yang disebut astigmatisma.
Cacat mata dapat dibantu dengan kacamata.
Kacamata hanya berfungsi membantu penderita cacat mata agar bayangan benda yang
diamati tepat pada retina. Kacamata tidak dapat menyembuhkan cacat mata. Ukuran
yang diberikan pada kacamata adalah kekuatan lensa yang digunakan. Kacamata
berukuran -1,5, artinya kacamata itu berlensa negatif dengan kuat lensa -1,5
dioptri.Berkurangnya daya akomodasi mata dapat menyebabkan cacat mata sebagai
berikut :
Rabun jauh (miopi)
Rabun jauh yaitu mata tidak dapat melihat
benda-benda jauh dengan jelas, disebut juga mata perpenglihatan dekat (terang
dekat/mata dekat). Penyebab
terbiasa melihat sangat dekat sehingga lensa mata terbiasa tebal. Miopi sering
dialami oleh tukang arloji, penjahit, orang yang suka baca buku (kutu buku) dan
lain-lain.
Untuk mata normal (emetropi) melihat benda jauh dengan akomodasi yang
sesuai, sehingga bayangan jatuh tepat pada retina.
Mata miopi melihat benda jauh bayangan jatuh di depan retina, karena lensa
mata terbiasa tebal.
Mata miopi ditolong dengan kacamata berlensa cekung (negatif).
Tugas dari lensa cekung adalah membentuk bayangan
benda di depan mata pada jarak titik jauh orang yang mempunyai cacat mata
miopi. Karena bayangan jatuh di depan lensa cekung, maka harga si adalah
negatif. Dari persamaan lensa tipis, s1 adalah jarak titik jauh mata miopi. s adalah
jarak benda ke mata f adalah fokus lensa kaca mata.
Rabun dekat (hipermetropi)
abun dekat tidak dapat melihat jelas benda dekat,
disebut juga mata perpenglihatan jauh (terang jauh/mata jauh). Rabun dekat
mempunyai titik dekat yang lebih jauh daripada jarak baca normal. Penyebab
terbiasa melihat sangat jauh sehingga lensa mata terbiasa pipih.
Rabun dekat sering dialami oleh penerbang (pilot), pelaut, sopir dan
lain-lain. Rabun jauh ditolong dengan kacamata berlensa cembung (positif).
Bayangan yang dibentuk lensa cembung harus berada
pada titik dekat mata penderita rabun dekat. Karena bayangan yang dihasilkan
lensa cembung berada di depan lensa maka harga si adalah negatif.
Mata tua (presbiopi)
Mata tua tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang sangat jauh dan
benda-benda pada jarak baca normal, disebabkan daya akomodasi telah berkurang
akibat lanjut usia (tua). Pada mata tua titik dekat dan titik jauh keduanya
telah bergeser. Mata tua diatasi atau ditolong dengan menggunakan kacamata
berlensa rangkap (cembung dan cekung). Pada kacamata dengan lensa rangkap,
lensa negatif bekerja seperti lensa pada kaca mata miopi, sedangkan lensa
positif bekerja seperti halnya pada kacamata hipermetropi.
Astigmatisma (mata silindris)
Astigmatisma disebabkan karena kornea mata tidak
berbentuk sferik (irisan bola), melainkan lebih melengkung pada satu bidang
dari pada bidang lainnya. Akibatnya benda yang berupa titik difokuskan sebagai
garis. Mata astigmatisma juga memfokuskan sinar-sinar pada bidang vertikal lebih
pendek dari sinar-sinar pada bidang horisontal.Astigmatisma ditolong/dibantu
dengan kacamata silindris.
Kamera
Kamera digunakan manusia untuk merekam kejadian
penting atau kejadian yang menarik. Banyak jenis dan model kamera dapat kita
jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Kamera yang dipakai wartawan berbeda dengan
yang dipakai fotografer. Kamera video dipakai dalam pengambilan gambar untuk
siaran televisi atau pembuatan film. Kamera elektronik (autofokus) lebih mudah
dipakai karena tanpa pengaturan lensa. Dewasa ini sudah ada kamera digital yang
data gambarnya tidak perlu melalui proses pencetakan melainkan dapat dilihat
atau diolah melalui komputer.
Bagian-bagian kamera mekanik (bukan otomatis) menurut kegunaan fisis :
lensa cembung berfungsi untuk membentuk bayangan dari benda yang difoto
diafragma berfungsi untuk membuat sebuah celah/lubang yang dapat diatur
luasnya
aperture yaitu lubang yang dibentuk diafragma untuk mengatur banyak cahaya
shutter pembuka/penutup “dengan cepat” jalan cahaya yang menuju ke pelat
film
pelat film berfungsi sebagai layar penangkap/perekam bayangan.Setiap benda
yang di foto, terletak pada jarak yang lebih besar dari dua kali jarak fokus di
depan lensa kamera, sehingga bayangan yang jatuh pada pelat film memiliki sifat
nyata, terbalik dan diperkecil. Untuk memperoleh bayangan yang tajam dari
benda-benda pada jarak yang berbeda-beda, lensa cembung kamera dapat digeser ke
depan atau ke belakang.
Lup (kaca pembesar)
Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat
benda-benda kecil agar tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup
dipakai agar bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih besar dan jelas.
Oleh siswa saat praktikum biologi, lup dipakai untuk mengamati bagian hewan
atau tumbuhan agar kelihatan besar dan jelas.
Sebagai alat optik, lup berupa lensa cembung tebal (berfokus pendek). Sifat
bayangan yang diharapkan dari benda kecil yang dilihat dengan lup adalah tegak
dan diperbesar. Orang yang melihat benda dengan menggunakan lup akan mempunyai
sudut penglihatan (sudut anguler) yang lebih besar daripada orang yang melihat
dengan mata biasa. Ada dua cara memakai lup, yaitu dengan mata tak berakomodasi
dan mata berakomodasi.
Melihat dengan mata tak berakomodasi
Untuk melihat tanpa berakomodasi maka lup harus membentuk bayangan di jauh
tak berhingga. Benda yang dilihat harus diletakkan tepat pada titik fokus lup.
Perhatikan Gambar dibawah !
Keuntunganya adalah untuk pengamatan lama mata tidak cepat lelah, sedangkan
kelemahannya dari segi perbesaran berkurang. Sifat bayangan yang dihasilkan
maya, tegak dan diperbesar.
Melihat dengan mata berakomodasi
Agar mata dapat melihat dengan berakomodasi maksimum, maka bayangan yang
dibentuk oleh lensa harus berada di titik dekat mata (PP). Benda yang dilihat
harus terletak antara titik fokus dan titik pusat sumbu lensa.
Kelemahannya untuk pengamatan lama mata cepat lelah, sedangkan
keuntungannya dari segi perbesaran bertambah.
Sifat bayangan yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar.
Mikroskop
Penggunaan lup untuk mengamati benda-benda kecil
ada batasnya. Jika kita menggunakan lup yang berjarak fokus kecil untuk
mendapatkan perbesaran yang lebih besar, bayangan yang diperoleh tidak
sempurna. Untuk itu, diperlukan mikroskop. Dengan memakai mikroskop kita dapat
mengamati benda atau hewan renik, seperti bakteri dan virus yang tidak dapat
dilihat mata secara langsung ataupun dengan memakai lup. Jenis mikroskop
mutakhir yang sudah dibuat manusia adalah mikroskup elektron. Dalam subbab ini
akan dipelajari mikroskop cahaya yang proses kerjanya memanfaatkan lensa
cembung dengan menerapkan pembiasan cahaya.
Mikroskop cahaya mempunyai bagian utama berupa dua lensa cembung. Lensa
yang menghadap benda disebut lensa objektif dan yang dekat ke mata disebut
lensa okuler. Jarak fokus lensa objektif lebih kecil dari jarak fokus lensa
okuler. Selain itu, mikroskop dilengkapi dengan cermin cekung yang berfungsi
untuk mengumpulkan cahaya pada objek preparat yang akan diamati. Untuk mengatur
panjang mikroskop agar diperoleh bayangan dengan jelas digunakan makrometer dan
mikrometer.
Dasar kerja mikroskop
Obyek atau benda yang diamati harus diletakkan di antara Fob dan 2Fob,
sehingga lensa obyektif membentuk bayangan nyata, terbalik dan diperbesar.
Bayangan yang dibentuk lensa obyektif merupakan benda bagi lensa okuler. Lensa
okuler berperan seperti lup yang dapat diatur/digeser-geser sehingga mata dapat
mengamati dengan cara berakomodasi atau tidak berakomodasi.
Pengamatan dengan akomodasi maksimum
Untuk pengamatan dengan akomodasi maksimum, maka bayangan yang dibentuk
oleh lensa okuler harus jatuh pada titik dekat mata (PP). Perhatikan gambar !
Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif
dan lensa okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler + 1)
Pengamatan dengan mata tidak berakomodasi
Untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi, maka bayangan yang
dibentuk oleh lensa okuler harus berada pada titik jauh mata. Perhatikan gambar
!
Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif
dan lensa okuler yaitu:
M = Moby x Mok
M = (Si/So) x (PP/f okuler)
Panjang Mikroskop
Panjang mikroskop adalah jarak
lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan :
Untuk mata berakomodasi
d = Si (ob) + So (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
So (ok) = jarak benda lensa okuler
Untuk mata tidak berakomodasi
d = Si (ob) + f (ok)
Keterangan :
d = panjang mikroskop
Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif
f (ok) = jarak fokus lensa okuler
Teropong (Teleskop)
A. Teropong bintang
Teropong bintang disebut juga teropong astronomi.
- terdiri dari 2 buah lensa cembung.
- jarak fokus lensa obyektif lebih besar dari jarak fokus lensa okuler.
Dasar Kerja Teropong
Obyek benda yang diamati berada di tempat yang jauh tak terhingga, berkas
cahaya datang berupa sinar-sinar yang sejajar. Lensa obyektif berupa lensa
cembung membentuk bayangan yang bersifat nyata, diperkecil dan terbalik berada
pada titik fokus.
Bayangan yang dibentuk lensa obyektif menjadi benda bagi lensa okuler yang
jatuh tepat pada titik fokus lensa okuler.
Penggunaan dengan mata tidak berkomodasi
Untuk penggunaan dengan mata tidak berkomodasi, bayangan yang dihasilkan
oleh lensa obyektif jatuh di titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler yang diperoleh adalah :
M = f (ob) / f (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + f (ok)
Penggunaan dengan mata
berkomodasi maksimal
Untuk penggunaan dengan mata
berkomodasi maksimal bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh
diantara titik pusat bidang lensa dan titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran pada pengamatan
tanpa berakomodasi dan didapatkan :
M = f (ob) / So (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + So (ok)
B. Teropong Bumi
Teropong bumi disebut juga teropong medan.
Terdiri dari 3 buah lensa cembung yaitu lensa obyektif, lensa okuler dan
lensa pembalik.
Dasar Kerja Teropong Bumi :
Lensa obyektif membentuk bayangan bersifat nyata, terbalik dan diperkecil
yang jatuh pada fob.
Bayangan dibentuk oleh lensa obyektif menjadi benda bagi lensa pembalik
jatuh pada jarak 2f pembalik sehingga terbentuk bayangan pada jarak 2f pembalik
juga yang bersifat nyata, terbalik, dan sama besar .
Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan menjadi :
d = f (ob) + 4f (pembalik) + f
(ok)
Lensa pembalik berfungsi untuk
membalikkan arah cahaya sebelum melewati lensa okuler, lensa okuler berfungsi
seperti lup membentuk bayangan bersifat maya, tegak, dan diperbesar.
Adanya lensa pembalik tidak
mempengaruhi perbesaran akhir, bayangan akhir bersifat maya, tegak dan
diperbesar dengan perbesaran :
M = d = f (ob) / f (ok)
C. Teropong prisma (binokuler)
Teropong prisma terdiri atas dua pasang lensa
cembung (sebagai lensa objektif dan lensa okuler) dan dua pasang prisma kaca
siku-siku samakaki. Sepasang prisma yang diletakkan berhadapan, berfungsi untuk
membelokkan arah cahaya dan membalikkan bayangan.
Bayangan yang dibentuk lensa objektif bersifat nyata, diperkecil, dan
terbalik. Bayangan nyata dari lensa objektif menjadi benda bagi lensa okuler.
Sebelum dilihat dengan lensa okuler, bayangan ini dibalikkan oleh sepasang
prisma siku-siku sehingga bayangan akhir dilihat maya, tegak, dan diperbesar.
Perbesaran bayangan yang diperoleh dengan memakai teropong prisma sama dengan
teropong bumi.Beberapa keuntungan praktis dari teropong prisma dibandingkan
teropong yang lain :
1. Menghasilkan bayangan yang terang, karena
berkas cahaya dipantulkan sempurna oleh bidang-bidang prisma.
2. Dapat dibuat pendek sekali, karena
sinarnya bolak-balik 3 kali melalui jarak yang sama (dipantulkan 4 kali oleh
dua prisma).
3. Daya stereoskopis diperbesar, dua mata
melihat secara bersamaan
4. Dengan adanya prisma arah cahaya telah
dibalikkan sehingg terlihat bayangan akhir bersifat maya, diperbesar dan tegak.
D. Teropong pantul astronomi .
Teropong pantul terdiri dari sebuah cermin cekung berjarak fokus besar
sebagai cermin objektif, sebuah lensa cembung sebgai lensa okuler dan sebuah
cermin datar sebagai pembelok arah cahaya dari cermin objektif ke lensa okuler.
E. Teropong panggung
Teropong panggung terdiri dari dua lensa, yaitu :
- lensa obyektif berup lensa cembung
- lensa okuler berupa lensa cekung
Dasar kerja dari teropong panggung
Sinar-sinar sejajar yang masuk ke lensa obyektif membentuk bayangan tepat
di titik fokus lensa obyektif. Bayangan ini akan berfungsi sebagai benda maya
bagi lensa okuler. Oleh lensa okuler dibentuk bayangan yang dapat dilihat oleh mata.
Perlu diketahui bahwa bayangan yang dibentuk lensa okuler adalah tegak.untuk pengamatan tanpa berakomodasi, maka panjang
teropong adalah :
d = f (ob) - f (ok)
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah sama dengan perbesaran pada
teropong bintang ataupun juga teropong bumi.
M = f (ob) / f (ok)
