MODUL ALAT OPTIK KELAS X SMA

ALAT-ALAT OPTIK

STANDAR KOMPETENSI :

3.        Menerapkan prinsip kerja alat-alat optik

KOMPETENSI DASAR :

3.1    Menganalisis alat-alat optik

3.2    Menerapkan alat-alat optik dalam kehidupan sehari-hari

Pada suatu malam Andi dan Ali sedang belajar bersama dirumah Andi. Tiba-tiba lampu padam dan kamar belajar menjadi gelap. Saat itu juga Ali berteriak ketakutan karena tidak bisa melihat apapun disekitarnya. Tidak lama kemudian Ibu Andi dating dengan membawa sebatang lilin yang menyala. Perlahan-lahan ruang belajar menjadi sedikit terang karena cahaya lilin dan Ali bisa melihat kembali benda-benda yang ada disekitarnya. Tahukah kalian mengapa
pada saat lampu padam Ali mata tidak mampu melihat benda? Dan setelah ada cahaya menngapa benda-benda dapat terlihat oleh mata kembali. Pada bab ini akan dipelajari benda-benda optik disekitar kita menggunakan prinsip kerja cahaya. Alat optik adalah alat-alat yang salah satu atau lebih komponennya menggunakan benda optik, misalnya cermin, lensa, atau prisma. Alat optik memanfaatkan prinsip pemantulan dan pembiasan cahaya.
Beberapa alat optik antara lain kamera, lup, mikroskop, teleskop, proyektor, dan episkop.

A.                KAMERA
Di dalam sebuah kamera terdapat aperture berfungsi mengatur diafragama, dan diafragma berfungsi mengatur banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke kamera.
Pada kamera terdapat sebuah lensa cembung untuk membiaskan sinar dari benda himgga bayangan jatuh di film sebagai layer. Benda yang akan dipotret ditempatkan pada jarak lebih besar dari 2f (2 kali jarak titik api) di depan lensa. Bayangan akan jatuh antara f dan 2f yang memiliki sifat diperkecil, nyata, dan terbalik.
Prinsip kerja kamera dan mata adalah sama. Apabila mata melihat benda, sinar dari benda yang masuk ke mata dibiaskan lensa mata. Bayangan jatuh di layer mata atau retina. Sifat bayangan yang terjadi nyata, diperkecil, dan terbalik.
Pelat film berupa selluloid. Pelat itu dilapisi perak bromide dan sangat peka terhadap cahaya. Apabila bayangan objek mengenai pelat film akan tercetak sebagai gambar negative. Setelah proses pencucian, film dapat dicetak sebagai gambar positif pada kertas foto.

B.                MATA
Mengapa mata dikatakan sebagai alat optik? Untuk menjawab pertanyaan itu, perhatikan Gambar

Bentuk mata menyerupai bola. Pada bola mata terdapat benda bening yang disebut lensa mata. Lensa mata bersifat tembus cahaya.Apa jenis lensa mata? Apa pula fungsi lensa mata itu? Lensa mata berupa lensa cembung. Lensa mata memiliki fungsi membiaskan sinar-sinar yang datang ke mata. Dengan demikian, bayangan benda dapat tepat jatuh di retina mata. Jadi, mata memiliki fungsi seperti pada kamera. Oleh karena itu, mata disebut alat optik.

1.      Proses Terjadinya Bayangan pada Retina

Apakah fungsi pupil, retina, dan bintik kuning? Bagaimana proses melihat benda itu terjadi? Pupil adalah bagian mata yang berfungsi mengatur besar kecilnya cahaya yang masuk ke bola mata. Retina adalah selaput tipis di bagian belakang bola mata. Lapisan itu paling banyak mengandung saraf penglihatan. Fovea atau bintik kuning adalah bagian retina, tempat berkumpulnya ujing-ujung saraf penglihatan sehingga paling peka terhadap rangsang (impuls) cahaya.

Syarat kita dapat melihat benda adalah harus ada cayaha. Cahaya dapat berasal langsung dari sumber cahaya atau berasal dari cahaya yang dipantulkan oleh benda-benda yang ada di sekeliling kita. Cahaya masuk menembus kornea, terus melewati lensa mata, dan akhirnya sampai ke retina. Bayangan benda jatuh tepat di bintik kuning, bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil. Bayangan itu merupakan rangsangan atau informasi yang dibawa oleh syaraf penglihatan menuju pusat syaraf penglihatan di otak. Di otak, rangsangan ditafsirkan dan barulah kemudian kita mendapat kesan melihat benda.

Apakah kesamaan antara kamera dan mata? retina
Bagaimanakah cara lensa mata mengatur agar bayangan benda tepat jatuh di retina?
Lensa mata mengatur penyesuaian terhadap jarak benda dengan jalan mengatur cembung dan pipihnya lensa sehingga bayangan jatuh di retina. Proses itu disebut berakomodasi. Apabila jarak benda sangat dekat, lensa akan mencembung. Sebaliknya, apabila jarak benda jauh, lensa mata akan memipih.
Lensa mata dalam keadaan secembung-cembungnya, dikatakan berakomodasi maksimum. Sebaliknya, lensa mata dalam keadaan sepipih-pipihnya, dikatakan berakomodasi minimum atau tidak berakomodasi.

2.      Titik dekat(punctum proximum), adalah titik terdekat yang masih dapat dilihat dengan jelas apabila lensa mata berakomodasi maksimum atau lensa mata secembung-cembungnya. Pada waktu berakomodasi maksimum, oto-otot silliaris atau otot-otot lensa mata bekerja sekuat-kuatnya agar lensa mata dalam keadaan secembung-cembungnya. Keadaan seperti itu menyebabkan kelelahan mata. Daya akomodasi maksimum pun terbatas. Semakin dekat benda dengan mata, semakin kuat lensa mata harus dicembungkan, sampai suatu saat tidak mampu lagi untuk dicembungkan. Hal itu terjadi apabila bendanya berada di titik dekat. Apabila bendanya didekatkan lagi melewati batas titik dekat, penglihatan kita akan semakin kabur.
Kemampuan otot-otot lensa mata untuk bekerja dipengaruhi usia seseorang. Pada usia anak-anak otot lensa mata sangat kuat untuk mencembungkan lensa mata. Oleh karena itu, anak-anak mampu melihat benda-benda yang sangat dekat jaraknya. Pada orang dewasa otot-otot lendsa matanya semakin lemah sehingga jarak punctum proximumnya makin jauh. Pada mata emetrop atau mata normal anak-anak, jarak punctum proximumnya antara 10 cm sampai 15 cm, sedangkan pada orang dewasa antara 20 cm sampai 30 cm.

3.      Titik jauh (punctum remotum), adalah titik terjauh yang masih dapat dilihat jelas oleh mata tanpa berakomodasi. Pada waktu lensa mata tidak berakomodasi (dalam keadaan sepipih-pipihnya), berkas-berkas sinar sejajar berkumpul di retina. Keadaan ini terjadi jika mata sedanng beristirahat atau mata melihat benda yang letaknya jauh sekali. Oleh karena itu punctum remotum mata normal berada di tempat yang jauh tak terhingga.

4.      Cacat Mata

a.       MIOPI (Rabun Jauh)

Miopi terjadi karena letak punctum remotum dan puctum proximumnya bergeser mendekati mata, lebih dekat dari pada mata normal. Hal ini terjadi karena bentuk bola mata terlalu lonjong ke belakang sehingga berkas-berkas cahaya sejajar sumbu utama berasal dari punctum remotum. Jika tidak berakomodasi, berkas cahaya itu akan mengumpul di suatu titik di depan retina.
Gambar mata miopi. Perhatikan gambar

Lensa cekung berfungsi memancarkan cahaya sehingga berkas cahaya yang melewati bidang lensa mata lebih besar, sehingga titik potong sinar biasnya tidak didepan retina lagi tetapi mundur tepat di retina. Oleh sebab itu penderita miop harus menggunakan kaca mata negative (lensa cekung).

b.      Hipermotropi (Rabun dekat)

Hipermetropi adalah cacat mata yang tidak dapat melihat benda-benda yang letaknya dekat. Orang yang menderita hipermiop mempunyai bentuk bola mata terlalu pendek atau lensa mata terlalu pipih, sehingga berkas vahaya sejajar sumbu utama. Pada penderita ini letak punctum proximum bergeser menjauhi mata. Jika mata tidak berakomodasi, berkas cahaya itu akan mengumpul di suatu titik di belakang retina.
Bagaimana agar berkas cahaya dapat dikumpulkan kembali tepat di retina?, sifat lensa cembung berfungsi konvergen atau mengumpulkan berkas cahaya. Sehingga berkas cahaya akan sejajar sumbu utama dan akan melewati bidang lensa mata lebih sempit. Akibatnya titik potong sinar biasnya tidak lagi berpotongan di belakang lensa, tetapi maju tepat di retina. Oleh sebab itu penderita hipermiop dapat ditolong dengan kaca mata positif.

c.       Presbiop (mata tua)

Orang-orang yang sudah lanjut usia mengalami gangguan penglihatan terhadap benda-benda yang letaknya dekat maupun terlalu jauh. Sebenarnya gangguan ini bukan masuk golongan cacat mata. Pada usia tua, otot-otot lensa mata telah mengendur sehingga daya akomodasinya berkurang. Jarak bacanya tidak lagi 25 cm seperti halnya pada mata normal, tetapi lebih jauh lagi. Biasanya orang yang sudah tua membaca tulisan dengan dijauhkan dari matanya.

Penderita prebiop dapat ditolong dengan kaca mata berlensa rangkap, yaitu lensa cembung dan lensa cekung dalam satu lensa. Bagian atas cekung untuk melihat benda yang jauh dan bagian bawah cembung untuk membaca.

C.     Lup atau kaca pembesar

Lup adalah lensa positif yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang kecil agar tampak lebih besar dan lebih jelas. Alat ini biasa digunakan oleh tukang arloji pada waktu mereparasi kerusakan jam tangan. Perajin perhiasan emas dan perak juga menggunakan alat ini untuk memperoleh hasil yang lebih baik. Cara menggunakan lup adalah sebagai berikut:
1) Untuk mata berakomodasi maksimum, benda diletakkan diantara F dan O atau jarak benda selalu lebih kecil daripada jarak titik api (f).
2) Untuk mata tidak berakomodasi, benda diletakkan tepat pada titik api (f) atau jarak benda sama dengan jarak titik api lup (f).
Jika mata berakomodasi maksimum, jarak bayangan benda di titik dekat punctum proximum atau pada jarak baca normal adalah 25 cm. Bayangan yang terjadi maya, s’ = -25 cm maka berdasarkan persamaan pada lensa:
Persamaan perbesaran lup

-          Mata tidak berakomodasi

-          Mata berakomodasi maksimum

Keterangan :

M = perbesaran bayangan

Sn = jarak titik dekat mata

f = jarak focus lup

D.   Mikroskop

Mikroskop adalah alat optik untuk mengamati benda-benda sangat kecil (micron), seperti bakteri dan kuman.perhatikan gambar mikroskop berikut ini.
Mikroskop terdiri atas dua lensa positif, yaitu yaitu lensa objektif dan lensa okuler. Lensa objektif berada di dekat objek sedangkan lensa okuler berada di depan mata pengamat. Jarak titik api lenmsa okuler lebih panjang dari pada lensa objektif. Bagaimanakah pembentukan bayangan oleh mikroskop?

1)      Lensa objektif berfungsi untuk membentuk bayangan sejati, terbalik dan diperbesar dari benda yang diamati. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif dianggap benda bagi lensa okuler.

2)      Lensa okuler berfungsi membentuk bayangan maya, tegak dan diuperbesar.
Rumus Perbesaran mikroskop

Mata Berakomodasi Maksimum

-          Panjang mikroskop

d = S’ob + Sok

-          Perbesaran bayangan

Mata Tidak Berakomodasi

-          Panjang mikroskop

d = S’ob + fok

-          Perbesaran bayangan

Keterangan :

Sob      = jarak benda terhadap lensa obyektif

S’ob     = jarak bayangan terhadap lensa obyektif

fok       = jarak focus lensa okuler

Sok      = jarak benda terhadap lensa okuler

Sn        = jarak titik dekat mata

E.       Teleskop

Apakah kalian pernah melihat teleskop? Teleskop berkebalikan dengan lup dan mikroskop. Lup dan mikroskop berfungsi untuk mengamati benda-benda yang letaknya dekat. Sedangkan teleskop atau teropong adalah alat optik yang untuk mengamati benda-benda yang jauh jaraknya agar tampak lebih dekat dan jelas. Teleskop atau teropong dibedakan menjadi dua yaitu teropong bintang dan teropong bumi.
1) Teropong Bintang

Jika langit pada malam hari tidak tertutup awan, kalian dapat menikmati taburan bintang yang beribu-ribu jumlahnya. Bintang dilangit tampak kecil dan hanya berkelap kelip jika diamati dari bumi dengan mata telanjang. Dengan teropong bintang kalian dapat melihat benda-benda angkasa yang lain seperti bintang, bulan, dan planet dengan ukuran yang lebih besar.

-          Panjang teropong

d = fob + fok

-          Perbesaran bayangan

Ada dua jenis teropong bintang.

a) Teropong Bias

Teropong ini terdiri dari dua lensa positif yaitu lensa objektif dan lensa okuler. Karena benda yang diamati berada di tempat yang sangat jauh, berkas sinar yangn melewati lensa objektif adalah berkas sinar sejajar. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif ialah nyata, terbalik, diperkecil dan terletak dititik apinya. Kedudukan lensa okuler dapat diatur sedemikian rupa (digerakkan maju mundur) agar benda tadi berada di titik api lensa okuler atau Fob dan Fok berimpit. Dengan demikian akan terbentuk bayangan maya, terbalik, diperbesar, dan di tempat yang jauh tak terhingga, sehingga mata pengamat tidak perlu berakomodasi dan tidak cepat lelah.
b) Teropong Pantul

Teropong pantul terdiri dari cermin cekung yang berfungsi sebagai lensa objektif dan cermin datar sebagai reflector atau pemantul, serta sebuah lensa cembung sebagai lensa okuler.
2) Teropong Bumi

Benda-benda yang berada di darat dan di laut yang jauh letaknya agar tampak lebih dekat dan jelas digunakan alat optik teropong bumi.

-          Panjang teropong

d = fob + 4fp + fok

-          Perbesaran bayangan

fp = jarak focus lensa pembalik

Ada dua jenis teropong bumi.

a) Teropong Bias

Teropong bumi jenis teropong bias terdiri dari tiga lensa positif, yaitu lensa objektif, lensa pembalik dan lensa okuler. Lensa pembalik terdiri dari lensa objektif dan lensa okuler. Jenis teropong ini berukuran terlalu panjang sehingga kurang praktis pemakaiannya. Bayangan yang dibentuk lensa pembalik merupakan benda bagi lensa okuler yang selanjutnya membentuk bayangan maya, tegak, dan diperbesar.
b) Teropong Prisma

(1)   Teropong binokuler

Teropong binokuler menggunakan dua buah prisma siku-siku sama kaki untuk menggantikan fungsi lensa pembalik. Teropong ini disebut teropong binokuler karena menggunakan dua buah lensa okuler. Kesan bayangan yang diperoleh adalah sebagai bayangan tiga dimensi.