Alat   Optik

Alat optic adalah alat penglihatan manusia, baik alamiah maupun buatan manusia.Alat

optic alamiah adalah mata dan alat optic buatan adaah alat bantu penglihatan manusia untuk

mengamati benda-benda yang tidak dapat di lihat dengan jelas oleh mata.Yang termasuk alat

optic buatan manusia antara lain :kamera,lup (kaca pembesar),mikroskop,teropong,dan

teleskop.

1. Mata

Salah satu alat optik alamiah yang merupakan salah satu anugerah dari Sang Pencipta

adalah mata. Di dalam mata terdapat lensa kristalin yang terbuat dari bahan bening, berserat,

dan kenyal. Lensa kristalin atau lensa mata berfungsi mengatur pembiasan yang disebabkan

oleh cairan di depan lensa. Cairan ini dinamakan aqueous humor. Intensitas cahaya yang

masuk ke mata diatur oleh pupil.

Bagian-bagian mata :

a. Kornea yaitu bagian depan mata yang memiliki lengkung lebih tajam dan di lapisi

selaput bening.

1

b. Cairan bola mata (aqueus humor) yaitu cairan di belakang kornea yang berfungsi

membiaskan cahaya yang masuk ke dalam mata.

c. Lensa mata (lensa kristalin) yaitubagian yang berfungsi untuk mengatur pembiasan

yang di sebabkan oleh cairan di depan lensa.lensa mata merupakan lensa cembung.

d. Iris yaitu seaput di depan lensa mata yang membentuk celah lingkaran dan berfungsi

memberi warna pada mata.

e. Pupil yaitu celah lingkaran yang di bentuk oleh iris dan berfungsi untuk mengatur

intensitas cahaya yang mengenai mata.

f. Retina (selaput jala) yaitu bagian yang berfungsi sebagai layar untuk menangkap

bayangan nyata,terbalik,dan diperkecil yang di bentuk oleh lensa mata. 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.

g. Bintik kuning yaitu bagian pada retina yang sangat peka terhadap cahaya.Agar

bayangan terlihat jelas,bayangan harus terbentuk pada retina tepat di bintik kuning.

h. Bintik buta yaitu bagian dari retina yang kurang peka terhadap cahaya sehingga

bayangan jika jatuh di bagian ini tidak jelas/kelihatan.

i. Saraf optic yaitu saraf yang menghubungkan bintik kuning dengan otak,sehingga

sinyal-sinyal bayangan dari bintik kuning sampai ke otak,dan otaklah yang

menerjemahkan sehingga bayangan benda menjadi tegak,tidak terbalik seperti yang di

tangkap oleh retina.

j. Otot siliar (otot lensa mata) berfungsi mengatur daya akomodasi mata.

Cahaya yang masuk ke mata difokuskan oleh lensa mata ke bagian belakang mata yang

disebut retina. Bentuk bayangan benda yang jatuh di retina seolah-olah direkam dan

disampaikan ke otak melalui saraf optik. Bayangan inilah yang sampai ke otak dan

memberikan kesan melihat benda kepada mata. Jadi, mata dapat melihat objek dengan jelas

apabila bayangan benda (bayangan nyata) terbentuk tepat di retina.

Lensa mata merupakan lensa yang kenyal dan fleksibel yang dapat menyesuaikan

dengan objek yang dilihat. Karena bayangan benda harus selalu difokuskan tepat di retina,

2

lensa mata selalu berubah-ubah untuk menyesuaikan objek yang dilihat. Kemampuan mata

untuk menyesuaikan diri terhadap objek yang dilihat dinamakan daya akomodasi mata.

Daya akomodasi mata

Saat mata melihat objek yang dekat, lensa mata akan berakomodasi menjadi lebih

cembung agar bayangan yang terbentuk jatuh tepat di retina. Sebaliknya, saat melihat objek

yang jauh, lensa mata akan menjadi lebih pipih untuk memfokuskan bayangan tepat di retina.

Titik terdekat yang mampu dilihat oleh mata dengan jelas disebut titik dekat mata

(punctum proximum/PP). Pada saat melihat benda yang berada di titik dekatnya, mata

dikatakan berakomodasi maksimum. Titik dekat mata disebut juga dengan jarak baca normal

karena jarak yang lebih dekat dari jarak ini tidak nyaman digunakan untuk membaca dan mata

akan terasa lelah. Jarak baca normal atau titik dekat mata adalah sekitar 25 cm.

Adapun, titik terjauh yang dapat dilihat oleh mata dengan jelas disebut titik jauh mata

(punctum remotum/PR). Pada saat melihat benda yang berada di titik jauhnya, mata berada

dalam kondisi tidak berakomodasi. Jarak titik jauh mata normal adalah di titik tak hingga (~).

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

3

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 :

a) 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 bacanormal.

b) 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

a. Rabun Jauh (miopi)

Orang yang menderita rabun jauh atau miopi tidak mampu melihat dengan jelas objek

yang jauh tapi tetap mampu melihat dengan jelas objek di titik dekatnya (pada jarak 25 cm).

titik jauh mata orang yang menderita rabun jauh berada pada jarak tertentu (mata normal

memiliki titik jauh tak berhingga).

Rabun jauh dapat diperbaiki dengan menggunakan lensa divergen yang bersifat

menyebarkan (memencarkan) sinar. Lensa divergen atau lensa cekung atau lensa negatif dapat

membantu lensa mata agar dapat memfokuskan bayangan tepat di retina.

4

Miopi dikoreksi menggunakan lensa negatif

Jarak fokus lensa dan kuat lensa yang digunakan untuk memperbaiki mata yang

mengalami rabun jauh dapat ditentukan berdasarkan persamaan lensa tipis dan rumus kuat

lensa.

Di sini jarak s adalah jarak tak hingga (titik jauh mata normal), dan s’ adalah titik jauh

mata (PR). Prinsip dasarnya adalah lensa negatif digunakan untuk memindahkan (memajukan)

objek pada jarak tak hingga agar menjadi bayangan di titik jauh mata tersebut sehingga mata

dapat melihat objek dengan jelas.

b. Rabun Dekat (hipermetropi)

Orang yang menderita rabun dekat atau hipermetropi tidak mampu melihat dengan

jelas objek yang terletak di titik dekatnya tapi tetap mampu melihat dengan jelas objek yang

jauh (tak hingga). Titik dekat mata orang yang menderita rabun dekat lebih jauh dari jarak

baca normal (PP > 25 cm).

5

Cacat mata hipermetropi dapat diperbaiki dengan menggunakan lensa konvergen yang bersifat

mengumpulkan sinar. Lensa konvergen atau lensa cembung atau lensa positif dapat membantu

lensa mata agar dapat memfokuskan bayangan tepat di retina.

Hipermetropi dikoreksi menggunakan lensa positif

Jarak fokus lensa dan kuat lensa yang digunakan untuk memperbaiki mata yang

mengalami hipermetropi dapat ditentukan berdasarkan persamaan lensa tipis dan rumus kuat

lensa.

Di sini jarak s adalah jarak titik dekat mata normal (25 cm), dan s’ adalah titik dekat

mata (PP). Prinsip dasarnya adalah lensa positif digunakan untuk memindahkan

(memundurkan) objek pada jarak baca normal menjadi bayangan di titik dekat mata tersebut

sehingga mata dapat melihat objek dengan jelas.

c. Mata tua (presbiopi)

6

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.

d. 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.

Contoh soal :

1. Andika menderita rabun jauh.Siswa tersebut hanya mampu melihat dengan jelas benda

yang jaraknya tidak lebih dari 50 cm.Berapakah kekuatan lensa kacamata agar Andika

dapat melihat benda jauh dengan jelas?

Jawab :

2. Firman menderita rabun dekat.Jika jarak baca terdekat yang dapat dilihatnya adalah 40

cm,berapakah besar kekuatan lensa kacamata yang diperlukan?

Jawab :

7

2. Lup (Kaca Pembesar)

Kaca pembesar atau lup digunakan untuk melihat benda kecil yang tidak bisa dilihat

dengan mata secara langsung. Lup menggunakan sebuah lensa cembung atau lensa positif

untuk memperbesar objek menjadi bayangan sehingga dapat dilihat dengan jelas.

Bayangan yang dibentuk oleh lup bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Untuk

mendapatkan bayangan semacam ini objek harus berada di depan lensa dan terletak diantara

titik pusat O dan titik fokus F lensa. untuk menghasilkan bayangan yang diinginkan, lup dapat

digunakan dalam dua macam cara, yaitu dengan mata berakomodasi maksimum dan dengan

mata tidak berakomodasi.

Lup dapat digunakan dengan mata berakomodasi maksimum untuk mendapatkan

perbesaran bayangan yang diinginkan. Agar mata berakomodasi maksimum, bayangan yang

terbentuk harus tepat berada di titik dekat mata (s’ = sn = jarak titik dekat mata).

8

Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup dengan mata berakomodasi maksimum adalah

Dimana P adalah perbesaran lup, sn adalah jarak titik dekat mata (sn = 25 cm untuk

mata normal), dan f adalah jarak fokus lup.

Menggunakan lup dalam keadaan mata berakomodasi maksimum membuat mata

menjadi cepat lelah. Agar mata relaks dan tidak cepat lelah, lup digunakan dalam keadaan

mata tidak berakomodasi. Untuk mendapatkan perbesaran bayangan yang diinginkan dalam

keadaan mata tidak berakomodasi, bayangan yang terbentuk harus berada sangat jauh di depan

lensa (jarak tak hingga). dalam hal ini objek harus berada di titik fokus lensa (s = f).

Perbesaran bayangan yang dihasilkan oleh lup dengan mata tidak berakomodasi adalah

Dimana P adalah perbesaran lup, sn adalah jarak titik dekat mata (sn = 25 cm untuk

mata normal), dan f adalah jarak fokus lup.

9

Contoh soal :

1) Seorang yang mempunyai mata notmal menggunakan lup yang jarak titik apinya 5

cm.Hitunglah perbesaran angulernya jika :

a. Mata berakomodasi maksimum,

b. Mata tidak berakomodasi,

c. Mata berakomodasi pada jarak 20 cm !

Jawab :

Dik : sn =25

f = 5 cm

a. Mata berakomodasi maksimum :

b. Mata tidak berakomodasi :

c. Mata berakomodasi pada jarak 20 cm :

sn = -20 cm

10

s = 4 cm

2) Seseorang menggunakan lup dengan kekuatan 20 D.Hitunglah :

a. Jarak focus lup

b. Perbesaran lup untuk mata berakomodasi maksimum !

Jawab :

a.

b.

3. Mikroskop

Perbesaran bayangan yang dihasilkan dengan menggunakan lup yang hanya

menggunakan sebuah lensa cembung kurang maksimal dan terbatas. Untuk mendapatkan

perbesaran yang lebih besar diperlukan susunan alat optik yang lebih baik. Perbesaran yang

lebih besar dapat diperoleh dengan membuat susunan dua buah lensa cembung. Susunan alat

optik ini dinamakan mikroskop yang dapat menghasilkan perbesaran sampai lebih dari 20 kali.

Sebuah mikroskop terdiri atas dua buah lensa cembung (lensa positif). lensa yang

dekat dengan objek (benda) dinamakan lensa objektif, sedangkan lensa yang dekat mata

11

dinamakan lensa okuler. Jarak fokus lensa okuler lebih besar daripada jarak fokus lensa

objektif.

Mikroskop dan bagian-bagiannya

Pembentukan bayangan pada mikroskop

Objek yang ingin diamati diletakkan di depan lensa objektif di antara titik Fob dan 2Fob.

Bayangan yang terbentuk oleh lensa objektif adalah I1 yang berada di belakang lensa objektif

dan di depan lensa okuler. Bayangan ini bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. Bayangan I1

akan menjadi benda bagi lensa okuler dan terletak di depan lensa okuler antara pusat optik O

dan titik fokus okuler Fok. Di sini lensa okuler akan berfungsi sebagai lup dan akan terbentuk

bayangan akhir I2 di depan lensa okuler. Bayangan akhir I2 yang terbentuk bersifat maya,

diperbesar, dan terbalik terhadap objek semula.

Perbesaran yang dihasilkan mikroskop adalah gabungan dari perbesaran lensa objektif

dan perbesaran lensa okuler. Perbesaran lensa objektif mikroskop adalah

12

Dimana Pob adalah perbesaran lensa objektif, s’ob adalah jarak bayangan lensa objektif

dan sob adalah jarak objek di depan lensa objektif.

Adapun perbesaran lensa okuler mikroskop sama dengan perbesaran lup, yaitu sebagai

berikut.

untuk mata berakomodasi maksimum

untuk mata tidak berakomodasi

Dimana Pok adalah perbesaran lensa okuler, sn adalah jarak titik dekat mata (untuk mata

normal sn = 25 cm), dan fok adalah jarak fokus lensa okuler.

Perbesaran total mikroskop adalah hasil kali perbesaran lensa objektif dan perbesaran lensa

okuler. Jadi,

P = Pob × Pok

Hal-hal penting yang perlu diketahui berkaitan dengan mikroskop:

(1) jarak antara lensa objektif dan lensa okuler disebut juga panjang tabung (d). panjang

tabung sama dengan penjumlahan jarak bayangan yang dibentuk lensa objektif (s’ob)

dengan jarak benda (bayangan pertama) ke lensa okuler (sok).

d = s’ob + sok

13

(2) menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum berarti letak

bayangan akhir berada di titik dekat mata di depan lensa okuler. Jadi, dapat dituliskan

s’ok = −sn

(3) menggunakan mikroskop dengan mata tidak berakomodasi berarti jarak benda di depan

lensa okuler (sok ) berada tepat di titik fokus lensa okuler (fok). Jadi, dapat dituliskan

sok = fok

Contoh soal :

1. Sebuah mikroskop terdiri dari lensa objektif yang jarak fokusnya 8 mm dan lensa okuler

yang jarak fokusnya 15 cm.Sebuah benda di letakkan pada jarak 12 mm di depan lensa

objektif.Berapakah perbesaran yang dilakukan oleh lensa objektif ?

Jawab :

2. Sebuah mikroskop mempunyai lensa objektif dan okuler dengan jarak focus 2 cm dan 10

cm.Jika benda di tempatkan 2,2 cm di depan ensa objektif,berapakah panjang mikroskop

tersebut jika mata berakomodasi maksimum?

Jawab :

Dik : fob = 2 cm

fok = 10 cm

sob = 2,2 cm

s’ok = -25 cm

14

d=s’ob+sok => d=22+7,14=29,14cm (panjang mikroskop pada mata berakomodasi

maksimum)

4. 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 :

15

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.

Contoh soal :

1. Jarak lensa dan film pada sebuah kamera ketika memotret benda yang jauh adalah 60

mm.Berapakah pergeseran lensa yang harus dilakukan jika kamera digunakan untuk

memotret mobil yang terletak sejauh 360 cm ?

Jawab : Dik : f =60 mm

s = 360 cm=3.600 mm

Pergeseran lensa = 61,02 – 60 = 1,02 mm

5. Teropong

a. Teropong Bintang

16

Bintang-bintang di langit yang letaknya sangat jauh tidak dapat dilihat secara langsung

oleh mata. Teropong atau teleskop dapat digunakan untuk melihat bintang atau objek yang

letaknya sangat jauh.

Teropong terdiri atas dua lensa cembung, sebagaimana mikroskop. Pada teropong jarak

fokus lensa objektif lebih besar daripada jarak fokus lensa okuler (fob > fok). Teropong

digunakan dengan mata tidak berakomodasi agar tidak cepat lelah karena teropong digunakan

untuk mengamati bintang selama berjam-jam. Dengan mata tidak berakomodasi, bayangan

lensa objektif harus terletak di titik fokus lensa okuler. Dengan demikian, panjang teropong

(atau jarak antara kedua lensa) adalah

d = fob + fok

dimana fob adalah jarak fokus lensa objektif dan fok adalah jarak fokus lensa okuler.

Adapun perbesaran P yang dihasilkan oleh teropong adalah

b. Teropong Prisma

17

Teropong prisma mempunyai fungsi untuk mengamati benda-benda di bumi,agar lebih

dekat dan jelas.Sebagai teropong bias,teropong ini menggunakan dua buah lensa (obyektif dan

okuler) dan sepasang prisma siku-siku sama kaki untuk membalikkan bayangan.

Adapun perbesaran P yang dihasilkan oleh teropong adalah

Panjang teropong bumi untuk mata yang tidak berakomodasi:

d=fob + 4fp + fok

Dimana fp adalah focus lensa pembalik.

c. Teropong Pantul (teropong cermin)

Teropong pantu menggunakan cermin cekung.Cara kerja teropong pantul ini

berdasarkan pemantulan.Dengan menggunakan teropong cermin akan lebih banyak sinar yang

masuk ke teropong,sehingga di perolehbayangan yang lebih jelas.

Contoh soal :

1. Sebuah teropong bintang mempunyai lensa objektif dengan jarak focus 100 cm,sedangkan

jarak focus lensa okulernya 5 cm.Tentukan :

a) Panjang teropong,

b) Perbesaran teropong

Jawab :

Dik : fob = 100 cm,

18

fok = 5 cm

a) Panjang teropong (d) = fob + fok =100 + 5 =105 cm

b) Perbesaran teropong (M) = = = 20 kali

2. Sebuah teropong prisma terdiri atas 3 buah lensa,yaitu lensa objektif yang jarak fokusnya

30 cm,lensa okuler yang jarak fokusnya 8 cm,dan lensa pembalik yang jarak fokusnya 5

cm.Teropong itu dipakai untuk mengamati benda dengan mata tak

berakomodasi.Berapakah panjang teropong bumi ?

Jawab :

Dik :fob = 30 cm

fok = 8 cm

fp = 5 cm

d = fob + 4fp + fok => 30 + 4(5) + 8 =>30 + 20 + 8= 58 cm

6. Periskop

Periskop digunakan untuk mengamati benda-benda di permukaan laut.Biasanya di

pasang pada kapal selam.Periskop terdiri dari lensa objektif (cembung),lensa okuler

(cembung), dan sepasang prisma segitiga siku-siku.

19