A.
Pengertian Optik
Optik adalah
cabang fisika yang menggambarkan perilaku dan sifat cahaya dan interaksi cahaya
dengan materi. Optik dijelaskan dan ditandai dengan fenomena optik. Kata
berasal dari ὀπτική optik Latin, yang berarti tampilan. Bidang
optik biasanya menggambarkan sifat cahaya tampak, sinar inframerah dan
ultraviolet, tetapi sebagai cahaya adalah gelombang elektromagnetik, fenomena
yang sama juga terjadi dalam bentuk sinar-X, gelombang mikro, gelombang radio,
dan lainnya gejala radiasi elektromagnetikdan mirip maupun pada balok muatan
partikel (balok dibebankan). Optik secara umum dapat dianggap sebagai bagian
darikeelektromagnetan. Beberapa gejala optis bergantung pada sifat kuantum
cahaya yang terkait dengan beberapa bidang optik kuantum hinggamekanika. Dalam
prakteknya, sebagian besar fenomena optik dapat dihitung dengan menggunakan
sifat daricahaya elektromagnetik, seperti yang dijelaskan oleh persamaan
Maxwell.
Bidang optik
memiliki identitas, masyarakat, dan konferensi. Aspek lapangansering disebut
ilmu optik atau fisika optik. Ilmu optik terapan sering disebut rekayasa optik.
Aplikasi dari rekayasa optik yang terkait khusus dengan sistem iluminasi
(iluminasi) disebut rekayasa pencahayaan. Setiap disiplin cenderung sedikit
berbeda dalam aplikasi, keterampilan teknis, fokus, dan afiliasi
profesionalnya. Inovasi lebih baru dalam rekayasa optik sering dikategorikan
sebagai fotonika atau Optoelektronik. Batas-batas antara bidang ini dan
"optik" yang tidak jelas, dan istilah yang digunakan berbeda di
berbagai belahan dunia dan dalam berbagai bidang industri. Karena aplikasi yang
luas dari ilmu "cahaya" untuk aplikasi dunia nyata, ilmu optik dan
rekayasa optik cenderung sangat interdisipliner. Ilmu optik merupakan bagian
dari berbagai disiplin terkait termasuk elektro, fisika, psikologi, kedokteran
(khususnya optalmologidan optometri), dan lain-lain. Selain itu, perilaku optik
yang paling lengkap, seperti dijelaskan dalam fisika, tidak selalu rumit untuk
kebanyakan masalah, jadi model sederhana dapat digunakan. Model sederhana ini
cukup untuk menjelaskan sebagian besar perilaku fenomena optik dan mengabaikan
relevan dan / atau tidak terdeteksi pada suatu sistem.
Dalam ruang
bebas dengan kecepatan gelombang bepergian c = 3 × 10 ^ 8 meter / detik. Ketika
memasuki medium tertentu (dielectric atau nonconducting) gelombang dengan
kecepatan v, yang merupakan karakteristik dari bahan dan kurang dari cahaya
besarnyakecepatan sendiri (c). Perbandingan kecepatan cahaya dalam ruang hampa
dengan kecepatan cahaya dalam medium adalah indeks bias bahan n sebagai
berikut: n = c / v
B.
Alat-alat Optik
1. 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 : Kornea merupakan lapisan
terluar yang keras untuk melindungi bagian-bagian lain dalam mata yang halus
dan lunak. Aqueous humor (cairan) yang terdapat di belakang kornea fungsi untuk
membiaskan cahaya yang masuk ke dalam mata. Lensa terbuat dari bahan bening
(optis) yang elastik, merupakan lensa cembung berfungsi membentuk bayangan.Iris
(otot berwarna) membentuk celah lingkaran yang disebut pupil. 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. 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.
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 :
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 baca normal.
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”.
b.
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
a)
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, 1/f=1/So+1/Si si adalah jarak titik jauh mata miopi. so adalah jarak
benda ke mataf adalah fokus lensa kaca mata.
b)
Rabun
dekat (Hipermetropi)
Rabun 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. Dari persamaan lensa tipis,
1/f=1/So+1/Si. Si adalah jarak titik jauh mata hipermetropi. so adalah jarak
benda ke mataf adalah fokus lensa kaca mata.
c)
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.
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.
2. 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.
3. 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.Adadua
cara memakai lup, yaitu dengan mata tak berakomodasi dan mata berakomodasi.
a.
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.
Perbesaran anguler yang didapatkan adalah :
M
= PP/f
Keterangan :
M
= Perbesaran Lup
PP
= Titik Dekat Mata
f
= Jarak Titik Fokus Lensa
b.
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.Perhatikan Gambar
di bawah ! Kelemahannya untuk pengamatan lama mata cepat lelah, sedangkan
keuntungannya dari segi perbesaran bertambah.
Sifat bayangan
yang dihasilkan maya, tegak dan diperbesar. Perbesaran anguler yang didapatkan
adalah :
M
= PP/f +
1
Keterangan
:
M
= perbesaran lup
PP
= titik dekat mata
f
= jarak titik fokus lensa
4. 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.
a)
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)
b)
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)
b.
Panjang Mikroskop
Panjang
mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan dalam bentuk
:
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
5. Teropong (Teleskop)
- Teropong Bintang
Teropong
bintang disebut juga teropong astronomi.
a) Terdiri dari 2 buah lensa cembung.
b) 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 focus. Bayangan
yang dibentuk lensa obyektif menjadi benda bagi lensa okuler yang jatuh tepat
pada titik fokus lensa okuler.
a)
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)
b)
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)
- 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 :
a)
Menghasilkan bayangan yang
terang, karena berkas cahaya dipantulkan sempurna oleh bidang-bidang prisma.
b)
Dapat dibuat pendek sekali,
karena sinarnya bolak-balik 3 kali melalui jarak yang sama (dipantulkan 4 kali
oleh dua prisma).
c)
Daya stereoskopis diperbesar, dua
mata melihat secara bersamaan
d)
Dengan adanya prisma arah cahaya
telah dibalikkan sehingg terlihat bayangan akhir bersifat maya, diperbesar dan
tegak.
- 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.
- 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.
Perhatikan diagram dari proses terbentuknya bayangan benda pada gambar berikut.
Dari gambar diatas 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