Alat Optik: Pengertian, Macam, Gambar, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasan Bagian 1

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Sains dan teknologi selalu membawa kita untuk mampu memahami alam. Hal ini disebabkan sains dan teknologi selalu memberi pengetahuan baru serta instrumen baru yang mampu mengungkap rahasia-rahasia alam sekalipun gejala alam yang semula dianggap tidak mungkin terungkap. Fenomena astronomi dapat lebih banyak terungkap karena tersedianya teleskop atau teropong yang lebih baik dari sebelumnya. Kemajuan dan penemuan dalam biologi modern tidak dapat terjadi jika tidak ada mikroskop.

Nah, teropong dan mikroskop merupakan contoh alat optik. Lalu tahukah kalian apa yang dimaksud dengan alat optik itu? Ada berapa banyak jenisnya? Serta bagaimana persamaan-persamaan yang berlaku pada masing-masing jenis alat optik tersebut? Pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari definisi, jenis-jenis, gambar, rumus, contoh soal dan pembahasan tentang alat optik fisika. Untuk itu silahkan kalian simak penjelasan berikut ini.

Pengertian Alat Optik Fisika

Alat optik adalah alat yang memanfaatkan sifat cahaya, hukum pemantulan dan hukum pembiasan cahaya untuk membentuk bayangan suatu benda. Alat optik merupakan alat yang berupa prisma, lensa dan cermin sebagai bagian utamanya. Dalam komponen alat optik bisa terdiri atas sebuah lensa, beberapa lensa, ataupun kombinasi antara lensa, cermin, dan prisma.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa alat optik merupakan alat yang bekerja berdasarkan prinsip cahaya. Alat optik ini membuat hidup manusia lebih mudah dan berarti. Kita dapat menikmati keindahan alam semesta, mengabadikan momen-momen terindah pada lembaran foto atau bahkan bisa membuat butiran ketombe di kepala menjadi terlihat sebesar lengan manusia.

Jenis-Jenis Alat Optik Fisika

Alat optik terbagi atas dua jenis, yaitu alat optik alami dan alat optik buatan. Yang termasuk alat optik alami yaitu mata, sedangkan yang termasuk alat optik buatan di antaranya adalah kacamata, kamera, lup (kaca pembesar), Mikroskop, teropong atau teleskop, periskop dan sebagainya.

Teropong sendiri dibagi lagi menjadi dua jenis, yaitu teropong pantul dan teropong bias. Kemudian teropong bias juga ada banyak macamnya seperti teropong bintang, teropong bumi, teropong panggung, dan teropong prisma.

1. Alat Optik: Mata

Mata merupakan alat optik alamiah, ciptaan Tuhan yang sangat berharga. Mata merupakan indra penglihatan dan merupakan organ yang dapat menangkap perubahan dan perbedaan cahaya. Organ ini bekerja dengan cara menerima, memfokuskan, dan menstransmisikan cahaya melalui lensa untuk menghasilkan bayangan objek yang dilihatnya. Struktur anatomi mata diperlihatkan pada gambar berikut.

Fungsi dari masing-masing bagian mata tersebut ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

Bagian Mata	Fungsi
Lensa mata	Memfokuskan agar cahaya atau bayangan yang masuk jatuh di retina mata.
Pupil	Mengatur jumlah cahaya yang masuk ke bola mata.
Kornea	Menerima rangsangan cahaya dan meneruskannya sampai ke mata bagian dalam.
Sklera	Melindungi bola mata terhadap ganguan luar yang bersifat mekanis (ex. benturan) serta berfungsi untuk menjaga bentuk bola mata.
Koroid	Memelihara retina dan mencegah terjadinya pemantulan cahaya di dalam ruang internal mata dengan cara menyerap cahaya yang tidak diperlukan.
Retina	Menerima cahaya dan tempat jatuhnya bayangan benda.
Saraf optik	Meneruskan informasi bayangan benda yang diterima retina menuju otak.
Otot siliari	Mengatur kelengkungan lensa mata. Pengaturan kelengkungan ini diperlukan agar bayangan benda jatuh tepat di retina.

2. Alat Optik: Kacamata

Kacamata merupakan salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengatasi cacat mata. Kacamata terdiri dari lensa cekung atau lensa cembung, dan frame atau kerangka tempat lensa berada seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Fungsi dari kacamata adalah mengatur supaya bayangan benda yang tidak dapat dilihat dengan jelas oleh mata menjadi jatuh di titik dekat atau di titik jauh mata, bergantung pada jenis cacat matanya.

Kalian tentu telah mempelajari bahwa jika sebuah benda berada di depan sebuah lensa, bayangan akan dibentuk oleh lensa tersebut. Jauh dekatnya bayangan terhadap lensa, bergantung pada letak benda dan jarak fokus lensa. Hubungan tersebut secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

1	+	1	=	1
s		s'		f

Dengan:

s = jarak benda ke lensa (m)

s’ = jarak bayangan ke lensa (m)

f = jarak fokus lensa (m)

Selain itu, kalian juga pernah mempelajari kekuatan atau daya lensa. Kekuatan atau daya lensa adalah kemampuan lensa untuk memfokuskan sinar yang datang sejajar dengan lensa. Hubungan antara jarak fokus dan kekuatan lensa memenuhi persamaan berikut.

P	=	1
		f

Dengan:

P = kekuatan atau daya lensa (dioptri)

f = jarak fokus lensa (m)

Contoh Soal: Kacamata

Reni yang menderita rabun dekat mempunyai titik dekat 50 cm. Jika ingin membaca dengan jarak normal (25 cm), maka berapa kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai Reni?

Penyelesaian:

Diketahui:

s = 25 cm

s’ = -50 cm (tanda negatif menunjukkan bayangan bersifat maya, di depan lensa)

Ditanyakan: P = …?

Jawab:

1/f = 1/s + 1/s’

1/f = 1/25 – 1/50

1/f = 2/50 – 1/50

1/f = 1/50

f = 50 cm = 0,5 m

P = 1/f = 1/0,5 = 2 dioptri

Jadi, kekuatan lensa kacamata yang harus dipakai reni adalah 2 dioptri.

3. Alat Optik: Kamera

Kamera adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan bayangan fotografi pada film negatif. Selain digunakan untuk mengambil (capturing) gambar, kamera canggih dewasa ini juga dapat digunakan untuk merekam (recording) suatu kejadian atau aktivitas tertentu, seperti orang berjalan, menari, tertawa, dan sebagainya. Kamera bekerja seperti mata kita. Komponen-komponen dasar penyusun kamera hampir sama dengan mata kita. Bagian-bagian kamera diperlihatan pada gambar berikut.

Fungsi dari bagian-bagian kamera tersebut adalah sebagai berikut.

Bagian Kamera	Fungsi
Lensa cembung	Mengatur agar cahaya yang masuk dapat diterima dengan baik oleh film.
Diafragma	Mengatur jumlah cahaya yang masuk ke kamera.
Pelat film	Sebagai tempat bayangan dan menghasilkan gambar negatif, yaitu gambar yang berwarna tidak sama dengan aslinya, tembus cahaya.
Prisma	Membelokkan cahaya sehingga dapat berputar mengelilingi bagian dalam kamera agar fotografer dapat melihat gambar aktual yang akan diambilnya melalui lensa kamera.
Shutter	Memungkinkan lewatnya cahaya melalui lensa dalam waktu yang singkat.
Aperture	Mengatur besar-kecilnya diafragma.

Contoh Soal: Kamera

Jarak fokus lensa sebuah kamera adalah 50 mm. Kamera tersebut diatur untuk memfokuskan bayangan benda pada jauh tak terhingga. Berapa jauh lensa kamera harus digeser agar dapat memfokuskan bayangan benda yang terletak pada jarak 2,5 m?

Jawab:

Ketika digunakan untuk memfokuskan benda yang letaknya jauh di tak terhingga, bayangan benda tersebut akan tepat berada di titik fokus lensa. Dengan kata lain, s' = f = 50 mm. Ketika jarak benda ke lensa, s = 2,5 m = 2.500 mm, bayangannya adalah sebagai berikut.

1/s + 1/s’ = 1/f

1/2.500 + 1/s’ = 1/50

1/s’ = 1/50 – 1/2.500

1/s’ = 50 – 1/2.500

1/s’ = 49/2.500

s' = 2.500/49

s’ = 51,02 mm

Dengan demikian, lensa harus digeser sejauh 51,02 mm – 50 mm = 1,02 mm.

4. Alat Optik: Lup (Kaca Pembesar)

Lup atau kaca pembesar (atau sebagian orang menyebutnya suryakanta) adalah lensa cembung yang difungsikan untuk melihat benda-benda kecil sehingga tampak lebih jelas dan besar. Sebagaimana yang kalian ketahui, lensa cembung memiliki kemampuan untuk membentuk bayangan maya yang diperbesar jika benda terletak di antara titik fokus dan lensa. Bentuk lup diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Untuk lup, benda selalu diletakkan dalam ruang I sehingga bayangan akan terletak di ruang (IV). Bayangan yang terletak di ruang (IV) bersifat maya dan tegak (coba baca: 5 macam sifat bayangan pada lensa cembung dan cara menentukannya) sehingga jarak bayangan yang dibentuk lup selalu negatif (s’bertanda negatif).

Rumus perbesaran lup bergantung pada keadaan mata kita saat menggunakannya, yaitu apakah mata dalam keadaan berakomodasi atau tidak. Untuk itu ada tiga jenis rumus perbesaran anguler lup yaitu sebagai berikut.

Perbesaran Anguler Lup untuk Mata Berakomodasi Maksimum

Perbesaran anguler lup untuk mata berakomodasi maksimum dirumuskan sebagai berikut.

M	=	sn	+ 1
		f

Keterangan:

M = perbesaran anguler untuk mata berakomodasi maksimum

sn = jarak baca normal (titik dekat mata normal = 25 cm)

f = jarak fokus lup

Perbesaran Anguler Lup untuk Mata Tidak Berakomodasi

Perbesaran anguler lup untuk mata tidak berakomodasi dirumuskan sebagai berikut.

M	=	sn
		f

Keterangan:

M = perbesaran anguler untuk mata berakomodasi maksimum

sn = jarak baca normal (titik dekat mata normal = 25 cm)

f = jarak fokus lup

Perbesaran Anguler Lup untuk Mata Berakomodasi pada Jarak Tertentu

Perbesaran anguler lup untuk mata berakomodasi pada jarak tertentu dirumuskan sebagai berikut.

M	=	sn		1	+	1
				f		x

Keterangan:

M = perbesaran anguler untuk mata berakomodasi maksimum

sn = jarak baca normal (titik dekat mata normal = 25 cm)

f = jarak fokus lup

x = jarak mata berakomodasi

Contoh Soal: Lup

Seorang siswa melihat sebuah benda kecil dengan menggunakan lup yang berjarak fokus 10 cm. Jika benda diletakkan di titik fokus lup, tentukan perbesaran lup.

Penyelesaian:

Diketahui:

f = 10 cm

s = 10 cm (karena benda diletakkan di titik fokus lup)

Ditanyakan: M

Jawab:

Jika benda diletakkan di titik fokus lensa, maka pengamat mengamati dengan mata tidak berakomodasi. Jadi, perbesarannya dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut.

M = sn/f

M = 25/10

M = 2,5 kali

Jadi, perbesaran bayangannya adalah 2,5 kali.

5. Alat Optik: Mikroskop

Mikroskop adalah alat optik yang terdiri atas susunan beberapa lensa pembesar yang digunakan untuk melihat benda, jasad renik, mikroorganisme, atau bagian tubuh makhluk hidup yang berukuran sangat kecil yang tidak dapat dilihat menggunakan mata telanjang. Bagian-bagian mikroskop diperlihatkan seperti pada gambar berikut ini.

Fungsi dari bagian-bagian mikroskop tersebut yakni sebagai berikut.

Bagian Kamera	Fungsi
Lensa objektif	Memperbesar bayangan preparat atau objek.
Revolver	Tempat memasang lensa objektif.
Lensa okuler	Memperbesar bayangan dari lensa objektif.
Tubus okuler	Menghubungkan lensa okuler, revolver, dan lensa objektif.
Sumber cahaya	Memancarkan cahaya ke arah kondensor.
Diafragma	Mengatur banyak sedikitnya cahaya.
Kondensor	Memusatkan cahaya pada preparat yang diamati.
Kaki mikroskop	Menopang badan mikroskop.
Penyangga	Menghubungkan dasar dan pegangan mikroskop.
Lengan mikroskop	Tempat memegang mikroskop.
Meja benda	Meletakkan preparat yang akan diamati dengan mikroskop.
Penjepit	Mengunci letak preparat agar tidak mudah bergeser.
Makrometer	Menggerak lensa naik turun secara cepat.
Mikrometer	Menggerakkan lensa naik turun secara perlahan.

Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler menentukan panjang pendeknya sebuah mikroskop. Panjang mikroskop atau jarak antara lensa objektif dan lensa okuler sama dengan jarak bayangan objektif ke lensa objektif ditambah jarak bayangan objektif tadi ke lensa okuler atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

d = s’ob + sok

Keterangan:

d = panjang mikroskop

s’ob = jarak bayangan lensa objektif ke lensa objektif

s’ok = jarak bayangan objektif ke lens okuler

Perbesaran total yang dihasilkan mikroskop merupakan perkalian antara perbesaran yang dihasilkan oleh lensa objektif dan perbesaran sudut yang dihasilkan oleh lensa okuler. Secara matematis, perbesaran total yang dihasilkan mikroskop ditulis sebagai berikut.

M = Mob × Mok

Keterangan:

M = perbesaran total yang dihasilkan mikroskop

Mob = perbesaran yang dihasilkan lensa objektif

Mok = perbesaran sudut yang dihasilkan lensa okuler

Perbesaran yang dihasilkan oleh lensa objektif memenuhi persamaan berikut.

	Mob	=	s'ob
			sob

Sedangkan perbesaran sudut yang dihasilkan lensa okuler mirip dengan perbesaran sudut lup, yakni untuk pengamatan tanpa akomodasi

	Mok	=	sn
			fok

Dan untuk pengamatan dengan mata berakomodasi maksimum, perbesaran sudut yang dihasilkan oleh lensa okuler adalah sebagai berikut.

	Mok	=	sn	+ 1
			fok

Dengan fok = panjang fokus lensa okuler

Contoh Soal: Mikroskop

Sebuah mikroskop menggunakan lensa objektif dan lensa okuler yang masing-masing dengan fokus 1 cm dan 2 cm. Bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif berada pada jarak 15 cm dari lensa okuler. Tentukan perbesaran total dan panjang mikroskop jika:

■ Mata berakomodasi maksimum

■ Mata tidak berakomodasi

Penyelesaian:

Diketahui:

fob = 1 cm

fok = 2 cm

s’ob = 15 cm

Ditanyakan: M dan D untuk mata berakomodasi maksimum dan mata tidak berakomodasi.

Jawab:

■ Untuk mata berakomodasi maksimum

Sebelum dapat menentukan perbesaran dan panjang mikroskop, ada tiga komponen yang harus kita hitung terlebih dahlu, yakni jarak benda dari lensa objektif (sob), perbesaran lensa objektif (mob) dan perbesaran lensa okuler (mok).

● Jarak benda dari lensa objektif dicari dengan persamaan:

1	+	1	=	1
sob		s'ob		fob

1	=	1	−	1
sob		fob		s'ob

1	=	1	−	1
sob		1		15

1	=	15 – 1
sob		15

1	+	14
sob		15

sob = 15/14 cm

● Perbesaran oleh lensa objektif dicari dengan persamaan:

mob	=	s’ob
		sob

mob	=	15
		15/14

mob = 14 kali

● Perbesaran pada lensa okuler dicari dengan persamaan berikut.

mok	=	sn	+ 1
		fob

mok	=	25	+ 1
		2

mob = 12,5 + 1 = 13,5 kali

● Perbesaran mikroskop untuk mata berakomodasi maksimum adalah sebagai berikut.

M = mob × mok

M = 14 × 13,5

M = 189 kali

Jadi, perbesaran mikroskop untuk mata berakomodasi maksimum adalah 189 kali.

● Panjang mikroskop dihitung dengan persamaan:

D = s’ob + sok

sok dicari dengan persamaan berikut.

1	+	1	=	1
sok		s'ok		fok

1	+	1	=	1
sok		−sn		fok

1	=	1	+	1
sok		fok		sn

1	=	1	+	1
sok		2		25

1	=	25 + 2
sok		50

1	=	27
sok		50

sok	=	50
		27

sok = 1,85 cm

Jadi, panjang mikroskop untuk mata berakomodasi maksimum adalah:

D = 15 + 1,85 = 12,85 cm

Dengan demikian, panjang mikroskop untuk pengamatan mata berakomodasi maksimum adalah 16,85 cm.

■ Untuk mata tidak berakomodasi

Pada mikroskop, besar perbesaran objektif selalu sama, baik untuk penggunaan mata berakomodasi maupun tidak. Oleh karena itu, kita hanya perlu mencari nilai perbesaran lensa okulernya saja sebelum dapat menentukan perbesaran total mikroskop.

● Perbesaran oleh lensa okuler dihitung dengan persamaan berikut.

mok	=	sn
		fob

mok	=	25
		2

mok = 12,5 kali

● Perbesaran total mikroskop dicari dengan persamaan:

M = mob × mok

M = 14 × 12,5

M = 175 kali

Jadi, perbesaran mikroskop untuk mata tidak berakomodasi adalah 175 kali.

● Panjang mikroskop dicari dengan persamaan berikut.

D = s’ob + sok

Untuk mata tidak berakomodasi, sok = fok sehingga:

D = s’ob + fok

D = 15 + 2

D = 17 cm

Jadi, panjang mikroskop untuk mata tidak berakomodasi adalah 17 cm.

Bagian 2