Jumat, 24 Juni 2011

Prinsip kerja alat optik

PRINSIP KERJA ALAT OPTIK
1.     MATA
Mata termasuk alat optik, karena prinsip kerjanya berdasarkan fenomena pembiasan cahaya.Kegunaan dari peralatan optik adalah untuk memperoleh penglihatan yang lebih baik, karena mata dapat dipandang sebagai alat optik maka pembahasan tentang alat optik di mulai dari mata sebagai alat optik alami.

a.      Bagian-bagian mata dan fungsinya :

            1. kornea : - Berfungsi untuk menerima cahaya serta melindungi lensa mata
            2. Iris : - Selaput di depan lensa mata yang membentuk celah,
                         - Berfungsi mengatur banyaknya cahaya, serta memberi warna
            3. pupil : - Celah/lubang lingkaran yang dibentuk oleh iris.
            4. lensa mata : - Benda bening berbentuk cembung,
                                   - Berfungsi membentuk bayangan benda yang dilihat mata.
                                   - Bayangan yang dibentuk lensa mata bersifat : nyata, terbalik,
                                     diperkecil.
            5. retina : - Berfungsi sebagai layar tempat bayangan yang dibentuk oleh lensa mata.
                           - Terdapat bintik kuning yang peka terhadap cahaya.
            6. saraf mata : - Berfungsi menyampaikan informasi ke otak.
                                  - Bayangan terbalik terlihat tegak karena adanya saraf pembalik.

            Agar dapat dilihat dengan jelas, bayangan yang dibentuk oleh lensa mata harus tepat 
berada di retina. Sifat bayangan : nyata, tegak, dan diperkecil. Jarak bayangan, yaitu jarak dari lensa mata ke retina selalu tetap, sedangkan jarak benda yang dilihat oleh mata berubah-ubah. Oleh karena itu, lensa mata memiliki kemampuan untuk mengubah ketebalannya sesuai dengan jarak benda yang dilhat.

·         Daya akomodasi mata :
            Kemampuan lensa mata untuk menebal atau menipis sesuai jarak benda yang dilihat .
·         Berakomodasi maksimum :
            Lensa mata memiliki bentuk paling tebal (paling cembung)
            Ketika melihat benda-benda dekat
·         Berakomodasi minimum / tidak berakomodasi:
            Lensa mata memiliki bentuk paling tipis.
            Ketika melihat benda-benda jauh

b.       Batas penglihatan mata
            Mata memiliki batas penglihatan paling jauh dan paling dekat yang masih dapat dilihat
            dengan jelas :
            1. titik dekat mata (punctum proximum = pp) :
               Titik paling dekat yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata yang berakomodasi
               maksimum (sekuat-kuatnya). Untuk mata normal, titik dekat mata memiliki jarak 
               20 – 25 cm.
            2. titik jauh mata (punctum remotum = pr) :
               Titik paling jauh yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata yang tidak
               berakomodasi (berakomodasi minimum).
               Untuk mata normal memiliki titik jauh tak berhingga (∞)
Untuk mata normal, titik dekat mata berjarak anatara 20 – 25 cm (jarak baca normal).
dan titi jauh mata memiliki jarak tak berhingga (∞).
1. Melihat benda jauh
- Berkas sinar dari benda yang letaknya jauh merupakan berkas sinar yang sejajar. Oleh
lensa mata dibiaskan sehingga bayangan terbentuk tepat di retina. (sinar-sinar biasnya
berpotongan tepat di retina).
2. Melihat benda dekat
- Berkas sinar dari benda dekat oleh lensa mata dibiaskan sehingga bayangan terbentuk
tepat di retina (sinar-sinar biasnya berpotongan tepat di retina)

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.      Miopi (rabun jauh) 
- Tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang letaknya jauh.
- Bayangan terbentuk di depan retina.
- Disebabkan lensa mata cenderung menebal dan sulit menjadi tipis.
- Karena kebiasaan sering melihat/ mengamati benda-benda dekat dalam waktu lama.
- Sering dialami oleh : pelajar, tukang jam, penjahit, dll.
- Titik jauh mata miopi berada pada jarak tertentu (lebih dekat dibanding mata normal)
- Untuk mengatasi mata miopi digunakan kacamata berlensa cekung (lensa 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.      Hipermetropi (rabun dekat)
- Bayangan terbentuk di belakang retina
- Disebabkan lensa mata cenderung menipis dan sulit menjadi tebal.
- Karena kebiasaan melihat/ mengamati benda-benda jauh dalam waktu lama.
- Sering dialami : sopir, nahkoda, masinis, dll.
- Titik dekat mata lebih jauh dari jarak baca normal
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.       Presbiopi (rabun tua)
- Tidak dapat melihat dengan jelas benda jauh maupun benda dekat
- Disebabkan karena daya akomodasi mata yang berkurang karena faktor usia.
- Titik dekat dan titik jauh mata mengalami perubahan dibanding mata normal
- Ditolong dengan kacamata berlensa ganda (bifocal), yaitu lensa cembung (positif) untuk melihat dekat dan lensa cekung (negatif) untuk melihat jauh.

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.

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. 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.
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

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.

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.
·         Pengamatan dengan akomodasi maksimum
            Untuk pengamatan dengan akomodasi maksimum, maka bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler harus jatuh pada titik dekat mata (PP).
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:

Ø  Untuk mata berakomodasi

            d = Si (ob) + So (ok)

Keterangan :

d = panjang mikroskop

Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif

So (ok) = jarak benda lensa okuler

Ø  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.      1. Teropong (Teleskop)
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)

5.2   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)

          5.3  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.

          5.6  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.
          5.7 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)

6.     Periskop
          Sebuah kapal selam menggunakan alat optik, yaitu periskop. Periskop berguna untuk melihat keadaan di atas permukaan air. Periskop memiliki dua buah prisma yang berfungsi untuk membelokan berkas sinar dari benda yang dilihat.

7.      LENSA
Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan dan minimal salah satu permukaannya itu merupakan bidang lengkung. Lensa tidak harus terbuat dari kaca yang penting ia merupakan benda bening (tembus cahaya) sehingga memungkinkan terjadinya pembiasan cahaya. Oleh karena lensa tipis merupakan bidang lengkung. Ada dua macam kelompok lensa :
a.       Lensa Cembung (lensa positif/lensa konvergen)
Yaitu lensa yang mengumpulkan sinar.

Gambar Lensa cembung bersifat mengumpulkan sinar  di satu bidang fokus

Lensa cembung dibagi lagi menjadi tiga:

1. lensa cembung dua (bikonveks)
2. lensa cembung datar (plan konveks)
3. lensa cembung cekung (konkaf konveks)
b.      Lensa Cekung (lensa negatif/lensa devergen)
Yaitu lensa yang menyebarkan sinar .

Gambar Lensa cekung bersifat menyebarkan sinar dari arah bidang fokus

Lensa cekung dibagi lagi menjadi tiga:

1. lensa cekung dua (bikonkaf)
2. lensa cekung datar (plan konkaf)
3. lensa cekung cekung (koveks konkaf)

Untuk memudahkan pembuatan diagram lensa digambar dengan garis lurus dan tanda di atasnya, untuk lensa cembung di tulis (+) dan lensa cekung (–). Untuk lensa memiliki dua titik fokus.

1. Berkas Sinar Istimewa pada Lensa Tipis
Seperti pada cermin lengkung, pada lensa dikenal pula berkas-berkas sinar istimewa.
a. Berkas sinar-sinar istimewa pada lensa cembung.        
Ada tiga macam sinar istimewa pada lensa cembung.

(1). Sinar datang sejajar sumbu utama lensa, dibiaskan melalui titik fokus.
(2). Sinar datang melalui titik fokus lensa, dibiaskan sejajar sumbu utama.
(3). Sinar datang melalui titik pusat lensa tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

b. Berkas sinar-sinar istimewa pada lensa cekung.           
Ada tiga macam sinar istimewa pada lensa cekung.



(1). Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus.
(2). Sinar datang seolah-olah menuju titik fokus lensa dibiaskan sejajar sumbu utama.
(3). Sinar datang melalui titik pusat lensa tidak dibiaskan melainkan diteruskan.
2. Penomoran ruang pada Lensa Tipis
Untuk lensa nomor ruang untuk benda dan nomor-ruang untuk bayangan dibedakan. nomor ruang untuk benda menggunakan angka Romawi (I, II, III, dan IV), sedangkan untuk ruang bayangan menggunakan angka Arab (1, 2, 3 dan 4) seperti pada gambar berikut ini:
Untuk ruang benda berlaku :
 ruang I antara titik pusat optic (O) dan F2,
ruang II antara F2 dan 2F2 
ruang III di sebelah kiri 2F2,
 ruang IV benda (untuk benda maya) ada di belakang lensa. 
Untuk ruang bayangan berlaku :
ruang 1 antara titik pusat optic (O) dan F1,
ruang 2 antara F1 dan 2F1 
ruang 3 di sebelah kanan 2F1,
ruang 4 (untuk bayangan maya) ada di depan lensa.
Berlaku pula :  R benda + R bayangan = 5

3. Melukis pembentukan bayangan pada lensa
Untuk melukis pembentukan bayangan pada lensa tipis cukup menggunakan minimal dua berkas sinar istimewa untuk mendapatkan titik bayangan.
Contoh melukis pembentukan bayangan.
  • Benda AB berada  di ruang II  lensa cembung

Sifat-sifat bayangan yang terbentuk:
Nyata, terbalik, diperbesar
  • Benda AB berada  di ruang III  lensa cembung

Sifat-sifat bayangan yang terbentuk:
Nyata, terbalik, diperkecil
  • Benda AB berada  di ruang I lensa cembung

Sifat-sifat bayangan yang terbentuk:
maya, tegak, diperbesar
  • Benda AB berada  di ruang II lensa cekung

Sifat-sifat bayangan yang terbentuk:
Maya, tegak, diperkecil



8.     

Tidak ada komentar:

Posting Komentar