INDERA PENGLIHATAN DAN ALAT OPTIK

1. Pendahuluan

Alat optik banyak digunakan, baik untuk keperluan praktis dalam kehidupan sehari- hari maupun untuk keperluan keilmuan. Beberapa contoh alat optik antara lain:

a) Kaca Pembesar (Loupe / Lup)

b) Kacamata

c) Teropong

d) Kamera

e) Mikroskop

f) Proyektor

g) Periskop

h) Mata

Dengan mata, kita dapat mengamati objek di sekitar kita secara baik. Namun untuk objek berukuran sangat kecil, mata kita tidak mampu mengamatinya. Demikian halnya untuk objek yang letaknya sangat jauh, mata tidak dapat mengamatinya secara baik. Jadi mata kita memiliki keterbatasan dalam mengamati suatu objek. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, digunakan alat optik misalnya Lup dan Mikroskop untuk mengamati benda-benda berukuran kecil, Teleskop untuk mengamati benda-benda yang letaknya sangat jauh agar terlihat jelas. Selanjutnya akan dibahas 3 alat optik saja, yaitu Mata, Lup, dan Mikroskop.

2. Mata

Mata sebagai indera penglihat merupakan alat optik yang sangat penting. Bagian- bagian penting mata ditunjukkan pada gambar berikut.

Sumber: http://www.oustormcrowd.com/the-body-of-human-eyes/human-eyesight-facts/

Proses melihat dapat dijelaskan sebagai berikut: be rkas sinar dari objek menuju ke mata, kemudian dibiaskan oleh lensa mata sehingga t erbentuk bayangan nyata dan terbalik di retina. Oleh syaraf penglihatan yang ad a pada retina hal itu diteruskan ke otak sehingga terjadi kesan melihat.

Pada retina terdapat cekungan yang dinamakan Bintik Kuning dan di pusat bintik kuning tersebut syaraf penglihatan paling peka diba ndingkan tempat lain pada retina. Pada bagian yang paling peka tersebut indera penglihatan paling kuat dan dinamakan Fovea. Agar mata dapat melihat objek secara jelas, bayangan objek tersebut haruslah tepat berada di tempat itu.

Jika bayangan suatu objek terbentuk di daerah syaraf optik, maka objek tersebut tidak terlihat. Daerah ini dinamakan Bintik Buta. Jumlah cahaya yang masuk ke mata diatur oleh pupil yang bertindak sebagai diafragma. Ukuran lubang pupil dapat membesar atau mengecil tergantung kuat lemahnya cahaya yang menuju ke mata.

Jika cahaya yang menuju ke mata terlalu kuat (terang), lubang pupil mengecil dan sebaliknya jika cahaya yang menuju ke mata lemah (redup) lubang pupil membesar. Dalam keseharian, mata harus mengamati objek-objek yang jaraknya berbeda-beda dari yang sangat dekat sampai yang sangat jauh darimata. Dengan menerapkan prinsip pembentukan bayangan oleh lensa cembung pada mata kita, maka lensa mata harus dapat membentuk bayangan dari objek yang dilihat pada bintik kuning (tepatnya pada Fovea). Agar bayangan selalu terbentuk pada bintik kuning, meskipun objek yang dilihat berada di dekat maupun jauh dari mata, maka lensa mata harus harus mengubah kecembungannya.

Untuk melihat objek yang sangat dekat, otot mata harus makin tegang sehingga lensa mata makin cembung (berakomodasi). Sedangkan pada waktu melihat objek yang letaknya jauh, otot mata tidak perlu tegang (otot mata dalam kondisi rileks). Mata memiliki keterbatasan jarak pandang, baik jarak yang paling dekat maupun jarak yang paling jauh dari mata. Titik terdekat yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata (berakomodasi maksimum) disebut titik dekat (punctum proximum). Sedangkan titik terjauh yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata (tidak berakomodasi) disebut titik jauh (punctum remotum).

Mata normal orang dewasa memiliki titik dekat antara 20 - 30 cm (biasanya diambil sebesar 25 cm), sedangkan titik jauhnya berada di jauh tak berhingga. Kemampuan berakomodasi sangat menentukan titik dekat mata, semakin kuat daya akomodasi semakin semakin kecil jarak titik dekatnya (titik dekat lebih dekat ke mata). Sebaliknya, semakin lemah daya akomodasi semakin jauh letak titik dekatnya. Dengan bertambahnya usia, kemampuan berakomodasi otot mata makin lemah sehingga letak titik dekatnya makin menjauhi mata. Jarak titik dekat mata bervariasi sesuai dengan usia, kira-kira sebagai berikut:

a) Usia 10 – 30 tahun, titik dekat: 7 – 14 cm

b) Usia 30 – 60 tahun, titik dekat: 22 – 200 cm

2.1. Cacat Mata

Pada umumnya cacat mata disebabkan oleh tidak sempurnanya sistem optik mata.

Cacat mata yang biasa dijumpai misalnya:

a) Rabun dekat (Hipermetropi)

b) Rabun jauh (Miopi)

c) Mata tua (Presbiopi)

d) Astigmatisma

2.1.1. Rabun Dekat (Hipermetropi)

Penderita rabun dekat tidak dapat melihat secara jelas objek yang letaknya dekat dengan mata (hanya dapat melihat objek yang letaknya jauh dari mata). Rabun dekat atau hipermetropi merupakan cacat mata yang terjadi karena lensa mata tidak dapat mencembung atau tidak dapat berakomodasi sebagaimana mestinya. Akibatnya, berkas cahaya dari objek di jauh tak berhingga terfokus dan membentuk bayangan di belakang retina (jadi benda tidak terlihat jelas).

Sumber: http://www.onfisika.com/2013/01/cacat-mata.html

Letak titik dekat mata hipermotrop lebih jauh dibandingkan letak titik dekat mata normal. Untuk menolong penderita rabun dekat diperlukan kacamata berlensa cembung (+), yang bersifat mengumpulkan berkas cahaya. Lensa ini berfungsi membentuk bayangan maya di titik dekat mata dari objek yang berada pada jarak baca normal.

Lihat animasi pembentukan bayangan pada penderita hipermetropi disini

Lihat animasi pembentukan bayangan lensa cembung

disini

2.1.2 Rabun Jauh (Miopi)

Rabun jauh atau miopi merupakan cacat mata yang terjadi karena lensa mata tidak dapat menipis sebagaimana mestinya. Akibatnya, berkas cahaya dari objek di jauh tak berhingga terfokus dan membentuk bayangan di depan retina (jadi benda tidak terlihat jelas). Jadi titik jauh mata tidak berada di jauh tak berhingga, tetapi pada jarak tertentu dari mata. Dengan demikian, penderita rabun jauh tidak dapat melihat objek yang sangat jauh (tak berhingga).

Sumber: http://fisikazone.com/wp-content/uploads/2015/03/Rabun-jauh-miopi.jpg

Penderita miopi dapat ditolong dengan kaca mata berlensa negatif (cekung), yang bersifat menyebarkan berkas cahaya. Lensa ini berfungsi membentuk bayangan maya di titik jauh mata dari benda yang berada di jauh tak berhingga. Dengan demikian, benda yang berada di jauh tak berhingga akan membentuk bayangan tepat di retina, sehingga terlihat jelas.

Lihat animasi pembentukan bayangan pada penderita disini

2.1.3. Presbiopi (mata tua)

Mata tua atau presbiopi banyak dialami oleh orang-orang lanjut usia. Cacat mata ini disebabkan oleh berkurangnya daya akomodasi mata (otot mata sudah lemah). Akibatnya, baik titik dekat maupun titik jauh mata letaknya bergeser, yaitu titik dekat bergeser menjauhi mata, sedangkan titik jauh bergeser mendekati mata. Dengan demikian, penderita presbiopi tidak dapat melihat secara jelas, baik objek yang berada pada jarak baca normal maupun yang berada di tempat sangat jauh. Untuk menolong penderita ini, digunakan kacamata berlensa ganda, yaitu lensa untuk melihat jauh dan lensa untuk membaca.

2.5. Astigmatisma

Cacat mata ini disebabkan oleh bentuk permukaan konea mata yang tidak sferis, artinya kelengkungan pada satu bidang tidak sama tajamnya dengan kelengkungan pada bidang yang lain. Akibatnya, suatu bingkai horisontal dan bingkai vertikal tidak dapat difokuskan dengan baik secara bersamaan. Untuk menolong penderita ini, digunakan kacamata berlensa silindris.

3. Alat Optik

3.1. Lup

Agar dapat melihat secara teliti benda-benda berukuran kecil, kita harus mendekatkan benda tersebut ke mata kita. Dengan menggeser benda lebih dekat ke mata berarti kita memperbesar sudut penglihatan, sehingga benda tersebut terlihat lebih besar. Jadi agar suatu benda tampak lebih besar, maka sudut penglihatan kita terhadap benda itu harus diperbesar. Hal itu serupa dengan fenomena sehari-hari saat kita melihat gunung di kejauhan tampak lebih rendah daripada pohon kelapa di depan kita. Gambar berikut menunjukkan sebuah benda setinggi h diamati dengan sudut penglihatan yang berbeda-beda. Bayangan yang terjadi pada retina lebih besar jika sudut penglihatan diperbesar (h3 >h2 >h1 karena sudut penglihatan α> β> γ).

Sumber: http://www.rumus-fisika.com/2015/01/lup-kaca-pembesar.html

3.2. Kamera

Kamera adalah alat optik yang berguna untuk menghasilkan gambar melalui proses fotografi, yaitu proses menghasilkan gambar dengan cahaya pada film. Pada kamera terdapat sebuah lensa cembung untuk membiaskan sinar dari benda hingga bayangan yang jatuh di film sebagai layar. Benda yang akan dipotret ditempatkan pada jarak lebih besar daripada 2 f (2 kali jarak titik api) di depan lensa. Hal ini dimaksud bahwa bayangan akan jatuh antara f dan 2 f 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 layar mata atau retina. Sifat bayangan yang terjadi nyata, diperkecil dan terbalik. Pelat film berupa celluloid, pelat itu dilapisi gerak bromida dan sangat peka terhadap cahaya. Apabila bayangan objek mengenai pelat film akan tercetak sebagai gambar negatif. Setelah proses pencucian, film dapat dicetak sebagai gambar positif pada kertas foto.

3.3. Mikroskop

Sebuah mikroskop terdiri atas susunan dua buah lensa positif. Lensa yang berhadapan langsung dengan objek yang diamati disebut lensa objektif. Sementara itu, lensa tempat mata mengamati bayangan disebut lensa okuler. Fungsi lensa okuler ini sama dengan lup. Fungsi mikroskop mirip dengan lup, yakni untuk melihat objek-objek kecil. Akan tetapi, mikroskop dapat digunakan untuk melihat objek yang jauh lebih kecil lagi karena perbesaran yang dihasilkannya lebih berlipat ganda dibandingkan dengan lup.

Pada mikroskop, objek yang akan diamati harus diletakkan di depan lensa objektif pada jarak antara fob dan 2fob sehingga bayangannya akan terbentuk pada jarak lebih besar dari 2f_ob di belakang lensa objektif dengan sifat nyata dan terbalik. Bayangan pada lensa objektif dipandang sebagai objek oleh lensa okuler dan terbentuklah bayangan pada lensa okuler. Agar bayangan pada lensa okuler dapat dilihat atau diamati oleh mata, bayangan ini harus berada di depan lensa okuler dan bersifat maya. Hal ini dapat terjadi jika bayangan pada lensa objektif jatuh pada jarak kurang dari fok dari lensa okuler. Proses terbentuknya bayangan pada mikroskop, seperti yang diperlihatkan pada dibawah ini. Terlihat bahwa bayangan akhir yang dibentuk oleh mikroskop bersifat maya, terbalik, dan diperbesar.

Sumber: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjOY0-5Zbut_avfoHcMHyNN0g95YoLmA0rcEJTpuJ5yccmfeavTZ1TvVCyiOB3LKaEVH8oirxlpvwr6BroXckwhwTuJEIW4BtanalZGWkBrFXTJ9G69HsOgHR2DETly6MEP0lsk7jGQmvfp/s1600/Diagram-pembentukan-bayangan-pada-mikroskop.jpg

Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler menentukan panjang pendeknya sebuah mikroskop. Seperti dapat Anda lihat pada Gambar 11, 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 :

This is the rendered form of the equation. You can not edit this directly. Right click will give you the option to save the image, and in most browsers you can drag the image onto your desktop or another program.

dengan :

d = panjang mikroskop,

S'_ob = jarak bayangan lensa objektif ke lensa objektif, dan

S_ok = jarak bayangan objektif ke lensa 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.

dengan :

M = perbesaran total yang dihasilkan mikroskop,

M_ob = perbesaran yang dihasilkan lensa objektif, dan

M_ok = perbesaran sudut yang dihasilkan lensa okuler.

Perbesaran yang dihasilkan oleh lensa objektif memenuhi :

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

d untuk pengamatan dengan berakomodasi maksimum :

dengan f_ok = panjang fokus lensa okuler.

3.4. Teropong

Teropong atau teleskop merupakan alat optik yang digunakan untuk melihat objek-objek yang sangat jauh agar tampak lebih dekat dan jelas. Benda-benda langit, seperti bulan, planet, dan bintang dapat diamati dengan bantuan teropong. Dengan adanya teropong, banyak hal-hal yang berkaitan dengan luar angkasa telah ditemukan.

1) Teropong Bintang

Teropong bintang menggunakan dua lensa cembung, masing-masing sebagai lensa objektif dan lensa okuler dengan jarak fokus objektif lebih besar daripada jarak fokus okuler ( f_ob > f_ok). Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong untuk mata tak terakomodasi sebagai berikut:

Sumber : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhHWY0oe-HuwI9UpOgZvrpaYFa4jMC-13s82S1E2xNu9zkmGLAa00B-sQ5zY3c8nt2Jad7KuZ8_kgnHx24vySRk_QoIdqu7S0xDHeRvjFhgNrijNBNyMzRIL7QGT1rAwXieGujpHA1ZcO5G/s1600/Pembentukan-bayangan-menggunakan-teropong-bintang.jpg

Perbesaran sudut dan panjang teropong bintang memenuhi persamaan-persamaan sebagai berikut:

(1) Untuk mata tak terakomodasi

(2) Untuk mata berakomodasi maksimum (S'_ok = –S_n)

2. Teropong Bumi

Teropong bumi menggunakan tiga jenis lensa cembung. Lensa yang berada di antara lensa objektif dan lensa okuler berfungsi sebagai lensa pembalik, yakni untuk pembalik bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif. Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong bumi mata tak berakomodasi sebagai berikut:

Sumber: https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjygLDCEjsf0sV-VLRicPnzpw9mH0HLBX9KXoXDWwgWZoKUYaGdZRjvkHIFGL2l56xp5WZ0qVK6kKAZVE6-g8opwdFh5PvfPU_T-XlkApEtGMOJolcQJFH-YA0W6J_BO2HsWEjpAz-KqlyE/s1600/Pembentukan-bayangan-menggunakan-teropong-Bumi.jpg

Perbesaran dan panjang teropong bumi untuk mata tak berakomodasi berturut-turut memenuhi persamaan:

dengan f_p = jarak fokus lensa pembalik.

3.Teropong Panggung

Teropong panggung atau teropong Galileo menggunakan sebuah lensa cembung sebagai objektif dan sebuah lensa cekung sebagai okuler. Diagram sinar pembentukan bayangan pada teropong panggung sebagai berikut: