Alat Optik: Pengertian, Macam, Gambar, Rumus, Referensi Soal Dan Pembahasan Bab 1
Sains dan teknologi selalu membawa kita untuk bisa memahami alam. Hal ini disebabkan sains dan teknologi selalu memberi pengetahuan gres serta instrumen gres yang bisa mengungkap rahasia-rahasia alam sekalipun tanda-tanda alam yang semula dianggap mustahil terungkap. Fenomena astronomi sanggup lebih banyak terungkap lantaran tersedianya teleskop atau teropong yang lebih baik dari sebelumnya. Kemajuan dan inovasi dalam biologi modern tidak sanggup terjadi jikalau tidak ada mikroskop.
Nah, teropong dan mikroskop merupakan pola 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, pola soal dan pembahasan perihal alat optik fisika. Untuk itu silahkan kalian simak klarifikasi berikut ini.
Pengertian Alat Optik Fisika
Alat optik yaitu alat yang memanfaatkan sifat cahaya, aturan pemantulan dan aturan pembiasan cahaya untuk membentuk bayangan suatu benda. Alat optik merupakan alat yang berupa prisma, lensa dan cermin sebagai kepingan utamanya. Dalam komponen alat optik bisa terdiri atas sebuah lensa, beberapa lensa, ataupun kombinasi antara lensa, cermin, dan prisma.
Dengan demikian sanggup disimpulkan bahwa alat optik merupakan alat yang bekerja menurut prinsip cahaya. Alat optik ini menciptakan hidup insan lebih gampang dan berarti. Kita sanggup menikmati keindahan alam semesta, mengabadikan momen-momen terindah pada lembaran foto atau bahkan bisa menciptakan 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 yaitu 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 menyerupai 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 sanggup 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 kepingan mata tersebut ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
Bagian Mata | Fungsi |
Lensa mata | Memfokuskan supaya cahaya atau bayangan yang masuk jatuh di retina mata. |
Pupil | Mengatur jumlah cahaya yang masuk ke bola mata. |
Kornea | Menerima rangsangan cahaya dan meneruskannya hingga ke mata kepingan 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 daerah jatuhnya bayangan benda. |
Saraf optik | Meneruskan gosip bayangan benda yang diterima retina menuju otak. |
Otot siliari | Mengatur kelengkungan lensa mata. Pengaturan kelengkungan ini dibutuhkan supaya bayangan benda jatuh sempurna di retina. |
2. Alat Optik: Kacamata
Kacamata merupakan salah satu alat yang sanggup digunakan untuk mengatasi cacat mata. Kacamata terdiri dari lensa cekung atau lensa cembung, dan frame atau kerangka daerah lensa berada menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Fungsi dari kacamata yaitu mengatur supaya bayangan benda yang tidak sanggup dilihat dengan terang oleh mata menjadi jatuh di titik bersahabat atau di titik jauh mata, bergantung pada jenis cacat matanya.
Kalian tentu telah mempelajari bahwa jikalau sebuah benda berada di depan sebuah lensa, bayangan akan dibuat oleh lensa tersebut. Jauh dekatnya bayangan terhadap lensa, bergantung pada letak benda dan jarak fokus lensa. Hubungan tersebut secara matematis sanggup 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 yaitu kemampuan lensa untuk memfokuskan sinar yang tiba 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 bersahabat mempunyai titik bersahabat 50 cm. Jika ingin membaca dengan jarak normal (25 cm), maka berapa kekuatan lensa kacamata yang harus digunakan 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 digunakan reni yaitu 2 dioptri.
3. Alat Optik: Kamera
Kamera yaitu alat yang digunakan untuk menghasilkan bayangan fotografi pada film negatif. Selain digunakan untuk mengambil (capturing) gambar, kamera canggih sampaumur ini juga sanggup digunakan untuk merekam (recording) suatu insiden atau acara tertentu, menyerupai orang berjalan, menari, tertawa, dan sebagainya. Kamera bekerja menyerupai 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 yaitu sebagai berikut.
Bagian Kamera | Fungsi |
Lensa cembung | Mengatur supaya cahaya yang masuk sanggup diterima dengan baik oleh film. |
Diafragma | Mengatur jumlah cahaya yang masuk ke kamera. |
Pelat film | Sebagai daerah bayangan dan menghasilkan gambar negatif, yaitu gambar yang berwarna tidak sama dengan aslinya, tembus cahaya. |
Prisma | Membelokkan cahaya sehingga sanggup berputar mengelilingi kepingan dalam kamera supaya fotografer sanggup melihat gambar nyata 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 yaitu 50 mm. Kamera tersebut diatur untuk memfokuskan bayangan benda pada jauh tak terhingga. Berapa jauh lensa kamera harus digeser supaya sanggup 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 sempurna 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 yaitu 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 beling pembesar (atau sebagian orang menyebutnya suryakanta) yaitu lensa cembung yang difungsikan untuk melihat benda-benda kecil sehingga tampak lebih terang dan besar. Sebagaimana yang kalian ketahui, lensa cembung mempunyai kemampuan untuk membentuk bayangan maya yang diperbesar jikalau 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 dibuat lup selalu negatif (s’bertanda negatif).
Rumus perbesaran lup bergantung pada keadaan mata kita ketika 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 bersahabat 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 bersahabat 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 bersahabat mata normal = 25 cm)
f = jarak fokus lup
x = jarak mata berakomodasi
Contoh Soal: Lup
Seorang siswa melihat sebuah benda kecil dengan memakai 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 sanggup dicari dengan persamaan sebagai berikut.
M = sn/f
M = 25/10
M = 2,5 kali
Jadi, perbesaran bayangannya yaitu 2,5 kali.
5. Alat Optik: Mikroskop
Mikroskop yaitu alat optik yang terdiri atas susunan beberapa lensa pembesar yang digunakan untuk melihat benda, jasad renik, mikroorganisme, atau kepingan tubuh makhluk hidup yang berukuran sangat kecil yang tidak sanggup dilihat memakai mata telanjang. Bagian-bagian mikroskop diperlihatkan menyerupai 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 tubuh 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 supaya tidak gampang bergeser. |
Makrometer | Menggerak lensa naik turun secara cepat. |
Mikrometer | Menggerakkan lensa naik turun secara perlahan. |
Jarak antara lensa objektif dan lensa okuler memilih 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 menyerupai 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 yaitu sebagai berikut.
Mok | = | sn | + 1 | |
fok |
Dengan fok = panjang fokus lensa okuler
Contoh Soal: Mikroskop
Sebuah mikroskop memakai 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 sanggup memilih 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 yaitu sebagai berikut.
M = mob × mok
M = 14 × 13,5
M = 189 kali
Jadi, perbesaran mikroskop untuk mata berakomodasi maksimum yaitu 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 yaitu 16,85 cm.
■ Untuk mata tidak berakomodasi
Pada mikroskop, besar perbesaran objektif selalu sama, baik untuk penggunaan mata berakomodasi maupun tidak. Oleh lantaran itu, kita hanya perlu mencari nilai perbesaran lensa okulernya saja sebelum sanggup memilih 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 yaitu 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 yaitu 17 cm.