Alat-alat Optik dan Cara Kerjanya

Alat optik adalah alat yang bekerja berdasarkan sifat-sifat optik, seperti refleksi, refraksi, difraksi, interferensi, dan polarisasi. Alat optik terdiri dari alat optik alamiah dan alat optik buatan. Alat alamiah misalnya mata, sedangkan alat optik buatan seperti kacamata, lup, mikroskop, teleskop, kamera, dan proyektor. Alat optik yang paling utama adalah mata, karena mata merupakan alat untuk melihat. Banyak pengetahuan yang kita peroleh melalui proses penglihatan melalui mata. Fungsi alat-alat optik yang lainnya sebenarnya adalah membantu proses penglihatan atau pengamatan.

Bagaimana cara kerja alat-alat optik tersebut?. Berikut ini prinsip kerja dari masing-masing alat optik:

Mata

Apa saja bagian-bagian mata? Ada tiga komponen pada penginderaan mata, yaitu:

1. mata, memfokuskan banyangan pada retina
2. sistem syaraf mata, yang memberi informasi ke otak
3. konteks penglihatan, salah satu bagian yang menganalisis penglihatan untuk melihat bagian-bagian yang terdapat pada mata manusia

Bagian-bagian mata manusia terdiri dari:
Kornea: Kornea merupakan lapisan mata paling depan dan keras, berfungsi untuk melindungi bagian mata yang lunak dan sensitif. Tebalnya 0,5 mm.
Pupil: Pupil adalah celah berbentuk lingkaran yang berfungsi agar cahaya dapat masuk ke dalam mata. Saat cahaya terang pupil menguncup dan pada saat cahaya gelap pupil melebar.
Iris: Iris adalah selaput berwarna hitam dan biru, yang berfungsi mengatur besar dan kecilnya pupil.
Lensa mata: terdiri dari kristal, mempunyai dua permukaan dengan jari-jari kelengkungan 7,8 mm. Lensa berfungsi membiaskan sinar pada benda sehingga menghasilkan bayangan pada retina, dan memfokuskan objek pada berbagai jarak.
Aqueous humour: cairan di depan lensa mata, berfungsi untuk membiaskan cahaya ke dalam mata.
Viterous humour: cairan di dalam bola mata, berfungsi untuk meneruskan cahaya dari lensa menuju retina
Retina: berfungsi sebagai layar tempat terbentuknya bayangan benda yang dilihat. Retina merupakan bagian mata yang penuh syaraf yang sensitif terhadap cahaya. Dari retina ini akan dilanjutkan ke syaraf optikus.
Fovea sentralis: daerah cekung yang berukuran 0,25 mm dan di tengahnya terdapat bintik kuning.
Cacat Mata

Setidaknya ada tiga jenis cacat mata yang diakibatkan oleh kemampuan daya akomodasinya yaitu: miopia, hipermetropia dan presbiopia. Berikut ini adalah gambar masing-masing cacat mata dan jangkauan penglihatannya.

1. Mata normal (Emetropia) : memiliki titik jauh (PR) pada jarak jauh tak berhingga dan titik dekat (PP) = 25 cm, mata ini jangkauan penglihatannya paling lebar.
2. Rabun jauh (Miopia) : memiliki titik jauh (PR) terbatas/kurang dari tak berhingga dan titik dekat (PP) = 25 cm.
3. Rabun dekat (Hipermetropia) : memiliki titik jauh (PR) tak berhingga, tetapi titik dekat (PP) > 25 cm.
4. Rabun jauh dan dekat (Presbiopia) : memiliki titik jauh (PR) kurang dari tak berhingga dan titik dekat (PP) > 25 cm, cacat mata ini merupakan gabungan dari hipermetropi dan miopi, sering disebut sebagai cacat mata tua.

Cacat Mata Miopi

Cacat mata miopi terjadi jika pada penglihatan tak berakomodasi bayangan jatuh di depan retina, hal ini terjadi karena lensa mata tidak dapat menjadi sangat pipih (terlalu cembung). Agar dapat melihat jelas benda yang jauh maka perlu dibantu dengan lensa divergen (lensa cekung). Lensa divergen adalah lensa yang dapat menyebarkan berkas cahaya.
Berikut ini adalah bagan pembentukan bayangan pada cacat mata miopi sebelum dan sesudah memakai lensa.

Keterangan gambar:
Gambar sebelum memakai kaca mata. Cahaya yang berasal dari tempat jauh (diluar jangkauan penglihatan) oleh lensa mata dibiaskan di depan retina sedang cahaya dari tempat dekat (dalam jangkauan penglihatan) tepat dibiaskan di retina.
Gambar sesudah memakai kaca mata. Lensa negatif mengubah arah rambat cahaya sejajar menjadi menyebar sehingga seolah-olah cahaya berasal dari daerah jangkauan penglihatan.

Dalam perhitungan:
So = letak benda sebenarnya (~)
Si = - PR (batas maksimum jangkauan penglihatan) tanda (-) menggambarkan bayangan di depan lensa.
Dari persamaan :

diperoleh bahwa:f = - PR

Ukuran lensa yang digunakan adalah :
P = kekuatan lensa dalam satuan dioptri (D)
f = jarak fokus lensa kaca mata dalam satuan meter (m)

Cacat Mata Hipermetropi

Cacat mata hipermetropi terjadi jika penglihatan pada jarak baca normal mengakibatkan bayangan dari lensa mata jatuh di belakang retina, hal ini karena lensa mata tidak dapat menjadi sangat cembung (terlalu pipih). Agar dapat melihat jelas benda-benda pada jarak baca normal (Sn) maka cacat mata ini perlu dibantu dengan menggunakan lensa konvergen (lensa cembung). Lensa konvergen adalah lensa yang dapat mengumpul berkas cahaya.
Berikut ini adalah bagan pembentukan bayangan pada hipermetropi sebelum dan sesudah memakai lensa.


Keterangan gambar:
Gambar sebelum memakai kaca mata: Berkas cahaya dari jarak baca normal (cahaya kuning) akan dibiaskan oleh lensa mata di belakang retina, berkas cahaya baru akan dibiaskan tepat di retina jika benda lebih jauh dari jarak baca normal (yaitu titik dekatnya).
Gambar sesudah memakai kaca mata: lensa positif mengubah arah rambat cahaya yang berasal dari jarak baca normal seolah-olah berasal dari titik dekatnya (PP), kemudian lensa mata mengubah arah rambat cahaya ini menuju retina.
Dalam perhitungan:
So = Sn (jarak baca normal = 25 cm)
Si = - PP (titik dekat hipermetropi), tanda minus menunjukkan bahwa bayangan maya yang terletak
di titik dekatnya
 
Cacat Mata Presbiopi
Cacat mata presbiopi (mata tua atau rabun dekat dan rabun jauh diakibatkan karena melemahnya daya akomodasi) terjadi karena bayangan jatuh di belakang retina pada saat melihat dekat dan bayangan jatuh di depan retina pada saat melihat jauh, hal ini terjadi karena daya akomodasi lensa mata lemah. Agar dapat melihat jelas baik benda yang dekat maupun yang jauh maka perlu dibantu dengan menggunakan gabungan lensa cembung (konvergen) dan cekung (divergen). Cacat mata ini sering juga dikenal dengan nama cacat mata tua. Berapa ukuran lensa yang digunakan? Untuk menjawab pertanyaan ini maka titik jauh maupun titik dekatnya harus diketahui. Selanjutnya dengan menggunakan cara sebagaimana pada cacat miopi dan cacat hipermetropi, ukuran lensa dapat diketahui.


Lup

Pernahkah anda mengamati benda-benda kecil dengan kaca pembesar? Kaca pembesar tersebut dikenal dengan nama lup. (Loupe = kaca pembesar = magniflying glass). Lup banyak digunaka oleh tukang reparasi jam/arloji, pedagang intan, bahkan para ahli tekstil. Lup berupa sebuah lensa postif yang digunakan untuk melihat benda kecil supaya dapat terlihat lebih besar dan lebih jelas. Karenanya benda atau objek diletakkan di antaranya lensa dan fokusnya. Karena penglihatan mata terhalang oleh lup, maka yang terlihat oleh mata sebenarnya adalah bayangan maya dari benda.

Pembesaran bayangan saat mata berakomodasi maksimum

Dengan ketentuan:

• = Pembesaran
• = Titik dekat (cm)
• = Fokus lup (cm)

Pembesaran bayangan saat mata tidak berakomodasi

Dengan ketentuan:

• = Pembesaran
• = Titik dekat (cm)
• = Fokus lup (cm)

Mikroskop

Tidak pernah jelas mengenai kapan sebenarnya mikroskop dibuat. Tidak ada catatan, tetapi perbesaran gambar yang dibentuk oleh gelas telah diketahui oleh bangsa Yunani dan Romawi sejak zaman dahulu. Anthony Van Leuwenhoek yang mula-mula menggunakan mikroskop sederhana pada bidang mikrobiologi yaitu memakai lensa sederhana berukuran diameter 270 mm. Selanjutnya dalam pemakaian mikroskop untuk memperoleh ketajaman dan pembesaran dari objek yang diamati diperlukan pengetahuan tentang metode lensa dan kombinasi lensa. Berdasarkan perkembangan IPTEK, maka mikroskop dibedakan dalam dua kelompok besar, yaitu mikroskop cahaya dan mikroskop elektron.

Pembesaran mikroskop adalah hasil kali pembesaran lensa objektif dan pembesaran lensa okuler, sehingga dirumuskan:


Karena lensa okuler mikroskop berfungsi seperti lup, pembesaran mikroskop dirumuskan sebagai berikut:

Pembesaran Mikroskop pada saat mata berakomodasi maksimum

Agar mata berakomodasi maksimum, jarak lensa objektif dan lensa okuler dirumuskan:

Dengan ketentuan:

• = Pembesaran mikroskop
• = Pembesaran oleh lensa objektif
• = Pembesaran oleh lensa okuler (seperti perbesaran pada lup)
• = Titik dekat mata
• = Jarak fokus lensa okuler
• = jarak bayangan oleh lensa objektif
• = jarak benda di depan lensa objektif
• = jarak lensa objektif dan lensa okuler

Pembesaran Mikroskop pada saat mata tidak berakomodasi

Agar mata berakomodasi maksimum, jarak lensa objektif dan lensa okuler dirumuskan:

Dengan ketentuan:

• = Pembesaran mikroskop
• = Pembesaran oleh lensa objektif
• = Titik dekat mata
• = Jarak fokus lensa okuler
• = jarak bayangan oleh lensa objektif
• = jarak benda di depan lensa objektif
• = jarak lensa objektif dan lensa okuler

Kamera

Kamera atau tustel adalah alat untuk memperoleh gambar suatu objek atau benda dengan bantuan cahaya dan lensa cembung. Bayangan benda atau gambar yang dihasilkan oleh lensa dibentuk pada film. Kamera yang pertama digunakan adalah kamera jenis obskura. Kamera ini berbentuk sebuah kotak tertutup yang salah satu sisinya diberi lubang kecil.

Bagian utama dari sebuah kamera antara lain lensa cembung yang dilapisi diafragma dan film. Diafragma dapat mengubah besar kecilnya lubang masuk cahaya. Jika cahaya terlalu kuat diafragma dikecilkan. Jika cahaya kurang kuat maka diafragma diperbesar. Bayangan oleh lensa terbentuk di film. Agar bayangan tepat di film, lensa dapat diatur mendekat atau menjauh dari film. Film dilapisi dengan zat kimia tertentu, jika terkena cahaya maka akan terjadi proses perubahan pada lapisan tersebut sehingga bayangan akan tercetak di lapisan kimia pada film tersebut. Setelah film dikeluarkan dan dicuci menggunakan zat kimia tertentu maka gambar akan segera terbentuk.

Saat ini banyak macam kamera dengan teknologi elektronika yang sudah canggih yaitu kamera digital, yang dapat diakses dengan mudah ke dalam komputer. Jika kamu ingin mengetahui perkembangan teknologi kamera lebih jauh kamu dapat mencari informasinya dari dunia seni dan fotografi.

Teropong (Teleskop)

Teleskop dipakai untuk mengamati benda-benda yang jauh letaknya agar terlihat lebih dekat dan lebih jelas. Ada beberapa jenis teropong antara lain teropong bintang, teropong bumi, dan teropong prisma.

Pembesaran Teropong Bintang pada saat mata tidak berakomodasi

Agar mata berakomodasi maksimum, jarak lensa objektif dan lensa okuler dirumuskan:

Dengan ketentuan:

• = Jarak lensa objektif dan lensa okuler
• = Pembesaran teropong bintang
• = Jarak fokus lensa objektif
• = Jarak fokus lensa okuler

Pembesaran Teropong Bintang pada saat mata berakomodasi maksimum

Agar mata berakomodasi maksimum, jarak lensa objektif dan lensa okuler dirumuskan:


Dengan ketentuan:

• = Pembesaran teropong bintang
• = Jarak fokus lensa objektif
• = jarak benda di depan lensa okuler

Teropong Bumi

Pembesaran Teropong Bumi

Dengan ketentuan:

• = Pembesaran teropong bumi
• = Jarak fokus lensa objektif
• = Jarak fokus lensa okuler

Jarak lensa objektif dan lensa okuler

Dengan ketentuan:

• = Jarak lensa objektif dan lensa okuler
• = Jarak fokus lensa objektif
• = Jarak fokus lensa pembalik
• = Jarak fokus lensa okuler

Proyektor

Proyektor adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan suatu bayangan yang lebih besar dari objek aslinya pada layar. Objek tersebut berupa gambar dan tulisan. Bagian-bagian dari proyektor yakni cermin cekung, lensa cembung, lensa plankonveks, dan lensa proyektor lampu. Lensa proyektor berfungsi mengumpulkan cahaya pada layar untuk membentuk bayangan tajam, dan cermin cekung berfungsi memantulkan cahaya pada lensa agar cahaya terkumpul pada slaid.

Sumber : http://id.wikibooks.org/wiki/Rumus-Rumus_Fisika_Lengkap/Alat_optik
http://pustakafisika.wordpress.com/2012/11/23/alat-alat-optik-dan-cara-kerjanya/
http://basicsphysics.blogspot.com/2011/07/alat-optik.html