Artikel Fisika - Blog UB

Artikel Fisika
Lensa dan Alat Optik
(Serta Penerapan dalam dunia Industri)
Oleh:
Puji Rahayu
Nim: 135060701111084
Fakultas Teknik
Universitas Brawijaya
Malang
2014
Lensa dan Alat Optik serta penerapan di dunia industri.
Dalam kehidupan sehari-hari sering kita jumpai, orang-orang yang
menggunakan alat bantu dalam menjalankan aktivitasnya. Mulai dari hal-hal
sederhana yang sering kita temui, mulai dari teman kita, saudara kita, atau bahkan
kita sendiri, pada waktu membaca memerlukan kacamata untuk dapat melihat
dengan jelas tulisan maupun gambar yang kita baca, tukang jam yang
membutuhkan kaca pembesar untuk membenahi bagian-bagian yang kecil pada
jam para pelanggan, hingga yang paling rumit, seperti para ilmuan yang
menggunakan mikroskop untuk meneliti sel-sel atau benda-benda yang sangat
atomik maupun dalam melakukan penemuan baru, dan para astronom yang selalu
berusaha mendapatkan penemuan baru demi menjawab pertanyaan-pertanyaan
masa depan tentang galaksi dan alam semesta ini. Ini semua tidak terlepas dengan
instrument-instrumen optik. Dan hal mendasar yang kita gunakan pada alat-alat
optik tersebut adalah lensa. Namun, sebelum kita mengenal alat-alat optik, mari
saya perkenalkan terlebih dahulu mengenai apa itu lensa.
Lensa
Lensa adalah sistem optik yang dibatasi oleh dua permukaan bias yang
mempunyai sumbu bersama.
Jenis lensa ada dua, lensa konvergen (lensa cembung) dan lensa divergen
(lensa cekung). Lensa yang konvergen atau positif, pada bagian tengahnya lebih
tebal daripada bagian pinggirnya, dan berkas sinar sejajar akan dikonvergensikan
pada titik fokus nyata. Sedangkan lensa yang divergen atau negatif, bagian
tengahnya lebih tipis dari pada bagian pinggirnya dan berkas cahaya sejajar yang
berasal dari titik fokus maya akan dibias menjadi berkas yang divergen.
Fokus utama dari lensa tipis dengan permukaan bola adalah titik F di mana
sinar yang sejajar dan berada dekat pada sumbu utama (sumbu x), terpusatkan;
titik fokus ini bersifat nyata untuk lensa konvergen, tetapi untuk lensa divergen
titik fokus ini bersifat maya. Di mana jarak fokus F adalah jarak antara titik fokus
utama dan lensa. Karena tiap lensa bisa dibalik tanpa merubah sinar, pada setiap
lensa terdapat 2 titik fokus yang simetris.
a. lensa konvergen
b. lensa divergen
lensa konvergen atau positif membentuk bayangan nyata dan terbalik dari
obyek yang jarak obyeknya lebih besar dari pada jarak fokus lensa. Bila obyek
berada di anatara lensa dan titik fokus utama lensa, bayangan yang terjadi bersifat
maya (pada sisi lensa yang sama seperti obyeknya), tegak dan diperbesar.
Sedangkan lensa-lensa negatif hanya menghasilkan bayangan yang maya, tegak
dan diperkecil.
Masing-masing dari lensa konvergen dan lensa divergen memiliki sinarsinar istimewa, berikut adalah sinar-sinar istimewanya:
 Sinar istimewa pada lensa konvergen
1. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus aktif.
2. Sinar datang melalui titik fokus pasif dibiaskan sejajar sumbu utama.
3. Sinar datang melalui titik pusat optik diteruskan tanpa pembiasan.
 Sinar istimewa pada lensa divergen
1. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari fokus
aktif.
2. Sinar datang seakan-akan menuju ke titik fokus pasif dibiaskan sejajar sumbu
utama.
3. Sinar datang melalui pusat optik diteruskan tanpa dibiaskan.
Pada kebanyakan sistem optik yang mempergunakan lensa, terdapat lebih
dari satu lensa, dan bayangan yang dibentuk oleh salah satu lensa menjadi obyek
dari lenda berikutnya.
Instrument optik
Alat optik adalah alat yang bekerja berdasarkan prinsip cahaya. Alat optik
mampu memperlihatkan keindahan di dunia ini, mampu memberikan kemudahan
untuk manusia. Mampu memperlihatkan benda-benda, hewan-hewan kecil,
tumbuh-tumbuhan kecil dan alam semesta yang jauh yang tidak bisa dilihat oleh
mata kita secara langsung. Begitu juga dengan mata. Mata kita juga termasuk alat
optik. Mata adalah alat optik yang Tuhan ciptakan untuk manusia. Dengan mata
kita bisa melihat dunia yang begitu indah, melihat pemandangan yang indah,
melihat makhluk Tuhan yang lain. Ini menunjukan betapa luar biasanya sang
Maha pencipta. Untuk itu kita harus selalu bersyukur dengan apa yang sudah
Tuhan ciptakan ini, yang begitu luar biasanya.
Untuk itu kita harus tetap menjaga dan perlu mengetahui ilmu yang
menerangkan mengenai mata. Berikut akan saya bahas mengenai mata.
Mata
Apabila diamati mata memiliki bagian-bagian, dan setiap bagianbagiannya memiliki fungsi masing-masing dan saling mendukung antara bagian
satu dengan bagian yang lain. Bagian-bagian tersebut antara lain:
 Kornea. Kornea merupakan bagian luar mata yang tipis, lunak, dan transparan.
Kornea berfungsi menerima dan meneruskan cahaya yang masuk pada mata, serta
melindungi bagian mata yang sensitif di bawahnya.
 Pupil. Pupil merupakan celah sempit berbentuk lingkaran dan berfungsi agar
cahaya dapat masuk ke dalam mata.
 Iris. Iris adalah selaput berwarna hitam, biru, atau coklat yang berfungsi untuk
mengatur besar kecilnya pupil. Warna inilah yang kita lihat sebagai warna mata
seseorang.
 Aquaeus Humour. Aquaeus humour merupakan cairan di depan lensa mata
untuk membiaskan cahaya ke dalam mata.
 Otot Akomodasi. Otot akomodasi adalah otot yang menempel pada lensa mata
dan berfungsi untuk mengatur tebal dan tipisnya lensa mata.
 Lensa Mata. Lensa mata berbentuk cembung, berserat, elastis, dan bening.
Lensa ini berfungsi untuk membiaskan cahaya dari benda supaya terbentuk
bayangan pada retina.
 Retina. Retina adalah bagian belakang mata yang berfungsi sebagai tempat
terbentuknya bayangan.
 Vitreous Humour. Vitreous humour adalah cairan di dalam bola mata yang
berfungsi untuk meneruskan cahaya dari lensa ke retina.
 Bintik Kuning. Bintik kuning adalah bagian dari retina yang berfungsi sebagai
tempat terbentuknya bayangan yang jelas.
 Bintik Buta. Bintik buta adalah bagian dari retina yang apabila bayangan jatuh
pada bagian ini, maka bayangan tampak tidak jelas atau kabur.
 Saraf Mata. Saraf mata befungsi untuk meneruskan rangsangan bayangan dari
retina menuju ke otak.
Berikut adalah proses sehingga kita bisa melihat apa yang kita lihat:
Proses terlihatnya benda oleh mata yaitu benda yang berada di depan mata
memantulkan cahaya. Cahaya tersebut masuk ke mata melalui pupil mata yang
kemudian akan dibiaskan oleh lensa mata sehingga terbentuk bayangan pada
retina. Oleh saraf, bayangan tadi diteruskan ke pusat saraf (otak), sehingga kita
terkesan melihat benda.
Sistem optik yang paling penting ialah mata yang ditunjukan pada gambar.
Cahaya memasuki mata melalui bukaan yang berubah, biji mata, dan difokuskan
oleh system lensa kornea pada retina, lapisan serat saraf yang menutupi
permukaan belakangnya. Retina berisi struktur indra cahaya yang sangat halus
yang disebut batang atau kerucut yang menerima dan memancarkan informasi di
sepanjang saraf optik ke otak. Bentuk lensa Kristal dapat diubah sedikit oleh kerja
otot siliari. Apabila mata difokuskanpada benda yang jauh, otot akan mengendur
dan sistem lensa kornea berada pada panjang fokus maksimumnya, kira-kira 2,5
cm, jarak dari kornea ke retina. Apabila benda didekatkan, otot siliari akan
meningkatkan kelengkungan lensa, yang dengan demikian akan mengurangi
panjang fokusnya sehingga bayangan akan difokuskan ke retina. Proses ini disebut
akomodasi. Jika benda terlalu dekat ke mata, lensanya tidak dapat memfokuskan
cahaya pada retina dan bayangan menjadi kabur. Titik terdekat di mana lensa
memfokuskan suatu bayangan pada retina disebut titik dekat. Jarak dari mata ke
titik dekat ini sangat beragam pada tiap orang dan berubah dengan meningkatnya
usia. Pada usia 10 tahun, titik dekat dapat sedekat 7 cm, sementara pada usia 60
tahun titik dekat ini telah menjauh ke 200 cm karena kehilangan keluwesan lensa.
Nilai standar yang diambil untuk titik dekat ini ialaj 25 cm.
Jika mata kurang cembung, yang menyebabkan bayangan difokuskan di
belakang retina, orang yang bersangkutan disebut rabun jauh. Orang yang rabun
jauh dapat melihat benda jauh, yang untuk melihatnya dibutuhkan sedikit
kecekungan, tetapi memiliki kesulitan untuk melihat benda dekat secara jelas.
Kondisi rabun jauh ini diperbaiki dengan lensa cembung (positif).
Di lain pihak, mata orang yang rabun dekat itu terlalu cembung dan
memfokuskan cahaya dari benda yang jauh di depan retina. Orang yang rabun
dekat dapat melihat benda-benda dekat, yang untuk ini sinar yang sangat
disebarkan dapat difokuskan di retina, tetapi memiliki kesulitan dalam
memfokuskan benda-benda jauh. Rabun dekat ini diperbaiki dengan lensa cekung.
Kesalahan lain yang lazim ialah astigmatisme, yang disebabkan oleh
kornea yang tidak begitu bulat lagi, tetapi memiliki kelengkungan yang berbeda
pada suatu bidang dari bidang lainnya. Hal ini menyebabkan kekaburan bayangan
benda yang berupa titik menjadi garis pendek. Astigmatisme dapat diperbaiki
dengan kacamata dengan lensa dilindris dan bukan dengan kacamata berlensa
sferis.
Penerapan lensa dunia industri
Selain mata, alat optik juga banyak diterapkan di dunia industri, antara
lain kaca mata, kaca pembesar, teleskop, mikroskop, teropong, periskop dan
masih banyak lagi. Di sini alat optik yang akan saya bahas lebih dalam adalah
mengenai teleskop.
Teleskop
Sebelum mempelajari bagaimana teleskop itu. Akan lebih baik kita
mengetahui terlebih dahulu bagaimana sejarah dari penemuan teleskop.
Sebagai penemuan besar, beberapa orang yang berbeda mengklaim telah
menciptakan teleskop. Berbagai ahli sejarah percaya bahwa itu ditemukan pada
tahun 1608 oleh Hans Lippershey, orang yang membuat kaca di Belanda. Ia
meneliti dengan menaruh dua lensa didalam tabung, objek yang jauh terlihat lebih
dekat. Ilmuwan Italia besar Galileo Galilei (1564-1642) juga dihargai dengan
menciptakan teleskop, walaupun mungkin ia mendapatkan ide dari Lippershey.
Pada abad ke 17 Galileo memodernisasi dengan menggunakan teleskop untuk
mempelajari antariksa. Menggunakan teleskop, Galileo menemukan empat bulan
terbesar di Jupiter, bintik-bintik di bukit matahari, lembah di bulan dan fase-fase
Venus. Sejak penemuan teleskop, lebih banyak jenis yang baik ditemukan:
teleskop radio, sinar-x, dan sinar-gamma dapat digunakan untuk untuk melihat
dan mengukur benda seperti bagian yang tidak terlihat dari radiasi. Teleskop ini
telah membantu kita mempelajari sistem surya, bima sakti, dan antariksa itu
sendiri.
Berikut adalah bahasan mengenai apa itu teleskop.
Teleskop adalah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda yang
jauh dan sering berukuran besar. Fungsinya adalah membawa bayangan benda
lebih dekat, dengan kata lain, untuk memperbesar sudut yang dibentuk oleh
bayangannya sehingga bayangannya tampak lebih besar. Teleskop astronomis,
terdiri atas dua lensa positif-lensa obyektif yang membentuk bayangan sejati,
terbalik dan lensa mata yang digunakan sebagai kacamata pembesar sederhana
untuk melihat bayangan ini. Karena bendanya sangat jauh, bayangan obyektif
terletak pada titik fokus obyektif, dan jarak bayangan sama dengan panjang
fokusnya, fo. Karena jarak benda jauh lebih besar daripada panjang fokus
obyektif, bayangan yang dibentuk oleh obyektif jauh lebih kecil dari pada
bendanya. Misalnya, jika kita sedang mengamati bulan, bayangan bulan yang
dibentuk oleh obyektif jauh lebih kecil dari pada bulan itu sendiri. Fungsi
obyektifnya bukanlah untuk memperbesar bendanya, tetapi untuk menghasilkan
bayangan yang dekat sehingga oleh dilihat oleh lensa mata. Karena bayngan ini
berada pada titik fokus kedua obyektif dan pada titik fokus pertama okuler,
dimana obyektif dan okuler itu harus terpisah pada jarak penjumlahan panjang
focus obyektif dan lensa mata, fo+fe, dengan fe merupakan panjang fokus lensa.
Kekuatan pembesaran teleskop ialah pembesaran sudut 𝜃𝑒/𝜃𝑜, dengan 𝜃𝑒
merupakan sudut yang dibentuk oleh bayangan akhir sebagaimana tampak melalui
lensa mata dan 𝜃𝑜 merupakan sudut yang dibentuk oleh benda apabila benda
tersebut dipandang langsung oleh mata telanjang. Sudut 𝜃𝑜 sama dengan sudut
yang dibentuk oleh benda di obyektif. Di mana jarak dari benda jauh, seperti
bulan, ke obyektif pada dasarnya sama sengan jaraknya ke mata.
Pertimbangan utama dalam teleskop astronomi bukanlah kekuatan
pembesarannya tetapi kekuatan pengumpulan cahayanya, yang tergantung pada
lensa obyektif. Semakin besar obyektifnya, akan semakin terang bayangannya. Di
mana lensa yang sangat besar tanpa aberasi sulit dibuat. Di samping itu terdapat
masalah mekanis dalam menopang lensa yang sangat besar dan berat pada
pinggirannya. Teleskop pemantul menggunakan cermin cekung dan bukan lensa
sebagai obyektifnya. Ini memberikan sebuah keunggulan. Diantaranya, cermin
tidak menghasilkan aberasi khromatik. Di samping itu, penopang mekanis jauh
lebih sederhana karena bobot cermin jauh lebih ringan dari lensa optis yang
mutunya dan dapat ditopang pada seluruh permukaan belakangnya.
Satu masalah dengan teleskop pemantul ialah bahwa bayangan cermin
obyektif harus dipandang di daerah datangnya sinar. Pada teleskop pemantul yang
sangat besar, seperti teleskop berdiameter 200 in. (5.1 m) di Mt. Palomar,
California, di mana pengamat duduk di sangkar pengamat di dekat titik fokus
cermin. Untuk menghalangi sesedikit mungkin, sangkar ini sangat kecil dan
sempit, sehingga sedikit tempat yang tersedia untuk instrumen bantu seperti
spektrograf. Pada teleskop yang lebih kecil, bagian cahaya yang dihalangi oleh
susunan demikian akan terlalu banyak. Satu metoda untuk mengurangi jumlah
cahaya yang dihalangi ialah dengan menggunakan cermin kedua yang lebih kecil
untuk memantulkan sinar melalui lubang dipusat cermin obyektif. Ini memiliki
keunggulan tambahan yakni membuat daerah pengamatan lebih mudah dimasuki
dan member ruangan yang lebih luas untuk intrumen bantu.
Kenyataan bahwa bayangan akhir terbalik dalam teleskop sederhana
bukan merupakan suatu kelemahan sewaktu melihat benda-benda astronomis
seperti bintang dan planet, kecuali sewaktu melihat benda-benda di bumi.
Binokuler menggunakan prisma 45 − 45 − 90𝑜 pada setiap sisi untuk pembalikan
kedua bagi bayangan sehingga bayangan akhirnya menjadi tegak. Prisma 45 −
45 − 90𝑜 dengan hipotenusa mendatar dan sisi pemantulan tegak. Cahaya yang
masuk melalui permukaan panjang dalam arah yang berlawanan. Bayangan
mendatar dibalikan, tetapi bayangan tegak tidak. Di mana prisma kedua dengan
hipotenusa tegak mengulang-arahkan cahaya kembali kearah semula dan
membalikan bayangan tegak tanpa mengubah bayangan mendatarnya. Pemantulan
majemuk prisma juga menambah panjang lintasan cahaya sehingga panjang fokus
yang relative panjang untuk obyektif dapat digunakan pada ruang yang relative
pendek.
Teleskop masa depan
Saat ini para astronom sedang merancang teleskop yang bisa menjawab
semua pertanyaan-pertanyaan mengenai masa depan, khususnya dengan
menggunakan alat teleskop. Di mana semakin besar teleskop, semakin banyak dan
semakin jauh yang bisa dilihat astronom. Di masa depan teleskop mesin tunggal
tidak akan terpakai lagi. Cermin di masa depan terbuat dari banyak potongan yang
memungkinkan dibangunnya teleskop yang lebih besar. Para astronom juga akan
menghubungkan seluruh teleskop di bumi sehingga kita bisa melihat bagian alam
semesta lebih banyak.
Daftar Pustaka
Buku:
1. Tipler, Paul A.1991. PHYSICS for Scientist and Engineers. Worth
Publisher:Barkeley
2. Soegijono, Bambang.2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Erlangga: Jakarta
3. Katib, Nabris dan Amir Achmad.1987.Fisika untuk universitas 3 Optika &
Fisika Modern. Binacipta: Indonesia
4. Bueche, Frederick J.1989. Theory and Problem of COLLEGE PHYSICS, 8th
edition/Frederick Bueche Schaum Series.McGraw-Hill, Inc: Dayton
5. Darmawan, B.1994. Teori dan Soal-soal Fisika edisi 8/Frederick J.Bueche.
Erlangga: Indonesia
Web:
1. Puji, Rizki. Macam-macam Alat Optik.17 April 2014. (http: Macam - Macam
Alat Optik _ Ilmu Pengetahuan.html)
2. Bagaskara, Jihan Hafiz. Sinar Istimewa Pada Lensa Cembung dan Cekung.17
April 2014. (http://jihanhafizbagaskara.blogspot.com/2013/02/sinar-istimewapada-lensa-cembung-dan.html)
3. Jericho, Bobby Joe. Sejarah Penemuan Teleskop. 17 April 2014.
(http://tipsdantrik.mywapblog.com/sejarah-penemuan-teleskop.xhtml)