Alat-alat Optik

XII – 1
Buku Ajar Fisika Dasar II
XII. ALAT-ALAT OPTIK
12.1 Mata
Mata anda termasuk alat optik yang memiliki keterbatasan. Mata anda tidak bisa
melihat benda yang ukurannya sangat kecil seperti virus dan bakteri. Mata anda juga tidak dapat
melihat secara jelas benda yang sangat jauh seperti Bulan, Matahari dan bintang. Untuk
mengamati benda-benda yang tidak dapat dilihat dengan jelas dilihat oleh mata, manusia
menciptakan alat bantu penglihatan yang dinamakan alat optik.
Pada dasarnya mata bekerja berdasarkan prinsip kerja lensa cembung. Lensa mata
memiliki keunggulan dari lensa biasa karena lensa mata memiliki kemampuan untuk memipih
dan mencembung. Pembahasan pada mata difokuskan pada lensa mata. Adapun bagian-bagian
mata lainnya semuanya berfungsi membantu mengoptimalkan fungsi lensa mata.
Bagian paling luar mata disebut kornea. Dibelakang kornea terdapat cairan yang
diesebut aqueous humor. Dibelakang cairan ini terdapat terdapat lensa yang dapat diatur
kepipihannya. Lensa ini dinamakan lensa kristalin. Adapun kepipihan lensa diatur oleh otototot mata. Di depan lensa mata terdapat iris. Iris ini berfungsi sebagai diafragma, yaitu bagian
mata yang mengatur sedikit banyaknya cahaya yang masuk kedalam lensa mata. Apabila
keadaan sangat terang, diafragma akan mengecil. Sebaliknya apabila suasana agak gelap atau
bahkan gelap, diafaragma akan membesar.
Agar dapat dilihat dengan jelas, bayangan benda harus jatuh pada retina (bintik
kuning). Jika bayangan jatuh di bintik kuning, bayangan akan diteruskan oleh saraf matamenuju
otak. Saat rangsang sampai di otak itulah orang menyadari bahwa dia dalam keadaan melihat.
Mata normal dapat melihat benda dengan jelas paling dekat pada jarak kurang lebih 25
cm dan terjauh pada jarak tak hingga. Apabila mata melihat suatu objek benda tanpa mengubah
kepipihan lensa, dikatakan mata tak berakomodasi. Sebaliknya apabila dipipihkan atau
dicembungkan, mata dikatakan berakomodasi. Akomodasi diperlukan agar bayangan benda
yang dilihat mata dapat jatuh tepat diretina. Selanjutnya, kemampuan mata untuk mengubah
bentuk lensa mata disebut daya akomodasi.
Mata dapat melihat dengan jelas jika letak benda berada dalam jangkauan penglihatan
diantara titik dekat mata (punctum proximum/PP) dan titik jauh mata (punctum remotum/PR).
Titik dekat mata adalah titik terdekat yang masih dapat dilihat secara jelas dengan mata
berakomodasi maksimum. Adapun titik jauh mata jauh adalah titik terjauh yang masih dapat
dilihat dengan mata tak berakomodasi.
Alat-alat Optika
XII – 2
Buku Ajar Fisika Dasar II
Cacat mata dan kaca mata
Mata normal sering disebut mata emetrop. Mata normal mempunyai titik dekat 25 cm
dan titik jauh tak terhingga. Apabila mata mempunyai titik dekat tidak sama dengan 25 cm dan
titik jauh tak terhingga, mata itu dikatakan mata cacat.
a. Rabun jauh (miopi)
Rabun jauh juga sering disebut kabur jauh atau terang dekat. Seseorang yang menderita
rabun jauh dapat melihat dengan jelas pada jarak 25 cm. Titik dekatnya lebih pendek dari pada
titik dekat mata normal (Sn < 25 cm) dan titik jauhnya lebih pendek dari pada titik jauh mata
normal. Akibatnya, penderita rabun jauh tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang
letaknya jauh, sebap bayangan benda jatuh didepan retina seperti nampak pada gambar (1a).
Agar dapat melihat dengan jelas maka penderita rabun jauh harus dibantu dengan kaca mata
negatif, seperti pada gambar (1b).
Gambar 12.1.a. Mata miopi
Gambar 12.1.b. Mata miopi ditolong dengan kaca mata negatif
b. Rabun dekat (Hipermetropi)
Gambar 12.2.a. Mata hipermetropi
Alat-alat Optika
XII – 3
Buku Ajar Fisika Dasar II
Mata penderita rabun dekat mempunyai titik dekat lebih besar dari titik dekat mata normal
(Sn > 25 cm) dan titik jauhnya terletak jauh tak terhingga. Penderita rabun dekat mampu
melihat dengan jelas benda yang letaknya jauh, tetapi tidak dapat melihat melihat dengan jelas
benda-benda pada jarak dekat. Sebab bayangan benda yang terletak pada jarak baca jatuh
dibelakang retina, seperti pada gambar (2b). Agar bayangan jatuh tepat diretina, penderita rabun
dekat harus dibantu dengan menggunakan kaca mata positif seperti pada gambar 2b.
Gambar 12.2.b. Mata hipermetropi dibantu dengan kaca mata positif
c. Mata tua (presbiopi)
Orang berusia lanjut biasanya tidak dapat melihat dengan jelas benda yang sangat jauh atau
terlalu dekat. Hal ini disebapkan titik dekatnya lebih panjang dari pada titik dekat mata normal
dan titik jauhnya lebih pendek daripada titk jatuh mata normal. Cacat mata seperti ini disebut
presbiopi. Presbiopi disebapkan oleh melemahnya daya akomodasi mata. Itulah sebapnya
kebanyakan orang yang berusia lanjut tidak dapat membaca pada jarak baca normal, tetapi pada
jarak lebih jauh dari 25 cm. Cacat mata presbiopi dapat diatasi dengan kacamata berlensa
rangkap atau bifokal. Lensa negatif untuk melihat benda jauh dan lensa positif untuk melihat
benda dekat.
d. Astigmatisma
Astigmatisma adalah cacat mata yang disebapkan oleh tidak meratanya kornea mata.
Akibatnya sinar-sinar yang masuk kemata terbias tidak merata. Hal ini mengakibatkan penderita
astigmatisme tidak dapat membedakan garishorizontal dan garis vertikal secara bersamaan.
Cacat astigmatisme dapat ditolong dengan kacamata berlensa silindris.
12.2 Kamera
Kamera adalah alat optik yang menghasilkan gambar melalui proses fotografi, yaitu
menghasilkan gambar dengan cahaya pada film. Gambar yang dihasilkan kamera adalah negatif,
yaitu gambar tembus cahaya yang warnanya berlawanan dengan warna benda aslinya.
Selanjutnya gambar negatif ini diproses menjadi gambar foto(gambar positif)
Bagian utama dari sebuah kamera adalah lensa cembung, celah diafragma dan film.
Lensa cembung berfungsi sebagai penghasil bayangan benda yang dipotret. Agar benda dapat
dipotret bayangan benda harus jatuh di film. Bayangan tersebut akan terekam di film jika ada
Alat-alat Optika
XII – 4
Buku Ajar Fisika Dasar II
cahaya yang mengenai film melali celah diafragma. Dengan mengatur lebar celah inilah
intensitas cahaya yang mengenai film dapat diatur. Untuk mendapatkan foto yang baik, selain
intensitas cahaya, fokus kamera juga harus diatur. Yang dimaksud dengan fokus kamera adalah
kesesuaian jarak bayangan denga jarak benda. Proses terjadinya bayangan pada kamera
digambarkan seperti pada gambar(3).
Len sa
1
B enda
2
F
O
F
Ja ra k benda
B a y a ng a n
Ja ra k ba yangan
Gambar 12.3. Proses terbentuknya bayangan pada kamera
Agar dapat dipotret, benda harus terletak diruang III. Dengan demikian bayangan yang
terbentuk difilm mempunyai sifat diperkecil, terbalik dan nyata. Itulah sebabnya gambar foto
selalu lebih kecil dari pada benda aslinya
12.3 Lup
Lup merupakan sebuah lensa cembung. Benda yang akan dilihat dengan lup harus
berada pada jarak kurang dari jarak fokus lup. Sehingga bayangan yang terbentuk adalah maya,
diperbesar, dan tegak. Karena benda yang dilihat dengan lup tampak lebih besar, lup sering
disebut sebagai kaca pembesar. Pemakaian lup dapat dilakukan dengan cara mata berakomodasi
dan mata takberakomodasi.
12.3.1 Mata berakomodasi
h'
F h
F
Gambar 4. Skema pembentukan bayangan pada lup dengan mata berakomodasi
Alat-alat Optika
XII – 5
Buku Ajar Fisika Dasar II
Jika sudut pandang melihat secara langsung adalah  dan setelah memakai lup adalah ,
perbesaran sudut atau perbesaran anguler lup merupakan perbadingan antara  dan .
M

................................................................................................ (12.1)

Untuk sinar-sinar paraksial sudut datang kecil, perbandingan tersebut sama dengan
perbandingan tangennya.
h
 tg S
........................................................................ (12.2a)
Ma  

 tg h
Sn
Ma 
Berdasarkan persamaa
Sn
............................................................................................ (12.2b)
S
1 1 1
 
dan untuk lup S’ = - Sn, jarak benda dapat ditentukan
f
S S'
dengan cara sebagai berikut.
1 1 1
 
f
S S'
S
Sn f
.......................................................................................... (12.3)
Sn  f
sehingga
Ma 
Sn Sn

 1 ............................................................................... (12.4)
S
f
12.3.2. Mata tak berakomodasi
F
F h
=f s
Gambar 5. Skema pembentukan bayangan pada lup dengan mata tidak berakomodasi
Jika mata tak berakomodasi, bayangan akan terletak dijauh tak terhingga, sehingga
h
 tg
f
Ma  

h
 tg
Sn
Sn
Ma 
............................................................................................. (12.5)
f
Alat-alat Optika
XII – 6
Buku Ajar Fisika Dasar II
12.4 Mikroskop
Untuk mengamati benda-benda yang sangat renik diperlukan alat yang dapat
menghasilkkan perbesaranyang sangat besar. Mikroskop adalah alat optik yang dapat
menghasilkan perbesaran sampai ratusan kali bahkan sampai ribuan kali. Mikroskop terdiri atas
dua buah lensa cembung. Lensa cembung yang dekat dengan benda disebut lensa objektif
sedangkan lensa yang dekat dengan mata disebut lensa okuler. Jadi pada mikroskop terjadi dua
kali pembesaran, yaitu pembesaran oleh lensa objektif dan perbesaran oleh lensa okuler.
Benda yang diamati dengan mikroskop diletakkan di ruang II dari lensa objektif.
Akibatnya bayangan yang terbentuk bersifat nyata, terbalik, dan diperbesar. Bayangan ini
menjadi benda terhadap lensa okuler. Agar diperoleh bayangan yang lebih besar lagi, bayangan
yang dibentuk oleh lensa obyektif harus berada diruang I lensa okuler. Dalam hal ini lensa
okuler berfungsi sebagai lup. Oleh karena itu bayangan yang terlihat terletak didepan lensa,
maya, diperbesar, dan terbalik terhadap arah benda aslinya.
Perbesaran mikroskop adalah perbandingan sudut pandang melihat benda menggunakan
mikroskop dengan sudut pandang melihat benda tanpa mikroskop, yang dinyatakan dengan
persamaan
M 

.......................................................................................... (12.6)

Atau secara umum dapat juga dituliskan dengan persamaan:
M  Mob xMok .................................................................................... (12.7)
12.4.1 Perbesaran benda untuk mata tidak berakomodasi.
Pada lensa objektif berlaku persamaan
1
1
1


Sob Sob ' f ob
Perbesaran bayangan pada lensa objektif adalah
M ob 
Sob '
.......................................................................................... (12.8)
Sob
Syarat agar mata tidak berakomodasi, Sok’ harus tak terhingga, sehingga pada lensa okuler
berlaku persamaan:
Sok = fok
Sehingga perbesaran oleh lensa okuler
M ok  M lup 
Sn
............................................................................... (12.9)
f ok
Perbesaran total mikroskop persamaannya dapat dituliskan:
M tot 
Sob '. Sn
.................................................................................. (12.10)
Sob . f ok
Alat-alat Optika
XII – 7
Buku Ajar Fisika Dasar II
Jalannya sinar bayangan pada mikroskop dengan mata tidak berakomodasi dapat dilihat pada
gambar(12.6). Panjang mikroskop d dinyatakan dengan:
d = Sob’ + fok ....................................................................................... (12.11)
O ku e
l r
Obe
j k t if
d
B
S ok '
A
Fok
F ob
F ob
A ''
S ob
Fok
A '
B '
S ob '
S ok
B ''
Gambar 12.6. Skema pembentukan bayangan dengan mata tidak berakomodasi
12.4.2 Perbesaran untuk mata berakomodasi maksimum
Pada lensa objektif berlaku persamaan:
1
1
1


Sob Sob ' f ob
dengan perbesaran
M ob 
Sob '
........................................................................................ (12.12)
Sob
agar mata berakomodasi maksimum, bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler tepat jatuh pada
jarak mata normal atau Sok’ = - Sn, sehingga
1
1
1
 
Sok Sn f ok
Sok 
f ok . Sn
Sn  f ok
Mok 
Sn
1 .................................................................................... (12.12)
f ok
Mtot 
Sob ' Sn
(
 1) ......................................................................... (12.14)
Sob f ok
Jalannya sinar dapat dilihat pada gambar(7). Panjang mikroskop dinyatakan dengan persamaan
d = Sob’ + Sob ...................................................................................... (12.15)
Alat-alat Optika
XII – 8
Buku Ajar Fisika Dasar II
O ku el r
d
O b ej k t if
B
A
F ob
Fok
A 'F o k
F ob
S ok
S ob
B '
S ob '
Gambar 12.7. Skema pembentukan bayangan dengan mata berakomodasi
12.5Teropong/Teleskop Bintang
O ku e
l r
Obe
j k t if
S ob '= o
fb
o
fb
o
fb
o
fk
O
A
o
fk
S ok
O
B
S ok '
Gambar 12.8. Skema pembentukan bayangan pada teropong bintang dengan mata
berakomodasi
Teropong bintang digunakan untuk mengamati benda-benda langit. Ada tiga macam
tipe umum teropong yaitu, teleskop pembias, teleskop pemantul dan teleskop gabungan. Ciri
teleskop pembias yaitu pada tabungnya menggunakan lensa yang disebut lensa objektif.
Teleskop pemantul yaotu teleskop yang bagian objeknya menggunakan cermin cekung dan
teleskop gabungan ciri khasnya menggabungkan metode pembiasan dengan pemantulan.
Teropong bintang terdiri atas dua buah lensa cembung, sebuah lensa objektif dan yang
lain lensa okuler. Oleh karena objek yang diamati memiliki jarak yang sangat jauh, bayangan
yang dibentuk lensa objektif terletak dititik fokus objektif. Bayangan ini merupakan benda
terhadap lensa okuler. Lensa okuler berfungsi sebagai lup. Agar bayangan yang terbentuk besar
dan jelas, diusahakan fokus lensa objektif lebih besar dari pada fokus lensa okuler.
Alat-alat Optika
XII – 9
Buku Ajar Fisika Dasar II
12.5.1 Penggunaan teropong bintang dengan mata berakomodasi maksimum.
Mata akan berakomodasi bila bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler jatuh dititik
dekat mata (Sok’ = Sn), seperti pada gambar di bawah ini.
Untuk lensa objektif
1
1
1


Sob Sob ' f ob
Sob’ = fob. .......................................................................................... (12.16)
Untuk lensa okuler
1
1
1
 
Sok Sn f ok
Sok 
f ok . Sn
................................................................................... (12.17)
Sn  f ok
Perbesaran bayangannya menjadi:
BB '
tan 
S
S ' f

 ok  ob  ob
tan  BB ' Sok Sok
Sob '

f ob ( Sn  f ok )
............................................................................. (12.18)
f ok . Sn
Panjang teropong
d = Sob’ + Sok .................................................................................... (12.19)
12.5.2 Penggunaan teropong bintang dengan mata tak berakomodasi
Agar mata tidak berakomodasi, bayangan yang dibentuk oleh lensa okuler jatuh dititik
jauh mata (Sn = Sok’). Perbesaran bayangan dapat dilihat dari gambar dibawah ini.
Lensa Objektif:
1
1
1


Sob Sob ' f ob
Sob’ = fob .......................................................................................................... (12.20)
Lensa okuler
1
1
1


Sok Sok ' f ok
Panjang teropong
d = fob + fok ......................................................................................... (12.21)
Perbesaran bayangan

f ob
f ok
Alat-alat Optika
XII – 10
Buku Ajar Fisika Dasar II
(12.22)
O ku el r
O b ej k t if
S ob '= of b
Fob
O
S ok = of k
Fob
A F ok
O
F ok
B
Gambar 12.9. Skema pembentukan bayangan pada teropong bintang untuk mata
tidak berakomodasi
12.6 Contoh Soal dan Latihan
12.6.1 Contoh soal
1. Seorang penderita rabun jauh memiliki titik dekat 15 cm. Tentukan jenis kaca mata dan
ukuran lensa yang diperlukan agar dapat membaca pada jarak normal
2. Seseorang bermata hipermetropi mempunyai titik dekat 75 cm. Agar dapat membaca
dengan jelas pada jarak 25 cm, berapakah kekuatan lensa yang harus digunakan orang
tersebut.
3. Sebuah pohon kelapa mempunyai tinggi 4 cm pada film sebuah kamera. Pada saat
pengambilan gambar, juru potret membidik pohon pada jarak 20 m. Jika fokus lensa kamera
yang digunakan sebesar 50 mm, tentukanlah tinggi pohon kelapa.
4. Seorang tukang arloji mempunyai titik dekat 20 cm. Jika orang tersebut menggunakan lup
dengan jarak fokus 10 cm, tentukanlah perbesaran oleh lup bila :
a. Mata berakomodasi maksimum
b. Mata berakomodasi pada jarak 60 cm
c. Mata tak berakomodasi
5. Sebuah mikroskop memiliki lensa objektif dengan jarak fokus 1,5 cm dan lensa okuler
dengan jarak fokus 5 cm. Sebuah preparat dipasang 2 cm dibawah lensa objektif. Tentukan
perbesaran anguler mikroskop pada hal-hal berikut:
a. Mata berakomodasi maksimum
b. Mata tidak berakomodasi
Alat-alat Optika
XII – 11
Buku Ajar Fisika Dasar II
6. Sebuah teropong bintang memiliki lensa objektif dengan jarak fokus 150 cm dan lensa
okuler dengan jarak fokus 15 cm. Teropong tersebut digunakan untuk mengamati bendabenda langit yang sangat jauh. Hitunglah:
a. Panjang teropong
b. Perbesarang anguler teropong
Penyelesaian
1. Diketahui :
S = 25 cm
S’ = - 15 cm
Ditanyakan : Jenis kacamata dan ukurannya
Jawab:
1 1 1
 
f
S S'
f 
(25)( 15) 375
= - 37,5 cm

25  15
10
P
1
100
2

 2 dioptri
f 37 , 5
3
Jadi, lensa yang digunakan berupa lensa cekung dengan kekuatan lensa -2
2
dioptri
3
2. Diketahui: S = 25 cm
S’ = - 75 cm
Ditanyakan : Kuat lensa yang digunakan
Jawab:
1 1 1
 
f
S S'
( 25)( 75) 375
= 37,5 cm

75  25
10
1 100
2
P 
 2 dioptri
f 37, 5
3
f 
Jadi kuat lensa adalah 2
3. Diketahui
2
dioptri
3
S = 20 m
h’ = 4 cm
f = 50 mm
Ditanyakan : tinggi pohon kelapa (h)
Jawab:
Alat-alat Optika
XII – 12
Buku Ajar Fisika Dasar II
Ma 
S'
S n 20


S 12
(5)( 2000) 10.000

= 5 cm
2000  5
1995
Selanjutnya tinggi pohon kelapa dapat ditentukan dengan menggunakan rumus
perbesaran:
h
Sh ' 2000. 4
= 1600 cm

S'
5
Jadi tinggi pohon kelapa adalah 16 m
4. Diketahui :
Sn = 20 cm
f = 10 cm
Ditanyakan: Perbesaran untuk:
a. Mata berakomodasi maksimum
b. mata berakomodasi pada jarak 60 cm
c. Mata tak berakomodasi
Jawab:
a. Mata berakomodasi maksimum
Ma 
Sn
20
1
 1  3 kali
f
10
b. Mata berakomodasi pada jarak 60 cm
1 1 1
 
f
S S'
S
(60)(10) 600

 12 cm
60  10
50
Ma 
Sn 20

 1,67 kali
S 12
c. Mata tidak berakomodasi
Ma 
Sn 20

 2 kali
f
10
5. Diketahui : Sob = 2 cm
fob = 1,5 cm
fok = 5 cm
Ditanyakan : Perbesaran mikroskop untuk : a. Mata berakomodasi maksimum
b. mata tidak berakomodasi
Jawab
1 1 1
 
f
S S'
Alat-alat Optika
XII – 13
Buku Ajar Fisika Dasar II
Sob 
( 2)(1, 5)
3

 6 cm
2  1, 5 0, 5
a. Mata berakomodasi maksimun
M
Sob ' Sn
(
 1)
Sob f ok
M
6 25
(  1) = 18 kali
2 2
Jadi perbesaran anguler untuk mata berakomodasi maksimum adalah 18 kali
b. Mata tidak berakomodasi
M
Sob ' Sn
( )
Sob f ok
M
6 25
( ) = 15 kali
2 2
Jadi perbesaran anguler untuk mata tidak berakomodasi adalah 15 kali
6. Diketahui : fob = 150 cm
fok = 15 cm
Ditanyakan : a. Panjang teropong (d)
b. Perbesaran bayangan (M)
Jawab:
a. Panjang teropong
d = fob + fok = 150 + 15 = 165 cm
Jadi panjang teropong adalah 165 cm
b. Perbesaran anguler teropong
M
f ob 150
= 10 kali

f ok
15
Jadi perbesaran anguler teropong adalah 10 kali
12.6.2. Latihan
1. Seorang penderita hipermetropi ingin membaca dengan jelas pada jarak baca normal.
Apabila ia tidak dapat melihat dengan jelas suatu objek yang lebih dekat dari 40 cm, berapa
ukuran lensa kacamata yang ia gunakan
2. Seorang penderita rabun jauh memiliki titik dekat 20 cm dan dapat membaca dengan normal
setelah memakai kacamata. Tentukanlah kekuatan kacamata yang ia gunakan.
3. Seorang lanjut usia mempunyai titik jauh 1,5 meter dan titik dekat 40 cm. Berapakah
kekuatan kacamata yang ia gunakan supaya ia dapat melihat suatu objek dengan normal.
Alat-alat Optika
Buku Ajar Fisika Dasar II
XII – 14
4. Seorang peneliti yang memiliki titik dekat 42 cm mengamati jenis serat kain kanvas pada
suatu lukisan dengan bantuan lup dan mata berakomodasi maksimum. Perbesaran yang
diperoleh delapan kali.
a. Tentukan kekuatan lup yang ia gunakan
b. Tentukan letak benda yang dia amati
5. Sebuah mikroskop memiliki lensa okuler dengan jarak fokus 5 cm dan lensa objektif
dengan jarak fokus 0,5 cm. Jarak kedua lensa tersebut 15 cm. Tentukan perbesaran
mikroskop untuk:
a. Mata berakomodasi maksimum
b. Mata tidak berakomodasi
6. Sebuah mikroskop mempunyai lensa objektif dan okuler dengan jarak fokus masing-masing
0,8 cm dan 2,5 cm. Bayangan nyata sebuah benda terletak 16 cm dari objektif. Tentukanlah
perbesaran totalnya untuk mata tidak berakomodasi.
7. Sebuah kamera dengan fokus 50 mm digunakan untuk memotret sebuah menara pada jarak
100 m. Jika tinggi menara 50 m, tentukan jarak bayangan pada film dan perbesarannya.
8. Teropong bintang mempunyai lensa objektif dan okuler berkekuatan 0,5 dioptri dan 10
dioptri. Tentukanlah perbesaran yang diperoleh untuk mata berakomodasi dan tanpa
berakomodasi.
Alat-alat Optika