307. 15. Bab. Setelah mempelajari bab ini, kamu harus mampu: Hasil yang harus
kamu capai: Alat Optik. Pada bab sebelumnya kamu telah mempelajari.
Bab
15 Sumber: www.pemed.com
Alat Optik Hasil yang harus kamu capai: memahami konsep dan penerapan getaran, gelombang, dan optika dalam produk teknologi sehari-hari.
Setelah mempelajari bab ini, kamu harus mampu: mendeskripsikan alat-alat optik dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Pada bab sebelumnya kamu telah mempelajari sifat-sifat cahaya, di antaranya dapat dipantulkan dan dibiaskan. Kamu pun sudah mempelajari sifat-sifat benda yang dapat memantulkan cahaya, misalnya cermin, dan benda yang dapat membiaskan cahaya, misalnya lensa. Dengan mempelajari kedua sifat benda tersebut, kamu dapat memanfaatkannya untuk membantu keterbatasan penglihatan manusia. Alat yang cara kerjanya memanfaatkan prinsip peman tulan dan pembiasan cahaya disebut alat optik. Alat optik yang sering digunakan adalah kacamata, kaca pembesar (lup), mikroskop, kamera, dan periskop. Akan tetapi, dari sekian banyak alat optik yang diciptakan manusia, tidak ada satu pun alat optik yang dapat menyaingi ciptaan Tuhan, yaitu mata. Oleh karena itu, menjadi kewajibanmu untuk mensyukuri dan memeliharanya.
A. B. C. D. E.
Mata Kamera Lup Mikroskop Periskop
307
Alat optik yang dibuat manusia sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari. Dengan teropong, kamu dapat melihat benda-benda yang jauh. Untuk melihat benda-benda renik, kamu dapat meggunakan mikroskop. Dalam bab ini kamu akan mempelajari beberapa alat optik yang sering digunakan, di antaranya kamera, mata, lup, mikroskop, dan periskop.
Diagram Alur Untuk mempermudahmu dalam mempelajari bab ini, pelajarilah diagram alur yang disajikan sebagai berikut.
Alat Optik terdiri atas
Mata
Lup
Mikroskop
Periskop
Kamera membentuk
dapat menderita
Miopi dapat diatasi
Lensa cekung (-)
308
Hipermetropi dapat diatasi
Lensa cembung (+)
terdiri atas
Presbiopi
Kornea
Cairan aqueous
Iris
Retina
Lensa kristalin
dapat diatasi
Kacamata rangkap
Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
Bayangan nyata, terbalik, dan diperkecil
Tes Materi Awal Pikirkan jawaban pertanyaan berikut sebelum kamu membaca uraian materi bab ini. Kemudian, periksa kembali jawabanmu setelah kamu selesai membaca uraian bab ini. Apakah ada yang harus diperbaiki dengan jawaban tersebut? 1. 2.
Apakah yang disebut alat optik? Apakah persamaan dan perbedaan antara mata dan kamera?
3.
Karena sesuatu hal, mata kita jadi berkurang fungsinya sehingga mata kita menjadi cacat. Apa saja cacat mata itu?
A. Mata Kamu diberkati oleh Tuhan sepasang mata sebagai indera untuk melihat. Anugerah tersebut memungkinkan manusia dapat menikmati keindahan alam ini. Tahukah kamu bahwa matamu seperti kamera? Bagian-bagian kamera semuanya ada di matamu. Manusia telah menjiplak alat optik yang maha sempurna, yaitu mata.
1. Bagian-Bagian Mata Mata manusia memiliki bagian-bagian yang sangat sempurna. Berikut adalah bagian-bagian mata yang perlu kamu ketahui.
a. Kornea
Iris
Retina
Kornea
Kornea merupakan bagian mata yang bersifat tembus pandang dan berfungsi sebagai pelindung matamu. Agar tetap bening dan bersih, kornea ini dibasahi oleh air mata yang berasal dari kelenjar air mata.
b. Cairan Aqueous Di belakang kornea terdapat cairan yang disebut cairan aqueous yang berfungsi untuk membiaskan cahaya yang masuk sehingga terfokus ke lensa mata.
c. Iris atau Selaput Pelangi
Pupil Lensa Sumber: www.saphire.co.id.
Gambar 15.1 Bagian-bagian mata
Iris terdapat di belakang kornea dan berpigmen. Pigmen ini menentukan warna pada mata seseorang. Pernahkah kamu melihat seseorang atau binatang memiliki mata berwarna biru, cokelat, atau hitam?
d. Pupil Pupil terdapat di tengah-tengah iris. Pupil dapat mengecil dan membesar, seperti fungsi diafragma pada kamera. Pupil membuka dan menutup secara otomatis bergantung pada cahaya yang masuk. Jika cahaya terang, pupil akan mengecil, sedangkan ketika gelap, pupil akan membesar. Alat Optik
309
Gambar 15.2 Ukuran pupil pada keadaan normal, terang, dan gelap. Normal
Terang
Gelap
e. Retina Retina merupakan selaput yang mengandung sel-sel indera. Retina berfungsi sebagai layar, tempat terbentuknya bayangan, seperti halnya pelat film pada kamera.
f. Lensa Kristalin Lensa kristalin merupakan lensa mata yang terbuat dari bahan bening, berserat, dan kenyal. Lensa mata berbeda dengan lensa kamera, tetapi memiliki fungsi yang sama. Pada kamera, untuk memfokuskan bayangan pada pelat film, lensa kamera harus dimajukan atau dimundurkan. Pada mata, untuk memfokuskan bayangan pada retina, yaitu dengan mencembungkan atau memipihkan lensa. Daya untuk membuat lensa mata cembung dan memipih sesuai dengan jarak benda yang dilihat disebut daya akomodasi.
2. Bagaimanakah Kamu Dapat Melihat?
Gambar 15.3 Bayangan yang dibentuk pada mata.
Gambar 15.4 Lensa akan mengecil ketika melihat benda jauh.
310
Agar benda terlihat jelas oleh mata, bayangannya harus tepat di retina. Retina terdiri atas dua bagian, yaitu bintik kuning yang peka terhadap cahaya dan bintik buta yang tidak peka terhadap cahaya. Pada retina terdapat serabut-serabut sel saraf mata. Jika kamu melihat sebuah benda, sel-sel saraf tersebut akan menyampaikanya ke otakmu. Oleh sebab itu, agar kamu dapat melihat benda dengan jelas, bayangan harus jatuh di bintik kuning. Suatu benda hanya dapat kamu lihat apabila ada cahaya. Cahaya yang dipantulkan dari benda akan masuk ke dalam matamu melalui kornea dan dibiaskan oleh cairan di belakang kornea agar jatuh pada lensa. Oleh lensa mata diatur sedemikian rupa sehingga bayangannya jatuh di retina. Rangsangan cahaya yang diterima oleh sel-sel indera, kemudian diteruskan ke saraf mata, selanjutnya disampaikan ke pusat penglihatan di otak untuk diterjemahkan. Perasaan mengungkapkan bahwa kamu dapat melihat sesuatu. Ketika kamu melihat benda yang jauh, cahaya yang dipancarkan dari benda dianggap oleh mata sebagai cahaya sejajar dan oleh lensa mata akan difokuskan tepat di retina sehingga lensa mata memipih.
Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
Pada saat kamu melihat benda yang dekat, cahaya dianggap dari satu titik menyebar masuk ke mata melalui kornea dan cairan belakang kornea sehingga cahaya tepat jatuh di retina. Tuhan telah memberikan kesempurnaan pada mata manusia sehingga dapat memberikan gambaran tiga dimensi kepada benda yang dilihatnya. Jarak mata kiri dan mata kanan sekitar 7 cm. Mata kiri dan kanan masing-masing memberikan gambaran benda yang sedikit berbeda. Kedua sisi pandangan ini kemudian disatukan dan diolah di dalam otak sehingga membentuk gambaran yang sempurna. a
Gambar 15.5 Lensa mata akan membesar ketika melihat benda dekat.
b
Gambar 15.6 (a) Mata kiri dan kananmu dapat melihat (b) pemandangan dengan sempurna. Sumber: www.pagaralam.go.id dan www.nlm.nih.gov
3. Cacat Mata Orang yang bermata normal dapat melihat benda-benda jauh ataupun dekat dengan normal. Hal ini disebabkan daya akomodasi mata yang masih baik. Mata yang masih normal disebut emmetrop. Mata normal akan melihat dengan jelas sedekat-dekatnya 25 cm dan sejauh-jauhnya tak terhingga. Gambar 15.7 Mata normal memiliki titik dekat berjarak 25 cm dan titik jauh berjarak tak berhingga.
Tidak semua orang memiliki titik dekat dan titik jauh yang normal. Ada beberapa orang yang sudah tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda dekat atau atau tidak bisa melihat benda-benda jauh, atau kedua-duanya. Hal ini disebabkan otot iris sudah tidak dapat membuat akomodasi maksimum atau minimum. Orang seperti itu disebut memiliki cacat mata. Cacat mata dibedakan menjadi tiga jenis, antara lain miopi (rabun jauh), hipermetropi (rabun dekat), dan presbiopi (mata tua).
Alat Optik
311
Pembahasan UN Orang yang tidak dapat melihat dengan jelas jika melihat benda-benda pada jarak jauh dapat ditolong dengan .... (UAS 2006) a. lensa cembung cekung b. lensa cekung c. lensa cembung d. lensa silindris Jawaban (b) Miopi atau rabun jauh, dapat ditolong dengan menggunakan lensa cekung.
a. Miopi Miopi atau rabun jauh adalah salah satu jenis cacat mata yang penglihatannya tampak buram jika melihat benda-benda jauh. Hal ini disebabkan bola mata terlalu tebal. Kecilnya daya akomodasi menyebabkan berkas cahaya yang seharusnya tiba di retina berpotongan di depan retina. Dengan kata lain, bayangan berada jauh di depan retina. Untuk menolong cacat mata miopi, kamu harus menggunakan lensa yang dapat menyebarkan sinar agar bayangan tepat di retina. Lensa tersebut adalah lensa cekung atau lensa negatif yang bersifat divergen.
Gambar 15.8 Orang yang menderita (a) cacat mata miopi (b) dapat dibantu dengan lensa cekung.
a
b
b. Hipermetropi Selain ada orang yang tidak dapat melihat dengan jelas benda-banda jauh, ada pula orang yang tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda dekat (lebih besar dari 25 cm). Cacat mata seperti ini disebut hipermetropi atau rabun dekat. Pada umumnya, rabun dekat disebabkan bola mata yang terlalu datar. Berkas sinar bias yang seharusnya berpotongan di retina akan berpotongan di belakang retina. Akibatnya, penglihatan menjadi buram. Cacat mata rabun dekat harus ditolong oleh lensa yang dapat mengumpulkan sinar sehingga sinar yang masuk dapat difokuskan di retina. Lensa apakah itu? Lensa itu adalah lensa cembung atau lensa positif.
Gambar 15.9 Orang yang menderita (a) cacat mata hipermetropi (b) dapat dibantu dengan lensa cembung.
312
a
Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
b
c. Presbiopi Presbiopi merupakan cacat mata yang lebih banyak disebabkan oleh faktor usia. Orang yang usianya sudah lanjut, daya akomodasinya semakin lemah sehingga lensa mata sukar mencembung secembung-cembungnya dan sukar memipih sepipih-pipihnya. Cacat mata presbiopi adalah cacat mata yang tidak dapat melihat benda-benda jauh atau dekat dengan jelas. Untuk menolong orang yang menderita cacat mata presbiopi, harus digunakan kacamata rangkap. Lensa kacamata rangkap terdiri atas lensa cekung untuk melihat benda-benda jauh dan lensa cembung untuk melihat benda-benda dekat.
–
–
+
+
Gambar 15.10 Lensa rangkap dapat membantu orang yang memiliki cacat mata presbiopi.
Tugas 15.1 Coba kamu data teman-temanmu yang menggunakan kacamata. Kemudian, tanyakan kepada temanmu tersebut jenis kacamata yang digunakannya. Apakah kacamata berlensa (+) atau berlensa (–)? Dengan demikian, kamu dapat mengelompokkannya sebagai rabun dekat atau rabun jauh.
Soal Penguasaan Materi 15.1 Kerjakanlah di buku latihanmu. 1.
Jelaskan bagaimana mata kamu dapat melihat benda-benda di sekitarmu. Bagai mana prosesnya?
2.
Cacat mata miopi dan hipermetropi disebabkan bayangan benda jatuh tidak tepat di retina mata. Jelaskan lebih dalam mengenai hal tersebut.
B. Kamera Ketika kamu merayakan ulang tahun, alangkah senang nya jika perayaan ulang tahun tersebut didokumentasikan dengan foto. Apakah alat yang digunakan untuk mengambil gambar foto tersebut? Kamu sering menggunakannya, bukan? lensa
Gambar 15.11 diafragma a
pengatur fokus
pelat film
b Sumber: www.bythom.com
(a) kamera dan (b) skema kamera sederhana.
Alat Optik
313
Hal Penting Key Point
Sebuah lensa konvergen tipis dapat digunakan sebagai kaca pembesar ketika benda ditempatkan pada jarak lebih pendek daripada panjang fokus lensa. A thin converging lens can be used as a magnifying glass when the object is placed at a distance shorter than the focal length of the lens.
Bagian utama kamera adalah sebuah kotak hitam kedap cahaya yang pada salah satu sisinya terdapat pelat film yang sensitif terhadap cahaya dan pada sisi depannya terdapat lubang kecil yang disebut diafragma. Diafragma adalah lubang yang besarnya dapat diatur dan berfungsi untuk mengatur intensitas cahaya yang masuk. Nilai diafragma ditunjukkan dengan angka dan biasanya terbalik dengan bukaannya. Dengan demikian, semakin besar angka diafragma, semakin kecil celah diafragma terbuka. Pada bagian depan kamera terdapat lensa optik yang terbuat dari lensa cembung. Lensa tersebut berfungsi untuk mengumpulkan cahaya sejajar dari benda sehingga terbentuk bayangan tepat di pelat film. Agar bayangan dari benda yang dekat ataupun yang jauh dapat tepat berada di pelat film maka jarak lensa ke pelat film dapat diatur ke depan atau ke belakang. Alat tersebut dinamakan dengan alat pengatur fokus. Selain pengatur fokus juga ada pengatur kecepatan membuka atau menutup layar. Pada kamera terdapat angka yang menunjukkan kecepatan pembukaan dan penutupan layar. Semakin besar angkanya, semakin cepat penutupan layar. Kecepatan besar digunakan untuk memotret benda-benda yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Terbentuknya bayangan pada pelat film dalam kamera ditunjukkan pada Gambar 15.12. Lensa cembung
Benda M1
Gambar 15.12 Pembentukan bayangan pada kamera.
F2 F1
M2 Bayangan
Perhatikan sinar-sinar istimewa dari benda pada Gambar 15.12. Sinar yang melalui pusat optik akan diteruskan dan sinarsinar sejajar akan dibiaskan melalui titik fokus. Bayangan pada kamera selalu nyata, terbalik, dan diperkecil. Dari sifat bayangan tersebut, di manakah letak bendanya? Tentu harus lebih besar dari pada 2F atau di ruang III. Bayangan yang terbentuk berada di ruang II dan diperkecil.
Soal Penguasaan Materi 15.2 Kerjakanlah di buku latihanmu. 1. 2.
314
Jelaskan pengaruh cahaya terhadap pelat film. Jelaskan proses terjadinya bayangan pada kamera.
3.
Apakah lensa pada kamera dan mata memiliki fungsi yang sama?
Belajar IPA Membuka Cakrawala Alam Sekitar untuk Kelas VIII
C. Lup Lup atau kaca pembesar biasanya digunakan oleh tukang reparasi arloji (jam) atau untuk melihat benda-benda kecil. Lup adalah alat optik yang paling sederhana karena hanya terdiri atas satu lensa cembung.
Gambar 15.13 a
(a) lup dan (b) pembentukan bayangan pada lup.
b
Agar mendapatkan bayangan yang sebesar-besarnya, benda harus diletakkan di antara pusat lensa (O) dan titik fokus (F) atau benda selalu di ruang satu (I) sehingga bayangan selalu berada di ruang empat (IV) dengan sifat maya, sama tegak, dan diperbesar.
Tugas 15.2 Lensa-lensa yang digunakan pada alat-alat optik memiliki kemampuan dalam memfokuskan sinar yang berbeda-beda. Kemampuan tersebut dinamakan kekuatan lensa. Satuan kekuatan lensa adalah dioptri. Nah, sekarang coba kalian cari literatur tentang hal-hal yang berkaitan dengan topik kekuatan lensa. Bagaimana penerapannya dalam kehidupan sehari-hari? Tuliskan hasil penca-rianmu dalam bentuk laporan untuk dipresentasikan di depan kelas.
Soal Penguasaan Materi 15.3 Kerjakanlah di buku latihanmu. Mengapa untuk menghasilkan bayangan yang tegak dan diperbesar pada lup, benda harus
diletakkan di antara F dan O? bagaimana jika benda diletakkan lebih jauh dari F?
D. Mikroskop Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda renik, misalnya bakteri atau virus. Mikroskop banyak digunakan sebagai alat penelitian. Objek yang diamati dapat diperbesar hingga ratusan kali. Para ahli teknologi menggunakan mikroskop untuk mempelajari struktur kristal suatu logam atau campuran logam. Mikroskop pun digunakan untuk mengamati rangkaian dalam chip komputer dan komponen elektronika yang sangat kecil.
Sumber: Physics for You, 2001
Gambar 15.14 Mikroskop Alat Optik
315
A
Lensa Objektif fob
A''
Lensa Okuler fok A'
Gambar 15.15 Perjalanan sinar pada mikroskop.
Seperti halnya kaca pembesar, komponen utama mikroskop adalah lensa cembung. Kaca pembesar hanya menggunakan satu lensa cembung, sedangkan mikroskop menggunakan beberapa lensa cembung untuk mendapatkan bayangan yang sebesar-besarnya. Pada dasarnya, lensa ini dibagi dua, yaitu lensa okuler dan lensa objektif. Lensa okuler adalah lensa yang dekat mata pengamat, sedangkan lensa objektif adalah lensa yang dekat objek yang diamati, perhatikan Gambar 15.15. Jarak fokus lensa objektif selalu lebih kecil daripada jarak fokus lensa okuler (Fob
