Contoh Soal Alat-alat Optik
Contoh Soal Alat-alat Optik - Dalam ilmu fisika terdapat bidang keilmuan yang bernama optika geometri. Optika geometri mempelajari tentang sifat fisis suatu cahaya, misalkan pemantulan dan pembiasan. Pemantulan cahaya dapat terjadi contohnya pada cermin, sedangkan pembiasan dapat terjadi contohnya pada lensa dan prisma.
b. Perbesaran pada lensa okuler (Mok)
Untuk mata berakomodasi maksimum
Alat-alat optik diciptakan untuk berbagai tujuan, namun memiliki fungsi utama yang sama yaitu untuk meningkatkan daya penglihatan manusia. Adapun contoh alat-alat optik diantaranya adalah mata, kacamata, lup, miksroskop, dan teropong.
A. Mata
1. Bagian-Bagian Mata
Mata merupakan alat optik yang dimiliki oleh manusia, berikut ini merupakan bagian-bagian mata.
a. Kornea, bagian depan mata memiliki lengkung lebih tajam dan dilapisi selaput cahaya
b. Aquaeous humor, berfungsi membiaskan cahaya yang masuk ke mata
c. Lensa mata, terbuat dari bahan bening, berserat dan kenyal
d. Iris, berfungsi memberi warna mata
e. Pupil, celah lingkaran yang besarnya tergantung intensitas cahaya ke mata
f. Retina, berada di belakang mata tempat terbentuknya bayangan
Mata akan dapat melihat benda ketika terbentuk bayangan nyata,terbalik, dan diperkecil di retina mata.
a. Kornea, bagian depan mata memiliki lengkung lebih tajam dan dilapisi selaput cahaya
b. Aquaeous humor, berfungsi membiaskan cahaya yang masuk ke mata
c. Lensa mata, terbuat dari bahan bening, berserat dan kenyal
d. Iris, berfungsi memberi warna mata
e. Pupil, celah lingkaran yang besarnya tergantung intensitas cahaya ke mata
f. Retina, berada di belakang mata tempat terbentuknya bayangan
Mata akan dapat melihat benda ketika terbentuk bayangan nyata,terbalik, dan diperkecil di retina mata.
2. Daya Akomodasi Mata
Daya akomodasi mata adalah proses dimana lensa mengubah jarak fokusnya (membuat lensa mata lebih cembung atau lebih pipih) untuk memfokuskan benda-benda pada berbagai jarak. Mata memiliki jarak bayangan yang bersifat tetap karena jarak antara lensa dan retina adalah tetap. Lensa mata berperan sebagai sebuah lensa positif, sehingga pembentukan bayangannya akan memenuhi persamaan sebagai berikut.
Penting
a. Ketika mata relaks (tidak berakomodasi), lensa mata pipih sehingga jarak fokusnya paling besar, dan benda yang sangat jauh difokuskan di retina.
b. Keadaan mata berakomodasi maksimum dimana jarak benda yang dilihat oleh mata semakin kecil artinya benda yang dilihat semakin dekat ke mata ,maka jarak fokus lensa mata akan semakin kecil dan bentuk lensa akan semakin menebal.
c. Ketika benda berada di titik dekat mata (Punctum Proximum) dan titik jauh mata (Punctum Rematum). Titik jauh mata adalah jarak benda terjauh dari mata dan masih dapat dilihat jelas oleh mata (mata normal PR = tak terhingga), sedangkan titik dekat mata adalah jarak benda terdekat ke mata yang masih dapat terlihat jelas (mata norml PP = 25 cm).
b. Keadaan mata berakomodasi maksimum dimana jarak benda yang dilihat oleh mata semakin kecil artinya benda yang dilihat semakin dekat ke mata ,maka jarak fokus lensa mata akan semakin kecil dan bentuk lensa akan semakin menebal.
c. Ketika benda berada di titik dekat mata (Punctum Proximum) dan titik jauh mata (Punctum Rematum). Titik jauh mata adalah jarak benda terjauh dari mata dan masih dapat dilihat jelas oleh mata (mata normal PR = tak terhingga), sedangkan titik dekat mata adalah jarak benda terdekat ke mata yang masih dapat terlihat jelas (mata norml PP = 25 cm).
3. Cacat Mata
Cacat mata yaitu terjadi kelainan pada mata, dan dapat diatasi dengan memakai kacamata, lensa kontak atau melalui suatu operasi.
a. Rabun Jauh
Dapat melihat dengan jelas pada jarak 25 cm tetapi tidak dapat melihat benda benda jauh dengan jelas, karena lensa mata tidak dapat memipih, sehingga bayangan terletak di depan retina. Dapat ditolong dengan kacamata berlensa cekung (lensa minus). Jika titik jauh mata penderita rabun jauh adalah PR, maka kekuatan lensa (P) cekung yang diperlukan untuk mengatasi cacat mata ini dirumuskan sebagai berikut.
a. Rabun Jauh
Dapat melihat dengan jelas pada jarak 25 cm tetapi tidak dapat melihat benda benda jauh dengan jelas, karena lensa mata tidak dapat memipih, sehingga bayangan terletak di depan retina. Dapat ditolong dengan kacamata berlensa cekung (lensa minus). Jika titik jauh mata penderita rabun jauh adalah PR, maka kekuatan lensa (P) cekung yang diperlukan untuk mengatasi cacat mata ini dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan
P = kekuatan lensa (dioptri)
PR = titik jauh (cm)
b. Rabun dekat
Rabun dekat yaitu dapat melihat dengan jelas benda jauh tetapi tidak dapat melihat benda benda dekat dengan jelas, karena lensa mata tidak dapat menjadi cembung, sehingga bayangan terletak di belakang retina. Kelainan ini dapat ditolong dengan kacamata berlensa cembung (lensa positif). Jika titik terdekat mata penderita rabun dekat adalah PP, maka kekuatan lensa (P) cembung yang diperlukan untuk mengatasi cacat mata ini ditumuskan sebagai berikut.
P = kekuatan lensa (dioptri)
PR = titik jauh (cm)
b. Rabun dekat
Rabun dekat yaitu dapat melihat dengan jelas benda jauh tetapi tidak dapat melihat benda benda dekat dengan jelas, karena lensa mata tidak dapat menjadi cembung, sehingga bayangan terletak di belakang retina. Kelainan ini dapat ditolong dengan kacamata berlensa cembung (lensa positif). Jika titik terdekat mata penderita rabun dekat adalah PP, maka kekuatan lensa (P) cembung yang diperlukan untuk mengatasi cacat mata ini ditumuskan sebagai berikut.
Keterangan
PP = titik dekat (cm)
c. Mata tua (Presbiopi)
Cacat mata ini disebabkan oleh berkurangnya daya akomodasi akibat berambahnya usia. Leta titik dekat maupun titik jauh mata telah bergeser maka penderita presbiopi tidak dapat melihat benda jauh dengan jelas dan juga tidak dapat membaca pada jarak baca normal. Untuk menanggulangi keadaan ini maka harus dibantu dengan kecamata berlnsa rangkap atau bifocal.
d. Astigmatisme
Astigmatime yaitu keadaan mata tidak memfokuskan benda sebagai garis pendek disebabkan oleh kornea mata yang tidak berbentuk sferik mlainkan bidang silinder. Untuk mengatasinya dapat dibantu dengan kecamata silinder (slindris).
e. Katarak
Cacat mata ini berupa keburaman secara parsial atau total, sehingga dapat diatasi dengan operasi pembersihan lensa.
PP = titik dekat (cm)
c. Mata tua (Presbiopi)
Cacat mata ini disebabkan oleh berkurangnya daya akomodasi akibat berambahnya usia. Leta titik dekat maupun titik jauh mata telah bergeser maka penderita presbiopi tidak dapat melihat benda jauh dengan jelas dan juga tidak dapat membaca pada jarak baca normal. Untuk menanggulangi keadaan ini maka harus dibantu dengan kecamata berlnsa rangkap atau bifocal.
d. Astigmatisme
Astigmatime yaitu keadaan mata tidak memfokuskan benda sebagai garis pendek disebabkan oleh kornea mata yang tidak berbentuk sferik mlainkan bidang silinder. Untuk mengatasinya dapat dibantu dengan kecamata silinder (slindris).
e. Katarak
Cacat mata ini berupa keburaman secara parsial atau total, sehingga dapat diatasi dengan operasi pembersihan lensa.
B. Kamera
Kamera memiliki sistem kerja yang hampir sama dengan mata, adapun persamaan antara mata dan kamera diantaranya sama sama memiliki jenis lensa cembung, dan sifat bayangannya sama sama nyata, terbalik, diperkecil.
C. Lup
Lup (kaca pembesar) adalah alat optik yang terdiri dari sebuah lensa cembung (lensa positif). Fungsinya, untuk melihat benda benda kecil. Adapun proses pembentukan bayangan pada lup adalah sebagai berikut.
Sifat bayangan yang dibentuk pada lup adalah maya, tegak,dan diperbesar. Untuk mengukur perbesaran bayangan yang dihasilkan lup, terdapat dua besaran yang harus digunakan yaitu perbesaran linier,dan perbesaran sudut (angular). Perbesaran angular (sudut) lup untuk mata tidak berakomodasi, dapat dirumuskan sebagai berikut.
Perbesaran angular (sudut) lup untuk mata berakomodasi maksimum dapat dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan
Ma = perbesaran sudut (angular),
*sn = titik terdekat mata normal (PP) (cm)
f = fokus lensa (cm).
Ma = perbesaran sudut (angular),
*sn = titik terdekat mata normal (PP) (cm)
f = fokus lensa (cm).
D. Mikroskop
1. Diagram Kerja Mikroskop
- Mikroskop tersusun dari dua lensa cembung
- Lensa di dekat benda disebut lensa objektif
- Lensa di dekat mata adalah lensa okuler
- fok > fob
- Benda diletakkan di depan fokus objektif
- Lensa objektif membentuk bayangan objektif, dan bayangan objektif menjadi benda lensa okuler
- Lensa okuler membentuk bayangan okuler/ bayangan akhir, dan bayangan inilah yang terlihat mata
- Mata berakomodasi maksimum s’ok = -sn = - 25 cm (s’ok berharga negatif karena bersifat maya)
- Jika mata tidak berakomodasi, maka s’ok = ~
Adapun diagram kerjanya ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
2. Perbesaran Mikroskop
a. Perbesaran lensa objektif (Mob) terjadi perbesaran linier sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut.
b. Perbesaran pada lensa okuler (Mok)
Untuk mata berakomodasi maksimum
Untuk mata tidak berakomodasi
c. Perbesaran total mikroskop (Mtot)
Mtot = Mok x Mob
Rumus untuk mencari panjang mikroskop (d) adalah sebagai berikut.
d = s'ob + sok
E. Teleskop (Teropong Bintang)
1. Cara Kerja Teleskop ( teropong bintang)
- Teleskop dibuat dari dua lensa cembung (fob > fok)
- Bintang berada jauh tak terhingga (sob = ~)
- Bayangan objektif berada di fokus lensa objektif (s’ob = fob)
- Lensa okuler membentuk bayangan akhir atau bayangan okuler, bayangan inilah yang terlihat oleh mata
- Pengamatan bintang atau benda langit biasanya dibutuhkan waktu lama, sehingga agar tidak cepat lelah,pengamatan dilakukan tanpa akomodasi (s’ok = ~sn).
2. Perbesaran Teleskop
Perbesaran teleskop (M) untuk mata tak berakomodasi adalah sebagai berikut.
S1
Cacat mata yang memerlukan lensa silindris adalah ....
S2
Seorang penderita rabun dekat memiliki titik dekat 75 cm. Kekuatan lensa kacamata yang harus digunakan agar dapat meilhat benda yang jelas pada jarak 25 cm adalah ...
S3
Lup dengan jarak fokus 12 cm digunakan untuk mengamati sebuah benda dengan mata berakomodasi. Perbesaran maksimum lup tersebut adalah ....
S4
Sebuah teropong diarahkan ke bintang dan menghasilkan perbesaran angular 20 kali. Jika jarak fokus lensa objektifnya 100 cm, maka jarak antara lensa objektif dan lensa okuler teropong adalah ....
S5
Sebuah mikroskop memiliki lensa objektif yang berjarak fokus 2 cm. Sebuah objek diletakkan 2,2 cm di bawah objektif. Jika perbesaran okuler 10 kali, maka perbesaran mikroskop adalah ....
S6
Sifat bayangan yang dihasilkan oleh lensa objektif mikroskop adalah ....
S7
Sebuah lup memiliki lensa dengan kekuatan 25 dioptri. Perbesaran dengan berakomodasi maksimum adalah ....
S8
Jarak fokus lensa objektif dan okuler dari teropong bintang berturut-turut adalah 330 cm. Jika teropong bintang dipakai oleh mata normal yang tidak berakomodasi, maka panjang teropong adalah ....
S9
Sebuah mikroskop memiliki panjang tabung 21,4 cm, fokus objektif 4 mm, dan fokus okuler 5 cm. Untuk mendapatkan bayangan yang jelas dengan mata tanpa akomodasi, maka benda diletakkan terhadap objektif pada jarak ....
S10
Penderita miopi dapat melihat jelas pada jarak 200 cm. Ukuran lensa yang dibutuhkannya agar penderita tersebut dapat melihat benda jauh tak terhingga adalah ....