Dalam bab ini Anda akan mempelajari alat-alat optik dan penerapan konsep-konsep pembiasan cahaya dalam alat-alat optik. Secara rinci dalam bab ini akan dibahas: indera penglihat (mata), lensa kaca mata, kaca pembesar (lup), kamera dan mikroskop.
1,Alat Optik pada Hewan
Hewan apa yang mengeluarkan cahaya? Tentu Anda tidak asing dengan kunang-kanang, bukan?. Kunang-kunang adalah sejenis serangga golongan lampyridae merupakan familia dalam ordo kumbang coleopteran yang dapat mengeluarkan cahaya jelas terlihat pada malam hari (http;// id.wikipedia.org/:2008:1) Cahaya yang dihasilkan kunang-kunang tidak mengandung ultraviolet maupun sinar inframerah, dan panjang gelombangnya 510 hingga 670 nanometer.
2. Indera Penglihat (Mata)
Mengapa mata termasuk sistem optik? Mengapa mata merupakan sistem optik yang paling penting? Pertanyaan ini mengajak Anda untuk merenungi anugerah Tuhan bagi manusia yang tidak ternilai harganya yaitu mata.
Pertanyaan ini juga menuntun Anda untuk mengaplikasikan konsep pembiasan cahaya pada alat indera penglihat (mata). Oleh karena mata mempunyai karakteristik sistem optik seperti pemantulan dan pembiasan, maka mata termasuk sistem optik. Mata adalah sistem optik terpenting, dan merupakan anugerah Tuhan yang tak ternilai harganya, serta tidak dapat diganti dengan mata buatan.
Di manakah letak bola mata kita? Bola mata terletak di dalam rongga mata, dilindungi oleh tulang-tulang tengkorak. Bola mata berdiameter 20-23 mm (Gabriel, 1996). Gambar 1 menunjukkan penampang bola mata. Carilah gambar mata dari buku referensi lain, kemudian Anda bandingkan dengan gambar mata pada Gambar 1!
Catatan: (maaf gambar masih dalam revisi)
Mata adalah organ indera yang menerima informasi dalam bentuk berkas cahaya yang memantul dari sesuatu yang dilihat. Mata dapat mengubah berkas cahaya menjadi pesan listrik yang dapat dipahami oleh otak. Bagian-bagian mata (sederhana) yaitu: kornea, lensa mata, iris dan pupilnya, retina, bintik kuning (macula lutea), otot siliari, dan saraf optik.
Gambar 1 Penampang bola mata (maaf gambar blm nampak)
Tugas: Lengkapi Gambar 1 dengan bagian-bagian mata yang belum tertera pada gambar, dan Anda temukan dari referensi lain, yaitu: pupil, otot siliari, dan saraf optik!
1. Kornea mata
Kornea atau selaput bening merupakan bagian mata paling luar. Tebal kornea 0,5 mm (Gabriel, 1996). Kornea menerima cahaya dari sumbernya (yang terpantul, dan yang langsung dari benda), dan meneruskannya ke pupil. Fungsi utama kornea adalah meneruskan cahaya yang masuk ke dalam mata. Cahaya tersebut diteruskan ke bagian mata yang lebih dalam dan berakhir pada retina (selaput jala).
2. Lensa mata
Apakah persamaan lensa mata dengan lensa buatan? Masih ingatkah Anda sifat-sifat lensa? Lensa mata terdiri atas kristal lunak dan bening. Lensa mata mempunyai dua permukaan dengan jari-jari kelengkungan 7,8 mm (Gabriel, 1996).
Bentuk lensa kristal dapat diubah sedikit oleh otot siliari. Otot siliari mampu menyesuaikan ketebalan lensa dengan berelaksasi atau berkontraksi. Otot tersebut dimanfaatkan untuk memfokuskan cahaya pada objek yang dekat (sesuai jarak dekat mata seseorang) atau sangat jauh (sesuai jarak jauh mata). Lensa mata menerima cahaya yang melewati pupil dan meneruskannya pada retina. Lensa dapat ikut membiaskan cahaya yang masuk.
Lensa mata berfungsi mengatur pemfokusan cahaya, sehingga cahaya jatuh tepat pada bintik kuning (macula lutea). Untuk melihat objek yang jauh (cahaya datang dari jauh), lensa mata akan menipis. Untuk melihat objek yang dekat (cahaya datang dari dekat), lensa mata akan menebal. Proses menipis dan menebal lensa diatur oleh otot siliari.
Apabila objek didekatkan, otot siliari akan meningkatkan kelengkungan lensa dan mengurangi panjang fokus agar bayangan tetap difokuskan ke retina. Proses ini disebut akomodasi. Daya akomodasi tergantung pada umur seseorang. Jika umur makin tua, maka daya akomodasi makin menurun. Hal ini disebabkan elastisitas lensa mata makin berkurang.
Jarak benda terdekat yang masih dapat terlihat jelas oleh mata disebut jarak dekat mata. Anak-anak dapat memfokuskan benda yang terletak pada jarak 10 cm. Seseorang makin tua, kemampuan berakomodasi makin kurang dan jarak dekat matanya bertambah panjang.
Jarak jauh mata adalah jarak terjauh benda yang masih dapat terlihat jelas oleh mata. Mata normal memiliki jarak dekat 25 cm dan jarak jauh takhingga.
Untuk mengukur jarak dekat mata Anda, lakukan kegiatan 3.1.
Kegiatan 1
a. Judul Kegiatan : Pandangan dekat
b. Tujuan : menentukan jarak pandangan dekat
c. Alat dan bahan : 1) Penutup mata; 2) jarum; 3) alat ukur panjang
d. Cara kerja :
1) Tutuplah satu mata Anda dengan penutup mata yang telah
tersedia, atau tutup dengan tangan dan fokuskan mata yang lain
pada jarum lurus yang dipegang tangan Anda jauh-jauh.
2) Dekatkan jarum perlahan-lahan mendekati mata Anda, hingga
jarum tampak kabur.
3) Ukurlah oleh rekan Anda, jarak dari mata ke jarum.
e. Kesimpulan:
1. Berapa jarak dekat mata Anda berdasarkan hasil pengukuran rekan Anda?
2. Apa kesimpulan Anda, mengenai jarak pandangan dekat mata seseorang?
3. Iris dan pupil
Iris adalah bagian mata yang berwarna. Iris disebut selaput pelangi. Mengapa disebut demikian? Selaput ini memberikan pola warna pada mata manusia. Iris ada yang berwarna hitam, cokelat, abu-abu, biru atau hijau (Ibrahim, 2004: 18). Iris berwarna karena mengandung pigmen, berbentuk bulat seperti piring dengan penampang 12 mm dan tebal 0,5 mm (Suharno, 2006: 8.29).
Iris berfungsi sebagai diafragma (Wikipedia, 2008), yaitu mengendalikan banyaknya cahaya yang masuk ke mata.
Pupil adalah lubang pada iris. Pupil terdapat di tengah-tengah iris. Pupil berfungsi mengatur cahaya yang masuk ke bagian mata yang lebih dalam. Pupil mata melebar jika kondisi ruangan gelap atau cahaya yang diterima sedikit. Pupil menyempit (menguncup) jika kondisi ruangan terang atau cahaya yang diterima banyak. Lebar pupil dipengaruhi oleh iris di sekelilingnya.
4. Retina
Retina atau selaput jala terdiri atas serangkaian sel-sel saraf yang meliputi hampir seluruh dinding dalam, tetapi hanya di bagian bintik kuning terdapat sel-sel saraf sebagai fotoreseptor. Fotoreseptor adalah reseptor yang peka terhadap cahaya.
Jaringan reseptor utamanya adalah sel-sel sensoris yang berbentuk batang (rods) dan kerucut (cones), terdapat pada lapisan jaringan saraf atau lapisan sebelah dalam retina. Ackerman (1979: 32) mengemukakan “the active photoreceptors, called rods and cones, are located in the retina.”
Reseptor berfungsi mengubah energi cahaya menjadi pulsa listrik yang merambat sepanjang saraf optik ke otak. Reseptor berbentuk batang peka terhadap cahaya lemah. Reseptor berbentuk kerucut peka terhadap rangsang cahaya yang cukup kuat. Dengan demikian fungsi retina adalah sebagai layar penangkap bayangan pada mata.
Pada retina terdapat bintik kuning (macula lutea). Gambar 3.2 menunjukkan letak Macula Lutea. Bagian ini yang paling peka terhadap cahaya (sel-sel berbentuk kerucut peka terhadap rangsang cahaya cukup kuat). Supaya kita dapat melihat benda dengan jelas, bayangan benda harus jatuh tepat pada bintik kuning.
2. Lensa Kacamata
Lensa kacamata diperlukan sebagai lensa korektif terhadap kelainan mata. Terdapat dua kelainan mata yang umum yaitu rabun jauh (myopi atau miopia) dan rabun dekat (hypermetropia atau hyperopia). Keduanya dapat dikoreksi dengan lensa, baik kacamata atau pun lensa kontak.
Rabun jauh (myopi atau miopia) adalah mata yang hanya dapat memfokuskan pada benda dekat. Mata miopia disebut mata pelihat dekat atau mata dekat. Jarak jauh lensa mata ini tidak berada pada takhingga, tetapi pada jarak lebih dekat. Sebagai akiatnya benda jauh tidak terlihat jelas. Hal ini disebabkan berkas sinar difokuskan sebelum mencapai retina, akibat bola mata terlalu lonjong. Kadang-kadang kelengkungan kornea-lah yang terlalu besar. Pada kedua kasus tersebut, bayangan benda yang jauh terfokus di depan retina (Gambar 3 a).
Lensa divergen (karena menyebabkan berkas paralel menyebar), memungkinkan berkas-berkas tersebut terfokus pada retina (Gambar 3 b). Dengan demikian lensa divergen dapat memperbaiki kelainan ini.
Gambar 3 Rabun jauh (myopi)
Rabun dekat (hyperopia atau hypermetropia) adalah mata yang tidak dapat memfokus pada benda dekat. Mata hipermetropia disebut mata pelihat jauh atau mata jauh. Walaupun benda-benda jauh terlihat jelas, jarak dekat mata agak lebih besar daripada normal (25 cm) yang menyebabkan sulit membaca. Berkas sinar difokuskan setelah retina (Gambar 4 a). Kelainan ini disebabkan oleh biji mata yang terlalu pendek. Kelainan ini dapat dikoreksi oleh lensa konvergen (Gambar 4 b).
Gambar 4 Rabun dekat (hyperopia)
Presbyopia (mata tua) serupa dengan hyperopia (rabun dekat) adalah berkurangnya kemampuan mata untuk berakomodasi. Presbyopia adalah istilah untuk melukiskan kesalahan akomodasi pada mata orang lanjut usia. Elastisitas lensa mata orang lanjut usia berkurang, sehingga tidak dapat .memfokuskan bayangan sebuah benda yang dekat dengan mata.
Umur seseorang bertambah menyebabkan jarak dekat matanya bertambah jauh. Penglihatan jauh mata presbyopia tetap baik. Lensa konvergen mampu mengoreksi kelainan ini. Mata presbyopia ini dapat juga menggunakan kacamata bifokus, di mana bagian atas adalah lensa untuk melihat jauh dan bagian bawah adalah lenda untuk melihat dekat.
Catatan: Untuk menyelesaikan soal-soal mengenai aplikasi pembiasan cahaya dalam alat-alat optik dapat digunakan persamaan-persamaan lensa yang sudah dibahas pada bab sebelumnya.
Contoh Soal 1:
Mata rabun dekat
Seseorang rabun dekat memiliki jarak dekat 100 cm. Berapa daya lensa kacamata baca agar orang ini dapat membaca surat kabar pada jarak 25 cm? (Anggap lensa sangat dekat dengan mata).
Penyelesaian:
Sebuah benda yang diletakkan 25 cm dari lensa, diharapkan bayangannya berada 100 cm pada sisi yang sama dari lensa. Dengan demikian do =25 cm, di = -100 cm, (tanda negatif karena bayangan adalah maya, letaknya sama dengan benda yaitu di depan lensa), dan persamaan lensa:
1/f = 1/do + 1/di
1/f = 1/25 + 1/(-100)
1/f=(4-1)/100 = 3/100
f = 33,3 cm atau 0,333 m
Kekuatan lensa berdasarkan definisi P = 1/f
maka P = 1/0,333 = = +3 Dioptri
(tanda + menunjukkan bahwa lensa adalah konvergen).
Contoh Soal 2:
Mata rabun jauh
Mata rabun jauh memiliki jarak dekat 12 cm dan jarak jauh 17 cm. Berapa kekuatan lensa yang dibutuhkan agar orang itu dapat melihat benda jauh dengan jelas, dan berapa jarak dekatnya? Anggap lensa berada 2,0 cm dari mata (umum untuk kacamata).
Penyelesaian:
a).Tentukan kekuatan lensa yang dibutuhkan untuk memfokuskan benda pada jarak takhingga, ketika mata sedang rileks. Untuk benda jauh (do = ∞, lensa harus meletakkan bayangan 17 cm dari mata (jarak jauhnya), yang berarti 15 cm dari depan lensa; berarti di = -15 cm (tanda minus menunjukkan bahwa bayangan maya terletak di depan lensa). Gunakan persamaan lensa untuk memperoleh panjang fokus lensa yang dibutuhkan:
1/f = 1/di + 1/do
1/f = (-1)/15 + 1/~ = (-1)/15
Jadi f = -15 cm = - 0,15 m
P = 1/f = - 6,7 Dioptri
(tanda minus menunjukkan bahwa lensa tersebut adalah divergen).
b) Untuk menentukan jarak dekat ketika memakai kacamata, perhatikan bahwa bayangan yang tajam harus berada 12 cm dari mata (jarak dekatnya yang berarti 10 cm dari lensa); sehingga di = -10 cm = -0,10 m (tanda minus menunjukkan bahwa bayangan adalah maya, dan terletak di depan lensa), dan persamaan lensa menghasilkan:
1/do =1/f - 1/di
1/do = (-1)/0,15 + 1/0,10
= (-2)/0,30 + 3/0,30
do = 0,30 m
Jadi do = 0,30 m yang berarti jarak dekat mata ketika orang tersebut mengenakan kacamata adalah 0,30 m di depan lensa.
3. Kaca Pembesar (Lup)
Kaca pembesar atau lup adalah lensa cembung (konvergen) untuk mengamati benda-benda kecil. Bergantung pada apakah benda itu “tampak besar’ bila dilihat menggunakan lup? Benda akan tampak besar bergantung pada sudut yang dibentuk oleh benda pada mata (sudut lihat). Apabila kita mendekatkan benda ke mata sehingga benda tersebut membentuk sudut yang lebih besar, maka benda tersebut akan tampak lebih besar.
Dalam Gambar 5, benda diletakkan pada jarak lebih pendek daripada panjang fokusnya. Kemudian lensa konvergen membentuk bayangan maya, paling tidak berada 25 cm dari mata agar mata dapat terfokus padanya.
Jika mata rileks (ini lebih sehat), bayangan akan berada pada takhingga, benda tepat berada pada titik fokus.
Gambar 5 Benda dilihat melalui Lup
Perbesaran lateral (m) didefinisikan sebagai perbandingan tinggi bayangan dengan tinggi benda:
m = hi/ho
Dari gambar 5, perbesaran lateral juga didefinisikan sebagai perbandingan jarak bayangan dengan jarak benda:
m = di/do
Untuk perhitungan biasanya dimisalkan bahwa do disesuaikan sehingga bayangan maya dibentuk 25 cm di depan lensa (karena jarak ini adalah jarak benda bagi orang bermata normal). Jika mata rileks (untuk ketegangan mata paling kecil, agar mata rileks), bayangan akan berada pada takhingga dan benda perlu tepat di titik focus, sehingga do = f.
Perbesaran anguler (M) didefinisikan sebagai perbandingan sudut yang dibentuk oleh benda ketika menggunakan lensa (θ’) dengan sudut yang dibentuk tanpa bantuan lensa (θ), benda pada jarak dekat N mata normal (N=25 cm).
M = θ^'/θ
θ’ = sudut yang dibentuk oleh benda ketika
menggunakan lensa
θ = sudut yang dibentuk oleh benda ketika
tanpa menggunakan lensa
Kita dapat menulis M dalam panjang fokus dengan melihat bahwa:
θ = h/N dan θ’ = h/do
dengan h adalah tinggi benda, N adalah jarak dekat mata normal, do adalah jarak benda. Anggap sudut-sudut itu kecil, sehingga θ dan θ’ sinus sama dengan tangennya (dengan catatan bahwa θ dan θ’ memakai satuan radian).
Jika mata rileks (untuk ketegangan mata paling kecil), bayangan akan berada pada takhingga dan benda perlu tepat di titik fokus, maka do = f dan θ’ = h/f. Dengan demikian:
M = θ^'/θ = (h⁄f)/(h⁄N)
maka M = N/f
(mata terfokus pada ~, dan N = 25 cm untuk mata normal).
Contoh Soal 5:
Lup tukang emas
Lensa konvergen dengan panjang fokus 8 cm yang digunakan sebagai “lup tukang emas” merupakan kaca pembesar. Perkirakan perbesaran anguler ketika mata rileks!
Penyelesaian:
Dengan mata rileks terfokus pada takhingga, dan N = 25 cm jarak benda untuk mata normal.
M = N/f = 25/8 = 3,1
4. Kamera Sederhana
Kamera dan mata beroperasi berdasarkan prinsip yang sama. Komponen-komponen dasar kamera adalah lensa, kotak tidak tembus cahaya, penutup (shutter) dan film. Lensa mata dan lensa kamera berfungsi memfokuskan cahaya. Bayangan terbentuk pada film kamera.
Apabila penutup (shutter) dibuka, maka cahaya dari benda luar (dalam medan pandangan) difokuskan oleh lensa sebagai bayangan pada film. Film terdiri atas bahan dasar plastik yang dilapisi bahan kimia yang peka terhadap cahaya, dan mengalami perubahan apabila cahaya mengenainya.
Gambar 6 Kamera sederhana
Terdapat 3 setelan utama pada kamera: kelajuan penutup (shutter), f-stop, dan pemfokusan.
a. Kelajuan penutup (shutter)
Kelajuan shutter mengacu pada lamanya penutup (shutter) dibuka dan lamanya film terkena cahaya. Laju ini bervariasi waktu pencahayaannya dari 1 sekon sampai 1/1000 sekon. Jika benda bergerak, laju shutter yang lebih tinggi dibutuhkan untuk “menghentikan” gerak tersebut.
b. f-stop
Mengapa cahaya yang mencapai film harus dikendalikan? Apabila cahaya terlalu sedikit (kekurangan cahaya), maka hanya tampak benda yang paling terang. Sebaliknya apabila cahaya terlalu banyak (kelebihan cahaya), semua benda terang tampak sama, sehingga tidak ada kontras.
Ukuran bukaan bervariasi untuk mengimbangi terang atau gelap, kepekaan film dan kecepatan shutter yang berbeda. Ukuran bukaan diatur dengan f-stop, didefinisika
f-stop = f/D
f = panjang fokus lensa
D = diameter bukaan
Contoh Soal 3:
Ukuran bukaan f-stop
(a). Jika sebuah lensa panjang fokusnya 50 mm memiliki diameter bukaan D =25 mm,
berapa ukuran bukaan f-stop?
(b). Jika lensa yang panjang fokusnya 50 mm itu diatur pada f/8, berapa diameter
bukaan D?
Penyelesaian:
(a) f-stop = f/D = 50mm/25mm = 2
Maka lensa tersebut diatur pada f/2.
(b) f-stop = f/D
8 = 50mm/D; D = 50mm/8 = 6,25 mm
Jadi lensa itu diatur pada f/8 dan memiliki diameter bukaan 6,25 mm.
c. Pemfokusan
Pemfokusan adalah peletakan lensa pada posisi yang benar relatif terhadap film untuk memperoleh bayangan yang paling tajam. Jarak bayangan minimum untuk benda pada jarak takhingga sama dengan panjang fokus. Untuk benda-benda yang lebih dekat, jarak bayangan lebih besar dari panjang fokus seperti diramalkan oleh persamaan lensa:
1/f = 1/do + 1/di
Untuk memfokuskan benda-benda dekat, lensa harus dijauhkan dari film, dan hal ini dapat dilakukan dengan memutar sebuah gelang pada lensa.
Contoh Soal 4:
Fokus kamera
Berapa jarak lensa kamera dengan panjang fokus 50 mm harus digerakkan dari setelan takhingga untuk memfokuskan dengan tajam pada benda yang jauhnya 3,00 meter?
Penyelesaian:
Ketika terfokus pada takhingga, lensa berada 50 mm dari film. Ketika terfokus pada do = 3,00 m, jarak bayangan dinyatakan dengan persamaan lensa:
1/di = 1/f – 1/do
1/di = 1/50 – 1/3000
= 60/3000 – 1/3000
1/di = 59/3000
di = 3000/59 = 50,8 mm, sehingga lensa bergerak (50,8 -50,0) mm = 0,8 mm.
Catatan: Pada penyelesaian soal nomor 3.4 di atas, diperoleh harga pergeseran lensa sejauh 0,8 mm, menurut Anda lensa bergerak mendekati atau menjauhi film?
6. Kamera Digital
Karema digital adalah kamera yang menggunakan perekaman digital. Perbedaan antara kamera digital dengan kamera biasa (sederhana) hanya berbeda cara merekam. Kamera biasa (sederhana) menggunakan media film sebagai media penerima gambar. Kamera digital merekam gambar dengan sensor elektronik sebagai pengganti pita film.
Kamera digital mempunyai banyak fungsi yaitu menyimpan foto, gambar video, atau pun rekaman suara. Kamera digital dapat dikelompokkan sebagai berikut.
1). Kamera video
Kamera video profesional yang digunakan dalam pembuatan acara televisi dan film.
2. Kamera diam
Kamera digital diam adalah kamera yang digunakan untuk menangkap gambar diam
3). Webcam
Webcam adalah kamera digital yang dikoneksikan ke komputer dan digunakan untuk telekonferensi video atau tujuan lainnya.
7. Mikroskop
Apakah Mikroskop itu? Mikroskop berasal dari bahasa Yunani, yaitu micron = kecil dan scopos = tujuan adalah sebuah alat untuk melihat objek yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang (Wikipedia, 2008). Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk memperbesar benda yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang (Wikipedia, 2008).
1,Alat Optik pada Hewan
Hewan apa yang mengeluarkan cahaya? Tentu Anda tidak asing dengan kunang-kanang, bukan?. Kunang-kunang adalah sejenis serangga golongan lampyridae merupakan familia dalam ordo kumbang coleopteran yang dapat mengeluarkan cahaya jelas terlihat pada malam hari (http;// id.wikipedia.org/:2008:1) Cahaya yang dihasilkan kunang-kunang tidak mengandung ultraviolet maupun sinar inframerah, dan panjang gelombangnya 510 hingga 670 nanometer.
Cahaya dikeluarkan kunang-kunang sebagai alat komunikasi. Kunang-kunang menggunakan sinyal cahaya untuk berkomunikasi yang menyerupai sandi morse. Kunang-kunang jantan menyalakan dan memadamkan cahayanya untuk mengirimkan pesan kepada lawan jenisnya. Demikian halnya kunang-kunang betina menggunakan kode yang sama untuk mengirim pesan balasan kepada sang jantan. Hasil pesan timbal balik itu, maka sang jantan dan betina mendekat satu sama lain.
2. Indera Penglihat (Mata)
Mengapa mata termasuk sistem optik? Mengapa mata merupakan sistem optik yang paling penting? Pertanyaan ini mengajak Anda untuk merenungi anugerah Tuhan bagi manusia yang tidak ternilai harganya yaitu mata.
Pertanyaan ini juga menuntun Anda untuk mengaplikasikan konsep pembiasan cahaya pada alat indera penglihat (mata). Oleh karena mata mempunyai karakteristik sistem optik seperti pemantulan dan pembiasan, maka mata termasuk sistem optik. Mata adalah sistem optik terpenting, dan merupakan anugerah Tuhan yang tak ternilai harganya, serta tidak dapat diganti dengan mata buatan.
Di manakah letak bola mata kita? Bola mata terletak di dalam rongga mata, dilindungi oleh tulang-tulang tengkorak. Bola mata berdiameter 20-23 mm (Gabriel, 1996). Gambar 1 menunjukkan penampang bola mata. Carilah gambar mata dari buku referensi lain, kemudian Anda bandingkan dengan gambar mata pada Gambar 1!
Catatan: (maaf gambar masih dalam revisi)
Mata adalah organ indera yang menerima informasi dalam bentuk berkas cahaya yang memantul dari sesuatu yang dilihat. Mata dapat mengubah berkas cahaya menjadi pesan listrik yang dapat dipahami oleh otak. Bagian-bagian mata (sederhana) yaitu: kornea, lensa mata, iris dan pupilnya, retina, bintik kuning (macula lutea), otot siliari, dan saraf optik.
Gambar 1 Penampang bola mata (maaf gambar blm nampak)
Tugas: Lengkapi Gambar 1 dengan bagian-bagian mata yang belum tertera pada gambar, dan Anda temukan dari referensi lain, yaitu: pupil, otot siliari, dan saraf optik!
1. Kornea mata
Kornea atau selaput bening merupakan bagian mata paling luar. Tebal kornea 0,5 mm (Gabriel, 1996). Kornea menerima cahaya dari sumbernya (yang terpantul, dan yang langsung dari benda), dan meneruskannya ke pupil. Fungsi utama kornea adalah meneruskan cahaya yang masuk ke dalam mata. Cahaya tersebut diteruskan ke bagian mata yang lebih dalam dan berakhir pada retina (selaput jala).
2. Lensa mata
Apakah persamaan lensa mata dengan lensa buatan? Masih ingatkah Anda sifat-sifat lensa? Lensa mata terdiri atas kristal lunak dan bening. Lensa mata mempunyai dua permukaan dengan jari-jari kelengkungan 7,8 mm (Gabriel, 1996).
Bentuk lensa kristal dapat diubah sedikit oleh otot siliari. Otot siliari mampu menyesuaikan ketebalan lensa dengan berelaksasi atau berkontraksi. Otot tersebut dimanfaatkan untuk memfokuskan cahaya pada objek yang dekat (sesuai jarak dekat mata seseorang) atau sangat jauh (sesuai jarak jauh mata). Lensa mata menerima cahaya yang melewati pupil dan meneruskannya pada retina. Lensa dapat ikut membiaskan cahaya yang masuk.
Lensa mata berfungsi mengatur pemfokusan cahaya, sehingga cahaya jatuh tepat pada bintik kuning (macula lutea). Untuk melihat objek yang jauh (cahaya datang dari jauh), lensa mata akan menipis. Untuk melihat objek yang dekat (cahaya datang dari dekat), lensa mata akan menebal. Proses menipis dan menebal lensa diatur oleh otot siliari.
Apabila objek didekatkan, otot siliari akan meningkatkan kelengkungan lensa dan mengurangi panjang fokus agar bayangan tetap difokuskan ke retina. Proses ini disebut akomodasi. Daya akomodasi tergantung pada umur seseorang. Jika umur makin tua, maka daya akomodasi makin menurun. Hal ini disebabkan elastisitas lensa mata makin berkurang.
Jarak benda terdekat yang masih dapat terlihat jelas oleh mata disebut jarak dekat mata. Anak-anak dapat memfokuskan benda yang terletak pada jarak 10 cm. Seseorang makin tua, kemampuan berakomodasi makin kurang dan jarak dekat matanya bertambah panjang.
Jarak jauh mata adalah jarak terjauh benda yang masih dapat terlihat jelas oleh mata. Mata normal memiliki jarak dekat 25 cm dan jarak jauh takhingga.
Untuk mengukur jarak dekat mata Anda, lakukan kegiatan 3.1.
Kegiatan 1
a. Judul Kegiatan : Pandangan dekat
b. Tujuan : menentukan jarak pandangan dekat
c. Alat dan bahan : 1) Penutup mata; 2) jarum; 3) alat ukur panjang
d. Cara kerja :
1) Tutuplah satu mata Anda dengan penutup mata yang telah
tersedia, atau tutup dengan tangan dan fokuskan mata yang lain
pada jarum lurus yang dipegang tangan Anda jauh-jauh.
2) Dekatkan jarum perlahan-lahan mendekati mata Anda, hingga
jarum tampak kabur.
3) Ukurlah oleh rekan Anda, jarak dari mata ke jarum.
e. Kesimpulan:
1. Berapa jarak dekat mata Anda berdasarkan hasil pengukuran rekan Anda?
2. Apa kesimpulan Anda, mengenai jarak pandangan dekat mata seseorang?
3. Iris dan pupil
Iris adalah bagian mata yang berwarna. Iris disebut selaput pelangi. Mengapa disebut demikian? Selaput ini memberikan pola warna pada mata manusia. Iris ada yang berwarna hitam, cokelat, abu-abu, biru atau hijau (Ibrahim, 2004: 18). Iris berwarna karena mengandung pigmen, berbentuk bulat seperti piring dengan penampang 12 mm dan tebal 0,5 mm (Suharno, 2006: 8.29).
Iris berfungsi sebagai diafragma (Wikipedia, 2008), yaitu mengendalikan banyaknya cahaya yang masuk ke mata.
Pupil adalah lubang pada iris. Pupil terdapat di tengah-tengah iris. Pupil berfungsi mengatur cahaya yang masuk ke bagian mata yang lebih dalam. Pupil mata melebar jika kondisi ruangan gelap atau cahaya yang diterima sedikit. Pupil menyempit (menguncup) jika kondisi ruangan terang atau cahaya yang diterima banyak. Lebar pupil dipengaruhi oleh iris di sekelilingnya.
4. Retina
Retina atau selaput jala terdiri atas serangkaian sel-sel saraf yang meliputi hampir seluruh dinding dalam, tetapi hanya di bagian bintik kuning terdapat sel-sel saraf sebagai fotoreseptor. Fotoreseptor adalah reseptor yang peka terhadap cahaya.
Jaringan reseptor utamanya adalah sel-sel sensoris yang berbentuk batang (rods) dan kerucut (cones), terdapat pada lapisan jaringan saraf atau lapisan sebelah dalam retina. Ackerman (1979: 32) mengemukakan “the active photoreceptors, called rods and cones, are located in the retina.”
Reseptor berfungsi mengubah energi cahaya menjadi pulsa listrik yang merambat sepanjang saraf optik ke otak. Reseptor berbentuk batang peka terhadap cahaya lemah. Reseptor berbentuk kerucut peka terhadap rangsang cahaya yang cukup kuat. Dengan demikian fungsi retina adalah sebagai layar penangkap bayangan pada mata.
Pada retina terdapat bintik kuning (macula lutea). Gambar 3.2 menunjukkan letak Macula Lutea. Bagian ini yang paling peka terhadap cahaya (sel-sel berbentuk kerucut peka terhadap rangsang cahaya cukup kuat). Supaya kita dapat melihat benda dengan jelas, bayangan benda harus jatuh tepat pada bintik kuning.
2. Lensa Kacamata
Lensa kacamata diperlukan sebagai lensa korektif terhadap kelainan mata. Terdapat dua kelainan mata yang umum yaitu rabun jauh (myopi atau miopia) dan rabun dekat (hypermetropia atau hyperopia). Keduanya dapat dikoreksi dengan lensa, baik kacamata atau pun lensa kontak.
Rabun jauh (myopi atau miopia) adalah mata yang hanya dapat memfokuskan pada benda dekat. Mata miopia disebut mata pelihat dekat atau mata dekat. Jarak jauh lensa mata ini tidak berada pada takhingga, tetapi pada jarak lebih dekat. Sebagai akiatnya benda jauh tidak terlihat jelas. Hal ini disebabkan berkas sinar difokuskan sebelum mencapai retina, akibat bola mata terlalu lonjong. Kadang-kadang kelengkungan kornea-lah yang terlalu besar. Pada kedua kasus tersebut, bayangan benda yang jauh terfokus di depan retina (Gambar 3 a).
Lensa divergen (karena menyebabkan berkas paralel menyebar), memungkinkan berkas-berkas tersebut terfokus pada retina (Gambar 3 b). Dengan demikian lensa divergen dapat memperbaiki kelainan ini.
Gambar 3 Rabun jauh (myopi)
Rabun dekat (hyperopia atau hypermetropia) adalah mata yang tidak dapat memfokus pada benda dekat. Mata hipermetropia disebut mata pelihat jauh atau mata jauh. Walaupun benda-benda jauh terlihat jelas, jarak dekat mata agak lebih besar daripada normal (25 cm) yang menyebabkan sulit membaca. Berkas sinar difokuskan setelah retina (Gambar 4 a). Kelainan ini disebabkan oleh biji mata yang terlalu pendek. Kelainan ini dapat dikoreksi oleh lensa konvergen (Gambar 4 b).
Gambar 4 Rabun dekat (hyperopia)
Presbyopia (mata tua) serupa dengan hyperopia (rabun dekat) adalah berkurangnya kemampuan mata untuk berakomodasi. Presbyopia adalah istilah untuk melukiskan kesalahan akomodasi pada mata orang lanjut usia. Elastisitas lensa mata orang lanjut usia berkurang, sehingga tidak dapat .memfokuskan bayangan sebuah benda yang dekat dengan mata.
Umur seseorang bertambah menyebabkan jarak dekat matanya bertambah jauh. Penglihatan jauh mata presbyopia tetap baik. Lensa konvergen mampu mengoreksi kelainan ini. Mata presbyopia ini dapat juga menggunakan kacamata bifokus, di mana bagian atas adalah lensa untuk melihat jauh dan bagian bawah adalah lenda untuk melihat dekat.
Catatan: Untuk menyelesaikan soal-soal mengenai aplikasi pembiasan cahaya dalam alat-alat optik dapat digunakan persamaan-persamaan lensa yang sudah dibahas pada bab sebelumnya.
Contoh Soal 1:
Mata rabun dekat
Seseorang rabun dekat memiliki jarak dekat 100 cm. Berapa daya lensa kacamata baca agar orang ini dapat membaca surat kabar pada jarak 25 cm? (Anggap lensa sangat dekat dengan mata).
Penyelesaian:
Sebuah benda yang diletakkan 25 cm dari lensa, diharapkan bayangannya berada 100 cm pada sisi yang sama dari lensa. Dengan demikian do =25 cm, di = -100 cm, (tanda negatif karena bayangan adalah maya, letaknya sama dengan benda yaitu di depan lensa), dan persamaan lensa:
1/f = 1/do + 1/di
1/f = 1/25 + 1/(-100)
1/f=(4-1)/100 = 3/100
f = 33,3 cm atau 0,333 m
Kekuatan lensa berdasarkan definisi P = 1/f
maka P = 1/0,333 = = +3 Dioptri
(tanda + menunjukkan bahwa lensa adalah konvergen).
Contoh Soal 2:
Mata rabun jauh
Mata rabun jauh memiliki jarak dekat 12 cm dan jarak jauh 17 cm. Berapa kekuatan lensa yang dibutuhkan agar orang itu dapat melihat benda jauh dengan jelas, dan berapa jarak dekatnya? Anggap lensa berada 2,0 cm dari mata (umum untuk kacamata).
Penyelesaian:
a).Tentukan kekuatan lensa yang dibutuhkan untuk memfokuskan benda pada jarak takhingga, ketika mata sedang rileks. Untuk benda jauh (do = ∞, lensa harus meletakkan bayangan 17 cm dari mata (jarak jauhnya), yang berarti 15 cm dari depan lensa; berarti di = -15 cm (tanda minus menunjukkan bahwa bayangan maya terletak di depan lensa). Gunakan persamaan lensa untuk memperoleh panjang fokus lensa yang dibutuhkan:
1/f = 1/di + 1/do
1/f = (-1)/15 + 1/~ = (-1)/15
Jadi f = -15 cm = - 0,15 m
P = 1/f = - 6,7 Dioptri
(tanda minus menunjukkan bahwa lensa tersebut adalah divergen).
b) Untuk menentukan jarak dekat ketika memakai kacamata, perhatikan bahwa bayangan yang tajam harus berada 12 cm dari mata (jarak dekatnya yang berarti 10 cm dari lensa); sehingga di = -10 cm = -0,10 m (tanda minus menunjukkan bahwa bayangan adalah maya, dan terletak di depan lensa), dan persamaan lensa menghasilkan:
1/do =1/f - 1/di
1/do = (-1)/0,15 + 1/0,10
= (-2)/0,30 + 3/0,30
do = 0,30 m
Jadi do = 0,30 m yang berarti jarak dekat mata ketika orang tersebut mengenakan kacamata adalah 0,30 m di depan lensa.
3. Kaca Pembesar (Lup)
Kaca pembesar atau lup adalah lensa cembung (konvergen) untuk mengamati benda-benda kecil. Bergantung pada apakah benda itu “tampak besar’ bila dilihat menggunakan lup? Benda akan tampak besar bergantung pada sudut yang dibentuk oleh benda pada mata (sudut lihat). Apabila kita mendekatkan benda ke mata sehingga benda tersebut membentuk sudut yang lebih besar, maka benda tersebut akan tampak lebih besar.
Dalam Gambar 5, benda diletakkan pada jarak lebih pendek daripada panjang fokusnya. Kemudian lensa konvergen membentuk bayangan maya, paling tidak berada 25 cm dari mata agar mata dapat terfokus padanya.
Jika mata rileks (ini lebih sehat), bayangan akan berada pada takhingga, benda tepat berada pada titik fokus.
Gambar 5 Benda dilihat melalui Lup
Perbesaran lateral (m) didefinisikan sebagai perbandingan tinggi bayangan dengan tinggi benda:
m = hi/ho
Dari gambar 5, perbesaran lateral juga didefinisikan sebagai perbandingan jarak bayangan dengan jarak benda:
m = di/do
Untuk perhitungan biasanya dimisalkan bahwa do disesuaikan sehingga bayangan maya dibentuk 25 cm di depan lensa (karena jarak ini adalah jarak benda bagi orang bermata normal). Jika mata rileks (untuk ketegangan mata paling kecil, agar mata rileks), bayangan akan berada pada takhingga dan benda perlu tepat di titik focus, sehingga do = f.
Perbesaran anguler (M) didefinisikan sebagai perbandingan sudut yang dibentuk oleh benda ketika menggunakan lensa (θ’) dengan sudut yang dibentuk tanpa bantuan lensa (θ), benda pada jarak dekat N mata normal (N=25 cm).
M = θ^'/θ
θ’ = sudut yang dibentuk oleh benda ketika
menggunakan lensa
θ = sudut yang dibentuk oleh benda ketika
tanpa menggunakan lensa
Kita dapat menulis M dalam panjang fokus dengan melihat bahwa:
θ = h/N dan θ’ = h/do
dengan h adalah tinggi benda, N adalah jarak dekat mata normal, do adalah jarak benda. Anggap sudut-sudut itu kecil, sehingga θ dan θ’ sinus sama dengan tangennya (dengan catatan bahwa θ dan θ’ memakai satuan radian).
Jika mata rileks (untuk ketegangan mata paling kecil), bayangan akan berada pada takhingga dan benda perlu tepat di titik fokus, maka do = f dan θ’ = h/f. Dengan demikian:
M = θ^'/θ = (h⁄f)/(h⁄N)
maka M = N/f
(mata terfokus pada ~, dan N = 25 cm untuk mata normal).
Contoh Soal 5:
Lup tukang emas
Lensa konvergen dengan panjang fokus 8 cm yang digunakan sebagai “lup tukang emas” merupakan kaca pembesar. Perkirakan perbesaran anguler ketika mata rileks!
Penyelesaian:
Dengan mata rileks terfokus pada takhingga, dan N = 25 cm jarak benda untuk mata normal.
M = N/f = 25/8 = 3,1
4. Kamera Sederhana
Kamera dan mata beroperasi berdasarkan prinsip yang sama. Komponen-komponen dasar kamera adalah lensa, kotak tidak tembus cahaya, penutup (shutter) dan film. Lensa mata dan lensa kamera berfungsi memfokuskan cahaya. Bayangan terbentuk pada film kamera.
Apabila penutup (shutter) dibuka, maka cahaya dari benda luar (dalam medan pandangan) difokuskan oleh lensa sebagai bayangan pada film. Film terdiri atas bahan dasar plastik yang dilapisi bahan kimia yang peka terhadap cahaya, dan mengalami perubahan apabila cahaya mengenainya.
Gambar 6 Kamera sederhana
Terdapat 3 setelan utama pada kamera: kelajuan penutup (shutter), f-stop, dan pemfokusan.
a. Kelajuan penutup (shutter)
Kelajuan shutter mengacu pada lamanya penutup (shutter) dibuka dan lamanya film terkena cahaya. Laju ini bervariasi waktu pencahayaannya dari 1 sekon sampai 1/1000 sekon. Jika benda bergerak, laju shutter yang lebih tinggi dibutuhkan untuk “menghentikan” gerak tersebut.
b. f-stop
Mengapa cahaya yang mencapai film harus dikendalikan? Apabila cahaya terlalu sedikit (kekurangan cahaya), maka hanya tampak benda yang paling terang. Sebaliknya apabila cahaya terlalu banyak (kelebihan cahaya), semua benda terang tampak sama, sehingga tidak ada kontras.
Ukuran bukaan bervariasi untuk mengimbangi terang atau gelap, kepekaan film dan kecepatan shutter yang berbeda. Ukuran bukaan diatur dengan f-stop, didefinisika
f-stop = f/D
f = panjang fokus lensa
D = diameter bukaan
Contoh Soal 3:
Ukuran bukaan f-stop
(a). Jika sebuah lensa panjang fokusnya 50 mm memiliki diameter bukaan D =25 mm,
berapa ukuran bukaan f-stop?
(b). Jika lensa yang panjang fokusnya 50 mm itu diatur pada f/8, berapa diameter
bukaan D?
Penyelesaian:
(a) f-stop = f/D = 50mm/25mm = 2
Maka lensa tersebut diatur pada f/2.
(b) f-stop = f/D
8 = 50mm/D; D = 50mm/8 = 6,25 mm
Jadi lensa itu diatur pada f/8 dan memiliki diameter bukaan 6,25 mm.
c. Pemfokusan
Pemfokusan adalah peletakan lensa pada posisi yang benar relatif terhadap film untuk memperoleh bayangan yang paling tajam. Jarak bayangan minimum untuk benda pada jarak takhingga sama dengan panjang fokus. Untuk benda-benda yang lebih dekat, jarak bayangan lebih besar dari panjang fokus seperti diramalkan oleh persamaan lensa:
1/f = 1/do + 1/di
Untuk memfokuskan benda-benda dekat, lensa harus dijauhkan dari film, dan hal ini dapat dilakukan dengan memutar sebuah gelang pada lensa.
Contoh Soal 4:
Fokus kamera
Berapa jarak lensa kamera dengan panjang fokus 50 mm harus digerakkan dari setelan takhingga untuk memfokuskan dengan tajam pada benda yang jauhnya 3,00 meter?
Penyelesaian:
Ketika terfokus pada takhingga, lensa berada 50 mm dari film. Ketika terfokus pada do = 3,00 m, jarak bayangan dinyatakan dengan persamaan lensa:
1/di = 1/f – 1/do
1/di = 1/50 – 1/3000
= 60/3000 – 1/3000
1/di = 59/3000
di = 3000/59 = 50,8 mm, sehingga lensa bergerak (50,8 -50,0) mm = 0,8 mm.
Catatan: Pada penyelesaian soal nomor 3.4 di atas, diperoleh harga pergeseran lensa sejauh 0,8 mm, menurut Anda lensa bergerak mendekati atau menjauhi film?
6. Kamera Digital
Karema digital adalah kamera yang menggunakan perekaman digital. Perbedaan antara kamera digital dengan kamera biasa (sederhana) hanya berbeda cara merekam. Kamera biasa (sederhana) menggunakan media film sebagai media penerima gambar. Kamera digital merekam gambar dengan sensor elektronik sebagai pengganti pita film.
Kamera digital mempunyai banyak fungsi yaitu menyimpan foto, gambar video, atau pun rekaman suara. Kamera digital dapat dikelompokkan sebagai berikut.
1). Kamera video
Kamera video profesional yang digunakan dalam pembuatan acara televisi dan film.
2. Kamera diam
Kamera digital diam adalah kamera yang digunakan untuk menangkap gambar diam
3). Webcam
Webcam adalah kamera digital yang dikoneksikan ke komputer dan digunakan untuk telekonferensi video atau tujuan lainnya.
7. Mikroskop
Apakah Mikroskop itu? Mikroskop berasal dari bahasa Yunani, yaitu micron = kecil dan scopos = tujuan adalah sebuah alat untuk melihat objek yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang (Wikipedia, 2008). Mikroskop adalah alat yang digunakan untuk memperbesar benda yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang (Wikipedia, 2008).
0 komentar:
Posting Komentar