Indra Penglihatan dan Alat Optik

Kali ini kita akan membahas pentingnya cahaya pada sistem penglihatan manusia, pembentukan bayangan pada cermin dan lensa, serta penggunaan alat optik dalam kehidupan sehari-hari.

A. Mata

Perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar di atas menunjukkan sebuah objek yang dilihat oleh mata dan bayangan objek tersebut diterima oleh mata pengamat tepat di retinanya. Sifat bayangan yang terbentuk di mata adalah nyata, terbalik, dan diperkecil. Bagaimana mata dapat melihat benda dekat ataupun yang posisinya jauh dari kita? Berikut cara kerja mata untuk melihat benda dekat dan jauh posisinya dari mata.

Kemampuan lensa mata untuk mencembung dan memipih inilah yang disebut sebagai daya akomodasi mata. 

B. Sifat-Sifat Cahaya

Manusia dapat melihat benda dengan baik, jika ada cahaya. Perhatikan beberapa percobaan sederhana berikut ini!

1.       2. 

3.           4.   5. 

Berdasarkan gambar percobaan sederhana tersebut, menunjukkan bahwa sifat cahaya: 

1. Cahaya merambat lurus

2. Cahaya menembus benda bening

3. Cahaya tidak dapat menembus benda yang tidak bening, sehingga terbentuklah bayangan benda itu

4. Cahaya dapat dibiaskan

5. Cahaya dapat dipantulkan

C. Cermin dan Lensa
Cermin adalah sebuah benda dengan permukaan yang dapat memantulkan bayangan benda dengan sempurna. Kali ini kita akan mempelajari cermin datar dan cemin lengkung.

1. Cermin Datar

Perhatikan gambar di atas! Bagaimana sifat bayangan dihasilkan oleh cermin datar di atas? Ternyata sifat bayangannya: maya, tegak, dan sama besar. Bagaimana jika kita menggunakan dua buah cermin yang digabungkan membentuk sudut? Bagaimana bayangan yang dihasilkan? Oleh karena itu, kita pelajari pembahasan ini dengan antusias.

Ternyata dari 1 buah benda, dapat terbentuk 4 bayangan seperti gambar di atas. Berapakah sudut yang dibentuk antara kedua buah cermin datar tersebut? Untuk mempelajarinya lebih lanjut, gunakanlah rumus berikut ini.

Contoh Soal:

Sebuah benda terletak di depan 2 buah cermin datar yang membentuk sudut 60°. Hitung  jumlah bayangan yang terbentuk.

jadi jumlah bayangan yang terbentuk pada cermin datar adalah 5 buah.

2. Cermin Lengkung

Cermin lengkung adalah cermin yang bentuknya melengkung, cermin yang melengkungnya keluar disebut cermin cembung. Sedangkan cermin yang melengkungnya ke dalam disebut cermin cekung.

a. Cermin Cekung

Cermin cekung mempunyai jarak fokus bernilai positif. Contohnya, seperti solar cooker yang dibuat oleh orang Pakistan berikut ini.

Pada gambar di atas, cermin cekung berfungsi sebagai pengumpul sinar (konvergen). Sinar-sinar istimewa cermin cekung:

Gambar berikut menunjukkan sifat bayangan yang dihasilkan oleh cermin cekung.

Keterangan: tanda panah biru = benda dan tanda panah kuning = bayangan benda

Berdasarkan gambar di atas terlihat bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung bersifat: nyata, terbali, dan diperkecil. Bayangan bersifat nyata, jika posisi bayangan sama dengan posisi benda berada. Sedangkan bayangan bersifat maya, jika posisi bayangan bersebrangan dengan posisi benda berada. Contohnya: bendanya berada di sebelah kiri, sedangkan bayangannya berada di sebelah kanan. 

b. Cermin Cembung

Cermin cembung mempunyai jarak fokus bernilai negatif. Contohnya, seperti kaca spion yang dipasang di pertigaan jalan berikut.

Pada gambar di atas, cermin cembung berfungsi sebagai penyebar sinar (divergen). Sinar-sinar istimewa cermin cembung:

Gambar berikut menunjukkan sifat bayangan yang dihasilkan oleh cermin cembung.

Keterangan: merah = benda dan biru = bayangan

Gambar di atas menunjukkan bayangan yang terbentuk bersifat: maya, tegak, dan diperkecil. Dalam menentukan sifat bayangan benda di depan cermin, selain dengan melukis jalannya sinar yang menuju ke cermin-cermin tersebut, kalian juga dapat menggunakan rumus umum cermin lengkung (cermin cekung dan cermin cembung) berikut ini.

Keterangan: 

P tidak digunakan ya.. Kalian akan menggunakan P, nanti sebagai lambang dari kekuatan lensa.

Contoh Soal:

1. Sebuah benda terletak 12 cm di cermin cekung dengan jari-jari kelengkungan 20 cm. Tentukan :
a. jarak bayangan dan perbesarannya
b. tinggi benda jika tinggi bayangan = 10 cm
PENYELESAIAN :
a) 1/f = 1/s + 1/s'
1/10 = 1/12 + 1/s'
1/s' = 1/10 - 1/12
1/s' = 6/60 - 5/60
1/s' = 1/60

s' = 60 cm

b) M = | s'/s |
         = 60/12
    M = 5
M = | h'/h |
5  = 10/h
h  = 10/5
h  = 2 cm

Sumber: http://infamousmyth.blogspot.co.id/2012_03_01_archive.html

Sifat bayangan yang dihasilkan oleh cermin cekung itu adalah:

a. s' (+) = nyata, terbalik

b. M > 1 = diperbesar

Jadi, sifat bayangan benda yang dibentuk oleh cermin itu: nyata, terbalik, dan diperbesar.

2. Sebuah benda diletakkan 4 cm di depan cermin cembung yang berfokus 6 cm. Letak bayangan yang terbentuk adalah …

s= 4 cm
f= 6 cm

Jawab:
1/f = 1/s + 1/s’
-1/6 =1/4+1/s’
-1/s’ = 1/6 + 1/4
-1/s’ =2/12 + 3/12
-1/s’= 5/12
s’ = 12/5 = -2,4 cm

M = | s'/s |

         = 2,4/4

    M = 0,6

Sifat bayangan: maya, tegak, dan diperkecil

3. Lensa

Lensa merupakan benda bening yang dibatasi oleh dua buah bidang lengkung. Dua bidang lengkung yang membatasi lensa berbentuk silindris maupun bola. Lensa silindris bersifat memusatkan cahaya dari sumber titik yang jauh pada suatu garis, sedangkan lensa yang berbentuk bola yang melengkung ke segala arah memusatkan cahaya dari sumber yang jauh pada suatu titik.

Jenis-Jenis Lensa
Ada dua jenis lensa yaitu lensa cembumg dan lensa cekung.
a. Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengah lebih tebal daripada bagian tepinya. Sinar-sinar bias lensa cembung bersifat mengumpul (konvergen).
lensa cembung digolongkan menjadi:
1. cembung rangkap (bikonveks)
2. cembung datar (plan-konveks)
3. cembung-cekung (konkaf-konvek)
b. Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis daripada begian tepinya. Sinar-sinar bias lensa cekung bersifat memancar (divergen).
lensa cekung digolongkan menjadi:
1. cekung rangkap (bikonkaf)
2.cekung datar (plan-konkaf)
3. cekung-cembung (konveks-konkaf)

Rumus menentukan kekuatan lensa:


PERBEDAAN CERMIN DAN LENSA

Contoh Soal:

1. Sebuah benda berada 36 cm dari sebuah lensa cembung. Sebuah layar ditempatkan di belakang lensa cembung yang jarak fokusnya 9 cm. Bayangan yang dihasilkan nyata dan tepat pada layar. Tentukan jarak antara lensa dengan layar!

Pembahasan
Data:
s = 36 cm
f = 9 cm
Jarak antara lensa dengan layar artinya mencari jarak bayangan atau s '.
s' =.....

 

2. Sebuah benda dengan tinggi 0,12 m berada pada jarak 60 cm dari lensa cembung dengan jarak fokus 40 cm. Tinggi bayangan benda adalah....

A. 2 cm
B. 6 cm
C. 12 cm
D. 24 cm
E. 36 cm

Pembahasan
Data:
h = 0,12 m = 12 cm
s = 60 cm
f = 40 cm
h' =.....

Tentukan jarak bayangan terlebih dahulu, baru bisa mencari tinggi bayangan:
 

3. Suatu bayangan terbentuk pada jarak 1 meter di belakang lensa yang berkekuatan 5 dioptri. Letak bendanya terhadap lensa tersebut adalah...

A. 0,25 meter 

B. 0,30 meter 

C. 0,35 meter 

D. 0,40 meter 

E. 0,45 meter 

Pembahasan

Data:

s' = 1 m = 100 cm

P = 5 dioptri

s =.....

Fokus lensa diperoleh dari kuat lensanya:

f = 1/P

f = 1/5 meter = 20 cm

Jarak benda dari lensa dengan demikian adalah

 

Sumber: http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/312-lensa-cembung-dan-lensa-cekung

D. Alat Optik
Pada awal pembahasan bab ini kita sudah mempelajari tentang mata, sebagai alat optik manusia. Kali ini, kita akan membahas tentang kelainan pada mata dan kacamata yang digunakan untuk mengatasi kelainan pada mata tersebut. Mari kita pelajari dengan antusias!

1. Rabun Jauh (Miopi)
Rabun jauh adalah kondisi mata yang menyebabkan objek yang dekat terlihat jelas sementara objek yang jauh terlihat kabur. Kondisi ini juga disebut dengan istilah miopi.

Gambar di atas menunjukkan perbedaan antara mata normal dan mata yang mengalami rabun jauh.Perhatikanlah tempat terbentuknya bayangan!

Rabun jauh dapat dibantu dengan menggunakan kacamata berlensa cekung (lensa negatif). Lensa kacamata ini bersifat menyebarkan sinar (divergen).

Jika kita ingin menentukan kekuatan lensa kacamata (P) untuk membantu melihat benda-benda pada jarak jauh menjadi lebih jelas, kalian dapat menggunakan rumus berikut ini.

Keterangan:

PR (Punctum Remotum) = jarak terjauh mata dalam melihat benda atau objek dalam satuan cm

atau 

P = -1/PR                               Jika PR dalam satuan meter.

Contoh Soal:

Seorang penderita rabun jauh / miopi hanya mampu melihat benda dengan jelas paling jauh 4 m dari matanya. Berapakah ukuran kekuatan lensa kaca mata yang diperlukannya ?

Diketahui:

PR = 4 m

Ditanyakan: P = ...?

Jawab:

P = -1/PR
P = - 1/4 dioptri
P = -  0,25 dioptri

Jadi ukuran kekuatan lensa kaca mata orang tersebut -0,25 dioptri. 

2. Rabun Dekat (Hipermetropi)

Rabun dekat adalah gangguan pada mata yang menyebabkan penderita tidak bisa melihat objek dekat dengan jelas atau terlihat buram, namun biasanya benda yang jauh justru terlihat jelas. Rabun dekat, disebut juga dengan hipermetropi.

Gambar di atas menunjukkan perbedaan antara mata normal dan mata yang mengalami rabun dekat. Perhatikanlah tempat terbentuknya bayangan!
Rabun dekat dapat dibantu dengan menggunakan kacamata berlensa cembung (lensa positif). Lensa kacamata ini bersifat mengumpulkan sinar (konvergen).

Jika kita ingin menentukan kekuatan lensa kacamata (P) untuk membantu melihat benda-benda pada jarak jauh menjadi lebih jelas, kalian dapat menggunakan rumus berikut ini.

Keterangan:

PH = kekuatan lensa kacamata untuk penderita hipermetropi

PP (Punctum Proximum) = jarak dekat mata dapat melihat suatu objek dengan jelas

25 cm adalah jarak dekat mata normal.

Contoh Soal:

1. Jika seseorang memiliki cacat mata dengan titik dekat 50 cm, ingin membaca pada jarak baca normal (25 cm), orang tersebut harus menggunakan kacamata dengan kekuatan lensa….

Diketahui:

PP = 50 cm

Ditanya: P = ...?

Jawab:

P = 100/25 - 100/50

P = 4 - 2

P = 2 dioptri

Jadi, orang tersebut harus menggunakan kacamata dengan kekuatan lensa 2 dioptri.

Sumber : http://oktaharti.blogspot.co.id/2016/04/kelas-8-indera-penglihatan-dan-alat.html