Lensa dan Alat Optik

Artikel Fisika Lensa dan Alat Optik (Serta Penerapan dalam dunia Industri) Oleh: Puji Rahayu Nim: 135060701111084 Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang 2014

Lensa dan Alat Optik serta penerapan di dunia industri. Dalam kehidupan sehari-hari sering kita jumpai, orang-orang yang menggunakan alat bantu dalam menjalankan aktivitasnya. Mulai dari hal-hal sederhana yang sering kita temui, mulai dari teman kita, saudara kita, atau bahkan kita sendiri, pada waktu membaca memerlukan kacamata untuk dapat melihat dengan jelas tulisan maupun gambar yang kita baca, tukang jam yang membutuhkan kaca pembesar untuk membenahi bagian-bagian yang kecil pada jam para pelanggan, hingga yang paling rumit, seperti para ilmuan yang menggunakan mikroskop untuk meneliti sel-sel atau benda-benda yang sangat atomik maupun dalam melakukan penemuan baru, dan para astronom yang selalu berusaha mendapatkan penemuan baru demi menjawab pertanyaan-pertanyaan masa depan tentang galaksi dan alam semesta ini. Ini semua tidak terlepas dengan instrument-instrumen optik. Dan hal mendasar yang kita gunakan pada alat-alat optik tersebut adalah lensa. Namun, sebelum kita mengenal alat-alat optik, mari saya perkenalkan terlebih dahulu mengenai apa itu lensa. Lensa Lensa adalah sistem optik yang dibatasi oleh dua permukaan bias yang mempunyai sumbu bersama. Jenis lensa ada dua, lensa konvergen (lensa cembung) dan lensa divergen (lensa cekung). Lensa yang konvergen atau positif, pada bagian tengahnya lebih tebal daripada bagian pinggirnya, dan berkas sinar sejajar akan dikonvergensikan pada titik fokus nyata. Sedangkan lensa yang divergen atau negatif, bagian tengahnya lebih tipis dari pada bagian pinggirnya dan berkas cahaya sejajar yang berasal dari titik fokus maya akan dibias menjadi berkas yang divergen. Fokus utama dari lensa tipis dengan permukaan bola adalah titik F di mana sinar yang sejajar dan berada dekat pada sumbu utama (sumbu x), terpusatkan; titik fokus ini bersifat nyata untuk lensa konvergen, tetapi untuk lensa divergen titik fokus ini bersifat maya. Di mana jarak fokus F adalah jarak antara titik fokus utama dan lensa. Karena tiap lensa bisa dibalik tanpa merubah sinar, pada setiap lensa terdapat 2 titik fokus yang simetris.

a. lensa konvergen b. lensa divergen lensa konvergen atau positif membentuk bayangan nyata dan terbalik dari obyek yang jarak obyeknya lebih besar dari pada jarak fokus lensa. Bila obyek berada di anatara lensa dan titik fokus utama lensa, bayangan yang terjadi bersifat maya (pada sisi lensa yang sama seperti obyeknya), tegak dan diperbesar. Sedangkan lensa-lensa negatif hanya menghasilkan bayangan yang maya, tegak dan diperkecil. Masing-masing dari lensa konvergen dan lensa divergen memiliki sinarsinar istimewa, berikut adalah sinar-sinar istimewanya: Sinar istimewa pada lensa konvergen 1. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus aktif. 2. Sinar datang melalui titik fokus pasif dibiaskan sejajar sumbu utama. 3. Sinar datang melalui titik pusat optik diteruskan tanpa pembiasan. Sinar istimewa pada lensa divergen 1. Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari fokus aktif. 2. Sinar datang seakan-akan menuju ke titik fokus pasif dibiaskan sejajar sumbu utama. 3. Sinar datang melalui pusat optik diteruskan tanpa dibiaskan. Pada kebanyakan sistem optik yang mempergunakan lensa, terdapat lebih dari satu lensa, dan bayangan yang dibentuk oleh salah satu lensa menjadi obyek dari lenda berikutnya.

Instrument optik Alat optik adalah alat yang bekerja berdasarkan prinsip cahaya. Alat optik mampu memperlihatkan keindahan di dunia ini, mampu memberikan kemudahan untuk manusia. Mampu memperlihatkan benda-benda, hewan-hewan kecil, tumbuh-tumbuhan kecil dan alam semesta yang jauh yang tidak bisa dilihat oleh mata kita secara langsung. Begitu juga dengan mata. Mata kita juga termasuk alat optik. Mata adalah alat optik yang Tuhan ciptakan untuk manusia. Dengan mata kita bisa melihat dunia yang begitu indah, melihat pemandangan yang indah, melihat makhluk Tuhan yang lain. Ini menunjukan betapa luar biasanya sang Maha pencipta. Untuk itu kita harus selalu bersyukur dengan apa yang sudah Tuhan ciptakan ini, yang begitu luar biasanya. Untuk itu kita harus tetap menjaga dan perlu mengetahui ilmu yang menerangkan mengenai mata. Berikut akan saya bahas mengenai mata. Mata Apabila diamati mata memiliki bagian-bagian, dan setiap bagianbagiannya memiliki fungsi masing-masing dan saling mendukung antara bagian satu dengan bagian yang lain. Bagian-bagian tersebut antara lain: Kornea. Kornea merupakan bagian luar mata yang tipis, lunak, dan transparan. Kornea berfungsi menerima dan meneruskan cahaya yang masuk pada mata, serta melindungi bagian mata yang sensitif di bawahnya. Pupil. Pupil merupakan celah sempit berbentuk lingkaran dan berfungsi agar cahaya dapat masuk ke dalam mata.

Iris. Iris adalah selaput berwarna hitam, biru, atau coklat yang berfungsi untuk mengatur besar kecilnya pupil. Warna inilah yang kita lihat sebagai warna mata seseorang. Aquaeus Humour. Aquaeus humour merupakan cairan di depan lensa mata untuk membiaskan cahaya ke dalam mata. Otot Akomodasi. Otot akomodasi adalah otot yang menempel pada lensa mata dan berfungsi untuk mengatur tebal dan tipisnya lensa mata. Lensa Mata. Lensa mata berbentuk cembung, berserat, elastis, dan bening. Lensa ini berfungsi untuk membiaskan cahaya dari benda supaya terbentuk bayangan pada retina. Retina. Retina adalah bagian belakang mata yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan. Vitreous Humour. Vitreous humour adalah cairan di dalam bola mata yang berfungsi untuk meneruskan cahaya dari lensa ke retina. Bintik Kuning. Bintik kuning adalah bagian dari retina yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan yang jelas. Bintik Buta. Bintik buta adalah bagian dari retina yang apabila bayangan jatuh pada bagian ini, maka bayangan tampak tidak jelas atau kabur. Saraf Mata. Saraf mata befungsi untuk meneruskan rangsangan bayangan dari retina menuju ke otak. Berikut adalah proses sehingga kita bisa melihat apa yang kita lihat: Proses terlihatnya benda oleh mata yaitu benda yang berada di depan mata memantulkan cahaya. Cahaya tersebut masuk ke mata melalui pupil mata yang kemudian akan dibiaskan oleh lensa mata sehingga terbentuk bayangan pada retina. Oleh saraf, bayangan tadi diteruskan ke pusat saraf (otak), sehingga kita terkesan melihat benda. Sistem optik yang paling penting ialah mata yang ditunjukan pada gambar. Cahaya memasuki mata melalui bukaan yang berubah, biji mata, dan difokuskan oleh system lensa kornea pada retina, lapisan serat saraf yang menutupi permukaan belakangnya. Retina berisi struktur indra cahaya yang sangat halus yang disebut batang atau kerucut yang menerima dan memancarkan informasi di sepanjang saraf optik ke otak. Bentuk lensa Kristal dapat diubah sedikit oleh kerja otot siliari. Apabila mata difokuskanpada benda yang jauh, otot akan mengendur dan sistem lensa kornea berada pada panjang fokus maksimumnya, kira-kira 2,5 cm, jarak dari kornea ke retina. Apabila benda didekatkan, otot siliari akan

meningkatkan kelengkungan lensa, yang dengan demikian akan mengurangi panjang fokusnya sehingga bayangan akan difokuskan ke retina. Proses ini disebut akomodasi. Jika benda terlalu dekat ke mata, lensanya tidak dapat memfokuskan cahaya pada retina dan bayangan menjadi kabur. Titik terdekat di mana lensa memfokuskan suatu bayangan pada retina disebut titik dekat. Jarak dari mata ke titik dekat ini sangat beragam pada tiap orang dan berubah dengan meningkatnya usia. Pada usia 10 tahun, titik dekat dapat sedekat 7 cm, sementara pada usia 60 tahun titik dekat ini telah menjauh ke 200 cm karena kehilangan keluwesan lensa. Nilai standar yang diambil untuk titik dekat ini ialaj 25 cm. Jika mata kurang cembung, yang menyebabkan bayangan difokuskan di belakang retina, orang yang bersangkutan disebut rabun jauh. Orang yang rabun jauh dapat melihat benda jauh, yang untuk melihatnya dibutuhkan sedikit kecekungan, tetapi memiliki kesulitan untuk melihat benda dekat secara jelas. Kondisi rabun jauh ini diperbaiki dengan lensa cembung (positif). Di lain pihak, mata orang yang rabun dekat itu terlalu cembung dan memfokuskan cahaya dari benda yang jauh di depan retina. Orang yang rabun dekat dapat melihat benda-benda dekat, yang untuk ini sinar yang sangat disebarkan dapat difokuskan di retina, tetapi memiliki kesulitan dalam memfokuskan benda-benda jauh. Rabun dekat ini diperbaiki dengan lensa cekung. Kesalahan lain yang lazim ialah astigmatisme, yang disebabkan oleh kornea yang tidak begitu bulat lagi, tetapi memiliki kelengkungan yang berbeda pada suatu bidang dari bidang lainnya. Hal ini menyebabkan kekaburan bayangan benda yang berupa titik menjadi garis pendek. Astigmatisme dapat diperbaiki dengan kacamata dengan lensa dilindris dan bukan dengan kacamata berlensa sferis.

Penerapan lensa dunia industri Selain mata, alat optik juga banyak diterapkan di dunia industri, antara lain kaca mata, kaca pembesar, teleskop, mikroskop, teropong, periskop dan masih banyak lagi. Di sini alat optik yang akan saya bahas lebih dalam adalah mengenai teleskop. Teleskop Sebelum mempelajari bagaimana teleskop itu. Akan lebih baik kita mengetahui terlebih dahulu bagaimana sejarah dari penemuan teleskop. Sebagai penemuan besar, beberapa orang yang berbeda mengklaim telah menciptakan teleskop. Berbagai ahli sejarah percaya bahwa itu ditemukan pada tahun 1608 oleh Hans Lippershey, orang yang membuat kaca di Belanda. Ia meneliti dengan menaruh dua lensa didalam tabung, objek yang jauh terlihat lebih dekat. Ilmuwan Italia besar Galileo Galilei (1564-1642) juga dihargai dengan menciptakan teleskop, walaupun mungkin ia mendapatkan ide dari Lippershey. Pada abad ke 17 Galileo memodernisasi dengan menggunakan teleskop untuk mempelajari antariksa. Menggunakan teleskop, Galileo menemukan empat bulan terbesar di Jupiter, bintik-bintik di bukit matahari, lembah di bulan dan fase-fase Venus. Sejak penemuan teleskop, lebih banyak jenis yang baik ditemukan: teleskop radio, sinar-x, dan sinar-gamma dapat digunakan untuk untuk melihat dan mengukur benda seperti bagian yang tidak terlihat dari radiasi. Teleskop ini telah membantu kita mempelajari sistem surya, bima sakti, dan antariksa itu sendiri.

Berikut adalah bahasan mengenai apa itu teleskop. Teleskop adalah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda yang jauh dan sering berukuran besar. Fungsinya adalah membawa bayangan benda lebih dekat, dengan kata lain, untuk memperbesar sudut yang dibentuk oleh bayangannya sehingga bayangannya tampak lebih besar. Teleskop astronomis, terdiri atas dua lensa positif-lensa obyektif yang membentuk bayangan sejati, terbalik dan lensa mata yang digunakan sebagai kacamata pembesar sederhana untuk melihat bayangan ini. Karena bendanya sangat jauh, bayangan obyektif terletak pada titik fokus obyektif, dan jarak bayangan sama dengan panjang fokusnya, fo. Karena jarak benda jauh lebih besar daripada panjang fokus obyektif, bayangan yang dibentuk oleh obyektif jauh lebih kecil dari pada bendanya. Misalnya, jika kita sedang mengamati bulan, bayangan bulan yang dibentuk oleh obyektif jauh lebih kecil dari pada bulan itu sendiri. Fungsi obyektifnya bukanlah untuk memperbesar bendanya, tetapi untuk menghasilkan bayangan yang dekat sehingga oleh dilihat oleh lensa mata. Karena bayngan ini berada pada titik fokus kedua obyektif dan pada titik fokus pertama okuler, dimana obyektif dan okuler itu harus terpisah pada jarak penjumlahan panjang focus obyektif dan lensa mata, fo+fe, dengan fe merupakan panjang fokus lensa. Kekuatan pembesaran teleskop ialah pembesaran sudut θe/θo, dengan θe merupakan sudut yang dibentuk oleh bayangan akhir sebagaimana tampak melalui lensa mata dan θo merupakan sudut yang dibentuk oleh benda apabila benda tersebut dipandang langsung oleh mata telanjang. Sudut θo sama dengan sudut yang dibentuk oleh benda di obyektif. Di mana jarak dari benda jauh, seperti bulan, ke obyektif pada dasarnya sama sengan jaraknya ke mata.

Pertimbangan utama dalam teleskop astronomi bukanlah kekuatan pembesarannya tetapi kekuatan pengumpulan cahayanya, yang tergantung pada lensa obyektif. Semakin besar obyektifnya, akan semakin terang bayangannya. Di mana lensa yang sangat besar tanpa aberasi sulit dibuat. Di samping itu terdapat masalah mekanis dalam menopang lensa yang sangat besar dan berat pada pinggirannya. Teleskop pemantul menggunakan cermin cekung dan bukan lensa sebagai obyektifnya. Ini memberikan sebuah keunggulan. Diantaranya, cermin tidak menghasilkan aberasi khromatik. Di samping itu, penopang mekanis jauh lebih sederhana karena bobot cermin jauh lebih ringan dari lensa optis yang mutunya dan dapat ditopang pada seluruh permukaan belakangnya. Satu masalah dengan teleskop pemantul ialah bahwa bayangan cermin obyektif harus dipandang di daerah datangnya sinar. Pada teleskop pemantul yang sangat besar, seperti teleskop berdiameter 200 in. (5.1 m) di Mt. Palomar, California, di mana pengamat duduk di sangkar pengamat di dekat titik fokus cermin. Untuk menghalangi sesedikit mungkin, sangkar ini sangat kecil dan sempit, sehingga sedikit tempat yang tersedia untuk instrumen bantu seperti spektrograf. Pada teleskop yang lebih kecil, bagian cahaya yang dihalangi oleh susunan demikian akan terlalu banyak. Satu metoda untuk mengurangi jumlah cahaya yang dihalangi ialah dengan menggunakan cermin kedua yang lebih kecil untuk memantulkan sinar melalui lubang dipusat cermin obyektif. Ini memiliki keunggulan tambahan yakni membuat daerah pengamatan lebih mudah dimasuki dan member ruangan yang lebih luas untuk intrumen bantu. Kenyataan bahwa bayangan akhir terbalik dalam teleskop sederhana bukan merupakan suatu kelemahan sewaktu melihat benda-benda astronomis seperti bintang dan planet, kecuali sewaktu melihat benda-benda di bumi. Binokuler menggunakan prisma 45 45 90 o pada setiap sisi untuk pembalikan kedua bagi bayangan sehingga bayangan akhirnya menjadi tegak. Prisma 45 45 90 o dengan hipotenusa mendatar dan sisi pemantulan tegak. Cahaya yang masuk melalui permukaan panjang dalam arah yang berlawanan. Bayangan mendatar dibalikan, tetapi bayangan tegak tidak. Di mana prisma kedua dengan hipotenusa tegak mengulang-arahkan cahaya kembali kearah semula dan membalikan bayangan tegak tanpa mengubah bayangan mendatarnya. Pemantulan majemuk prisma juga menambah panjang lintasan cahaya sehingga panjang fokus yang relative panjang untuk obyektif dapat digunakan pada ruang yang relative pendek.

Teleskop masa depan Saat ini para astronom sedang merancang teleskop yang bisa menjawab semua pertanyaan-pertanyaan mengenai masa depan, khususnya dengan menggunakan alat teleskop. Di mana semakin besar teleskop, semakin banyak dan semakin jauh yang bisa dilihat astronom. Di masa depan teleskop mesin tunggal tidak akan terpakai lagi. Cermin di masa depan terbuat dari banyak potongan yang memungkinkan dibangunnya teleskop yang lebih besar. Para astronom juga akan menghubungkan seluruh teleskop di bumi sehingga kita bisa melihat bagian alam semesta lebih banyak.

Daftar Pustaka Buku: 1. Tipler, Paul A.1991. PHYSICS for Scientist and Engineers. Worth Publisher:Barkeley 2. Soegijono, Bambang.2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Erlangga: Jakarta 3. Katib, Nabris dan Amir Achmad.1987.Fisika untuk universitas 3 Optika & Fisika Modern. Binacipta: Indonesia 4. Bueche, Frederick J.1989. Theory and Problem of COLLEGE PHYSICS, 8 th edition/frederick Bueche Schaum Series.McGraw-Hill, Inc: Dayton 5. Darmawan, B.1994. Teori dan Soal-soal Fisika edisi 8/Frederick J.Bueche. Erlangga: Indonesia Web: 1. Puji, Rizki. Macam-macam Alat Optik.17 April 2014. (http: Macam - Macam Alat Optik _ Ilmu Pengetahuan.html) 2. Bagaskara, Jihan Hafiz. Sinar Istimewa Pada Lensa Cembung dan Cekung.17 April 2014. (http://jihanhafizbagaskara.blogspot.com/2013/02/sinar-istimewapada-lensa-cembung-dan.html) 3. Jericho, Bobby Joe. Sejarah Penemuan Teleskop. 17 April 2014. (http://tipsdantrik.mywapblog.com/sejarah-penemuan-teleskop.xhtml)