Bab 10. Cahaya dan Alat Optik (Materi 3 : Alat Optik)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.12 Menganalisis sifat-sifat cahaya, pembentukan bayangan pada bidang datar dan lengkung, serta penerapannya untuk menjelaskan proses penglihatan manusia, mata serangga, dan prinsip kerja alat optik.

Keterampilan

4.12 Menyajikan hasil percobaan tentang pembentukan bayangan pada cermin dan lensa.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mengidentifikasi jenis-jenis alat optik fisika dengan benar.

2. Mengidentifikasi bagian-bagian mata beserta fungsinya dengan benar.

3. Menjelaskan mekanisme penglihatan pada manusia dengan benar.

4. Menjelaskan jenis-jenis cacat mata pada manusia dengan benar.

5. Menghitung ukuran lensa kacamata sesuai jenis cacat mata dengan benar.

6. Menjelaskan prinsip kerja alat optik fisika lain (Kamera, Lup, Mikroskop, Teropong dan Periskop) dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

     Pada kesempatan kali ini kita akan membahas materi tentang alat optik dalam fisika. Namun sebelumnya kita terlebih dahulu belajar tentang alat optik mata. Mata merupakan anugrah dari sang pencipta untuk manusia. Mata sendiri termasuk ke dalam salah satu dari panca indra manusia. Kita wajib bersyukur atas karunia Allah SWT berupa mata yang begitu sangat berharga, sebab mata merupakan alat optik paling canggih yang pernah ada.

A. Mata 

1. Bagian-Bagian Mata

• Mata memiliki beberapa bagian masing-masing yang mempunyai fungsi masing-masing tatapi saling berhubungan. 
• Bagian-bagian mata meliputi kornea, pupil, iris, lensa mata, otot mata, retina, aquaeus humour, vitreous humour, bintik buta, bintik kuning, dan saraf mata.

a. Kornea

• Bagian terluar mata yang transparan, tipis, dan lunak. 
• Kornea berfungsi untuk menerima dan meneruskan cahaya yang masuk menuju mata.
• Selain itu kornea juga berfungsi untuk melindungi bagian-bagian yang sensitif di bawahnya.

b. Pupil

• Pupil merupakan celah kecil yang memiliki bentuk bulat yang berfungsi agar cahaya dapat masuk ke mata/mengatur intensitas cahaya yang masuk ke dalam mata.

c. Iris

• Selaput berwarna hitam, coklat, dan biru yang berfungsi untuk mengatur besar dan kecil pupil. 
• Jika kita mengatakan bahwa seseorang memiliki warna mata coklat maka yang sebenarnya kita sebut sebagai warna mata adalah iris.

d. Lensa Mata

• Lensa mata memiliki bentuk cembung, bening, serta elastis. 
• Lensa mata berfungsi untuk membiaskan cahaya yang berasal dari benda sehingga pada retina terbentuk sebuah bayangan.

e. Otot Mata/Siliar

• Otot yang menempel pada permukaan lensa mata dengan fungsi untuk mengatur lensa mata menebal dan menipis.

f. Retina

• Retina merupakan bagian belakang mata yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan.

g. Aquaeus Humour

• Aquaeus humour adalah cairan yang terletak di depan lensa mata yang berfungsi untuk mempertahankan bentuk ruang di depan lensa mata.

h. Vitreous Humour

• Vitreous humour adalah cairan yang terletak di dalam bola mata dengan fungsi untuk mempertahankan posisi bentuk bola mata.

i. Bintik Kuning

• Bagian dari retina yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan yang jelas.

j. Bintik Buta

• Bagian dari retina yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan yang kurang jelas atau kabur.

k. Saraf Mata/Optik

• Saraf mata/optik memiliki peran untuk meneruskan rangsangan bayangan yang terbentuk di retina menuju ke saraf pusat.

l. Sklera 

• Sklera atau selaput putih merupakan bagian luar yang melindungi susunan mata bagian dalam yang lembut.

m. Koroid

• Membran berwarna cokelat tua yang terletak di antara sklera dan retina. 
• Koroid terdiri dari berbagai pembuluh darah yang berfungsi untuk menyuplai darah dan nutrisi ke retina dan seluruh bagian mata.

2. Mekanisme Penglihatan

• Proses penglihatan ini dimulai dari pantulan cahaya pada objek yang dilihat kemudian masuk ke dalam melalui kornea.
• Selanjutnya, cahaya akan melewati aquaeus humour dan masuk ke dalam pupil untuk diatur Intensitas cahaya yang masuk ke mata.
• Setelah melewati pupil, cahaya masuk ke dalam lensa mata. 
• Cahaya dibiaskan oleh lensa mata melewati vitreous humour hingga terbentuk bayangan tepat di retina. Bayangan tersebut bersifat nyata, terbalik dan diperkecil. 
• Bayangan yang terbentuk kemudian dikirim ke otak melalui saraf optik dan diproses di otak untuk diterjemahkan objek yang dilihat tersebut.

Pantulan cahaya pada objek ditangkap oleh mata → kornea → aquaeus humour → pupil → lensa mata → vitreous humour → retina → saraf optik → otak → objek dapat dilihat

3. Daya Akomodasi Mata

• Bentuk bola mata selalu tetap sehingga jarak lensa mata ke retina selalu tetap. 
• Hal ini berarti bayangan yang dibentuk lensa mata selalu tetap, padahal jarak benda yang kita lihat selalu berbeda-beda. 
• Bagaimana kita bisa melihat jarak bayangan yang kita lihat tetap, walaupun benda yang kita lihat jaraknya berubah-ubah? Caranya yaitu dengan mengubah jarak fokus lensa mata, dengan cara mengubah kecembungan lensa mata. Itulah alasan kenapa kita bisa melihat benda dengan jarak yang berbeda dengan sangat jelas.
• Ketika mata melihat benda jauh, lensa mata paling pipih sehingga jarak fokusnya paling besar. Dalam kondisi ini mata dikatakan relaks atau tidak berakomodasi (gambar a).
• Adapun saat mata melihat benda dekat, otot siliar akan menegang yang menyebabkan lensa mata menjadi lebih cembung sehingga jarak fokusnya lebih pendek. Pada saat itu mata dikatakan berakomodasi maksimum (gambar b). 
  
• Mata dapat melihat dengan jelas bila benda berada dalam jangkauan penglihatan yaitu antara titik dekat sampai dengan titik jauh. 
• Titik Dekat (Punctum Proxium = PP)
• Titik dekat adalah jarak terdekat suatu benda yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata ketika mata tidak berakomodasi.
• Titik dekat manusia berubah-ubah sesuai usia. Makin tua usia, maka titik dekat mata makin besar. 
• Untuk orang dewasa normal, titik dekat mata adalah 25 cm.
• Titik Jauh (Punctum Remotum = PR)
• Titik jauh adalah jarak terjauh suatu benda yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata ketika mata tak berakomodasi. 
• Untuk mata normal, titik jauh mata adalah tak terhingga (∞).

4. Cacat Mata

• Mata kita jika tidak di jaga maka akan mengalami gangguan. Gangguan mata ini biasa disebut sebagai cacat mata. 
• Cacat mata disini yang akan di bahas ada 4 cacat mata. Cacat mata ini disebabkan karena kurangnya kemampuan mata untuk berakomodasi atau kemampuan mata untuk  mencembung atau memipih.

a. Rabun Jauh (Miopi)

• Miopi merupakan kondisi mata yang tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda yang letaknya jauh. 
• Titik jauhnya lebih dekat daripada tak terhingga (PR < ∞).
• Titik dekatnya = 25 cm (PP = 25 cm).
• Hai ini disebabkan lensa mata tidak dapat dipipihkan secara normal dan mengakibatkan bayangan benda yang dilihat jatuh di depan retina. 
• Penderita miopi dapat ditolong dengan kacamata berlensa cekung (negatif).
• Miopi bisa terjadi karena mata terlalu sering melihat benda yang dekat seperti tukang jam, tukang las, operator komputer dan lain sebagainya.
  
• Rumus untuk menghitung kekuatan lensa penderita miopi adalah sebagai berikut:

  

        Keterangan :

        P = kekuatan lensa kacamata (D)

        PR = punctum remotum atau titik jauh seseorang (cm)

b. Rabun Dekat (Hipermetropi)

• Hipermetropi merupakan cacat mata yang tidak dapat melihat benda-benda yang letaknya dekat. 
• Titik dekatnya lebih jauh dari titik dekat mata normal yaitu 25 cm (PP > 25 cm).
• Titik jauhnya tak terhingga (PR = ∞).
• Hal ini disebabkan karena lensa mata terlalu pipih dan sulit dicembungkan akibatnya jika melihat benda yang letaknya dekat maka bayangan jatuh di belakang retina.
• Penderita hipermetropi dapat ditolong dengan kacamata berlensa cembung (positif).
• Hipermetropi dapat terjadi karena mata terlalu sering melihat benda-benda yang letaknya jauh seperti seorang sopir, nahkoda, masinis dan lain sebagainya.

• Rumus untuk menghitung kekuatan lensa penderita hipermetropi adalah sebagai berikut.
  

        Keterangan :

        P = kekuatan lensa kacamata (D)

        Sn = jarak mata normal/jarak baca normal yang nilainya 25 cm atau 30 cm

        PP = punctum proximum atau titik dekat mata seseorang (cm)

c. Mata Tua (Presbiopi)

• Karena terjadi sering terjadi pada orang yang usianya lanjut maka cacat mata presbiopi sering disebut mata tua. 
• Penyebab utamanya adalah kemampuan daya akomodasi mata yang sudah menurun.
• Titik dekatnya lebih jauh dari 25 cm (PP > 25 cm) dan titik jauhnya lebih dekat dari tak terhingga (PP < ∞).
• Oleh karena itu penderita presbiopi tidak bisa melihat jelas benda yang letaknya dekat maupun yang letaknya jauh.
• Penderita presbiopi dapat ditolong dengan kacamata berlensa rangkap (bifokal) yang terdiri dari lenda cekung dan cembung. Lensa cekung berfungsi untuk melihat benda-benda jauh dan lensa cembung berfungsi untuk melihat benda-benda dekat. Biasanya, lensa cembung terletak di bagian bawah dan lensa cekung di bagian atas kacamata.

d. Astigmatisma/Mata Silinder

• Astigmatisma adalah cacat mata dimana kelengkungan selaput bening atau lensa mata tidak merata sehingga berkas sinar yang mengenai mata tidak dapat diterima secara sempurna. 
• Cacat mata astigmatisma tidak dapat membedakan garis tegak dan garis mendatar.
• Cacat mata ini dapat ditolong dengan lensa mata berbentuk silinder.
  
  
  

Contoh Soal :

1. Galuh memiliki penglihatan jauh yang lemah dengan titik jauhnya kurang lebih 5 meter. Tentukan: 

a. jenis kelainan mata yang terjadi pada Galuh
b. ukuran kacamata yang harus dipakai Galuh
c. jenis lensa kacamata Galuh

d. panjang fokus lensa kacamata Galuh

Penyelesaian :

a. Jenis kelainan mata yang terjadi pada Galuh

• Jarak titik jauh Galuh lebih dekat dari tak terhingga yaitu kurang lebih 5 m sehingga disimpulkan bahwa beliau tidak bisa melihat jelas pada jarak jauh alias rabun jauh atau miopi.

b. Ukuran kacamata yang digunakan ditentukan dengan rumus:

    PR = 5 m = 500 cm

    P = − 100/PR

    P = − 100/500 

    P = − 0,2 D

c. Jenis lensa kacamata Galuh

• Jenis kacamatanya adalah lensa cekung atau lensa negatif.

d. Panjang fokus lensa kacamata Galuh   

    P = 100/f

    f = 100/P 

    f = 100/0,2 

    f = 500 cm

2. Pak Ilham lupa membawa kacamata yang biasa digunakan untuk membaca koran sehingga saat itu beliau membaca koran dengan diletakkan sedikit lebih jauh dari jarak normal yaitu 50 cm. Tentukan:
a. jenis kelainan mata yang terjadi pada Pak Ilham
b. ukuran kacamata yang biasa dipakai Pak Ilham
c. jenis lensa kacamata Pak Ilham
d. panjang fokus lensa kacamata Pak Ilham
Penyelesaian :
a. Jenis kelainan mata yang terjadi pada Pak Ilham

• Jarak titik dekat Pak Ilham bergeser menjauh dari titik dekat normal (Sn) yang berada pada kisaran 25 cm sehingga disimpulkan bahwa beliau tidak bisa melihat jelas pada jarak dekat alias rabun dekat atau hipermetropi.

b. Ukuran kacamata yang biasa dipakai Pak Ilham
    P = 100/Sn - 100/PP
    P = 100/25 - 100/50
    P = 4 - 2 

    P = 2 dioptri 

    P = +2 D

c. Jenis lensa kacamata Pak Ilham

• Jenis lensa kacamata yang dipakai adalah lensa positif atau lensa cembung.

d. Panjang fokus lensa kacamata Pak Ilham
    P = 100/f

    f = 100/P
    f = 100/2

    f = 50 cm

3. Seorang penderita rabun jauh memiliki titik jauh 300 cm. Berapa kekuatan lensa dan panjang fokus lensa kacamata orang tersebut agar dapat melihat benda jauh dengan normal?
Penyelesaian :
Diketahui : 

Miopi
PR = 300 cm 
Ditanyakan : P =...?
Jawab:

a. Kekuatan lensa kacamata

    P = − 100/PR

    P = − 100/300 

    P = − 1/3 D

b. Panjang fokus lensa kacamata

    P = 100/f

    f = 100/(-1/3)
    f = 100 . (-3)

    f = -300 cm

4. Jika seseorang memiliki cacat mata dengan titik dekat 40 cm, ingin membaca pada jarak baca normal (25 cm), maka orang tersebut harus menggunakan kacamata dengan kekuatan lensa….dioptri.
Penyelesaian :
Diketahui : 

Hipermetropi

Sn = 25 cm

PP = 40 cm
Ditanyakan : P =….?
Jawab :

P = 100/Sn - 100/PP
P = 100/25 - 100/40
P = 4 - 2,5 

P = 1,5 dioptri 

P = +1,5 D

Jadi, orang tersebut harus menggunakan kacamata dengan kekuatan +1,5 dioptri.

5. Reza tidak dapat melihat jauh dengan jelas. Dia disarankan dokter memakai kacamata –1 D. Tentukan titik jauh mata Reza!

Penyelesaian :

Diketahui : 

Miopi
P = -1 D 
Ditanyakan : PR =...?
Jawab:

P = − 100/PR

PR = − 100/P

PR = − 100/(-1)

PR = 100 cm

Jadi, titik jauh mata Reza adalah 100 cm.

6. Seorang penderita presbiopi mempunyai titik dekat 50 cm dan titik jauh 2,5 m. Tentukan kekuatan lensa yang harus digunakan !

Penyelesaian :

Diketahui :

Presbiopi

PP = 50 cm (hipermetropi)

Sn = 25 cm 

PR = 2,5 m = 250 cm (miopi)

Ditanyakan : P = ...(hipermetropi dan miopi)

Jawab : 

a. Hipermetropi

    P = 100/Sn - 100/50
    P = 100/25 - 100/50
    P = 4 - 2 

    P = 2 dioptri 

    P = +2 D

b. Miopi

    P = − 100/PR

    P = − 100/250 

    P = − 0,4 D

 Jadi, kekuatan lensa yang harus digunakan adalah +2 D dan -0,4 D.

B. Kamera

• Kamera adalah alat untuk menghasilkan foto. 
• Bagian mata dan kamera yang memiliki fungsi sama:
• Lensa pada mata dan lensa pada kamera, memiliki fungsi membentuk bayangan.
• Iris pada mata dan diafragma pada kamera, memiliki fungsi mengatur jumlah cahaya yang masuk.
• Pupil pada mata dan apparture pada kamera, memiliki fungsi sebagai lubang tempat masuknya cahaya.
• Retina pada mata dan film pada kamera, memiliki fungsi sebagai tempat terbentuk bayangan.
• Bayangan yang dihasilkan kamera bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil.
  

C. LUP

• Lup adalah alat optik yang berfungsi untuk mengamati benda kecil agar tampak lebih besar dan jelas dengan menggunakan lensa cembung. 
• Bayangan yang dihasilkan lup bersifat maya, tegak dan diperbesar.
  

D. Mikroskop

• Mikroskop adalah alat optik untuk melihat benda-benda yang sangat kecil (mikroskopis) agar tampak lebih besar dan jelas. 
• Mikroskop terdiri dari dua lensa cembung : 
• lensa okuler (dekat mata)
• lensa objektif (dekat benda) 
• Fokus lensa objektif lebih kecil dari fokus lensa okuler.
• Lensa objektif berfungsi untuk menghasilkan bayangan nyata terbalik, dan diperbesar. Bayangan ini sekaligus menjadi objek bagi lensa okuler.
• Lensa okuler berfungsi membentuk bayangan maya, tegak dan diperbesar.
• Sifat bayangan akhir pada mikroskop adalah maya, terbalik dan diperbesar. 
  

E. Teleskop (Teropong)

• Teropong adalah alat optik yang digunakan untuk mengamati benda-benda yang letaknya jauh agar tampak lebih dekat dan lebih jelas. 
• Teropong juga sering disebut teleskop. Teleskop pertama kali ditemukan oleh Galileo Galilei. 
• Teropong   ada   dua   macam,  yaitu   teropong   bintang   dan   teropong   bumi.
• Teropong   bintang   digunakan   untuk  mengamati   benda-benda   angkasa, sedangkan teropong bumi digunakan untuk mengamati benda-benda di bumi yang letaknya jauh dari pengamat.

1. Teropong Bintang

• Teropong bintang sederhana terdiri atas dua buah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler. 
• Pengamatan benda-benda angkasa dengan menggunakan teropong bintang dilakukan dengan mata tidak berakomodasi.
• Bayangan   yang   terbentuk   pada   teropong   bintang   bersifat   nyata, terbalik,  dan  diperkecil. 
  

2. Teropong Bumi

• Teropong bumi sering disebut sebagai teropong yojana atau teropong medan. 
• Teropong bumi terdiri atas tiga buah lensa cembung, yaitu lensa objektif, lensa okuler, dan lensa pembalik. 
• Perhatikan proses pembentukan bayangan pada teropong bumi berikut ini.
  
  
  
• Bayangan yang terbentuk pada teropong bumi bersifat nyata, tegak, dan diperkecil.
• Bayangan benda pada teropong bumi bersifat tegak karena adanya lensa pembalik yang berfungsi membalik bayangan dari lensa objektif. 
  

F. Periskop

• Periskop adalah alat optik yang berfungsi untuk mengamati benda dalam jarak jauh atau berada dalam sudut tertentu. 
• Bentuknya sederhana, yaitu berupa tabung yang dilengkapi dengan cermin/prisma pada ujung-ujungnya. Prisma ini akan memantulkan cahaya yang datar sejajar padanya, kemudian diatur sedemikian rupa sehingga membentuk sudut 45 derajat terhadap sumbu tabung. 
  
• Periskop digunakan pada tank dan kapal selam. Para navigator kapal di kapal selam memanfaatkan periskop untuk mengamati gerak-gerik yang terjadi di permukaan laut.
• Ketika kita melihat ujung bawah, cahaya sejajar masuk lewat ujung atas mengenai cermin, oleh cermin akan dipantulkan membentuk sudut 45 derajat ke cermin bawah yang juga membentuk 45 derajat. Sinar-sinar pantul sejajar tadi akan dipantulkan kembali ke mata kita yang melihat dari ujung bawah sehingga kamu dapat melihat benda-benda yang berada di ujung atas. 
  

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan (Diketahui, Ditanyakan Jawab) kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan:

1. Budi hanya mampu melihat benda terjauh dengan jelas pada jarak 200 cm. Tentukan kekuatan lensa dan jenis lensa yang dibutuhkan!

                

2. Hendri dapat membaca jelas pada jarak 80 cm. Berapa ukuran lensa dan panjang fokus kacamata yang diperlukan agar Hendri dapat membaca pada jarak baca normal (25 cm)?

3. Regina mengalami hipermetropi sehingga tidak dapat melihat dengan jelas saat membaca buku dalam jarak normal 25 cm. Dia disarankan dokter memakai kacamata +1,5 D. Tentukan titik dekat mata Regina!

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~