Alat Optik Fisika (Kamera, Lup, Teropong, dan Mikroskop)

Pada postingan sebelumnya, kita telah membahas pengertian alat optik dan salah satu contoh alat optik yakni mata. Kali ini, kita akan membahas tentang jenis alat optik lainnya.

• KAMERA

Kamera merupakan alat optik yang dapat memindahkan/mengambil gambar dan menyimpannya dalam bentuk file, film maupun print-out. Kamera menggunakan lensa positif dalam membentuk bayangan. Sifat bayangan yang dibentuk kamera adalah nyata, terbalik, dan diperkecil.

Pemfokusan dilakukan dengan mengatur jarak lensa dengan film. Perubahan jarak benda mengakibatkan perubahan jarak bayangan pada film oleh karena itu lensa kamera perlu digeser agar bayangan tetap jatuh pada film. Hal ini terjadi karena jarak fokus lensa kamera tetap. Dari rumus umum optik, jika jarak fokus tetap, maka perubahan jarak benda (So) akan diikuti oleh perubahan jarak bayangan (Si).

Bagian-bagian dari kamera secara sederhana terdiri dari:

1. Lensa cembung
2. Film
3. Diafragma
4. Aperture

Bagaimanakah pembentukan bayangan pada kamera?

Lensa positif, membiaskan cahaya dan membentuk bayangan nyata, terbalik dan diperkecil. Diafragma mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam kamera dengan mengubah ukuran aperturenya. Film merupakan media yang menangkap bayangan nyata yang dibentuk oleh lensa.
Agar bayangan selalu jatuh pada film karena letak benda yang berubah, maka dapat diatur dengan menggeser jarak lensa terhadap filmnya.
Dengan So sebagai jarak benda dalam meter, Si sebagai jarak bayangan dalam meter, dan F sebagai titik fokus lensa

Perbandingan Kamera dan Mata

                

Kamera	Mata	Keterangan
Lensa	Lensa	Lensa cembung
Diafragma	Iris	Mengatur besar kecilnya lubang cahaya
Aperture	Pupil	Lubang tempat masuknya cahaya
Film	Retina	Tempat terbentuknya bayangan

Secara umum bagian-bagian kamera sama dengan bagian-bagian mata, namun kedua alat ini memiliki perbedaan dalam hal menempatkan bayangan pada retina/film, perbedaannya adalah:

1. mata menggunakan daya akomodasi
2. kamera menggunakan pergeseran lensa 

• LUP

            Sebagaimana namanya, lup memiliki fungsi untuk memperbesar bayangan benda. Lup adalah lensa cembung yang digunakan untuk mengamati benda-benda kecil agar nampak lebih besar. Bayangan yang dibentuk oleh lup memiliki sifat: maya, tegak, dan diperbesar. Untuk itu benda harus diletakkan di Ruang I atau daerah yang dibatasi oleh fokus dan pusat lensa atau cermin (antara f dan O), dimana So < f.

Ada dua cara bagaimana menggunakan lup yaitu:
a.  Dengan cara mata berakomodasi maksimum.

b.  Dengan cara mata tidak berakomodasi.

a. Mata Berakomodasi Maksimum

Mata berakomodasi maksimum yaitu cara memandang obyek pada titik dekatnya (otot siliar bekerja maksimum untuk menekan lensa agar berbentuk secembung-cembungnya).
Pada penggunaan lup dengan mata berakomodasi maksimum, maka yang perlu diperhatikan adalah:

1. bayangan yang dibentuk lup harus berada di titik dekat mata / Punctum Proksimum (PP)
2. benda yang diamati harus diletakkan di antara titik fokus dan lensa
3. kelemahan : mata cepat lelah
4. keuntungan : perbesaran bertambah (maksimum)
5. Sifat bayangan : maya, tegak, dan diperbesar

b. Mata Tak Berakomodasi

Mata tak berakomodasi yaitu cara memandang obyek pada titik jauhnya (yaitu otot siliar tidak bekerja/rileks dan lensa mata berbentuk sepipih-pipihnya).
Pada penggunaan lup dengan mata tak berakomodasi, maka yang perlu diperhatikan adalah:

1. maka lup harus membentuk bayangan di jauh tak hingga
2. benda yang dilihat harus diletakkan di titik fokus (So = f)
3. keuntungan : mata tak cepat lelah
4. Kerugian : perbesaran berkurang (minimum)

Perhitungan
a. Pada mata berakomodasi maksimum

• Si = -PP = -Sn

1/f = 1/So + 1/-Sn
 
Perbesaran sudut atau perbesaran angular
M = (PP/f)  +  1

b. Pada mata tak berakomodasi

• Si = -PR

• So = f

Perbesaran sudut

M = PP/f

 M = perbesaran sudut

PP = titik dekat mata dalam meter 
f = Jarak focus lup dalam meter

• TEROPONG

            Teropong atau teleskop adalah sebuah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda yang jauh sehingga tampak lebih jelas dan lebih dekat. Secara umum teropong terdiri atas dua buah lensa positif. Satu lensa mengarah ke obyek dan disebut lensa obyektif dan satu lensa mengarah ke mata dan disebut lensa okuler.

Berdasarkan fungsinya teropong dibagi menjadi:

1. teropong bintang

2. teropong bumi

3. teropong panggung

            Prinsip utama pembentukan bayangan pada teropong adalah: lensa obyektif membentuk bayangan nyata dari sebuah obyek jauh dan lensa okuler berfungsi sebagai lup. Dengan demikian cara mengamati obyek apakah mau dengan cara berakomodasi maupun tidak berakomodasi tergantung dari posisi lensa okulernya. Oleh karena itu jarak antara obyektif dan okuler dapat diubah-ubah. Panjang teropong adalah jarak antara lensa obyektif dan lensa okulernya.

1. Teropong Bintang

            Teropong bintang digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang ada di langit (bintang). Teropong bintang terdiri dari sebuah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa obyektif dengan diameter dan jarak fokus besar, sedangkan okulernya adalah sebuah lensa cembung dengan jarak fokus pendek.

2.  Teropong Bumi

            Teropong bumi digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang jauh dipermukaan bumi. Teropong ini akan menghasilkan bayangan yang nampak lebih jelas, lebih dekat dan tidak terbalik. Teropong bumi terdiri dari tiga lensa positif dan salah satunya berfungsi sebagai pembalik bayangan. Pembentukan bayangan pada alat ini dapat dilihat dalam gambar berikut.

Panjang teropong bumi adalah panjang fokus lensa obyektif ditambah 2 kali jarak fokus lensa pembalik dan panjang fokus lensa okuler. Dengan rumus : d = fOb + 4 fp + fOk

3.    Teropong Panggung

            Teropong panggung adalah teropong yang mengkombinasikan antara lensa positif dan lensa negatif. Lensa negatif digunakan sebagai pembalik dan sekaligus sebagai okuler. Sifat bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, dan diperkecil.

            Prinsip kerja teropong panggung adalah sinar sejajar yang masuk ke lensa obyektif membentuk bayangan nyata tepat di titik fokus obyektif. Bayangan ini akan berfungsi sebagai benda maya bagi lensa okuler. Dan oleh lensa okuler akan dibentuk bayangan yang dapat dilihat oleh mata.

Pada pengamatan tanpa berakomodasi maka panjang teropong adalah :

d = f _(Ob) – f _(Ok)

d = panjang teropong dalam meter

f _(Ob) = panjang fokus lensa obyektif dalam meter
f _(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

• MIKROSKOP

            LUP sebagai alat yang dapat digunakan untuk mengamati benda-benda kecil memiliki keterbatasan. Untuk itu diperlukan alat optik yang memiliki kemampuan untuk memperbesar bayangan hingga berlipat-lipat. Alat ini dikenal dengan nama mikroskop. Mikroskop yang paling sederhana menggunakan kombinasi dua buah lensa positif, dengan panjang titik fokus obyektif lebih kecil daripada jarak titik fokus lensa okuler.

Prinsip Kerja:

            Prinsip kerja mikroskop adalah obyek ditempatkan di ruang dua lensa obyektif sehingga terbentuk bayangan nyata terbalik dan diperbesar. Lensa okuler mempunyai peran seperti lup, sehingga pengamat dapat melakukan dua jenis pengamatan yaitu dengan mata tak berakomodasi atau dengan mata berakomodasi maksimum. Pilihan jenis pengamatan ini dapat dilakukan dengan cara menggeser jarak benda terhadap lensa obyektif yang dilakukan dengan tombol soft adjustment (tombol halus yang digunakan untuk menemukan fokus). Kegiatan berikut ini akan memperlihatkan pembentukan bayangan pada mikroskop.

Pembentukan Bayangan pada Mikroskop

a.  Pengamatan menggunakan mikroskop dengan mata berakomodasi maksimum.
Pengamatan ini menempatkan bayangan akhir (bayangan lensa okuler) maya pada titik dekat pengamat (PP). Perbesaran mikroskop pada pengamatan ini adalah:

M = M_(Ob) + M_(Ok)

M = (S’_(Ob) / S_(Ok) ) X  (PP/ f_(Ok) + 1)


Keterangan:
S_(Ob) = Jarak benda lensa obyektif dalam meter
S’_(Ob) = Jarak bayangan lensa obyektif dalam meter
PP = titik dekat pengamat dalam meter
f_(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

b.  Pengamatan menggunakan mikroskop dengan mata tidak berakomodasi.

Pengamatan ini menempatkan bayangan akhir (bayangan lensa okuler) maya pada titik jauh pengamat (PR).Perbesaran mikroskop pada pengamatan ini adalah:


M = (S’_(Ob) / S_(Ok) ) X  (PP/ f_(Ok) )

S_(Ob) = Jarak benda lensa obyektif dalam meter

S’_(Ob) = Jarak bayangan lensa obyektif dalam meter

PP = titik dekat pengamat dalam meter
f_(Ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

Panjang Mikroskop

            Panjang mikroskop diukur dari jarak antara lensa obyektif dan lensa okuler. Untuk masing-masing jenis pengamatan, panjang mikroskop dapat dihitung dengan cara yang berbeda.

A. Mata berakomodasi maksimum

d = Si_(Ob) + So_(Ok)

B. Mata tak berakomodasi

d = Si_(Ob) + f_(Ok)

Keterangan:
d = panjang mikroskop dalam meter

Si_(Ob) = jarak bayangan lensa obyektif dalam meter

So_(Ok) = jarak benda lensa okulerdalam meter
f_(Ok) = jarak fokus lensa okuler dalam meter.