Alat Optik - Mata, Cermin Datar dan Lengkung, Lensa

Diperbarui: August 22nd, 2021

Alat optik bekerja dengan memanfaatkan sifat-sifat cahaya.

Pemodelan alat optik itu sebenarnya agak merepotkan. Tapi di sini akan diasumsikan jika alat yang digunakan mempunyai ketebalan yang sangat kecil.

Daftar Isi

Mata Juga Alat Optik

Melanjuti pemaparan mengenai gelombang cahaya, tapi gak bakal dibahas lagi karakteristiknya. Seperti panjang gelombang, kecepatan, dan bentuk gelombangnya.

Pada kesempatan kali ini bakal ngebahas tentang interaksi cahaya dengan suatu ala.

Yaitu instrumen yang dapat "mendeteksi" dan juga "memanfaatkan" sifat-sifat cahaya, alias alat optik.

Sekarang coba praktekin atau bayangin juga boleh, ketika rumah kalian lagi mati lampu, sudah pasti kalian gak bisa liat apa-apa.

Namun, seketika lampu dinyalakan lagi, kita mampu melihat objek-objek yang berada di sekitar. Nah, apa tuh maksudnya?

Maksdunya adalah, kita perlu cahaya untuk melihat suatu objek. Yang artinya mata manusia merupakan suatu alat yang memanfaatkan cahaya untuk berfungsi.

Jadi semua objek yang dilihat, misal sekarang lagi lihat laptop dan meja, nah itu tuh merupakan cahaya yang terpantul dari objek tersebut.

Cahaya tersebut kemudian memasukin mata dengan melalui kornea yang berperan sebagai pengatur fokus cahaya yang masuk.

Kemudian merambat melalui iris yang berfungsi untuk mengatur banyaknya cahaya yang masuk.

Pada akhirnya suatu citra diterima oleh retina. Bagian ini juga yang mengubah isyarat dalam bentuk cahaya menjadi sinyal yang dikenali oleh otak.

Setelah itu dikirimkan menuju bagian otak, yakni bagian yang berfungsi mengolah citra dari gambar yaitu korteks visual.

Sebelum lanjut mau kasih tahu aja, buat yang pengen baca-baca mengenai gelombang cahaya dipersilahkan banget.

Cermin Datar

Kalau habis mandi, biasanya kita suka ngaca nih, entah itu lagi ngerapihin rambut, pakai pakaian, atau emang pengen berkaca.

Saat lagi bercermin, tentu yang muncul pada cermin adalah wujud kita sendiri.

Apa yang dilihat merupakan pantulan cahaya kita sendiri oleh cermin. Sebenarnya inti dari materinya cuman itu.

Cermin dibuat menggunakan material yang memiliki sifat reflektif atau bisa juga dipoles oleh suatu coating yang bersifat reflektif.

Lebih rinci lagi, cahaya dapat terpantulkan karena sifat material cermin yang konduktif. Hal itu bisa terjadi karena cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

Sehingga cahaya yang mengenai cermin "ditolak" oleh material cermin. Nanti kalian paham mengapa ini terjadi pada pembahasan mengenai listrik dan kawan-kawannya.

Di sini saya singgung dikit, jadi ada sifat kelistrikan yang menunjukkan kalau dua objek bermuatan bisa saling berinteraksi.

Sekarang kita sampai pada pertanyaan, bagaimana kita memodelkan cermin datar? Coba perhatikan ilustrasi berikut.

Pemodelan proyeksi cermin datar terhadap gelombang cahaya

Sifat-Sifat Cermin Datar

Karakteristik objek pada citra yang dipantulkan oleh cermin datar, memiliki sifat yaitu:

Ukuran dan orientasi yang sama seperti objek aslinya.
Jarak objek di dalam citra menyerupai jarak objek asli terhadap cermin.

Jika mengacu pada sifat kedua, artinya kalau dilihat lagi ilustrasi sebelumnya, didapat kesamaan d = d'.

Sebenarnya akan ada banyak cahaya yang dipancarkan oleh objek menuju cermin. Namun sejatinya keseluruhannya bisa digeneralisir menjadi dua jenis.

Sekarang, perhatikan bahwa ketika cahaya dari objek secara tegak lurus menuju cermin, maka pantulannya akan memiliki jalur yang sama.

Yang kedua, apabila membentuk sudut terhadap garis normal, maka pantulannya juga membentuk sudut yang sama.

Catatan: Garis normal merupakan garis yang tegak lurus terhadap bidang cermin.

Cermin Cembung

Kalau kalian pernah lihat dipersimpangan yang sempit sering terdapat suatu cermin yang bentuknya cembung.

Tujuan utamanya adalah memberi gambaran apakah ada pengendara lain atau tidak. Guna meminimalisir angka kecelakaan harapannya.

Apabila kalian berdiri di sana akan nampak bahwa cermin menghasilkan citra yang mencakup luas objek disekitar. Tapi objek yang terlihat begitu kecil.

Hal tersebut dapat terjadi karena sifat cermin cembung yang memantulkan cahaya seperti gambar berikut.

Sifat-Sifat Cermin Cembung

Dari ilustrasi tersebut dapat dikenali beberapa sifatnya.

Saat Mengarah Titik Fokus

Jika cahaya menuju cermin sejajar dengan sumbu utama cermin, maka cahaya yang dipantulkan akan datang dari arah seolah-olah berasal dari titik fokusnya.

Dan sebaliknya, jika datang ke arah titik fokusnya maka cahaya yang dipantulkan akan sejajar dengan sumbu utama cermin (warna merah).

Saat Mengarah Titik Tengah

Jika cahaya datang menuju titik tengah cermin P maka cahaya yang dipantulkan memiliki sudut yang sama seperti sudut datang terhadap sumbu utama cermin (warna hijau).

Saat Mengarah Titik Pusat

Jadi bentuk cembung ini sebenarnya dianggap suatu lingkaran yang sisa kelilingnya (tali busurnya) dihilangkan.

Sehingga sejatinya cermin ini memiliki titik pusat dalam hal ini adalah C.

Sifat yang ketiga yaitu, ketika arah cahaya datang menuju lokasi titik pusatnya, maka cahaya yang dipantulkan akan pada arah yang sama seperti arah datang.

Contoh Soal 1

Dengan demikian bisa kita ilustrasikan suatu objek, kemudian gunakan sifat-sifat cermin cembung sebelumnya, seperti di bawah ini.

Nampak citra yang dihasilkan ukurannya lebih kecil dari sesungguhnya.

Pemodelan proyeksi cermin cembung terhadap gelombang cahaya

Cermin Cekung

Senter kalau dibuka pasti ada suatu benda yang bentuknya cekung kayak parabola dan ditengahnya ada sumber cahayanya.

Tujuan dari bentuk cekung tersebut adalah untuk membuat cahaya yang dihasilkan lebih terarah.

Selaras seperti pada cermin cembung, hal ini terjadi karena sifat cermin cekung yang memantulkan cahaya seperti berikut.

Sifat-Sifat Cermin Cekung

Dengan penjelasan yang sama persis seperti pada cermin cembung. Nah sekarang, bisa didapatkan juga beberapa karakteristik cermin cekung dalam merefleksikan cahaya.

Ketika Sejajar Garis Normal

Cahaya yang arahnya sejajar terhadap garis normal pantulannya akan mengarah ke titik fokus cermin (warna merah).

Begitu pula jika ada cahaya berasal dari titik fokus, akan memantul dengan arah sejajar garis normal.

Ketika Mengarah Titik Tengah

Bila arahnya menuju titik tengah yaitu P dengan membentuk sudut tertentu terhadap garis normal, maka begitu pula pantulannya (warna hijau).

Ketika Melewati Titik Pusat

Saat cahaya melewati titik pusatnya, pantulannya akan sejajar dengah lintasan awalnya. Yang membedakkan hanyalah arahnya saja (warna biru).

Menghitung Jarak Objek

Untuk cermin lengkung berbeda dengan cermin datar yang memiliki fokus tak berhingga.

Jarak fokus cermin lengkung sudah menjadi parameter atau nilai yang menspesifikasi suatu cermin lengkung.

Menarik untuk diketahui jarak suatu objek pada suatu citra hasil refleksi.

Tentu dengan memanfaatkan nilai-nilai yang sudah ada, seperti spesifikasi cermin dalam hal ini jarak fokusnya, dan yang pasti jarak objek ke cermin.

Perhatikan ilustrasi berikut.

Pemodelan proyeksi cermin cekung terhadap gelombang cahaya

Perhatikan kesebangunan antara △ACO dan △A'CO', serta kesebangunan antara △BFC dan △A'FO'. Dan perlu diketahui juga AO = BC.

Dari kesebangunan yang pertama, didapat:

$\frac{AO}{A^{'}O^{'}} = \frac{OC}{O^{'}C}$

Dan berdasarkan kesebangunan yang kedua:

$\frac{BC}{A^{'}O^{'}}=\frac{CF}{O^{'}F}$

Rumus Cermin Cekung

Apabila titik $B$ mendekati titik $P$ maka $CF \approx f$ , $OC \approx d$ , dan $O^{'}C \approx d^{'}$ . Gunakan kesamaan antara $AO$ dan $BC$ :

$\frac{OC}{O^{'}C}A^{'}O^{'} = \frac{CF}{O^{'}F}A^{'}O^{'}$

$\rightarrow \frac{d}{d^{'}} = \frac{f}{d^{'} - f}$

$\rightarrow d(d^{'} - f) = d^{'}f \rightarrow \frac{d^{'} - f}{f} = \frac{1}{d}$

$\frac{1}{d^{'}} + \frac{1}{d} = \frac{1}{f}$

Di mana:

$f$ adalah jarak fokus cermin.
$d$ jarak objek terhadap cermin.
$d^{'}$ jarak objek di dalam citra.

Lensa

Secara normal, manusia mempunya titik fokus yang tidak berhingga, apabila kalian yang tidak memiliki penyakit mata.

Idealnya seseorang bisa melihat objek yang sangat jauh tanpa mengurangi ketajaman objeknya. Yang jadi kendala ya biasanya objek jauh itu pasti kecil banget.

Kelainan Mata

Mungkin di antara kalian atau teman-teman kalian ada yang mengalami rabun jauh, dan mungkin sedikit ada yang rabun dekat.

Jadi, rabun ini merupakan kelainan di mana seseorang tidak bisa melihat objek secara tajam karena jarak fokusnya yang terbatas.

Hal itu menyebabkan titik kumpulnya cahaya tidak tepat pada retina, bisa tidak sampai atau malah kelebihan.

Ilustrasi di bawah menunjukkan saat titik kumpul cahaya tidak sampai.

Jatuhnya bayangan di depan retina pernyebab terjadinya miopia

Rabun Jauh dan Dekat

Ketika titik kumpulnya tidak sampai retina, kelainan tersebut dinamakan rabun jauh atau miopia.

Sebaliknya, apabila kelebihan alias di luar retina, dinamakan rabun dekat atau hipermetropi.

Prinsip Kacamata

Kita semua sepakat, kalau orang yang rabun itu perlu kacamata, sebenarnya apa yang dilakukan oleh kacamata ya?

Jadi yang sebenarnya "dilakukan" oleh kacamata yaitu membelokkan cahaya atau refraksi yang terjadi karena ada alat yang disebut lensa.

Sifat-sifat lensa cembung terhadap gelombang cahaya

Seperti cermin, lensa juga ada yang cembung seperti gambar sebelumnya. Dan ada juga yang cekung ditunjukkan gambar di bawah.

Sifat-sifat lensa cekung terhadap gelombang cahaya

Karena pada miopia bayangan jatuh sebelum retina, kita perlu membelokkannya secara menyebar. Sehingga diperlukan lensa cekung, dan sebaliknya untuk hipermetropi.

Rumus Lensa Tipis

Lagi-lagi seperti cermin, ada hubungan antara jarak objek sebenarnya, jarak fokus, dan jarak objek di dalam citra, sebagai berikut: