Alat Optik

Alat optik bekerja dengan memanfaatkan sifat-sifat cahaya
Alat optik bekerja dengan memanfaatkan sifat-sifat cahaya.

Mata Juga Alat Optik

Kali ini kita masih ngebahas tentang cahaya, tapi kita gak bakal bahas karakteristiknya. Pada kesempatan kali ini bakal ngebahas tentang interaksi cahaya dengan alat atau 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 sekitar kita. Nah, apa tuh maksudnya?

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

Jadi objek yang kita lihat, misal sekarang lagi lihat laptop dan meja, merupakan cahaya yang terpantul dari objek tersebut.

Cahaya tersebut kemudian memasukin mata dengan melalui kornea yang berperan sebagai pengatur fokus cahaya yang masuk. Kemudian melalui iris yang berfungsi untuk mengatur banyaknya cahaya yang masuk.

Dan akhirnya suatu citra diterima oleh retina, dan kemudian dikirimkan menuju bagian otak 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, dan sebagainya. Ketika kita berkaca, tentu kita akan melihat wujud kita sendiri.

Apa yang kita lihat merupakan pantulan cahaya kita sendiri oleh cermin. Sebenarnya intinya cuman itu, tapi di antara kalian mungkin bertanya, bagaimana cermin bisa memantulkan cahaya.

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, dan kita tahu bahwa 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.

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

Pemodelan proyeksi cermin datar terhadap gelombang cahaya

Karakteristik objek pada citra yang dipantulkan oleh cermin datar, memiliki sifat yaitu ukuran dan orientasi yang sama seperti objek aslinya. Serta, jarak objek di dalam citra menyerupai jarak objek asli terhadap cermin. Artinya kalau kita lihat lagi ilustrasi sebelumnya, dididapat d=d^{'}.

Sebenarnya akan ada banyak cahaya yang dipancarkan oleh objek menuju cermin, namun kami ilustrasikan sebagiannya saja. Sekarang, perhatikan bahwa ketika cahaya dari objek secara tegak lurus menuju cermin, maka pantulannya akan memiliki jalur yang sama.

Cermin Cembung

Kalau kalian pernah lihat dipersimpangan yang sempit sering terdapat suatu cermin yang bentuknya cembung yang tujuannya adalah memberi gambaran apakah ada pengendara lain atau tidak.

Kalau kalian berdiri di sana akan nampak bahwa cermin menghasilkan citra yang mencakup luas objek disekitar, namun objek yang terlihat begitu kecil.

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

Sifat-sifat cermin cembung terhadap gelombang cahaya

Dari ilustrasi tersebut dapat diartikan, jika cahaya menuju cermin sejajar dengan sumbu utama cermin, maka cahaya yang dipantulkan akan datang dari arah seolah-olah dari titik fokusnya. Dan sebaliknya jika datang ke arah titik fokusnya maka cahaya yang dipantulkan akan sejajar dengan sumbu utama cermin (warna merah).

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).

Jadi bentuk cembung ini sebenarnya dianggap suatu lingkaran yang sisa kelilingnya 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.

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 terhadap gelombang cahaya

Dengan penjelasan yang sama persis seperti pada cermin cembung. Nah sekarang, bisa kah tukang iseng ilustrasikan citra yang direfleksikan oleh cermin cekung?

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, yaitu jarak fokusnya, dan yang pasti jarak objek ke cermin.

Perhatikan ilustrasi berikut.

Pemodelan proyeksi cermin cekung terhadap gelombang cahaya

Perhatikan kesebangunan antara \triangle ACO dan \triangle A^{'}CO^{'}, serta kesebangunan antara \triangle BFC dan A^{'}FO^{'}. Dan perlu diketahui juga AO=BC.

Dari kesebangunan yang pertama, didapat \frac{AO}{A^{'}O^{'}} = \frac{OC}{O^{'}C}, dan dari kesebangunan yang kedua, \frac{BC}{A^{'}O^{'}}=\frac{CF}{O^{'}F}.

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, dan d^{'} jarak objek di dalam citra.

Lensa

Secara normal, manusia mempunya titik fokus yang tidak berhingga, jadi 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.

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.

Menyebabkan titik kumpulnya cahaya tidak tepat pada retina, bisa tidak sampai atau malah kelebihan (ilustrasi di bawah menunjukkan titik kumpul tidak sampai).

Jatuhnya bayangan di depan retina pernyebab terjadinya miopia

Ketika titik kumpulnya tidak sampai retina, kelainan tersebut dinamakan rabun jauh atau miopia, dan apabila kelebihan alias di luar retina, dinamakan rabun dekat atau hipermetropi.

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 (gambar sebelumnya) dan ada juga yang cekung (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.

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

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

dengan penjelasan parameter yang sama, dan perlu diingat ini adalah bentuk simplifikasi yang mana diasumsikan ketebalan lensa sangat tipis.

Label
< Materi SebelumnyaKonsep Vektor
Search icon