Alat-alat optik adalah alat-alat yang menggunakan lensa dan/atau cermin untuk memanfaatkan sifat-sifat cahaya yaitu dapat dipantulkan dan dapat dibiaskan, cahaya tersebut digunakan untuk melihat. Selain dari mata, alat-alat optik digunakan bersamaan dengan mata kita, bisa juga untuk membantu kita melihat ataupun membutuhkan mata kita untuk menggunakannya.
Ada banyak jenis alat optik yang digunakan manusia hingga saat ini.
Berikut ini adalah beberapa jenisnya:
1. Mikroskop
Mikroskop adalah alat optik yang digunakan untuk melihat objek dalam skala mikroskopis.
Ada dua jenis mikroskop utama: mikroskop cahaya dan mikroskop elektron.
Apa itu Mikroskop Cahaya?
Mikroskop cahaya atau light microscope adalah alat untuk memvisualisasikan detail halus suatu objek. Umumnya mikroskop cahaya digunakan dalam laboratorium biologi untuk memperbesar dan menganalisis objek yang sangat kecil, contohnya mikroorganisme.
Perbesaran light microscope sangat bervariasi, tergantung jenis dan jumlah lensa penyusunnya. Contohnya, simple light microscope yang memiliki perbesaran rendah karena menggunakan lensa tunggal. Sedangkan compound light microscope memiliki perbesaran lebih tinggi karena menggunakan dua lensa, yaitu lensa objektif dan lensa okuler.
Fungsi Mikroskop Cahaya
Fungsi mikroskop cahaya didasarkan pada kemampuannya untuk memfokuskan berkas cahaya melalui spesimen yang sangat kecil dan transparan, untuk menghasilkan gambar yang diperbesar menggunakan lensa. Spesimen yang divisualisasikan dapat bervariasi, mulai dari bakteri hingga sel dan partikel mikroba lainnya.
Perbedaan Mikroskop Cahaya dan Mikroskop Elektron
Mikroskop cahaya berbeda dengan mikroskop elektron dalam beberapa hal. Perbedaan tersebut dirangkum pada tabel berikut ini:
Mikroskop Cahaya
Mikroskop Elektron
Menghasilkan gambar menggunakan berkas cahaya (± 400-700 nm)
Menghasilkan gambar menggunakan berkas elektron (± 1 nm)
Dapat mengamati spesimen hidup dan mati
Hanya dapat mengamati spesimen yang sudah mati dan kering
Perbesarannya lebih rendah dari mikroskop elektron
Perbesaran jauh lebih tinggi
Persiapan spesimen memakan waktu beberapa menit hingga 1 jam
Persiapan spesimen memakan waktu beberapa hari
Resolusi lebih rendah
Resolusi lebih tinggi
Pembentukan gambar bergantung pada penyerapan cahaya dari zona yang berbeda dari spesimen
Pembentukan bayangan tergantung pada hamburan elektron
Biaya perawatan lebih murah
Biaya perawatan lebih mahal
2. Teleskop
Teleskop adalah alat optik yang memungkinkan pengamatan benda-benda langit seperti planet, bintang, dan galaksi.
Teleskop terbagi menjadi beberapa jenis, termasuk teleskop optik (refraktor dan reflektor) serta teleskop radio.
Teleskop optik memanfaatkan cahaya tampak, sementara teleskop radio memanfaatkan gelombang radio untuk pengamatan astronomi.
3. Kaca Pembesar
Kaca pembesar adalah alat optik sederhana yang digunakan untuk memperbesar gambar objek yang sedang diamati.
Alat ini terdiri dari lensa cembung yang membantu melihat detail yang sulit dilihat dengan mata telanjang.
Kaca pembesar sering digunakan dalam berbagai bidang, termasuk biologi, perhiasan, dan mekanik.
4. Prisma
Prisma adalah benda transparan dengan bentuk segitiga yang dapat memecah cahaya menjadi spektrum warna.
Ini menggambarkan sifat dispersi cahaya, di mana cahaya putih terurai menjadi berbagai warna saat melewati prisma.
5. Kamera
Kamera adalah alat optik modern yang menggabungkan lensa dan sensor cahaya untuk merekam gambar.
Dari kamera analog hingga kamera digital saat ini, teknologi kamera terus berkembang.
Cahaya merupakan energi yang berbentuk gelombang elektromagnetik. Energi tersebut merupakan energi kasat mata yang memiliki panjang gelombang 380–750 nm. Nah, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Jadi, cahaya juga tidak memerlukan medium untuk merambat.
Benda dikatakan sebagai sumber cahaya ketika benda-benda tersebut mampu memancarkan gelombang cahaya. Contohnya ialah matahari, api, lampu, dan lain-lain.
Selain benda yang memancarkan cahaya, ada juga benda gelap. Benda gelap merupakan benda tidak berpijar atau tidak memancarkan gelombang cahaya. Benda gelap dibagi menjadi 3 macam, yaitu benda tak tembus cahaya yang tidak dapat meneruskan cahaya, seperti dinding dan batu; benda bening yang dapat meneruskan cahaya, seperti kaca; dan benda tembus cahaya yang dapat meneruskan sebagian cahaya, seperti kertas buram dan air keruh.
Berkas cahaya digolongkan menjadi 3 macam:
Berkas cahaya yang menyebar (divergen) merupakan berkas cahaya yang berasal dari satu titik kemudian menyebar ke segala arah.
Berkas cahaya sejajar merupakan berkas cahaya yang sejajar satu sama lain.
Berkas cahaya mengumpul merupakan berkas cahaya yang menuju satu titik tertentu (konvergen).
Sifat-Sifat Cahaya
Cahaya memiliki beberapa sifat yang harus diketahui, yaitu:
Cahaya dapat merambat lurus
Cahaya dapat dipantulkan
Cahaya dapat menembus benda bening
Cahaya dapat dibiaskan
Cahaya dapat diuraikan
Sifat cahaya yang pertama ialah dapat merambat lurus. Hal ini memberikan keuntungan pada manusia sehingga manusia memanfaatkan sifat cahaya dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya ialah lampu senter dan lampu sorot kendaraan bermotor.
Sifat cahaya yang kedua ialah cahaya dapat dipantulkan. Ketika benda terkena cahaya, cahaya yang mengenai benda akan dipantulkan. Jenis pemantulan terbagi menjadi dua, yaitu pemantulan baur (pemantulan difus) dan pemantulan teratur.
Pemantulan teratur dan pemantulan baur. (Sumber: fismath.com)
Ketika cahaya mengenai permukaan rata, licin, dan mengilap, hasil pemantulannya akan teratur. Sedangkan, ketika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata, kasar, dan bergelombang, hasil pemantulannya akan baur/difus. Pemantulan cahaya dapat memberi manfaat pada manusia. Contohnya ialah manusia dapat melihat pantulan bayangannya di cermin.
Kaca yang bening dapat ditembus oleh cahaya. Ketika kaca yang bening tersebut dihalangi oleh benda lain yang tidak bening, cahaya tidak dapat menembusnya.
Cahaya menembus benda bening. (Sumber: idschool.net)
Cahaya akan dibelokkan jika merambat melalui dua zat yang kerapatannya berbeda. Contohnya seperti udara dengan air. Peristiwa pembelokkan cahaya setelah melalui suatu medium rambat disebut dengan pembiasan cahaya.
Penguraian cahaya putih menjadi berbagai cahaya berwarna disebut penguraian cahaya atau dispersi. Cahaya matahari sebenarnya tersusun atas berbagai cahaya berwarna, lho. Namun, mata kita melihat cahaya matahari berwarna putih. Contoh lain dari dispersi ialah pelangi.
A. Sifat Cahaya dan Proses Pembentukan Bayangan
1. Sifat-sifat Cahaya
Cahaya memiliki beberapa sifat, yaitu merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan, dan merupakan gelombang elektromagnetik.
2. Pembentukan Bayangan pada Cermin
Salah satu kegiatan yang mungkin kamu lakukan sebelum berangkat ke sekolah adalah berdiri di depan cermin, untuk melihat apakah kamu sudah rapi atau belum. Bahkan sering kali dalam perjalanan, kamu ditemani cermin. Tahukah kamu bahwa cermin yang kamu pakai untuk berkaca setiap hari adalah sebuah cermin datar? Jika seberkas cahaya mengenai cermin datar maka cahaya tersebut dipantulkan secara teratur. Peristiwa pemantulan cahaya pada cermin datar menyebabkan pembentukan bayangan benda oleh cermin.
Bayangan pada cermin datar bersifat maya. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinar-sinar pantul yang digambarkan oleh garis putus-putus.
Hukum pemantulan yang menyatakan besar sudut datang sama dengan sudut pantul, berlaku pula untuk cermin cekung. Pada cermin cekung, garis normal adalah garis yang menghubungkan titik pusat lengkung cermin M dengan titik jatuhnya sinar. Garis normal pada cermin lengkung berubah-ubah, bergantung pada titik jatuh sinar. Misalnya, jika sinar datang dari K mengenai cermin cekung di B, maka garis normalnya adalah garis MB dan sudut datangnya adalah sudut KBM = ɑ. sesuai hukum pemantulan, maka sudut pantulan adalah sudut MBC = ɑ dan sinar pantulan adalah sinar BC.
3. Lensa
Lensa secara umum ada yang berbentuk cembung dan cekung. Jika dipegang, lensa cembung bagian tengahnya lebih tebal dari bagian pinggir. Lensa cekung bagian tengahnya lebih tipis dari bagian pinggirnya.
Pembentukan bayangan pada lensa cembung membutuhkan sekurang-kurangnya dua sinar istimewa. Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cembung bergantung pada posisi benda.
Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cekung bergantung pada posisi benda. Sifat bayangan pada lensa cekung dapat ditentukan melalui bantuan diagram sinar dan sinar-sinar istimewa. Selain melalui kegiatan di atas, sifat-sifat bayangan benda oleh lensa cekung juga dapat ditentukan melalui Dalil Esbach seperti pada lensa cembung.
Persamaan pada lensa cembung sama dengan persamaan pada lensa cekung. Hubungan antara jarak fokus (f), jarak bayangan (s'), dan jarak benda (s) adalah sebagai berikut.
Pembesarannya,
Pada lensa cembung, titik fokus bernilai positif (sama seperti pada cermin cekung), sedangkan pada lensa cekung, titik fokus bernilai negatif (sama seperti pada cermin cembung). Setiap lensa mempunyai kemampuan yang berbeda-beda dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar. Kemampuan lensa dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar disebut kuat lensa (D) dan memiliki satuan dioptri. Kuat lensa merupakan kebalikan dari panjang fokus. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dengan syarat f harus dinyatakan dalam meter (m). Jika f dalam sentimeter (cm) maka rumusnya menjadi:
B. Alat Optik dalam Kehidupan Sehari-hari
1. Kamera
Pada saat kamu mengambil gambar suatu benda dengan sebuah kamera, cahaya dipantulkan dari benda tersebut dan masuk ke lensa kamera. Kamera memiliki diafragma dan pengatur cahaya (shutter) untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam lensa. Dengan jumlah cahaya yang tepat akan diperoleh foto atau gambar yang jelas. Sementara itu, untuk memperoleh foto yang tajam dan tidak kabur perlu mengatur fokus lensa. Cahaya yang melalui lensa kamera tersebut memfokuskan bayangan benda pada film foto. Bayangannya nyata, terbalik, dan lebih kecil dari benda aslinya. Perhatikan prinsip kerja kamera sederhana ini dengan diagram cahaya lensa cembung. Ukuran bayangan tersebut bergantung pada panjang fokus lensa, dan jarak lensa itu pada flm tersebut. Jika diperhatikan, bagian-bagian dari kamera memiliki kemiripan dengan mata.
2. Kaca Pembesar (Lup)
Seberapa besar suatu objek terlihat dengan mata, dan seberapa jelas kita dapat melihat bagian-bagian kecil pada objek tersebut? Hal ini bergantung pada ukuran bayangan objek pada retina. Ukuran bayangan bergantung pada sudut pada mata (lup) yang berhadapan dengan objeknya. Agar mata tidak mudah lelah saat menggunakan lup, letakkan benda tepat di titik fokus lup, sehingga mata tidak berakomodasi.
3. Mikroskop
Jika kamu akan melihat sel, jaringan pada penampang melintang batang tumbuhan, organisme mikroskopis seperti bakteri, alat apa yang akan kamu gunakan? Kamu pasti akan menggunakan mikroskop bukan? Tahukah kamu bagaimana prinsip kerja mikroskop? Mikroskop memiliki dua lensa utama, yaitu lensa okuler dan lensa objektif. Lensa okuler adalah lensa yang posisinya dekat dengan mata pengamat. Lensa objektif adalah lensa yang posisinya dekat dengan objek/benda yang sedang diamati.
Baik lensa okuler maupun lensa objektif merupakan lensa cembung yang memiliki fokus yang berbeda. Benda yang diamati ditempatkan pada sebuah kaca objek dan disinari dari bawah. Cahaya melalui lensa objektif dan membentuk bayangan nyata dan diperbesar. Bayangan itu diperbesar, sebab benda itu terletak di antara satu dan dua jarak fokus lensa objektif. Selanjutnya, bayangan nyata diperbesar lagi oleh lensa okuler untuk menghasilkan bayangan maya dan diperbesar. Susunan lensa seperti ini memungkinkan menghasilkan bayangan ratusan kali lebih besar dari objek aslinya.
4. Teleskop
Kamu tentunya pernah melihat bulan pada malam hari. Apakah kamu dapat melihat secara jelas permukaan bulan dengan menggunakan mata telanjang? Dengan menggunakan sebuah teleskop, kamu akan dapat melihat kawah dan ciri-ciri lain di permukaan bulan secara jelas. Teleskop dirancang untuk mengumpulkan cahaya dari benda-benda yang jauh. Teleskop dapat berupa teleskop bias dan teleskop pantul.
Gelombang adalah suatu gangguan yang merambatkan energi dari satu titik ke titik lainnya. Gelombang juga dapat diartikan sebagai perambatan energi getaran dari satu titik ke titik lainnya.
Agar kamu lebih paham, coba kamu bayangkan sebuah kolam. Tadinya air di kolam ini tenang, tetapi setelah kamu lemparkan batu ke dalamnya, maka akan muncul riak-riak atau gelombang yang bergerak ke pinggir kolam. Nah, dalam fisika riak-riak ini disebut dengan gerak gelombang.
Gelombang dapat dibedakan berdasarkan medium perambatannya dan berdasarkan arah rambatnya.
Klasifikasi Gelombang berdasarkan Medium Perambatnya
1. Gelombang Mekanik
Gelombang yang membutuhkan medium dalam perambatannya. Contohnya adalah zat padat, zat cair, atau zat gas. Seseorang dapat mendengarkan musik dan suara karena gelombang bunyi merambat melalui udara sehingga sampai ke telinga.
2. Gelombang Elektromagnetik
Gelombang yang tidak membutuhkan medium dalam perambatannya dan bisa merambat di ruang yang hampa udara. Contohnya adalah cahaya matahari. Walaupun ruang angkasa adalah ruang yang hampa udara, tapi sinar matahari tetap bisa bersinar sampai ke bumi.
Klasifikasi Gelombang berdasarkan Arah Rambatnya
1. Gelombang Longitudinal
Gelombang yang arah getarannya sejajaratau berhimpit dengan arah rambatnya. Dalam satu gelombang longitudinal terdiri dari satu regangan dan satu rapatan. Contohnya pada gelombang suara di udara.
2. Gelombang Transversal
Gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah rambatnya. Contohnya pada gelombang tali. Ketika tali digerakkan ke atas dan ke bawah (atau naik dan turun), arah getarannya akan tegak lurus dengan arah gerakan (arah rambat) gelombang.
Besaran-Besaran pada Gelombang
1. Simpangan (y)
Jarak dari kedudukan benda yang bergetar ke titik kesetimbangannya. Satuan internasionalnnya adalah meter (m).
2. Amplitudo (A)
Simpangan terbesar dari suatu benda yang bergetar. Satuan internasionalnnya adalah meter (m).
3. Periode
Waktu yang dibutuhkan satu gelombang untuk melewati suatu titik.
4. Frekuensi
Banyaknya gelombang yang melewati satu titik dalam suatu satuan waktu.
5. Panjang Gelombang
Jarak yang ditempuh oleh satu gelombang. Satuan internasionalnnya adalah meter (m).
6. Cepat Rambat Gelombang
Jarak yang ditempuh gelombang per satuan waktu.
Sifat-sifat Gelombang
1. Gelombang dapat dipantulkan (Refleksi)
Pantulan pada gelombang terbagi menjadi dua yaitu pemantulan ujung tetap dan pemantulan ujung bebas. Ini bedanya:
Pemantulan ujung tetap: getaran yang merambat akan dipantulkan ketika mencapai ujung medium. Ciri pemantulannya adalah terjadi pembalikan pulsa saat pemantulan, di mana bukit menjadi lembah dan sebaliknya.
Pemantulan ujung bebas: cirinya adalah tidak ada pembalikan pulsa saat pemantulan. Pulsa gelombang adalah lengkungan yang dihasilkan oleh sentakan tali yang menjalar menyusuri tali.
2. Gelombang dapat dipadukan (Superposisi)
Superposisi atau perpaduan antara dua gelombang atau lebih akan menghasilkan gelombang yang amplitudonya lebih besar atau lebih kecil dari sebelumnya. Superposisi dapat dilakukan dengan menjumlahkan simpangan 2 gelombang yang berpadu tadi.
3. Gelombang dapat dibiaskan (Refraksi)
Contoh gelombang yang dapat dibiaskan adalah pembiasan pada gelombang air laut. Saat gelombang laut menuju pantai, gelombang akan diperlambat dan kecepatannya berkurang. Ini menyebabkan penambahan amplitudo gelombang dan terjadinya pembiasan pada gelombang air lanjut. Maka dari itu, gelombang air laut pun bertambah tinggi.
4. Gelombang dapat dilenturkan (Difraksi)
Gelombang yang melewati suatu penghalang dapat dilenturkan atau dibelokan untuk menghindari rintangan dan akan kembali lagi seperti semula setelah melewati rintangan tersebut.
Gelombang dan Sifatnya
Gelombang merupakan getaran yang merambat lewat medium, berupa zat padat, cair, juga gas.
Selain ditemukan pada radiasi elektromagnetik, gelombang juga ada di medium yang memungkinkannya untuk berjalan tanpa memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain tana menyebabkan perpindahan permanen sebuah medium.
sifat-sifat gelombang, yaitu:
1. Dispersi gelombang
Sifat gelombang yang satu ini merupakan perubahan bentuk gelombang ketika merambat lewat satu medium.
2. Pemantulan Gelombang
Fenomena ini terjadi ketika gelombang menabrak penghalang atau ada di ujung dari medium rambat, sebagian gelombang akan dipantulkan.
3. Pembiasaan gelombang
Gelombang yang melewati dua medium berbeda, sebagian akan dipantulkan sementara sebagai lain akan diteruskan.
4. Interferensi Gelombang
Hal ini terjadi ketika dua gelombang koheren bertemu, hal ini bisa terlihat pada riak air yang terbentuk di permukaan.
5. Polarisasi Gelombang
Polarisasi merujuk ke arah getaran gelombang yang bisa diserap, terdiri dari polarisasi vertikal dan horizontal.
Polarisasi vertikal bisa kita lihat dengan cara menggerakkan tali dari atas ke bawah, sedangkan pola horizontal bisa diamati ketika menggerakkan tali ke kanan dan ke kiri.
6. Efek Doppler
Jika sebuah sumber gelombang dan penerimanya bergerak relatif satu sama lain, frekuensi yang dideteksi penerima enggak akan sama dengan frekuensi sumbernya.
