TELESKKOP

Teleskop atau teropong merupakan sebuah alat optik yang digunakan untuk melihat benda-benda yang letaknya jauh agar tampak lebih dekat dan jelas. Teleskop pertama kali ditemukan oleh Galileo Galilei (1564 – 1642) pada tahun 1609. Terdapat dua jenis teleskop yang sangat berbeda; keduanya dirancang untuk membantu melihat benda jauh, misalnya planet dalam tata surya kita.

Teleskop refraktor menggunakan kombinasi lensa untuk membentuk sebuah bayangan, sementara teleskop refraktor menggunakan cermin lengkung dan sebuah lensa.

Kombinasi lensa yang diperlihatkan pada gambar 4a adalah teleskop refraktor. Seperti halnya mikroskop majemuk, teleskop ini memiliki sebuah lensa objektif dan sebuah lensa okuler. Kedua lensa diatur sedimikian rupa hingga lensa objektif membentuk bayangan nyata dan terbalik dari benda yang jauh pada jarak yang sangat dekat dari titik fokal lensa okuler. Oleh karena benda seakan-akan berada pada tak terhingga, titik di mana I₁ terbentuk adalah titik fokal lensa objektif. Lensa okuler kemudian membentuk, di I₂, bayangan yang diperbesar dan terbalik dari bayangan di I₁. Agar mendapatkan perbesaran maksimum yang mungkin, jarak bayangan untuk lensa okuler haruslah tak terhingga. Hal ini berarti sinar cahaya yang keluar dari lensa okuler sejajar dengan sumbu utama, dan bayangan lensa objektif harus terbentuk pada titik fokal lensa okuler. Dengan demikian, kedua lensa terpisahkan sejauh f_ob + f_ok, yang bersesuaian dengan panjang tabung teleskop.

Perbesaran sudut teleskop dinyatakan oleh , dimana  adalah sudut yang dibentuk oleh benda pada lensa objektif dan  adalah sudut yang dibentuk oleh bayangan akhir pada mata pengamat. Perhatikan gambar 4a, dimana benda berada pada jarak sangat jauh di kiri pengamat. Sudut  (di kiri lensa objektif) yang dibentuk oleh benda pada lensa objektif sama dengan sudut (di kanan lensa objektif) yang dibentuk oleh bayangan pertama pada lensa objektuf. Oleh karena itu,

Dimana tanda negatif menandakan bahwa bayangannya terbalik.

     Sudut  yang dibentuk oleh bayangan akhir pada mata sama dengan sudut yang dibuat oleh sebuah sinar, yang datang dari ujung I₁ dan merambat sejajar sumbu utama, dengan sumbu utama setelah melewati lensa. Jadi,

Kita sudah tidak menggunakan tanda negatif dalam persamaan ini karena bayangan akhirnya tidak terbalik; benda yang menciptakan bayangan akhir I₂ ini adalah I₁, dan keduanya memiliki arah yang sama. Sehingga, perbesaran sudut teleskop dapat dituliskan sebagai berikut :

dan kita lihat bahwa perbesaran sudut teleskop sama dengan rasio panjang fokal lensa objektif terhadap panjang fokal lensa okuler. Tanda negatif menandakan bahwa bayangannya terbalik.

Jika kita melihat benda yang agak dekat seperti bulan dan planet melalui sebuah teleskop, maka perbesarannya sangatlah penting. Namun, bintang dalam galaksi kita sangatlah jauh sehingga tetap terlihat sebagai sebuah titik cahaya, berapa pun perbesarannya. Teleskop besar untuk penelitian yang digunakan untuk mengumpulkan cahaya sebanyak-banyaknya. Betapa sulit dan mahal untuk membuat lensa yang besar bagi teleskop refraktor. Kesulitan lainnya dengan lensa besar adalah beratnya menyebabkan ia mudah menggelayut, yang menjadi sumber aberasi tambahan. Masalah tersebut dapat sedikit diatasi dengan mengganti lensa objektif dengan cermin cekung, yang menghasilkan teleskop refraktor. Oleh karena cahaya dipantulkan dari cermin dan tidak melewati lensa, maka cermin dapat memiliki penyangga yang kokoh pada bagian belakangnya. Penyangga semacam ini menghilangkan masalah akibat lensa yang menggelayut.

Gambar 5a menunjukkan rancangan untuk teleskop refraktor. Sinar cahaya datang melewati tabung teleskop dan dipantulkan oleh cermin parabolik didasarnya. Sinar ini mengumpul menuju titik A, di mana sebuah bayangan akan dibentuk. Namun, sebelum bayangan ini dibentuk, sebuah cermin datar yang kecil, M, memantulkan cahaya menuju bukaan di sisi tabung yang melewati lensa okuler. Rancangan ini dikatakan memiliki fokus Newtonian, karena Newton adalah orang yang mengembangkannya. Gambar 5b menunjukkan teleskop semacam itu. Perhatikan bahwa dalam teleskop refraktor, cahaya tidak pernah melewati kaca (kecuali melalui lensa okuler kecil). Akibatnya, masalah yang berhubungan dengan aberasi kromatis hampir sepenuhnya hilang. Teleskop reflektor dapat dibuat lebih pendek lagi dengan mengarahkan cermin datarnya sedemikian rupa hingga ia memantulkan cahaya kembali menuju cermin objektid dan cahaya memasuki lensa okuler pada lubang di tengah-tengah cermin.

Teleskop reflektor terbesar di dunia terdapat di Keck Observatorium di Mauna Kea, Hawaii. Situs ini memiliki dua teleskop berdiameter 10 m, masing-masng terdiri atas cermin heksagonal yang dikendalikan oleh komputer, yang bekerja bersamaan untuk membentuk permukaan pantul yang besar. Sebaliknya, teleskop refraktor terbesar di dunia, di Yerkes Obeservatorium di Teluk Williams, Wisconsin, memiliki diameter hanya 1m.

Jenis-jenis teleskop diantaranya yaitu :

1.      Teleskop Bintang

Teleskop bintang yaitu teleskop yang digunakan untuk melihat benda-benda di langit. Setiap teleskop diharapkan dapat digunakan untuk melihat bayangan dengan cara  berakomodasi minimum, sehingga pembentukan bayangan oleh teleskop bintang dapat dilihat seperti pada gamba dibawah ini

2.      Teleskop Bumi

Teleskop bumi adalah teleskop yang digunakan untuk melihat benda-benda jauh di bumi. Supaya bayangan tegak maka teleskop bumi dapat dirancang dari teleskop bintang dengan menambahkan lensa pembalik. Prinsip keja teleskop bumi yaitu lensa obyektif membentuk bayangan bersifat nyata, terbalik, dan diperkecil yang jatuh pada f_ob. Bayangan dibentuk oleh lensa obyektif menjadi benda bagi lensa pembalik jatuh pada jarak 2f pembalik sehingga terbentuk bayangan padda jarak 2f pembalik juga yang bersifat nyata, terbalik, dan sama besar.

3.      Teleskop Panggung

Teleskop panggung memiliki fungsi yang sama dengan teleskop bumi. Tetapi untuk membalik bayangannya (supaya tegak) digunakan lensa negatif (cekung) pada lensa okuler.

mIKROSKOP

Mikroskop merupakan alat optik yang berfungsi untuk melihat benda-benda kecil (mikro) seperti bakteri, penampang sel, dan sejenisnya. Pertama kali mikroskop dibuat oleh seorang ilmuwan Belanda, Antoni van Leeuwenhoek (1632 – 1723), yang terdiri dari gabungan dua buah lensa cembung. Dengan menggunakan mikroskop sederhana bisa dihasilkan pembesaran bayangan hingga kira-kira 300 kali lebih besar dari bendanya.

Mikroskop gabungan, seperti teleskop, memiliki lensa obyektif dan okuler. Gambar 3. Rancangannya berbeda dari teleskop karean mikroskop digunakan untuk melihat benda yang sangat dekat, sehingga jarak benda sangat kecil. Benda diletakkan di luar titik focus obyektif seperti pada Gambar 3a. Bayangan l₁ yang dibentuk oleh lensa obyektif bersiat nyata, cukup jauh dari lensa, dan sangat diperbesar. Bayangan ini diperbesar oleh okuler menjadi bayangan maya yang sangat besar l₂, yang terlihat oleh mata dan dibalik.

Perbesaran total mikroskop merupakan kali perbesaran yang dihasilkan olehkedua lensa. Bayangan l₁ yang dibentuk oleh obyektif adalah sebesar faktor m_o lebih besar dari benda itu sendiri. Dari Gambar 3a dan Persamaan dibawah ini untuk perbesaran lateral lensa sederhana, kita dapatkan

di mana d₀ dan d_f adalah jarak benda dan bayangan untuk lensa obyektif. L adalah jarak antara lensa (sama dengan panjang tabung), dan kita abaikan tanda minus pada Persamaan 23-9 yang hanya memberitahu kita bahwa bayangan terbalik. Okuler berkerja seperti pembesar sederhana.Jika kita anggap bahwa mata rileks, perbesaran anguler M_e adalah

di mana titik dekan N = 25 cm untuk mata normal. Karena okuler memperbesar bayangan yang dibentuk oleh obyektif, perbesaran anguler total M adalah hasil kasli perbesaran lateral lens obyektif, m_o, dikalikan perbesaran anguler, M_e, dari lensa okuler.

Pendekatan ini, Persamaan diatas akurat jika f_e dan f_o kecil dibandingkan dengan l, sehingga l-f_e = l dan d_o = f_o (Gamabr 3). Ini merupakan pendekatan yang baik untuk perbesaran besar, karena didapatkan jika f_o lensa f_e sangat kecil (ada di peyebut pada Persamaan diatas). Untuk membuat lensa dengan panjang focus yang sangat pendek, yang paling baik dilakukan untuk obyektif, lensa gabungan yang melibatkan beberapa elemen harus digunakan untuk menghindari aberasi

Prisma sebagai Alat Optik

Prisma merupakan salah satu alat optik yang unik namun masih jarang dijelaskan dan dibahas. Prisma dapat menghasilkan spectrum tujuh warna pelangi dari sebuah cahaya berwarna putih . Hal tersebut berkaitan dengan fungsi prisma yaitu merefleksikan atau mendispersikan cahaya masukan berupa cahaya putih menjadi spectrum warna pelangi. Bentuk prisma umumnya memiliki dasar berupa segitiga.

Salah satu penggunaaan prisma yaitu pada teropong. Teropong prisma atau yang biasa disebut dengan teropong binokuler merupakan teropong yang terdiri atas dua pasang prisma siku-siku sama kaki yang terbuat dari kaca dan dua pasang lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa objektif dan lensa okuler. Sepasang prisma ini diletakkan berhadapan hal ini berfungsi untuk membalikkan bayangan dan membelokkan arah cahaya.

Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif bersifat nyata, tebalik, dan diperkecil. Kemudian sebelum diteruskan ke lensa okuler, bayangan ini dibalikkan oleh sepasang prisma siku-siku. Bayangan nyata yang terbentuk pada lensa objektif setelah dibalik oleh prisma, kemudian menjadi benda bagi lensa okuler. Bayangan akhir yang dihasilkan lensa okuler bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Perbesaran bayangan yang dihasilkan sama dengan teropong bumi.

Beberapa keuntungan yang teropong prisma disbanding teropong yang lain, yaitu:

1.      Berkas cahaya yang dipantulkan sempurna oleh bidang-bidang prisma sehingga menghasilkan bayangan yang terang dan jelas.

2.      Jarak dapat dibuat pendek sekali karena sinrnya tiga kali bolak-balik melalui jarak yang sama.

3.      Kedua mata dapat melihat secara bersamaan saat daya stereoskopis diperbesar.

4.      Bayangan yang dihasilkan sesuai kebutuhan yaitu maya, diperbesar, dan tegak dengan adanya prisma yang membalik arah cahaya.

Prisma juga digunakan pada periskop. Periskop terdiri atas dua buah prisma siku-siku sama kaki dan dua buah lensa positif sebagai lensa objektif dan lensa okuler. Jika pada teropong binokuler prisma berfungsi sebagai lensa pembalik, pada periskop prisma berfungsi sebagai reflektor. Periskop merupakan teropong yang digunakan untuk mengamati benda-benda di permukaan laut. Periskop biasanya dipasang di kapal selam.

Berkas cahaya yang berasal dari benda di permukaan laut setelah melewati lensa objektif dipantulkan secara sempurna oleh bidang-bidang pada prisma. Keuntungan dari prisma adalah dapat diputar 360^o untuk mengamati seluruh keadaan di permukaan laut.

Kamera sebagai Alat Optik

Ada satu jenis alat optik yang memiliki cara kerja mirip dengan cara kerja mata, yaitu kamera. Kamera merupakan alat optik yang berfungsi untuk mengambil gambar suatu objek atau benda. Jenis-jenis kamera yang dikenal diantaranya kamera autofokus, kamera single-lens reflex (SLR), dan kamera digital.

Kamera fotografi adalah alat optik sederhana yang fitur-fitur utamanya diperlihatkan pada gambar 2. Kamera terdiri atas suatu ruang yang kedap cahaya, sebuah lensa konvergen yang menghasilkan bayangan nyata, dan sebuah film di belakang lensa untuk menerima bayangan. Kamera difokuskan dengan cara mengubah jarak antara lensa dan film. Hal ini dilakukan oleh bagian bawah yang dapat diatur pada kamera-kamera antik dan dengan perubahan mekanika lainnya pada kamera yang lebih modern. Untuk memfokuskan –yang diperlukan untuk menciptakan bayangan yang tajam- jarak lensa film bergantung pada jarak benda dan juga pada panjang fokal lensa.

   Elemen-elemen dasar kameraaadalah lensa, kotak ringan yang rapat, shutter (penutup) untuk memungkinkan lewatnya cahay melalui lensa dalam waktu yang singkat, dan pelat atau potongan film cahya melalui lensa dalam waktu yang singkat, dna pelat atau potongan film yang peka. Ketika shutter dibuka, cahayadari benda luar dalam medan pandangan difokuskan oleh lensa sebagai bayangan pada film. Film terdiri dari bahan kimia yang peka terhadap cahaya yang mengalami perubahan ketika cahya menimpanya. Pada proses pencucian, reaksi kimia menyebabakan bagian yang berubah menjadi tak tembus cahaya sehingga bayangan pada flm. Anda juga dapat melihat bayangan dengan membuka bagian belakang kamera dan memandang melalui secarik tissue atau kertas lilin (di mana bayangan dapat terbentuk) yang diletakkan pada posisi film dengan shutter terbuka.

Gambar 2. Tampak samping dari kamera sederhana.

Perhatikan bahwa pada kenyataannya, .

Ada tiga penyetelan utama pada kamera dengan kualitas yang baik: kecepatan shutter, f-stop, dan pemfokusan, dan sekarang kitaakan membacanya. Walaupun banyak kamera saat ini melakukan penyetelan secara otomatis, pemahaman mengenainya aka berguna untuk menggunakan kamera apapun degan efektif. Untuk hasil yang khusus dan kualitas tinggi, kamera yang memunginkan penyetelan manual harus dimiliki.

Penutup (shutter), yang terletak di belakang lensa, adalah suatu perangkat mekanik yang dapat dibuka selama selang waktu tertentu, yang disebut waktu penyinaran (exposure time). Seseorang dapat memotret benda yang bergerak dengan menggunakan waktu penyinaran yang singkat atau memotret pemandangan yang gelap (dengan tingkat pencahayaan rendah) menggunakan waktu penyinaran yang panjang. Jika pengaturan ini tidak dapat dilakukan, maka mustahil untuk mengambil foto suatu objek yang sedang beraksi. Contohnya, sebuah kendaraan yang bergerak cepat, dapat bergerak cukup cepat selama selang waktu penutup terbuka, sehingga menghasilkan bayangan yang kabur. Untuk mencegah pergerakan semacam itu, diperlukan waktu penyinaran yang singkat atau sebuah tripod, bahkan untuk memotret benda yang diam sekalipun. Kecepatan penutup (dengan kata lain, waktu penyinaran) yang umum adalah (1/30) s, (1/60) s, (1/125) s, dan (1/250) s. Untuk kamera genggam, penggunaan kecepatan penutup yang lebih rendah dapat menyebabkan bayangan kabur (akibat gerakan), tetapi penggunaan kecepatan penutup yang lebih tinggi mengurangi tingkat pengumpulan intensitas cahata. Pada kenyataannya, benda yang diam lazimnya dipotret dengan kecepatan penutup (1/60) s.

Kamera yang lebih mahal memiliki bukaan yang dapat diubah-ubah diameternya untuk lebih jauh lagi mengatur intensitas cahaya yang mengenai film. Seperti diperlihatkan sebelumnya, ketika bukaan dengan diameter kecil digunakan, hanya cahaya dari bagian tengah lensa saja yang mencapai film; dengan cara ini, aberasi sferis dikurangi.

Ukuran bukaan bervariasi untuk mengimbangi hari-hari yang terang atau gelap, kepekaan film+ yang digunakan, dan kecepatan shutter yang berbeda. Ukuran bukaan diatus dengan f-stop, didefinisikan sebagai

             Istilah f-number sering dinyatakan sebagai penjelasan dari “kelajuan” lensa. Semakin rendah f-number, semakin lebar bukaannya dan semakin tinggi jumlah energi dari cahaya yang mengenai film-maka, sebuah lensa dengan f-number yang rendah adalah sebuah lensa yang “cepat”. Notasi yang konvensional untuk f-number adalah “f/” diikuti angka yang sebenarnya. Contohnya, “f/4” berarti f-number 4! bukan berarti membagi f dengan lensa 4! Lensa yang sangat cepat, yang memiliki f-number serendah f/1,2; tergolong mahal karena sangat sulit untuk menjaga aberasinya tetap kecil dengan sinar cahaya melewati luas lensa yang besar. Sistem lensa kamera (kombinasi lensa dengan bukaan yang dapat diubah-ubah) sering kali ditandai dengan beberapa f-number, biasanya f/2,8; f/4; f/5,6; f/8; f/11 dan f/16. Salah satu dari pengaturan ini dapat dipilih dengan mengatur bukaannya, yang mengubah nilai D. Meningkatkan pengaturan dari suatu f-number ke nilai yang lebih tinggi (contohnya, dari f/2,8 ke f/4) mengurangi luas bukaan sebesar faktor 2. Pengaturan f-number yang terendah pada sebuah kamera bersesuaian dengan bukaan yang besar dan luas lensa yang digunakan mencapai maksimum.

        Kamera sederhana biasanya memiliki panjang fokal yang tetap dan ukuran bukaan yang tetap, dengan f-number sekitar f/11. Nilai f-number yang tinggi ini memungkinkan tercapainya kedalaman ruang yang besar, yang berarti bahwa benda-benda yang berada pada suatu rentang jarak yang cukup besar dari lensa membentuk citra yang tajam pada film. Dengan kata lain, kameranya tidak perlu difokuskan.

        Kamera digital pada dasarnya sama dengan kamera yang telah dijelaskna di sini, kecuali bahwa cahayanya tidak menciptakan citra pada film fotografi. Citra pada kamera digital dibentuk pada sebuah charge-coupled device (CCD), yang membuat citra secara digital, mengubahnya menjadi kode biner. Informasi digital ini kemudian disimpan pada sebuah keping memori untuk diputar ulang pada layar kamera, atau dapat diunduh ke komputer dan dikirimkan ke teman atau kerabat melalui internet.

Pemfokusan adalah peletakkan lensa pada posisi yang benar relative terhadap film untuk mendapakan bayangan yang paling tajam. Jarak bayangan minimum untuk benda di jarak tak hingga dan sama dengan panjang focus. Untuk benda-benda yang lebih dekat, jarak bayangan lebih besar dari panjang focus, sebagaimana bisa dilihat dari persamaan lensa, . Untuk memfokuskan benda-benda dekat, lensa harus dijauhkan dari film, dan hal ini biasanya dilakukan dengan memutar sebuah gelang pada lensa.