Kumpulan Teladan Soal Alat Optik Fisika Dan Pembahasan Lengkap

Alat optik merupakan alat yang bekerja menurut prinsip cahaya. Alat optik menciptakan hidup insan lebih gampang dan berarti. Kita sanggup menikmati keindahan alam semesta, mengabadikan saat-saat terindah pada lembaran foto, atau bahkan sanggup menciptakan sehelai rambut di kepala menjadi terlihat sebesar lengan. Dapatkah kalian menyebutkan nama alat optik yang kegunaannya ibarat yang telah disebutkan tersebut?

Dalam fisika, alat optik berbagai jenisnya di antaranya yakni kacamata, kamera, lup (kaca pembesar), mikroskop, teropong atau teleskop dan bahkan mata juga termasuk dalam kategori alat optik. Nah, pada kesempatan kali ini akan disajikan kumpulan pola soal perihal alat optik fisika dan pembahasannya super lengkap. Untuk itu, silahkan kalian pelajari baik-baik. Selamat berguru dan semoga sanggup paham.

Contoh Soal perihal Mata

Jika lensa mata dianggap sferis bola dengan jarak permukaan depan lensa dengan retina 3 cm, hitunglah:

■ Kuat lensa mata normal ketika mata melihat benda yang jauh sekali (mata tidak berakomodasi) dan ketika melihat benda pada jarak 25 cm (mata berkomodasi maksimum).

■ Perubahan kekuatan lensa mata dari tidak berakomodasi hingga berakomodasi maksimum.

Penyelesaian:

Diketahui:

s' = 3 cm

s =

Ditanyakan: berpengaruh lensa mata normal ketika tidak berakomodasi dan ketika berakomodasi maksimum serta perubah kekuatan lensa.

Jawab:

■ Kuat lensa mata normal

Pada ketika mata tidak berakomodasi (s =  )

1/f = 1/s + 1/s’

⇒ 1/f = (1/ ) + (1/3)

⇒ 1/f = 0 + 1/3

⇒ 1/f = 1/3

⇒ f = 3 cm = 0,03 m

Dengan demikian, daya lensa untuk mata tidak berakomodasi yakni sebagai berikut.

P = 1/f

⇒ P = 1/0,03

⇒ P = 33,3 dioptri

Pada ketika mata berakomodasi (s = 25 cm)

1/f = 1/s + 1/s’

⇒ 1/f = (1/25) + (1/3)

⇒ 1/f = (3 + 25)/75

⇒ 1/f = 28/75

⇒ f = 75/28

⇒ f = 2,7 cm = 0,027

Dengan demikian, daya lensa untuk mata berakomodasi yakni sebagai berikut.

P = 1/f

⇒ P = 1/0,027

⇒ P = 37,03 dioptri

Jadi, berpengaruh mata normal pada ketika tidak berakomodasi yakni 33,3 dioptri dan pada ketika mata berakomodasi yakni 37,,03 dioptri.

■ Perubahan kekuatan lensa

∆P = 33,3 – 37,03 = −4 dioptri

Jadi, perubahan kekuatan lensa adalah −4 dioptri

Contoh Soal perihal Cacat Mata

1. Yulisa yang menderita rabun bersahabat mempunyai titik bersahabat 50 cm. Jika ingin membaca dengan jarak normal (25 cm), maka berapa kekuatan lensa kacamata yang harus digunakan Reni?

Penyelesaian:

Diketahui:

s = 25 cm

s’ = -50 cm (tanda negatif mengatakan bayangan bersifat maya, di depan lensa)

Ditanyakan: P = …?

Jawab:

1/f = 1/s + 1/s’

1/f = 1/25 – 1/50

1/f = 2/50 – 1/50

1/f = 1/50

f = 50 cm = 0,5 m

P = 1/f = 1/0,5 = 2 dioptri

Jadi, kekuatan lensa kacamata yang harus digunakan Yulisa yakni 2 dioptri.

2. Seseorang tidak sanggup melihat benda jauh tak hingga dengan jelas. Kemudian beliau memeriksakan diri ke dokter mata. Untuk mengatasi kelemahan itu beliau diberi saran oleh dokternya untuk menggunakan beling mata dengan kekuatan -1/3 dioptri. Berapakah titik jauh mata orang tersebut.

Penyelesaian:

s = 

P = -1/3 D

s’ = -PR

Titik jauh s’ = -PR sanggup ditentukan dengan menggunakan persamaan (2) yaitu sebagai berikut.

P = 100/s + 100/s’

-1/3 = (100/ ) − 100/PR

-1/3 = 0 − 100/PR

-1/3 = -100/PR

PR = -100 × (-3)

PR = 300 cm

Jadi, titik jauh mata orang tersebut yakni 300 cm.

3. Seorang kakek penderita presbiopi mempunyai titik bersahabat 75 cm dan titik jauh 300 cm. Agar ia sanggup melihat benda yang bersahabat (seperti mata normal) dan sanggup melihat benda jauh, berapakah jarak fokus lensa bifokal dan berpengaruh lensa kacamata yang harus digunakan kakek tersebut?

Jawab:

Kacamata bifokal tersusun atas dua lensa bab atas lensa negatif (cekung) supaya sanggup melihat jauh dan bab bawah lensa nyata (cembung) supaya sanggup membaca normal.

■ Untuk sanggup melihat jauh, s =   dan s’ = -300 cm

1/f = 1/s + 1/s’

1/f = (1/ ) – 1/300

1/f = -1/300

f = -300 cm = -3 m

P = 1/f

P = 1/(-3) = -0,33 dioptri

Jadi, untuk sanggup melihat benda jauh digunakan kacamata dengan jarak fokus 3 m dan kekuata lensa -0,33 dioptri.

■ Untuk sanggup melihat dekat, s = 25 dan s’ = -75 cm

1/f = 1/s + 1/s’

1/f = 1/25 – 1/75

1/f = 3/75 – 1/75

1/f = 2/75

f = 75/2

f = 37,5 cm = 0,375 m

P = 1/f

P = 1/0,375 = 2,67 dioptri

Jadi, untuk sanggup melihat benda bersahabat digunakan kacamata dengan jarak fokus 0,375 m dan kekuata lensa 2,67 dioptri.

Contoh Soal perihal Kacamata

1. Agong tidak sanggup melihat dengan terang benda-benda yang berjarak di bawah 40 cm. Ia ditawari temannya kacamata minus 1 dioptri. Jika kalian menjadi Agong, apakah kalian akan mendapatkan anjuran tersebut? Berapakah kekuatan kacamata yang harus digunakan Agong supaya sanggup melihat benda secara normal?

Penyelesaian:

Diketahui: PP = sn = 40 cm

Ditanyakan: P

Jawab:

Karena Agong tidak sanggup melihat bersahabat (mengalami rabun dekat) maka kacamata yang harus digunakan yakni kacamata berlensa positif. Makara anjuran sahabat Agong tidak sanggup menolong. Kekuatan kacamata yang harus digunakan sanggup dicari dengan persamaan:

P	=	4	−	100
				sn

P	=	4	−	100
				40

P

=

1,5 D

Jadi, kacamata yang harus digunakan Agong yakni kacamata nyata (plus) dengan kekuatan 1,5 dioptri (+1,5).

2. Aminah ingin membelikan kacamata untuk temannya yang hanya sanggup melihat benda terjauh pada jarak 3 meter. Jenis kacamata apakah yang harus dibeli Aminah?

Penyelesaian:

Diketahui: mata miopi dengan PR = 3 m

Ditanyakan: jenis kacamata yang sesuai

Jawab:

Untuk memilih kacamata yang sesuai, berarti kita menghitung kekuatan kacamata dengan rumus sebagai berikut:

P	=	−	1
			PR

P	=	−	1	D
			3

Jadi, kacamata yang sesuai yakni kacamata negatif dengan kekuatan −1/3 dioptri.

Contoh Soal perihal Kamera

1. Sebuah kamera mempunyai titik api 80 mm, awalnya digunakan untuk mengambil gambar benda yang cukup jauh. Kemudian, kamera digunakan untuk mengambil gambar sebuah benda yang jaraknya 2 m dari lensa. Tentukan ke mana dan berapa jauh lensa kamera harus digeser.

Jawab:

f = 80 mm = 0,08 m

■ keadaan mula-mula s =  , maka

1/s1 + 1/s1’ = 1/f

1/ + 1/s1’ = 1/0,08

1/s1’ = 1/0,08

s1’ = 0,08 m

■ keadaan simpulan s2 = 2 m, maka

1/s2 + 1/s2’ = 1/f

1/2 + 1/s2’ = 1/0,08

1/s2’ = 1/0,08 – 1/2

1/s2’ = 100/8 – 1/2

1/s2’ = 100 – 4/8

1/s2’ = 96/8

s2’ = 8/96 = 0,0833 m

■ besar pergeseran lensa kamera yakni sebagai berikut.

d = s2’ – s1’

d = 0,0833 – 0,08

d = 0,0033 m

d = 3,3 mm

Oleh alasannya yakni s2’ > s1’ maka d > 0, artinya lensa kamera harus digeser menjauhi film.

2. Jarak fokus lensa sebuah kamera yakni 50 mm. Kamera tersebut diatur untuk memfokuskan bayangan benda pada jauh tak terhingga. Berapa jauh lensa kamera harus digeser supaya sanggup memfokuskan bayangan benda yang terletak pada jarak 2,5 m?

Jawab:

Ketika digunakan untuk memfokuskan benda yang letaknya jauh di tak terhingga, bayangan benda tersebut akan sempurna berada di titik fokus lensa. Dengan kata lain, s' = f = 50 mm. Ketika jarak benda ke lensa, s = 2,5 m = 2.500 mm, bayangannya yakni sebagai berikut.

1/s + 1/s’ = 1/f

1/2.500 + 1/s’ = 1/50

1/s’ = 1/50 – 1/2.500

1/s’ = 50 – 1/2.500

1/s’ = 49/2.500

s' = 2.500/49

s’ = 51,02 mm

Dengan demikian, lensa harus digeser sejauh 51,02 mm – 50 mm = 1,02 mm.

Contoh Soal perihal Lup (Kaca Pembesar)

1. Seorang tukang arloji bermata normal menggunakan lup yang berkekuatan 10 dioptri. Tentukanlah jarak benda ke lup dan perbesaran anguler lup kalau mata tukang arloji berakomodasi maksimum!

Penyelesaian:

Diketahui:

s’ = −sn = −25 cm (mata normal)

P = 10 dioptri → f  = 1/P = 1/10 = 0,1 m = 10 cm

Ditanyakan: s dan M untuk mata berakomodasi maksimum.

Jawab:

■ Menentukan jarak benda (s) ke lup

Untuk memilih jarak bayangan benda atau s dari lup, maka kita gunakan persamaan yang berlaku pada lensa cembung, yaitu sebagai berikut.

1	=	1	+	1
f		s		s'

1	=	1	+	1
10		s		−25

1	=	1	+	1
s		10		25

1	=	5 + 2
s		50

1	=	7
s		50

s	=	50	= 71/7
		7

Jadi jarak benda ke lup yakni 71/7 cm.

■ Menentukan perbesaran anguler lup

Perbesaran sudut lup untuk penggunaan dengan mata berakomodasi maksimum sanggup dihitung dengan menggunakan rumus berikut.

M	=	sn	+ 1
		f

M	=	25 cm	+ 1
		10 cm

M = 2,5 + 1 = 3,5

Jadi, perbesaran anguler lup untuk mata berakomodasi maksimum yakni 3,5 kali.

2. Sebuah lup berfokus 5 cm digunakan untuk mengamati benda yang panjangnya 4 mm. tentukanlah panjang bayangan benda apabila mata tidak berakomodasi!

Penyelesaian:

Diketahui:

sn = 25 cm

f = 5 cm

h = 4 mm = 0,4 cm

Ditanyakan: h’ untuk mata tidak berakomodasi

Jawab:

Untuk memilih panjang bayangan (h’), pertama kita hitung dahulu perbesaran anguler lup untuk mata tidak berakomodasi yaitu sebagai berikut.

M	=	sn
		f

M	=	25 cm
		5 cm

M = 5 kali

Selanjutnya, panjang bayangan kita tentukan dengan menggunakan rumus perbesaran bayangan pada lensa cembung, yaitu sebagai berikut.

M	=	h'
		h

h' = M × h

h’ = 5 × 0,4

h’ = 2

Jadi, panjang bayangan ketika menggunakan lup untuk keadaan mata berakomodasi maksimum yakni 2 cm.

3. Seseorang mengamati sebuah benda dengan menggunakan lup berkekuatan 10 dioptri. Apabila titik bersahabat mata orang tersebut yakni 25 cm, berapakah perbesaran lup itu kalau mata berakomodasi pada jarak 50 cm?

Penyelesaian:

Diketahui:

PP = 25 cm

P = 10 dioptri → 1/f = 10, maka f = 0,1 m = 10 cm

x = 50 cm

Ditanyakan: Manguler ketika mata berakomodasi pada jarak 50 cm.

Jawab:

Perbesaran anguler lup dihitung untuk mata berakomodasi pada jarak 50 cm dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

Manguler	=	PP	+	PP
		f		x

Manguler	=	25	+	25
		10		50

M = 2,5 + 0,5 = 3

Jadi, perbesaran anguler lup untuk penggunaan mata berakomodasi pada jarak 50 cm yakni 3 kali.

Contoh Soal perihal Mikroskop

1. Sebuah mikroskop mempunyai lensa objektif dengan jarak fokus 2 cm dan lensa okuler dengan jarak fokus 6 cm. Jika jarak antarlensa 26 cm, hitunglah perbesaran total mikroskop pada ketika mata berakomodasi maksimum.

Penyelesaian:

Diketahui:

fob = 2 cm

L = 26 cm

fok = 6 cm

Ditanyakan: M untuk mata berakomodasi maksimum

Jawab:

Pertama, kita hitung terlebih dahulu jarak benda oleh lensa okuler (sok). Perbesaran pada ketika mata berakomodasi maksimum, mata dianggap normal (s’ok = −25 cm). Dengan menggunakan rumus pada lensa cembung, maka:

1	=	1	+	1
fok		sok		s’ok

1	=	1	−	1
sok		fok		s’ok

1	=	s’ok − fok
sok		fok s’ok

sok	=	fok s’ok
		s’ok − fok

sok	=	(6 cm)(−25 cm)
		(−25 cm) – (6 cm)

sok	=	−150 cm
		−31 cm

sok

=

4,84 cm

Kedua, kita tentukan jarak bayangan oleh lensa objektif (s’ob). Berdasarkan rumus panjang mikroskop, maka kita peroleh besar s’ob yaitu sebagai berikut.

L = s’ob + sok

26 cm = s’ob + 4,84 cm

s’ob = 26 cm – 4,84 cm

s’ob = 21,16 cm

ketiga, kita tentukan jarak benda oleh lensa objektif (sob). Dengan menggunakan rumus lensa tipis, maka kita peroleh:

1	=	1	+	1
fob		sob		s’ob

1	=	1	−	1
sob		fob		s’ob

1	=	s’ob − fob
sob		fob s’ob

sob	=	fob s’ob
		s’ob − fob

sob	=	(2 cm)(21,16 cm)
		(21,16 cm) – (2 cm)

sob	=	42,32 cm
		19,16 cm

sob

=

2,2 cm

Dari hasil perhitungan-perhitungan di atas, maka perbesaran lensa objektif (Mob) dan perbesaran lensa okuler (Mok) yakni sebagai berikut.

Mob	=	s'ob	=	21,16 cm	= 9,6 kali
		sob		2,2 cm

Mok	=	sn	+ 1	=	25 cm	+ 1	5,17 kali
		fok			6 cm

Jadi, perbesaran total mikroskop pada ketika mata berakomodasi maksimum yakni sebagai berikut.

M = mob × mok

M = 9,6 × 5,17

M = 49,6 kali

2. Sebuah mikroskop disusun dari dua lensa positif. Lensa objektif dan lensa okuler masing-masing mempunyai jarak fokus 3 cm dan 10 cm. Jika sebuah benda ditempatkan 3,5 cm di depan lensa objektif maka tentukan perbesaran dan panjang mikroskop untuk mata tidak berakomodasi.

Penyelesaian:

Diketahui:

fob = 3 cm

fok = 10 cm

sob = 3,5 cm

Dari sob dan fob dapat ditentukan jarak bayangan lensa objektif yaitu sebagai berikut.

1	=	1	−	1
s'ob		fob		sob

1	=	1	−	1
s'ob		3		3,5

1	=	7 – 6
s'ob		21

s'ob	=	21	= 21
		1

Jadi, jarak bayangan oleh lensa objektifnya yakni s’ob = 21 cm

Ditanya: M dan L mikroskop untuk mata tidak berakomodasi

Jawab:

Pada ketika mata tidak berakomodasi, maka perbesaran total mikroskop sanggup dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut.

M	=	s'ob	×	sn
		sob		fok

M	=	21	×	25
		3,5		10

M	=	525	=15
		35

Dan panjang mikroskop pada mata tidak berakomodasi dihitung dengan menggunakan persamaan (5) yaitu sebagai berikut.

L = s’ob + fok

L = 21 + 10 = 31 cm

Dengan demikian kita peroleh perbesaran total mikroskop dan panjang mikroskop untuk pengamatan dengan mata tidak berakomodasi yaitu berturut-turut 15 kali dan 31 cm.

Contoh Soal perihal Teropong Bintang (Astronomi)

Sebuah teropong bintang yang jarak fokus lensa objektifnya 50 cm diarahkan ke sentra bulan. Jika mata tidak berakomodasi diperoleh perbesaran 10 kali. Maka tentukanlah jarak fokus lensa okuler dan panjanag tubus teropong!

Penyelesaian:

Diketahui:

fob = 50 cm

M = 10x

Ditanyakan: fok dan d

Jawab:

Karena mata tidak berakomodasi, maka perbesaran teropong bintang memenuhi persamaan berikut.

M	=	fob
		fok

10	=	50
		fok

fok	=	50
		10

fok = 5 cm

Untuk mata tidak berakomodasi, panjang tubus teropong sanggup dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.

d = fob + fok

⇒ d = 50 cm + 5 cm

⇒ d = 55 cm

Dengan demikian, jarak fokus lensa okuler dan panjang tubus teropong bintang tersebut berturut-turut yakni 5 cm dan 55 cm.

Contoh Soal perihal Teropong Bumi (Medan)

Sebuah teropong Bumi dengan jarak fokus lensa objektif, pembalik dan okuler berturut-turut 80 cm, 5 cm dan 20 cm. Teropong ini digunakan untuk melihat benda jauh oleh orang bermata normal dengan berakomodasi maksimum. Tentukanlah perbesaran sudut dan panjang tubusnya.

Penyelesaian:

Diketahui:

fob = 80 cm

fp = 5 cm

fok = 20 cm

s’ok = titik bersahabat mata normal = -25 cm

Ditanyakan: M dan d

Jawab:

Karena mata berakomodasi maksimum, maka perbesaran sudut teropong Bumi sanggup kita cari menggunakan persamaan berikut.

M	=	fob
		sok

Oleh alasannya yakni jarak benda pada lensa okuler (sok) belum diketahui, maka kita tentukan dahulu menggunakan persamaan yang berlaku pada lensa yaitu sebagai berikut.

1	+	1	=	1
sok		s'ok		fok

1	+	1	=	1
sok		-25		20

1	=	1	+	1
sok		20		25

1	=	5 + 4
sok		100

1	=	9
sok		100

sok	=	100	= 11,1 cm
		9

Dengan demikian, perbesaran sudutnya adalah:

M	=	fob
		sok

M	=	80	= 7,2 kali
		11,1

Dan panjang tubus teropong sanggup kita tentukan dengan menggunakan persamaan berikut.

d = fob + 4fp + sok

⇒ d = 80 cm + 4(5) cm + 11,1 cm

⇒ d = 80 cm + 20 cm + 11,1 cm = 111,1 cm

Jadi, perbesaran sudut dan panjang teropong Bumi tersebut yakni 7,2 kali dan 111,1 cm.

Contoh Soal perihal Teropong Panggung (Galileo)

1. Sebuah teropong panggung dengan jarak fokus lensa objektif dan okulernya berturut-turut yakni 50 cm dan 5 cm. Teropong tersebut digunakan untuk melihat bintang oleh orang yang bermata normal tanpa berakomodasi. Tentukanlah perbesaran sudut dan panjang tubusnya.

Penyelesaian:
Diketahui:

fob = 50 cm

fok = −5 cm

Ditanyakan: M dan d

Jawab:

■ Untuk penggunaan dengan mata tanpa akomodasi, perbesaran sudut teropong panggung sanggup dihitung dengan menggunakan rumus berikut.

M	=	fob
		fok

M	=	50
		−5

M

=

10

Jadi, perbesaran sudutnya yakni 10 kali.

■ Panjang teropong dihitung dengan rumus berikut.

d = fob + fok

d = 50 + (−5)

d = 45

Jadi, panjang tubung teropong panggung tersebut yakni 45 cm.

2. Sebuah teleskop Galilei yang mempunyai perbesaran anguler 16 kali dan mempunyai jarak fokus objektif 160 cm, digunakan untuk menyidik sebuah benda yang terletak sangat jauh. Hitunglah panjang teleskop Galilei ini apabil pada ketika pengamatan, mata pengamat tidak berakomodasi.

Penyelesaian:

Diketahui:

M = 16 kali

fob = 160 cm

ditanyakan: d … ?

Jawab:
Karena mata dalam keadaan tidak berakomodasi, maka rumus perbesaran anguler teleskop yakni sebagai berikut.

M	=	fob
		fok

16	=	160
		fok

fok	=	160
		16

fok

=

10

Karena lensa okuler teropong panggung yakni lensa cekung, maka jarak fokusnya berharga negatif yaitu:

fok = −10 cm

Dengan demikian, panjang teropong tersebut yakni sebagai berikut.

d = fob + fok

d = 160 + (–10)

d = 150

jadi, panjang teleskop Galilei yakni 150 cm atau 1,5 m.