Soal tentang BioOptik

Soal Biooptika

1. Seorang penderita miop memakai kacamata dengan kuat lensa -2,5 dioptri. Berapakah titik jauh mata orang tersebut?

Diketahui : P = -2,5

Ditanya : S’ =….?

Jawabaan :

P         = -2,5 dioptri atau

1/f       =  1/s +1/s'

1/-250 = 1/~  + 1/s'

s'         = -250cm atau -2,5m

2. Seorang penderita hipermetrop memiliki titik dekat sebesar  80 cm. Tentukan kuat kacamata yang diperlukan jika orang tersebut ingin membaca dengan jelas pada jarak a) 50 cm dan b) 25 cm  dari mata.

Penyelesaian:

Diketahui: S₁= 50 cm = 0,5 m

S₂ = 25 cm = 0,25 m

Sn = 80 cm = 0,8 m

Ditanya : a. P saat s = 50 cm dan

b. P saat s = 25 cm

a). P = 1/f  = 1/s  + 1/s'  = 2 - 100/Sn

= 2 - 100/80  = 2- 1.25 = 0,75 dioptri

b). P = 1/f = 1/s + 1/s'  = 4 - 100/Sn

= 4 - 100/80 = 4 – 1, 25 =  2,75 dioptri

3. Seorang kakek yang memakai kacamata 3 dioptri memeriksakan matanya dan ternyata disarankan agar kakek tersebut mengganti kacamatanya menjadi 3,5 dioptri. Berapa jauhkan pergeseran titik dekat kakek tersebut?

          p  = 100/s + 100/s'

          3  = 100/25 + 100/s'

          s'  = -100cm

          p  = 100/s + 100/s'

         3,5= 100/25 + 100/s'

         s'   = -200cm

          pergeseran titik dekatnya adalah

         ∆s' = s' - s'

         ∆s' = -100-(-200)

         ∆s' = 100 cm

4. Bagaimana pendapat Newton, Huygens dan Maxwell tentang cahaya? 

• Cahaya menurut Newton (1642 - 1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. 

• Menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah gelombang seperti halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombangnya saja. 

• Percobaan James Clerk Maxwell (1831 - 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh:
  a.       Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudolph Hertz (1857 - 1894) yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
  b.      Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852 - 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
  c.  Percobaan Stark (1874 - 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya.

4.       Bayangan yang dihasilkan melalui lensa tidak selalu identik dengan aslinya, jelaskan penyebab - penyebab hal tersebut?
   Hal tersebut disebabkan karena sebuah hologram dapat merekonstruksi dua gambar, yang nyata dan maya (replika dari objek). Namun, dua gambar tersebut terbedakan dalam tampilannya di mata pengamat. Gambar maya diproduksi dengan posisi yang sama dengan objek dan memiliki tampilan yang sama pada kedalaman dan paralaks dengan objek tiga dimensi yang sebenarnya. Gambar maya terlihat seolah-olah pengamat melihat objek asli melalui jendela yang ditentukan oleh ukuran dari hologram. Gambar tersebut dikenal sebagai gambar orthoscopic Gambar nyata, juga terbentuk dengan jarak yang sama dari hologram, tapi berada didepannya serta kedalaman gambarnya terbalik. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa titik-titik yang bersesuaian pada kedua gambar (nyata dan maya) terletak pada jarak yang sama dari hologram. Gambar nyata ini dikenal sebagai pseudoscopic. Gambar ini sangat tidak nyaman untuk dilihat karena memang kita tidak terbiasa melihat gambar terbalik dalam kehidupan normal. Gambar tersebut tidak dapat diubah dengan tekni-teknik optika sampai baru-baru ini. Kini, sudah memungkinkan untuk mengkonjugasikan muka gelombang dengan menggunakan teknik konjugasi fase optik. Gelombang muka ini memiliki aplikasi yang potensial dalam mengoreksi efek dari penyimpangan media pada pencitraan optik. Sebuah hologram yang terekam oleh lensa atau sebuah cermin cekung, dapat menghasilkan sebuah bayangan nyata orthoscopic dari objek. Bayangan nyata orthoscopic dari objek ini juga dapat diciptakan dengan cara merekam dua hologram secara berturut-turut. Tahap pertama, hologram utama direkam dengan menggunakan sinar acuan. Hologram ini, saat direkonstruksi oleh sinar, menghasilkan sebuah gambar maya dan gambar nyata dengan pembesaran unit. Kemudian, hologram ini direkam dengan menggunakan gambar nyata dari hologram utama sebagai sinar objek. Pada saat hologram ini sudah terekonstruksi, akan menghasilkan bayangan maya pseudoscopic dan bayangan nyata orthoscopic.

6. Mata bisa melirik ke berbagai arah, organ apa yang berperan jelaskan masing masing fungsinya?

Mata dapat melirik ke berbagai arah, karena terdapat organ atau sistem penglihatan yang dipengaruhi oleh gerakan bola mata yang diatur oleh otot-otot penggerak bola mata, yaitu:

a.       Muskulus rektus lateralis, untuk gerakan mata ke samping

b.      Muskulus rektus medialis, untuk gerakan mata ke tengah

c.       Muskulus rektus superior, untuk gerakan mata ke atas luar

d.      Muskulus rektus inferior untuk gerakan mata ke bawah luar

e.       Muskulus obliqus superior untuk  gerak memutar bola mata/melirik ke bawah dalam

f.       Muskulus obliqus inferior untuk gerak memutar bola mata/melirik ke atas dalam

Gambar. Otot Penggerak Bola Mata

Selain organ diatas, mata memiliki organ-organ yang penting yang juga trelibat dalam proses penglihatan, diantaranya:

a.         Kornea

Bagian depan bola mata yang terletak di depan iris. Kornea merupakan jaringan

yang jernih atau transparan yang berfungsi sebagai media refraksi.

b.        Pupil

Bagian mata yang bulat merupakan celah tempat masuknya sinar ke dalam bola

mata.

c.       Iris

Suatu dinding pemisah antara bilik mata depan dengan bilik mata belakang

d.      Lensa

Lensa mata merupaka lensa cembung yang jernih, terletak di belakang pupil, dan posisinya tergantung pada zonula zinii yang berpangkal pada corpus siliaris.

e.         Retina

Retina merupakan membran yang tipis, halus, tidak berwarna dan tembus pandang.

7. Apa yang dimaksud cacat mata astigmatisma mengapa solusinya lensa silindris? Astigmatisma adalah sebuah gejala penyimpangan dalam pembentukkan bayangan pada lensa, hal ini disebabkan oleh cacat lensa yang tidak dapat memberikan gambaran/ bayangan garis vertikal dengan horizotal secara bersamaan. Astigmatisma adalah cacat optik di mana penglihatan kabur karena ketidakmampuan optik mata untuk fokus benda titik menjadi gambar terfokus tajam pada retina. Hal ini mungkin disebabkan oleh kelengkungan tidak teratur atau toric dari kornea atau lensa. Kedua jenis Silindris yang teratur dan tidak teratur. Silindris tidak teratur sering disebabkan oleh bekas luka kornea atau hamburan di lensa kristal, dan tidak dapat dikoreksi dengan lensa kacamata standar, tetapi dapat dikoreksi dengan lensa kontak. Silindris rutin yang timbul baik dari kornea atau lensa kristal dapat dikoreksi dengan lensa toric. Kesalahan bias mata astigmatik berasal dari perbedaan dalam tingkat refraksi kelengkungan dari dua meridian yang berbeda (yaitu, mata memiliki titik fokus yang berbeda dalam pesawat yang berbeda.) Misalnya, gambar dapat jelas difokuskan pada retina di horisontal (sagital) pesawat, tapi tidak di pesawat (tangensial) vertikal. Silindris menyebabkan kesulitan dalam melihat detail halus, dan dalam beberapa kasus garis vertikal (misalnya, dinding). Optik astigmatik dari mata manusia sering dapat dikoreksi dengan kacamata, lensa kontak keras atau lensa kontak yang memiliki kompensasi optic  yaitu lensa silinder ( lensa yang memiliki jari-jari yang berbeda kelengkungan di pesawat yang berbeda), atau bedah refraktif. Dan itulah mengapa cacat mata astigmatisma memiliki solusi pada lensa silindris.
8. Jelaskan fungsi sel batang dan kerucut pada retina?
   Sel Batang dan sel kerucut yang dikenal sebagai fotoreseptor. Mereka adalah sel-sel khusus yang terletak pada retina, di belakang mata. Peran mereka sangat spesifik: untuk menerima dan memproses sinyal cahaya dan warna, yang memberi kita visi. Karena manusia terutama bergantung pada penglihatan atas indera lainnya, sel batang dan kerucut yang sangat penting bagi kita. Pengaruh fotoreseptor rusak atau kekurangan bisa serius.
   
   
   Gambar. Sel batang dan kerucut
   Fungsi dari sel batang dan kerucut diantaranya ialah:
   Sel kerucut berfungsi menerima rangsangan cahaya pada mata yang berwarna dan terang. Sel kerucut mengandung  pigmen iodopsin yang terbagi dalam tiga jenis, yaitu iodopsin merah, iodopisin hujaiu, dan iodopsin biru.
   Sel batang berfungsi untuk meneriman rangsangan berupa cahaya dengan identitas lemah dan tidak berwarna. Sel batang ini mengandung radopsin yaitu senyawa antara vitamin A dengan protein. jika ada cahaya terang maka radopsin ini akan terurai. Kemudian saat ada cahay gelap radopsin akan terbentuk lagi. Waktu untuk proses pembentukan radopsin ini disebut adaptasi.
   Di dalam bidang tertentu sel kerucu dan sel batang memiliki fungsi sbb:
   a.      Penglihatan
   Fungsi yang paling dasar dan penting dari fotoreseptor adalah untuk melihat cahaya. Ini adalah tugas dari sel batang. Sel batang tersebar di seluruh retina kecuali untuk pusat, atau fovea. Mereka khusus untuk mengambil sinyal cahaya; mereka menentukan cahaya dan bayangan. Kebanyakan orang memiliki sekitar 120 juta batang, yang masing-masing lebih dari seribu kali lebih sensitif seperti sel kerucut individual. Mereka mengambil sinyal dari segala arah, meningkatkan persepsi penglihatan tepi, sensor gerak dan kedalaman. Namun, sel batang tidak “melihat” warna: mereka bertanggung jawab untuk hanya terang dan gelap.
   b.      Persepsi warna
   Persepsi Warna dilakukan oleh sel kerucut. Ada 6.000.000-7.000.000 sel kerucut di retina manusia rata-rata. Mereka sebagian besar terkonsentrasi di pusat retina, sekitar fovea. Ada tiga jenis sel kerucut: kerucut merah (sekitar 64 persen dari total), hijau (32%) dan biru (2%). Sel kerucut yang terbaik untuk mendeteksi rincian halus, tetapi hanya bekerja dalam cahaya terang. Mereka harus mengatur ulang setelah mengirim sinyal saraf ke otak, yang mengapa mata terus bergerak: ini menyebabkan cahaya jatuh di tempat yang berbeda pada retina, untuk menjaga persepsi warna stabil. Buta warna terjadi ketika seseorang kehilangan satu jenis kerucut. Hal ini lebih sering terjadi pada laki-laki, sekitar 8 persen di antaranya dianggap buta warna. Hanya 0,5 persen perempuan mengalami buta warna. Menariknya, penglihatan warna yang terbaik pada burung dan primata, dan lebih buruk pada spesies lain. Ini mungkin kompensasi untuk rasa lemah bau, atau mungkin telah berevolusi untuk membantu kita mengidentifikasi tanaman.
   c.       Stereoskopik dan Pandangan Malam
   Manfaat penglihatan manusia dari konfigurasi sel batang dan sel kerucut dalam dua cara: penglihatan stereoskopik dan pandangan malam. Penglihatan stereoskopik “stereo” dengan dua mata. Masing-masing mata kita memiliki yang kuat penglihatan tepi berkat distribusi yang luas sel batang. Hal ini memungkinkan kita untuk melihat lebih dari satu arah pada satu waktu. Hal ini meningkatkan persepsi kedalaman dan kesadaran lingkungan kita. Penglihatan malam juga dikenal sebagai visi skotopik. Dibutuhkan beberapa menit untuk menjadi efektif ketika kita memasuki ruangan gelap, dan yang terbaik setelah sekitar setengah jam. Penglihatan Skotopik dimungkinkan karena sensitivitas semata sel batang. Namun, sel batang tidak melihat warna merah: sebuah ruangan dengan lampu merah tidak menghambat penglihatan malam, yang mengapa banyak lampu dashboard menggunakan lensa merah sehingga kita bisa melihat kegelapan di luar kendaraan kita serta lampu di dalam.
   
   

9. Jelaskan bagaimana mata beradaptasi dari keadaan gelap ke keadaan terang atau sebaliknya?

Adaptasi mata dari keadaan gelap ke keadaan terang atau sebaliknya, yaitu:

a.      Adaptasi Terang

Adaptasi mata bila berada dalam keadaan terang, maka mata akan melakukan sebuah mekanisme adaptasi. Dalam mekanisme adaptasi mata pada keadaan di tempat terang terjadi adaptasi pupil, iris dan fotokimiawi. Adaptasi pupil dan iris terjadi setelah cahaya masuk ke mata. Bila dalam keadaan terang mata akan menerima banyak cahaya. Oleh karena itu, pupil yang berfungsi sebagai jalan masuknya cahaya ke mata akan akan melakukan mekanisme untuk mempertahankan kualitas cahaya yang masuk ke bagian mata yang lebih dalam. Pupil mata akan melebar jika kondisi ruangan yang gelap, dan akan menyempit jika kondisi ruangan terang. Lebar pupil dipengaruhi oleh iris di sekelilingnya.Iris berfungsi sebagai diafragma. Iris inailah terlihat sebagai bagian yang berwarna pada mata. Setelah pupil dan iris beradaptasi maka adaptasi selanjutnya yang dilakukan oleh mata pada kondisi cahaya yang sangat terang adalah adaptasi fotokimiawi. Adaptasi fotokimiawi merupakan adaptasi yang terjadi pada sel kercut dan sel batang pada retina mata. Bila seseorang berada di tempat yang sangat terang untuk waktu yang lama, maka banyak sekali fotokimiawi yang yang terdapat di sel batang dan kerucut menjadi berkurang karena diubah menjadi retinal dan opsin. Selanjutnya, sebagian besar retinal dalam sel batang dan kerucut akan diubah menjadi vitamin A. Oleh karena kedua efek ini, maka konsentrasi bahan kimiawi fotosensitif yang menetap dalam sel batang dan kerucut akan sangat banyak berkurang, akibatnya sensitivitas mata terhadap cahaya juga turut berkurang. Keadaan ini disebut adaptasi terang.

b.      Adaptasi Gelap

Adaptasi mata karena cahaya diakibatkan karena lebar pupil yang diatur oleh iris sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima oleh mata. Ditempat yang gelap dimana intensitas cahayanya kecil maka pupil akan menbesar, agar cahaya dapat lebih banyak masuk kemata. Ditempat yang sangat terang dimana intensitas cahayanya cukup tinggi atau besar maka pupil akan mengecil, agar cahaya lebih sedikit masuk kemata , bila cahaya diarahkan kesalah satu mata pupil akan berkontraksi, kejadian tersebut dinamakan refleks pupil atau refleks cahaya pupil.

Bila mata terus berada di tempat gelap dalam waktu yang lama, maka retinal dan opsin yang ada di sel batang dan kerucut diubah kembali menjadi pigmen yang peka terhadap cahaya. Selanjutnya, vitamin A diubah kembali menjadi retinal untuk terus menyediakan pigmen peka cahaya tambahan, dimana batas akhirnya ditentukan oleh jumlah opsin yang ada di dalam sel batang dan kerucut. Keadaan ini disebut adaptasi gelap.

10. Apa yang terjadi pada sel con dan rod pada mata yang buta warna ? 

Buta warna terjadi ketika sel-sel peka cahaya yang terdapat di retina gagal untuk merespon dengan tepat dalam  memvariasikan panjang gelombang cahaya  untuk melihat berbagai warna. Retina ini merupakan bagian mata yang mengubah cahaya menjadi sinyal saraf. Retina memiliki sel fotoreseptor yaitu sel batang dan sel kerucut (rods and cones) yang menerima cahaya. Sinyal yang dihasilkan kemudian mengalami proses rumit yang dilakukan oleh neuron retina yang lain dan diubah menjadi potensial aksi pada sel ganglion retina.

Sel batang (Rod cell) adalah sel fotoreseptor di dalam retina yang dapat berfungsi pada kondisi cahaya yang redup. Pada umumnya terdapat sekitar 125 juta sel batang pada mata manusia. Sel ini lebih sensitif dibandingkan dengan sel kerucut sehingga sel inilah yang bertanggung jawab terhadap penglihatan dalam gelap. Sel kerucut (Cone Cell) adalah sel penerima sinar di dalam retina mata yang bertanggung terhadap penglihatan warna terang.  Sel kerucut kurang sensitif terhadap cahaya dibandingkan sel batang,tapi sel kerucut mampu membedakan warna. Sel kerucut juga dapat melihat detail yang lebih halus dan karena memiliki respon yang cepat terhadap perubahan. Pada kasus buta warna, satu atau lebih sel kerucut dan sel batang tidak berfungsi sebagai mana mestinya, sehingga penderita buta warna tidak bisa melihat warna tertentu. Pada Sel kerucut terdapat tiga jenis sel  yang memilki fungsi-fungsi tertentu dan masing-masing sel-sel tersebut sangat peka terhadap spektrum merah, hijau dan biru.  Untuk mengetahui seseorang menderita buta warna atau tidak, maka dapat dilakukan tes buta warna dengan buku ishihara dimana pada buku tersebut terdapat lingkaran-lingkaran berwarna yang di dalam nya terdapat angka atau jalur. Jika seseorang menderita buta warna maka angka atau jalur yang dilihat di dalam lingkaran tersebut akan berbeda dengan orang normal.