Pembiasan Cahaya dan pemantulan sempurna - Situs Matematika dan Fisika - Situs Matematika dan Fisika

Pembiasan Cahaya dan pemantulan sempurna

Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium tembus cahaya yang berbeda indeks biasnya. Pembiasan cahaya mempengaruhi penglihatan pengamat. Contoh yang jelas adalah bila sebatang tongkat yang sebagiannya tercelup di dalam kolam berisi air dan bening akan terlihat patah.

Indeks Bisa Medium

Ketika kamu sedang minum es pernahkah kamu memperhatikan sedotan yang ada pada gelas es ? Sedotan tersebut akan terlihat patah setelah melalui batas antara udara dan air. Hal ini terjadi karena adanya peristiwa pembiasan atau refraksi cahaya. Bagaimana sebenarnya peristiwa ini terjadi?

Also Read:

Kecepatan merambat cahaya pada tiap-tiap medium berbeda-beda tergantung pada kerapatan medium tersebut. Perbandingan perbedaan kecepatan rambat cahaya ini selanjutnya disebut sebagai indeks bias. Dalam dunia optik dikenal ada dua macam indeks bias yaitu indeks bias mutlak dan indeks bias relatif. Indeks bias mutlak adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut

n_{medium} = \frac{c}{v}

dengan :

nmedium : indeks bias mutlak medium

c : cepat rambat cahaya di ruang hampa

v : cepat rambat cahaya di suatu medium

Indeks bias mutlak medium yaitu indeks bias medium saat berkas cahaya dari ruang hampa melewati medium tersebut. Indek bias mutlak suatu medium dituliskan nmedium. Indeks bias mutlak kaca dituliskan nkaca, indeks bias mutlak air dituliskan nair dan seterusnya. Oleh karena c selalu lebih besar dari pada v maka indeks bias suatu medium selalu lebih dari satu nmedium >1.

Contoh indeks bias mutlak beberapa zat.

Indeks bias relatif adalah perbandingan indeks bias suatu medium terhadap indeks bias medium yang lain.

n12 = \frac{n_{1}}{n_{2}} atau n_{21} = \frac{n_{2}}{n_{1}}

dengan

n12 : indeks bias relatif medium 1 terhadap medium 2

n21 : indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

n1 : indeks bias mutlak medium 1

n2 : indeks bias mutlak medium 2

Setiap medium memiliki indeks bias yang berbeda-beda, karena perbedaan indeks bias inilah maka jika ada seberkas sinar yang melalui dua medium yang berbeda kerapatannya maka berkas sinar tersebut akan dibiaskan. Pada tahun 1621 Snellius, seorang fisikawan berkebangsaan Belanda melakukan serangkaian percobaan untuk menyelidiki hubungan antara sudut datang (i) dan sudut bias (r). Hukum pembiasan Snellius berbunyi:

  1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
  2. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias dari suatu cahaya yang melewati dua medium yang berbeda merupakan suatu konstanta.

\frac{sin\textrm{ i}}{sin\textrm{ r}}=\frac{n_{2}}{n_{1}}

Menurut teori muka gelombang rambatan cahaya dapat digambarkan sebagai muka gelombang yang tegak lurus arah rambatan dan muka gelombang itu membelok saat menembus bidang batas medium 1 dan medium 2 seperti diperlihatkan gambar di bawah ini.

Cahaya datang dengan sudut i dan dibiaskan dengan sudut r. Cepat rambat cahaya di medium 1 adalah v1 dan di medium 2 adalah v2. Waktu yang diperlukan cahaya untuk merambat dari B ke D sama dengan waktu yang dibutuhkan dari A ke E sehingga DE menjadi muka gelombang pada medium 2.

Pada segitiga ABD berlaku persamaan trigonometri sebagai berikut

Sin i = \frac{BD}{AD} = \frac{v_{1}t}{AD}, sedangkan pada segitiga AED berlaku persamaan trigonometri sebagai berikut, Sin r = \frac{AE}{AD} = \frac{v_{2}t}{AD}. Bila kedua persamaan dibandingkan akan diperoleh

\frac{sin\textrm{i}}{sin\textrm{r}} = \frac{v_{1}}{v_{2}}

Pada peristiwa pembelokan cahaya dari medium 1 ke medium 2 ini besaran frekuensi cahaya tetap atau tidak mengalami perubahan. Karena v = \lambda.f maka berlaku pula,

\frac{sin\textrm{i}}{sin\textrm{r}}=\frac{\lambda_{1}}{\lambda_{2}}

Sehingga berlaku persamaan pembiasan \frac{sin\textrm{ i}}{sin\textrm{ r}}=\frac{n_{2}}{n_{1}}=\frac{v_{1}}{v_{2}}=\frac{\lambda_{1}}{\lambda_{2}}

Dengan keterangan,

n1 : indeks bias medium 1

n2 : indeks bias medium 2

v1 : cepat rambat cahaya di medium 1

v2 : cepat rambat cahaya di medium 2

\lambda_{1} : panjang gelombang cahaya di medium 1

\lambda_{2} : panjang gelombang cahaya di medium 2

Di samping menunjukkan perbandingan cepat rambat cahaya di dalam suatu medium, indeks bias juga menunjukkan kerapatan optik suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium berarti semakin besar kerapatan optik medium tersebut. Bila cahaya merambat dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat, cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal, sebaliknya bila cahaya merambat dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Contoh 1 #:

Cepat rambat cahaya di medium A besarnya 2 x 108 m/s. Bila cepat rambat cahaya di ruang hampa 3 x 108 m/s, berapakah indeks bias mutlak medium itu?

Penyelesaian:
Diketahui :

n1 = 1
v1 = 3 x 108 m/s
v2 = 2 x 108 m/s

Ditanya : n2 = ?

Jawab :

\frac{n_{2}}{n_{1}} = \frac{v_{1}}{v_{2}}

\frac{n_{2}}{1} = \frac{3.10^{8}}{2.10^{8}}

n2 = 1,5

Contoh 2 # :

Seberkas cahaya datang dari udara (nu = 1) ke dalam air (na = 1,33) dengan sudut datang 30°. Tentukan besar sudut bias!

Penyelesaian :

Diketahui : nu = 1

na = 1,33
i = 30°

Ditanya : r = ?

Ditanya : r = ?

Berkas sinar berasal dari udara menuju air, berarti n1 = nu = 1 dan n2 = na =1,33.

\frac{sin\textrm{ i}}{sin\textrm{ r}}=\frac{n_{2}}{n_{1}}

\frac{sin\textrm{ 30}}{sin\textrm{ r}}=\frac{1,33}{1}

\frac{0,5}{sin\textrm{ r}}=\frac{1,33}{1}

Sin r = \frac{0,5}{1,33}

r = 22,10

Pemantulan Total
Pada saat cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik kurang rapat dengan sudut datang tertentu, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Artinya sudut bias akan selalu lebih besar dibandingkan sudut datang. Apabila sudut datang cukup besar, maka sudut bias akan lebih besar lagi, Apa yang terjadi, bila sudut datang terus diperbesar?

Bila sudut datang terus diperbesar, maka suatu saat sinar bias akan sejajar dengan bidang yang berarti besar sudut biasnya (r) 90°. Tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan, seluruhnya akan dipantulkan. Sudut datang pada saat sudut biasnya mencapai 90° ini disebut sudut kritis atau sudut batas. Pemantulan yang terjadi disebut pemantulan total atau pemantulan sempurna. Persamaan sudut kritis sebagai berikut.

\frac{sin\textrm{ i}}{sin\textrm{ r}}=\frac{n_{2}}{n_{1}}

\frac{sin\textrm{ i}_{k}}{sin\textrm{ 90}}=\frac{n_{2}}{n_{1}}

Sin ik = \frac{n_{2}}{n_{1}}

Keterangan

ik = sudut kritis medium lebih rapat (asal sinar datang)
n1 = indeks bias medium kurang rapat (tempat sinar bias)
n2 = indeks bias bahan lebih rapat (asal sinar datang)
n1> n2

Contoh:

Berkas sinar datang dari intan ke udara. Bila indeks bias intan = 2,4 dan indeks bias udara = 1 tentukan sudut kritis pada intan!

Penyelesaian :

Indeks bias intan n1 = 2,4

Indeks bias udara n2 = 1

Ditanya : ik = ?

Sin ik = \frac{n_{2}}{n_{1}}

Sin ik = \frac{1}{2,4} = 0,417 = 24,60

Jadi, sudut kritis untuk intan adalah 24,6°. Artinya bila sinar datang dari intan menuju udara dengan sudut datang lebih besar dari 24,6°, maka sinar-sinar tersebut akan dipantulkan kembali ke intan. Oleh karena itu, intan dibentuk sedemikian sehingga hampir semua sinar datang ke permukaannya membentuk sudut yang lebih besar dari 24,6° sehingga sinar yang datang ke intan setelah masuk ke permukaan dalamnya akan dipantulkan sempurna. Akibatnya intan tampak berkilauan.

Pemantulan total diterapkan pada banyak alat optik antara lain periskop, teleskop, mikroskop, dan teropong binokuler. Dewasa ini dikembangkan pemakaian serat optik. Serat optik adalah pipa kecil dan panjang terbuat dari plastik atau kaca yang digunakan untuk penyalur cahaya. Serat optik terdiri dari inti serat yang terbuat dari kaca berkualitas dan berindeks bias tinggi yang dibungkus oleh lapisan tipis kaca yang indeks biasnya lebih rendah serta bagian luar serat yang terbuat dari plastik atau bahan lain untuk melindungi inti serat. Cahaya dapat melewati serat optik dari ujung yang satu ke ujung yang lain meskipun serat optik itu dibengkokkan. Endoskop dibuat dengan memanfaatkan serat optik. Dengan bantuan endoskop para dokter dapat melihat bagian dalam tubuh manusia (misalnya lambung) dan bahkan memotretnya. Dalam teknologi komunikasi serat optik digunakan untuk mengirim sinyal-sinyal komunikasi

}
%d blogger menyukai ini: