Fisika : Pembiasan Cahaya

Fisika : Pembiasan Cahaya

A. Apakah Pembiasan Cahaya Itu?

Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium bening yang berbeda indeks biasnya.

B. Hukum Snellius Pada Pembiasan

Misalkan cahaya merambat dari medium 1 dengan kecepatan $v_1$ dan sudut datang i menuju ke medium 2. Saat di medium 2 kecepatan cahaya berubah menjadi $v_2$ dan cahaya dibiaskan dengan sudut bias r seperti diperlihatkan pada Gambar di bawah :

Pada contoh di atas terlihat sinar datang $(i) >$ sinar bias $(r)$ atau dengan kata lain sinar bias mendekati garis nornal....terjadi ketika sinar menembus batas bidang dari medium yang renggang ke medium yang lebih rapat. bila sinar berasal dari sebaliknya yakni dari medium rapat ke medium yang lebih rengang maka sinar menjauhi garis normal $(i < r)$

Contoh:

Seberkas sinar datang dari udara ke lapisan minyak yang terapung di air dengan sudut datang 30°. Bila indeks bias minyak 1,45 dan indeks bias air 1,33, berapakah besar sudut sinar tersebut di dalam air?

Penyelesaian:

Pada kasus ini mula-mula berkas sinar merambat di udara lalu masuk ke lapisan minyak yang terapung di permukaan air, baru kemudian sinar masuk ke dalam air. Jadi, sebelum sampai ke dalam air sinar mengalami dua kali pembiasan seperti diperlihatkan gambar di bawah.

pada pengerjaan soal di atas  besar sudut $r1$ tidak dicari karena tidak dibutuhkan....yang dibutuhkan adalah $sin\; r_1$ untuk mecari $sin\; i_2$ karena $sin\; r_1 = sin\; i_2.$

C. Pemendekan Semu Akibat Pembiasan

pemendekan semu ini terjadi karena pembiasan di mana cahaya merambat dari medium optik yang lebih rapat ke medium optik yang kurang rapat, misalnya dari air ke udara.

 

Pada gambar di atas ada dua orang pengamat yang berbeda posisi yakni pengamat A membentuk sudut tertentu terhadap benda yang diamati sedangkan pengamat B tepat tegak lurus terhadap benda yang diamati, keduanya penganmat ada di medium udara dan benda yang mereka amati ada dalam air.

Untuk pengamat A [yang membentuk sudut tertentu dengan benda] berlaku hubungan :

h' = tinggi bayangan semu yang dilihat oleh pengamat pada posisi A

h = tinggi benda sesungguhnya

$n_1$  = indeks bias medium tempat benda berada

$n_2$  = indeks bias medium tempat pengamat berada

i = sudut datang

r = sudut bias

sedangkan unutuk pengamat B[yang tegak lurus dengan benda yang diamati] berlaku hubungan :

Rumus di atas juga berlaku untuk peristiwa pemanjangan jarak benda yang terjadi saat pengamat berada di medium yang lebih rapat dari benda yang diamati...misal pengamat berada di dalam air sedang memperhatikan suatu benda yang berada di udara...sehingga jarak benda terlihat lebih panjang dari jarak sebenarnya.

D. Pemantulan Total

saat cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik kurang rapat dengan sudut datang tertentu, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Bila sudut datang terus diperbesar, maka suatu saat sinar bias akan sejajar dengan bidang yang berarti besar sudut biasnya 90°.Sekali lagi apabila sudut datang diperbesar, maka tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan, sebab seluruhnya akan dipantulkan. Sudut datang pada saat sudut biasnya mencapai 90° ini disebut sudut kritis [saat sin r = sin 90 = 1].

Persamaan sudut kritis :

E. Pembiasan Pada Kaca Plan Paralel

Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar

 

Persamaan pergeseran sinar pada balok kaca :

Keterangan :

d = tebal balok kaca, $(cm)$

i = sudut datang, $(°)$

r = sudut bias, $(°)$

t = pergeseran cahaya, $(cm)$

F. Pembiasan Pada Prisma, Sudut Deviasi dan deviasi minimum

Kita dapatkan persamaan sudut puncak prisma,

β = sudut puncak atau sudut pembias prisma

$r_1$   = sudut bias saat berkas sinar memasuki bidang batas udara-prisma

$i_2$    = sudut datang saat berkas sinar memasuki bidang batas prisma-udara

secara otomatis persamaan di atas dapat digunakan untuk mencari besarnya i2 bila besar sudut pembias prisma diketahui....

Persamaan sudut deviasi prisma :

Keterangan :

D = sudut deviasi

$i_1$    = sudut datang pada bidang batas pertama

$r_2$     = sudut bias pada bidang batas kedua berkas sinar keluar dari prisma

β = sudut puncak atau sudut pembias prisma

Hasilnya disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara sudut deviasi $(D)$ dan sudut datang pertama i1 :

 

dalam grafik terlihat devisiasi minimum terjadi saat $i_1 = r_2$

Persamaan deviasi minimum :

a.  Bila sudut pembias lebih dari 15°

Keterangan :

$n_1$  = indeks bias medium

$n_2$  = indeks bias prisma

$D_m$  = deviasi minimum

β = sudut pembias prisma

b.  Bila sudut pembias kurang dari 15°

Keterangan

δ = deviasi minimum untuk b = 15°.

$n_{2-1}$   = indeks bias relatif prisma terhadap medium

δ = sudut pembias prisma

G. Pembiasan Pada Bidang Lengkung/Sferis

Keterangan :

$n_1$  = indeks bias medium di sekitar permukaan lengkung

$n_2$  = indeks bias permukaan lengkung

s = jarak benda

s' = jarak bayangan

R = jari-jari kelengkungan permukaan lengkung

Seperti pada pemantulan cahaya, pada pembiasan cahaya juga ada perjanjian tanda berkaitan dengan persamaan-persamaan pada permukaan lengkung seperti dijelaskan dalam tabel berikut ini :

Untuk lebih jelasnya kita perhatikan contoh berikut ini :

Seekor ikan berada di dalam akuarium berbentuk bola dengan jari-jari 30 cm. Posisi ikan itu 20 cm dari dinding akuarium dan diamati oleh seseorang dari luar akuarium pada jarak 45 cm dari dinding akuarium. Bila indeks bias air akuarium $\frac{4}{3}$ tentukanlah jarak orang terhadap ikan menurut

a) orang itu

b) menurut ikan

a. Menurut orang [Orang melihat ikan, berarti Sinar datang dari ikan ke mata orang]

Diketahui :

$n_1 = n_{air} = \frac{4}{3}$
$n_2 = n_u = 1$
s = 20 cm
R = -30
[R bertanda negatif karena sinar datang dari ikan menembus permukaan cekung akuarium ke mata orang]

Ditanya : s’

 Jawab :

 

Jadi, jarak bayangan ikan atau jarak ikan ke dinding akuarium menurut orang hanya 18 cm [bukan 20 cm!]. Tanda negatif pada jarak s’ menyatakan bahwa bayangan ikan yang dilihat orang bersifat maya. Sedangkan jarak orang ke ikan menurut orang adalah 45 cm ditambah 18 cm, yaitu 63 cm [bukan 65 cm!].

b. Menurut Ikan (Ikan melihat orang, berarti Sinar datang dari orang ke mata ikan)

Diketahui :

$n_1 = n_u = 1$

$n_2 = n_{air} = \frac{4}{3}$

s = 45 cm

R = +30

{R bertanda positif karena sinar datang dari orang menembus permukaan cekung akuarium ke mata ikan]

Ditanya : s’

Jawab :

Jadi, jarak bayangan orang atau jarak orang ke dinding akuarium menurut ikan bukan 45 cm melainkan 120 cm. Tanda minus pada jarak bayangan menyatakan bahwa bayangan bersifat maya. Jarak orang ke ikan menurut ikan sama dengan 20 cm ditambah 120 cm, yakni 140 cm.

disebabkan jarak benda dengan bayangan yang dibentuk berbeda maka bayangan juga mengalami perbesaran $(M)$ sebesar :

Fokus Permukaan Lengkung

Permukaan lengkung mempunyai dua titik api atau fokus. Fokus pertama $(F_1)$ adalah suatu titik asal sinar yang mengakibatkan sinar-sinar dibiaskan sejajar. Artinya bayangan akan terbentuk di jauh tak terhingga

$(s’ = ~ )$ dan jarak benda s sama dengan jarak fokus pertama F1.

Fokus kedua $(F_2)$ permukaan lengkung adalah titik pertemuan sinar-sinar bias apa bila sinar-sinar yang datang pada bidang lengkung adalah sinar-sinar sejajar. Artinya benda berada jauh di tak terhingga $(s = ~ )$

fokusnya :