Pemantulan Dan Pembiasan Cahaya

Daftar Isi

 pemantulan dan pembiasan cahaya

1.       Sinar

Sinar dapat di gunakan untuk menjelaskan dua aspek penting mengenai perambatan cahaya yaitu pemantulan dan pembiasan. Jika cahaya datang menumbuk bidang batas dua medium transparan (misalnya udara dan kaca atau air dan kaca), umumnya sebagian cahaya itu di pantulkan dan sebagian lagi di biaskan. Arah sinar datang, sinar pantul dan sinar bias pada permukaan bidang batas dua medium dapat di jelaskan dengan sudut-sudut yang di bentuk oleh sinar-sinar itu terhadap garis normal (garis yang tegak lurus dengan permukaan.

gambar : cahaya dari udara masuk kedalam kaca di gambarkan dengan sinar. Dalam kasus ini, medium satu memiliki indeks bias yang lebih kecil daripada medium dua (n_{1 ­}< n₂) dan sudut r lebih kecil daripada sudut i.

Sudut datang i adalah sudut antara sinar datang dan garis normal. sudut pantul r’ adalah sudut antara sinar pantul dan garis normal. Sudut bias r adalah sudut antara sinar bias dan garis normal. pemantulan pada sudut tertentu dari permukaan yang sangat halus dinamakan pemantulan spekular (teratur). Jika permukaan bidang batas dua medium itu kasar, cahaya datang akan di pantulkan ke segala arah. Pemantulan ke segala arah oleh permukaan kasar itu di sebut pemantulan difuse (baur).

Kedua macam pemantulan ini dapat terjadi baik pada medium transparan maupun medium yang tidak transparan. Kita hanya akan memmbicarakan pemantulan spekular dari sebuah permukaan yang sangat halus, misalnya kaca atau logam yang di gosok. Jadi istilah “pemantulan” di sini selalu di artikan sebagai pemantulan spekular.

Indeks bias  suatu bahan optik, dengan simbol n, sangat penting dalam optika geometris. Indeks bias adalah perbandingan antara laju cahaya dalam ruang hampa (c) dan laju cahaya dalam medium itu (v).

n = c/v

laju cahaya dalam medium apapun selalu lebih kecil daripada lajunya dalam ruang hampa sehingga nilai n selalu lebih besar daripada sau (untuk ruang hampa n = 1). Perhatikan bahwa laju gelombang v berbanding terbalik dengan indeks bias n. semakin besar indeks bias suatu medium, semakin lambat laju cahay dalam medium itu.

2.       Hukum pemantulan dan pembiasan

Hasil eksperimen mengenai arah sinar datang, sinar pantul, dan sinar bias pada permukaan bidang batas dua medium menghasilkan kesimpulan-kesimpulan berikut.

-          Sinar datang, sinar pantul, sinar bias dan garis normal semua terletak pada bidang yang sama. Bidang dari ketiga sinar itu tegak lurus terhadap bidang permukaan batas kedua medium.

-          Untuk semua panjang gelombang cahaya dan untuk setiap pasangan medium, sudut datang i sama dengan sudut pantul r’ . artinya berlaku:

I ­­=  r’  (hukum pemantulan)

Pesamaan di atas serta hasil pengamatan bahwa sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada suatu bidang datar membentuk hukum pemantulan.

-          Jika sinar datang denga sudut datang i dari medium 1 (indeks bias n­­₁) dan di biaskan dengan sudut bias r pada medium 2 (indeks bias n₂), maka :

Sin i / sin r = n₂ / n­_1­    atau    n­­₁  sin i  = n₂ sin  r              (hukum pembiasan)

Pesamaan di atas serta hasil pengamatan bahwa sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada suatu bidang datar membentuk hukum pembiasan. Hasil ini di temukan oleh ilmuwan belanda yaitu Willebrod snell (1592 – 1626) sehingga sering di sebut hukum snellius. Perhatikan bahwa n₁ menunjukkan indeks bias tempat cahaya datang dan n₂ menunjukkan indeks bias tempat cahaya di biaskan.

Contoh soal :

Medium 1 adalah air (indeks bias 1,33) dan medium dua adalah kaca (indeks bias 1,52). Jika sinar datang dari air dengan membentuk sudut 60^o terhadap garis normal, tentukan arah sinar yang di pantulkan dan arah sinar yang dibiaskan!

Jawab :

Arah sinar pantul : i = r’­ = ­60^o

Arah sinar bias : n₁ . sin i = n₂ . sin r

                                Sin r =n₁ sin i / n₂

                                                Sin r = (1,33 sin 60^o) / 0,758

                                      r = 49,3^o

Berdasarkan persamaan hukum pembiasan, bila sinar datang dari medium 1 ke medium 2 yang memiliki indeks bias lebih besar (n₂ > n_1­), maka sudut bias r lebih kecil daripada sudut datang i. artinya, sinar bias di belokkan mendekati garis normal (lihat gambar yang pertama diatas). Bila medium 2 memiliki indeks bias yang lebih kecil daripada medium 1 (n₂ < n₁), maka sinar bias di belokkan menjauhi garis normal (lihat gambar di bawah).

konsep ini dapat di gunakan untuk menjelaskan mengapa pensil yang di masukkan sebagian ke dalam air tampak seperti patah. Sinar yang datang dari bawah permukaan air (medium lebih rapat) di belokkan menjauhi garis normal sehingga sinar itu muncul seolah-olah datang dari posisi di atas titik sesungguhnya.

Sebuah kasus khusus yang penting adalah pembiasan yang terjadi pada bidang batas antara ruang hampa dan suatu medium tertentu. Jika cahaya datang dari ruang hampa ke medium itu (n₁ = 1 dan n₂ = >1), maka sinar bias di belokkan mendekati garis normal. sebaliknya, jika sinar datang dari medium tadi ke ruang hampa, sinar biasnya selalu di belokkan menjauhi garis normal.

Jika arah sinar datang tegak lurus dengan permukaan bidang batas, maka sudut datang i = 0 . akibatnya, sudut bias juga sama dengan nol sehingga sinar merambat lurus (tidak dibiaskan). Indeks bias tidak hanya bergantung pada jenis zat tetapi juga pada panjang gelombang cahaya. Indeks bias untuk beberapa zat di sajikan pada tabel berikut ini.

Jika cahaya melewati dua medium yang berbeda indeks biasnya, frekuensi gelombang cahaya itu (dengan simbol f ) tidak berubah. Jika λ_o adalah panjang gelombang cahaya di ruang hampa, maka panjang gelombang cahaya di medium yang indeks biasnya n dapat di tentukan dengan cara berikut :

f = c/ λ_o = v/ λ   , dengan mengingat  n = c/v   atau  v = c/n    , maka :

f = c/ λ_o  = (c/n)/ λ            atau         λ = λ_o / n

Jika cahaya datang dari medium pertama (indeks bias n₁) ke medium kedua (indeks bias n₂) dengan n₁<n₂, maka lajunya berkurang. Panjang gelombang cahaya dalam medium kedua adalah λ₂ = λ_o / n₂, sedangkan panjang gelombang dalam medium pertama adalah λ₁ = λ_o / n₁. Akan tetapi, n₁ < n₂ sehingga λ₁ > λ₂. Artinya gelombang cahaya di medium kedua lebih pendek dari pada cahaya di medium pertama.
Klik disini untuk melanjutkan baca (ke artikel "Pembiasan pada Prisma")