PEMBIASAN CAHAYA

PENGERTIAN PEMBIASAN CAHAYA

Pembiasan cahaya merupakan pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlak suatu bahan ialah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di bahan tersebut. Indeks bias relatif merupakan perbandingan indeks bias dua medium berbeda. Indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama ialah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama. Pembiasan cahaya menyebabkan kedalaman semu dan pemantulan sempurna.

SYARAT PEMBIASAN CAHAYA

Adapun syarat terjadinya pembiasan cahaya yang diantaranya yaitu:

-          Cahaya melewati dua medium yang memiliki perbedaan kerapatan optik.

-          Sudut datang lebih kecil dari 90 derajat karena sinar datang tidak tegak lurus dengan bidang batas kedua medium.

Peristiwa Pembiasan Dalam Kehidupan Sehari-hari

Dalam hal ini peristiwa pembiasan cahaya terjadi dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

Pensil Yang Tercelup Air Sebagian Tampak Membengkok

Sedotan yang sebagian batangnya tercelup di dalam air akan tampak bengkok jika dilihat dari luar. Hal ini disebabkan cahaya datang dari udara “kurang rapat” menuju air “lebih rapat” akan dibiaskan menjauhi garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam gelas, yang sehingga jika dilihat dari luar gelas batang sedotan tampak bengkok karena tidak berada di titik sebenarnya “garis normal”, selain sedotan batang pensil, pulpen, spidol yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air juga kan terlihat bengkok jika dilihat dari luar gelas.

Dasar Kolam Tampak Dangkal

Dasar kolam akan terlihat dangkal bila dilihat dari darat, hal ini disebabkan cahaya datang dari udara “kurang rapat” menuju air “lebih rapat” akan dibiaskan menjauhi garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam kolam. Sehingga yang terlihat sebagai dasar kolam merupakan bayangan dasar kolam bukan dasar kolam yang sesungguhnya.

HUKUM PEMBIASAN CAHAYA

Seorang ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snellius melakukan eksperimen untuk mencari tahu hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini menghasilkan hukum Snellius yang berbunyi.

-          Sinar datang, sinar bias serta garis normal, terletak pada satu bidang datar yang sama “segaris”.

-          Apabila sinar “cahaya” datang dari medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal, sementara sinar “cahaya” yang datang dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal, hasil pembagian dari sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap dan disebut indeks bias.

ARAH PEMBIASAN CAHAYA

Dalam pembiasan cahaya terdapat dua arah yang dapat dibedakan menjadi dua macam yakni:

·         Mendekati Garis Normal

Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika cahaya merambat dari medium optik kurang rapat ke medium optik lebih rapat, contohnya cahaya merambat dari udara ke dalam air.

·         Menjauhi Garis Normal

Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal bila cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik kurang rapat, contohnya cahaya merambat dari dalam air ke udara.

1. Indeks Bias

Pembiasan cahaya dapat terjadi dikarenakan perbedaan laju cahaya pada kedua
medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan dengan laju
cahaya pada medium yang kurang rapat. Menurut Christian Huygens (1629-1695) :
“Perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa dengan laju cahaya dalam suatu zat
dinamakan indeks bias.”

Secara matematis dapat dirumuskan :

dimana :
- n = indeks bias
- c = laju cahaya dalam ruang hampa ( 3 x 108 m/s)
- v = laju cahaya dalam zat

Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 (artinya, n <1),>
ditampilkan pada tabel dibawah ini.

2. Hukum Snell
Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591 –1626) melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal dengan nama hukum Snell yang berbunyi :
- sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
- hasil bagi sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap
dan disebut indeks bias.

3. Pembiasan Cahaya pada Prisma

Bahan bening yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang bersudut disebut prisma.
Besarnya sudut antara kedua permukaan itu disebut sudut pembias (b).
Apabila seberkas cahaya masuk pada salah satu permukaan prisma, cahaya akan dibiaskan dari permukaan prisma lainnya. Karena adanya dua kali pembiasan, maka pada prisma terbentuklah sudut penyimpangan yang disebut sudut deviasi. Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan cahaya datang dengan perpanjangan cahaya bias yang meninggalkan prisma. P, Q, R, dan S menyatakan jalannya cahaya dari udara masuk ke dalam prisma kemudian meninggalkan prisma lagi.

4. Pemantulan Internal Sempurna (Total Internal Reflection)
Pemantulan internal sempurna adalah pemantulan yang terjadi pada bidang batas dua zat bening yang berbeda kerapatan optiknya.

·         Cahaya datang yang berasal dari air (medium optik lebih rapat) menuju ke udara (medium optik kurang rapat) dibiaskan menjauhi garis normal (berkas cahaya J).

·          Pada sudut datang tertentu, maka sudut biasnya akan 90O dan dalam hal ini berkas bias akan berimpit dengan bidang batas (berkas K). Sudut datang dimana hal ini terjadi dinamakan sudut kritis (sudut batas). Sudut kritis adalah sudut datang yang mempunyai sudut bias 90derajat atau yang mempunyai cahaya bias berimpit dengan bidang batas.

·         Apabila sudut datang yang telah menjadi sudut kritis diperbesar lagi, maka cahaya biasnya tidak lagi menuju ke udara, tetapi seluruhnya dikembalikan ke dalam air (dipantulkan)(berkas L). 

Peristiwa inilah yang dinamakan pemantulan internal sempurna Syarat terjadinya pemantulan internal sempurna :
1) Cahaya datang berasal dari zat yang lebih rapat menuju ke zat yang lebih
renggang.
2) Sudut datang lebih besar dari sudut kritis.

Beberapa peristiwa pemantulan sempurna dapat kita jumpai dalam kehidupan
sehari-hari, diantaranya :
a. Terjadinya fatamorgana
b. Intan dan berlian tampak berkilauan
c. Teropong prisma
d. Periskop prisma
e. Serat optik, digunakan pada alat telekomunikasi atau bidang kedokteran. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan percakapan telefon, sinyal video, dan data komputer.

5. Pembiasan Cahaya pada Lensa
Lensa adalah benda bening yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat membiaskan atau meneruskan hampir semua cahaya yang melaluinya. Ada dua jenis lensa yaitu lensa cembung atau lensa positif dan lensa cekung atau lensa negatif.
5.1 Bentuk dan Sifat Lensa Cembung (Positif)
Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dari bagian tepinya. Lensa cembung terdiri dari 3 macam yaitu :
1) Lensa bikonveks (cembung ganda) yaitu lensa kedua permukaannya cembung.
2) Lensa plankonveks (cembung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung dan yang lain datar.
3) Lensa konkaf konveks (meniskus cembung/cembung cekung) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung yang lainnya cekung.

Lensa cembung bersifat konvergen atau mengumpulkan cahaya. Titik dimana
cahaya mengumpul disebut titik fokus.

5.2 Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung
Setiap lensa mempunyai dua buah titik fokus di sebelah kiri dan kanannya, tetapi ke dua jarak fokus ke lensanya sama. Agar lebih mudah memahami pembentukan bayangan yang terjadi, maka perhatikan bagian-bagian lensa cembung di bawah ini:
SU : sumbu utama
O : titik pusat optik lensa
f1 dan f2 : titik api (fokus) lensa.
O - f1 dan O - f2 : f = jarak titik api lensa.
R1 dan R2 : jari-jari kelengkungan lensa.
I, II, III : nomor ruang untuk meletakkan benda
(I), (II), (III), (IV) : nomor ruang untuk bayangan benda

1) Tiga berkas cahaya/sinar istimewa pada lensa cembung
a. Sinar datang sejajar sumbu utama (SU) akan dibiaskan melalui titi api
(fokus/f);


b. Sinar datang melalui titik api (f) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (SU);


c. Sinar datang melalui titik pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan melainkan
diteruskan.

Sebenarnya, dua dari tiga berkas cahaya ini sudah cukup untuk mencari lokasi titik bayangannya, yang merupakan titik perpotongannya. Penggambaran yang ketiga dapat digunakan untuk memeriksa. Lensa cembung mempunyai sifat seperti cermin cekung. Oleh karena itu bayangan yang dibentukpun hampir sama, yaitu :
- Bayangan nyata, terjadi dari perpotongan sinar-sinar bias yang mengumpul. Bayangan nyata pada lensa cembung terjadi jika benda teletak di ruang II dan III.
- Bayangan maya, terjadi dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar bias yang divergen (menyebar). Bayangan maya pada lensa cembung terjadi jika benda terletak di ruang I.

2) Pembentukan bayangan pada lensa cembung dan sifat bayangannya
a. Benda terletak lebih jauh dari dua jarak fokus (di ruang III)


Sifat bayangan yang terjadi :
- nyata (dibelakang lensa)
- terbalik
- di ruang (II)
- diperkecil (dari III ke (II))

5.3 Bentuk dan Sifat Lensa Cekung
Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dari bagian
tepinya. Lensa cekung terdiri dari 3 macam yaitu :
1) Lensa bikonkaf (cekung ganda) yaitu lensa kedua permukaannya cekung.
2) Lensa plankonkaf (cekung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cekung dan yang lain datar.
3) Lensa konveks konkaf (meniskus cekung/cekung cembung) yaitu lensa yang permukaannya satu cekung yang lainnya cembung.


Lensa cekung bersifat divergen atau menyebarkan cahaya.

5.4 Pembentukan Bayangan pada Lensa Cekung
Lensa cekung bersifat seperti cermin cembung. Oleh karena itu, lensa cekung mempunyai titik api (fokus) yang dinyatakan dengan negatif. Agar lebih mudah memahami pembentukan bayangan yang terjadi, maka perhatikan bagian-bagian lensa cekung di bawah ini:

SU : sumbu utama
O : titik pusat optik lensa
f1 dan f2 : titik api (fokus) lensa.
O - f1 dan O - f2 : f = jarak titik api lensa.
R1 dan R2 : jari-jari kelengkungan lensa.

1) Tiga berkas cahaya/sinar istimewa pada lensa cembung
a. Sinar datang sejajar sumbu utama (SU) akan dibiaskan seolah-olah dari titik api (f1);

b. Sinar datang seolah-olah menuju titik api (f2) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (SU)

c. Sinar datang melalui titik pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Lensa cekung hanya dapat membentuk satu macam bayangan, yaitu bayangan maya dari benda yang terletak di depan lensa dengan sembarang penempatan.

2) Pembentukan bayangan pada lensa cekung dan sifat bayangannya


Sifat bayangan yang terjadi :
- maya (di depan lensa)
- tegak
- diperkeci