PEMBIASAN CAHAYA

Pembelokan berkas cahaya yang merambat dari satu medium ke medium lain yang kerapatan optiknya berbeda disebut pembiasan (refraksi). Mengapa terjadi pembiasan cahaya?Pembiasan terjadi karena kerapatan optik keduamedium berbeda.Kerapatan optik udara lebih kecil dibandingkan kerapatan optickaca. Arah pembiasan cahaya dibedakan menjadi dua macam yaitu :

·                     mendekati garis normal

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

·                     menjauhi garis normal

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

Syarat-syarat terjadinya pembiasan :

1) Cahaya melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya;

2) Cahaya datang tidak tegak lurus terhadap bidang batas (sudut datang lebih kecil dari 90 derajat)

Beberapa contoh gejala pembiasan yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari diantaranya :

·                     Dasar kolam terlihat lebih dangkal bila dilihat dari atas.

·                   Kacamata minus (negatif) atau kacamata plus (positif) dapat membuat jelas pandangan bagi penderita rabun jauh atau rabun dekat karena adanya pembiasan.

·                     Terjadinya pelangi setelah turun hujan.

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

(Sumber : Giancoli, 2001: 256).

Hukum pembiasan Snellius

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 :

·                   Hukum I Snellius: Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

·          Hukum II Snellius: Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (misalnya dari udara ke air atau dari udara ke kaca), maka sinar dibelokkan mendekati garis normal (gambar a); jika sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat (misalnya dari air ke udara), maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal (gambar b).

 PEMBIASAN PADA KACA PLANPARALEL

Bidang batas I = bidang yang membatasi udara dan kaca

-                      Bidang batas II = bidang yang membatasi kaca dan udara

-                      AO = sinar datang bagi bidang batas I

-                      OP = sinar bias bagi bidang batas I dan sinar datang bagi bidang batas II

-                      PB = sinar bias bagi bidang batas II

-                      N = garis normal (garis yang tegak lurus dengan bidang batas).

Sinar yang datang dari udara ke kaca dibiaskan mendekati garis normal (renggang ke rapat berarti merapat atau mendekat). Sinar yang datang dari kaca ke udara dibiaskan menjauhi garis normal (rapat ke regang berarti merging atau menjauh).

            Berkas sinar masuk dari salah satu sisi balok kaca dengan sudut datang i dan lalu mengalami pembiasan dua kali. Pertama saat melewati bidang batas antara udara dan balok kaca, berkas sinar dibiaskan dengan sudut bias r. Kedua, saat melewati bidang batas antara balok kaca dan udara, berkas sinar datang ke bidang batas dengan sudut datang i' dan sudut bias r'. Tampak pada Gambar, besar

sudut bias pertama sama dengan sudut datang kedua atau r = i'. Tampak pula berkas sinar yang masuk ke balok bergeser ke arah kiri bawah saat keluar dari balok kaca, namun keduanya tampak sejajar.

Pergeseran pada kaca planparalel

Menghitung pergeseran sinar (t) pada kaca planparalel :

     

 

Menggunakan aturan sinus :

 

 

 

Menggunakan aturan sinus :

Mencari varibel hubungkan dengan ketebalan kaca planparalel yaitu :

 

Keterangan :

t = pergeseran sinar pada kaca planparalel

d = ketebalan pada kaca planparalel

x dan y = variable permisalan untuk mencari sudut

i = sudut datang

r = sudut pembiasan

(Sumber: Halliday, Resnick dan Walker, 2001:1170).

PEMBIASAN PADA PRISMA

Prisma merupakan benda bening (transparan) yang terbuat dari bahan gelas yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Kedua bidang permukaan disebut bidang pembias dan sudut yang dibentuknya disebut sudut pembias. Skema pembiasan cahaya pada prisma seperti tampak pada gambar berikut.

Sinar datang EF yang mengenai bidang batas pertama dibiaskan mendekati garis normal N1. Sinar bias FG ini berfungsi sebagai sinar datang bagi bidang batas kedua sehingga setelah keluar dari prisma, sinar itu dibiaskan menjauhi garis normal N2. Perpanjangan sinar datang EF dan perpanjangan sinar bias yang keluardari prisma GH membentuk sudut deviasi D. Sudut deviasi adalah sudut yangdibentuk oleh perpanjangan sinar datang dan sinar bias yang keluar dari prisma.

Persamaan pembiasan pada prisma

Mencari indeks bias prisma (np) :

 

 

Jadi persamaan pembiasan pada prisma, bila sudut pembias lebih dari 15° (β > 15^o),  maka berlaku :

Jika sudut pembias kurang dari 15° (β ≤ 15^o ), maka berlaku :

 

Keterangan :

(Sumber: Halliday, Resnick dan Walker, 2001:1170).

Contoh soal :

Sebuah prisma kaca berada diruang terbuka pada prisma itu dating seberkas sinar datang dengan sudut  dan sudut pembiasan prisma sebesar . Jika terjadi deviasi minimum. Berapa indeks bias prisma tersebut? (jika indeks bias pada udara sebesar 1,0003).

Dijwb :

 

 

 

 

 

PEMBIASAN PADA BIDANG DATAR

         

  

 

Jika pengamat berada dititik B, maka mencari tinggi semu (h'):

Titik B dengan benda berada pada garis lurus yang membentuk sudut sehingga :

(Sumber: Halliday, Resnick dan Walker, 2001:1170).

PEMBIASAN PADA LENSA

Lensa merupakan benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan atau lebih dengan paling tidak salah satu permukaannya merupakan bidang lengkung. Lensa tipis adalah lensa yang ketebalannya dapat diabaikan. Lensa terdiri dari 2 jenis, yaitu lensa cembung (konveks) dan lensa cekung (konkaf). Lensa cembung memiliki bagian tengah yang lebih tebal daripada bagian tepinya. Sedangkanlensa cekung memiliki bagian tengah yang lebih tipis daripada bagian tepinya.

Ø    Lensa Cembung

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 konkaf konveks (meniskus cembung/cembung cekung) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung yang lainnya cekung.

3)      Lensa plankonveks (cembung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung dan yang lain datar.

PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA LENSA CEMBUNG

Seperti pada cermin lengkung, pada lensa dikenal pula tiga berkas sinar istimewa. Pada lensa positif tiga sinar istimewa tersebut adalah:

1. Sinar datang sejajar sumbu utama akan dibiaskan melalui fokus utama.

2. Sinar datang melalui fokus utama dibiaskan sejajar sumbu utama.

3. Sinar datang melalui pusat optik akan diteruskan tanpa dibiaskan.

Berkas sinar-sinar istimewa di atas dibutuhkan saat hendak menentukan bayangan suatu benda yang dibentuk oleh lensa dengan cara melukis seperti dijelaskan berikut ini :

Posisi benda di sebelah kiri 2F2, s > 2F2

Pembentukan bayangan oleh lensa positif untuk benda yang diletakkan pada jarak yang lebih jauh dari titik 2F2.

Dari gambar diatas, untuk benda nyata yang diletak didepan lensa, maka bayangan yang terbentuk bersifat terbalik, nyata, diperkecil.

Melukis Pembentukan Bayangan pada Lensa :

Ø    Persamaan Lensa

1)                  Jarak Fokus

Dimana :

f = jarak fokus cermin (m) = R/2

s = jarak benda (m)

s’ = jarak bayangan (m)

R = jari-jari kelengkungan cermin

(Sumber :Halliday, Resnick dan Walker, 2001:1146).

a)  Untuk lensa cembung jarak fokus positif (f) disebut juga lensa konvergen (mengumpulkan cahaya).

b)    Untuk lensa cekung jarak fokusnya negatif (-f) disebut juga lensa divergen (menyebarkan cahaya).

2)                  Perbesaran Bayangan

Dimana :

s = jarak benda

s' = jarak bayangan

h = tinggi benda

h' = tinggi bayangan

3)                  Kekuatan Lensa

Walaupun titik fokus merupakan titik terpenting pada lensa, ukuranlensa tidak dinyatakan dalam jarak fokus f, melainkan oleh suatubesaran lain. Besaran yang menyatakan ukuran lensa dinamakan kuat lensa (diberi lambang P) yang didefinisikan sebagai kebalikandari fokus f. Secara matematis dapat ditulis sebagai

 Dimana :

P = kekuatan lensa (dioptri)

f = jarak fokus lensa (dalam cm)

(Sumber: Halliday, Resnick dan Walker, 2001:1170).

Jarak fokus lensa cembung bernilai positif (+) sehingga kuat lensacembung bernilai positif (+).Sebaliknya, jarak fokus lensa cekungbernilai negatif (-), maka kuat lensa cekung bernilai negatif (-).Jadi, kuat lensa menggambarkan kemampuan lensa untukmembelokkan sinar.Untuk lensa cembung, makin kuat lensanya,makin kuat lensa itu mengumpulkan sinar.Sebaliknya, untuk lensacekung, makin kuat lensanya, makin kuat lensa itu menyebarkansinar.

(Sumber: Iwan PermanaSuwarna ,Khalimatusa’diah(ed) 2010)

  

Pembentukan Banyangan Benda di Ruang I

Jika benda ada di ruang I atau berada diantara pusat optik dengan titik fokus F2 pada lensa cembung, maka pembentukan banyangannya seperti gambar di bawah ini.

Karena hasil bayangan merupakan perpotongan dari perpanjangan sinar bias maka sifat bayangannya yakni maya, tegak dan diperbesar serta berada di ruang IV.

Pembentukan Banyangan Benda Di Titik Fokus F2

Jika benda ada tepat di titik fokus F2 pada lensa cembung, maka pembentukan banyangannya seperti gambar di bawah ini.

Pembentukan Banyangan Benda Di Ruang II

Jika benda ada di ruang II atau berada diantara F2 dengan 2F2 pada lensa cembung, maka pembentukan banyangannya seperti gambar di bawah ini.

Dari gambar di atas terlihat bahwa jika benda berada di ruang II maka bayangan benda akan terbentuk di ruang IV dengan sifat-sifat bayangan yakni nyata, terbalik, dan diperbesar.

Pembentukan Banyangan Benda Di 2F2

Jika benda tepat berada di titik 2F2 pada lensa cembung, maka bentukan banyangannya seperti gambar di bawah ini.

Dari gambar di atas terlihat bahwa jika benda tepat berada di titik 2F2 maka bayangan benda akan terbentuk akan tepat berada di 2F1 dengan sifat-sifat bayangan yakni nyata, terbalik, dan sama besar.

Pembentukan Banyangan Benda Di Ruang III

Jika benda berada di ruang III pada lensa cembung, maka bentukan banyangannya seperti gambar di bawah ini.

Dari gambar di atas terlihat bahwa jika benda berada di ruang III maka bayangan benda akan terbentuk di ruang II dengan sifat-sifat bayangan yakni nyata, terbalik, dan diperkecil.

Dari pemaparan di atas maka kita dapat lihat bahwa jika benda berada di ruang I maka bayangannya berada di ruang IV, jika benda berada diruang II maka bayangannya akan berada di ruang III, begitu juga jika benda berada di ruang III maka bayangannya berada di ruang II. Berdasarkan hal tersebut untuk ruang benda dan ruang bayangan dapat dirumuskan sebagai berikut:

(Sumber: Iwan PermanaSuwarna ,Khalimatusa’diah(ed) 2010)

DAFTAR PUSTAKA

Giancoli.Douglas C. 1999. FISIKA. Jakarta: Erlangga

Halliday, D., and R. Resnick. 1996. Fisika (terj. P. Silaban dan E.Sucipto), Jakarta: Erlangga

Suwarna, Iwan Permana ,Khalimatusa’diah(ed). 2010.optik,Bogor :CV.Duta Grafika.

PERTANYAAN :

1. MIta Pratiwi (1113016300018)

Pada pembiasan cahaya terdapat medium yang berbeda. Prisma yang pada dasarnya berfungsi sebagai pengurai cahaya di presentasi kali ini prisma juga termasuk benda yang dapat melakukan pembiasan. Bagaimana terbentuknya medium pada prisma itu? dan Bagaimana cara terbentuknya warna pada prisma?

Jawab :

Karena prisma termasuk lensa cembung yang bersifat mengumpulkan cahaya, oleh karena itu prisma dapat membiaskan cahaya. Pada prisma sinar akan memasuki medium yang berbeda yang berfungsi menguraikan cahaya, semakin besar panjang gelombang maka akan semakin jauh jangkauan sinar tersebut menembus prisma.

Terbentuknya warna pada prisma yaitu, Gelombang-gelombang cahaya yang terdapat dalam vakum adalah nondispersi secara sempurna. Cahaya putih(polikromatik) yang dirambatkan pada prisma kaca mengalami dispersi sehingga membentuk spektrum warna-warna pelangi. Dispersi gelombang yang terjadi dalam prisma kaca terjadi karena kaca termasuk medium dispersi untuk gelombang cahaya. Dispersi cahaya adalah penguraian cahaya putih atas komponen – komponen warna pelangi.Dalam percobaan di laboratorium,penguraian cahaya tersebut menggunakan sebuah kotak sinar dan sebuah prisma kaca. Jika sebuah sinar yang keluar dari kotak diarahkan ke salah satu bidang pembias prisma,maka sinar yang keluar dari bidang prisma lainnya akan terpisah menjadi 7 warna pelangi.
Dalam kehidupan sehari hari,contoh penerapan dispersi adalah pembentukan pelangi.selain itu,dispersi juga mempunyai pengertian sebagai berikut: Dispersi adalah peristiwa penguraian cahaya polikromarik(putih) menjadi cahaya-cahaya monokromatik(me, ji, ku, hi, bi, ni, u) pada prisma lewat pembiasan atau pembelokan.Hal itu membuktikan bahwa cahaya putih terdiri atas harmonisasi berbagai cahaya warna dengan panjang gelombang yang berbeda-beda.

2. Suci Pratiwi Agustin (1113016300008)

Bagaimana cara lensa cembung mengumpulkan sinar?

Jawab :

Karena sesuai dengan sinar-sinar istimewa pada lensa cembung yaitu sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dibiaskan melalui titik fokus F1, sinar datang melalui titik fokus pasif F2  akan dibiaskan sejajar dengan sumbu utama, dan sinar yang melalui titik pusat optic akan diteruskan tanpa dibiaskan. Dari semua sinar-sinar istimewa dapat terlihat bahwa seolah-olah menuju kepada satu titik yaitu titik fokus.

3. Dini Ayu Cahyani (1113016300010)

Ø  pada hukum snellius terdapat pernyataan bahwa sudut datang = sudut bias, namun kenapa dalam pratikum tidak sesuai dengan hukum snellius itu? Mengapa snellius dapat menyatakan sudut datang=sudut bias padahal dalam prakteknya tidak terbentuk hal demikian?

Ø  Jika kita ingin mendesain rumah bawah tanah bagaimana cara kita memperoleh cahaya? apa kita akan menggunakan pemantulan cahaya atau pembiasan cahaya?

Jawab : Tidak, Sudut datang tidak sama dengan sudut bias, karena tergantung mediumnya. Jika dari medium kurang rapat kemedium lebih rapat sinar akan mendekati garis normal. begitu juga sebaliknya, jadi sudut datang tidak sama dengan sudut bias.

Jawaban tentang desain bawah tanah, dengan memasang kaca plan paralel, jika sinar matahari menuju permukaan kaca plan paralel maka sinar matahari akan mengalami pembiasan sebanyak dua kali. Pembiasan pertama terjadi ketika cahaya masuk kekaca, pembiasan kedua terjadi ketika cahaya keluar dari kaca atau masuk kedalam ruangan. Sehingga cahaya matahari akan dibelokkan dan dimasukkan ke dalam ruang bawah tanah.