MATERI 3: PEMBIASAN CAHAYA

PEMBIASAN CAHAYA

      1.    PEMBIASAN CAHAYA

Berkas cahaya dari udara yang masuk ke dalam kaca akan mengalami pembelokan. Peristiwa tersebut disebut pembiasan cahaya. Hal ini disebabkan medium udara dan medium kaca memiliki kerapatan optik yang berbeda. Jadi, dapat disimpulkan bahwa pembiasan cahaya terjadi akibat cahaya melewati dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Sinar bias akan mendekati garis normal ketika sinar datang dari medium kurang rapat (udara) ke medium lebih rapat (kaca).

Pembiasan tersebut telah dibuktikan oleh seorang ahli matematika dan perbintangan Belanda pada 1621 bernama Willebrord Snell. Kesimpulan hasil percobaan dirumuskan dan dikenal dengan Hukum Snellius

Hukum Snellius menyatakan sebagai berikut.

1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

2. Jika sinar datang dari medium yang kurang rapat menuju medium yang lebih rapat, sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Jika sinar datang dari medium yang lebih rapat menuju medium yang kurang rapat, sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal.

INDEKS BIAS

Indeks bias bahan adalah rasio dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya dalam bahan itu.

2.      PEMBIASAN CAHAYA PADA KACA PLAN PARALEL (PERGESERAN SINAR)

Kaca plan paralel atau yang biasa disebut balok kaca merupakan keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar. cahaya yang mengenai kaca plan paralel  akan dibiaskan dua kali , yaitu pembiasan ketika memasuki kaca planparalel dan pembiasan ketika keluar dari kaca plan paralel.

Apabila seberkas sinar datang dari suatu medium dengan indeks bias n₁ ke suatu kaca plan-paralel dengan indeks bias n₂, maka sinar yang keluar dari kaca plan-paralel akan sejajar dengan sinar yang masuk, namun mengalami pergeseran dari arah semula seperti pada gambar disamping ini. Untuk kaca plan pararel dengan ketebalan d, maka sinar akan mengalami pergeseran sebesar t yang dapat diturunkan sebagai berikut :

                                                                3.    PEMBIASAN CAHAYA PADA PRISMA

Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula. Proses pembiasan cahaya pada prisma ditunjukkan oleh gambar di bawah:

Sudut antara kedua permukaan yang membentuk sudut disebut sudut pembias prisma (β). Sifat prisma selalu membelokkan sinar menuju ke bagian prisma yang lebih tebal. Sinar yang keluar dari prisma membelok sebesar sudut terhadap arah sinar yang mula-mula mengenai prisma. Sudut σ disebut sudut deviasi atau sudut penyimpangan sinar. Persamaan sudut puncak prisma atau biasa disebut sudut pembias prisma, dapat dihitung menggunakan rumus :

Keterangan:

i₁ = sudut datang yang masuk prisma

r₁ = sudut bias prisma

r₂ = sudut yang meninggalkan prisma

i₂ = sudut datang pada permukaan prisma

σ = sudut deviasi

β = sudut pembias prisma

      4.      PEMBIASAN PADA BIDANG DATAR

      Pembiasan adalah pembelokan arah rambat cahaya, yang terjadi karena perubahan kerapatan medium yang dilalui cahaya tersebut. Contohnya:

1)    Pembiasan dari udara ke air

2)    Pembiasan dari udara ke kaca

3)    Pembiasan dari air ke udara

Akibat pembiasan:

·         Cahaya mengalami perubahan kecepatan,

·         Cahaya mengalami perubahan panjang gelombang,

·         Dapat mengalami perubahan arah rambat.

Bila cahaya merambat dari medium optik lebih rapat menuju ke medium optik kurang rapat (contohnya dari air menuju ke udara), maka berkas cahaya dibiaskan menjauhi garis normal (sudut datang lebih kecil dari sudut bias).

Hukum pembiasan diungkapkan oleh Snell dikenal dengan hukum Snell atau hukum Snellius yakni: sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar (rata) Jika sinar datang dari medium 1 menuju medium 2, maka:

Sinar datang dari medium kurang rapat n₁ menuju medium lebih rapat n₂ dibiaskan mendekati garis normal. Sinus sudut datang terhadap sinus sudut bias selalu tetap atau n₂/n₁.

Yang perlu dicermati hukum Snellius di atas adalah pasangan indeks bias medium n dan sin i harus berada pada medium yang sama.

Jika notasi indeks bias medium ditukar n1 untuk indeks bias air n₂ untuk indeks bias udara dan sinar datang tetap dari udara maka sudut datang i tetap dari udara dan ingat pasangan medium maka hukum snellius menjadi: n₂ sin i = n₁ sin r

       5.      PEMBIASAN CAHAYA PADA LENSA

Pada dasarnya pembiasan dapat terjadi pada beberapa benda bening, seperti air, kaca, lensa, prisma, dan sejenisnya. Akan tetapi yang akan dibicarakan disini adalah pembiasan pada lensa, baik lensa cembung (konveks) maupun lensacekung (konkaf).

Lensa cembung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dibandingkan bagian tepinya. Ada tiga jenis lensa cembung, yaitu :

1)    lensa cembung ganda (bikonveks)

2)    lensa cembung-datar (plankonveks), dan

3)    lensa cembung-cekung (konveks-konkaf).

Lensa cekung merupakan lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dibandingkan bagian tepinya. Ada tiga jenis lensa cekung, yaitu :

1)    lensa cekung ganda (bikonkaf)

2)    lensa cekung datar (plankonkaf), dan

3)    lensa cekung-cembung (konkaf-konveks).

6. PEMBIASAN PADA LENSA CEMBUNG 

Lensa cembung dinamakan pula lensa konvergen karena lensa cembung memfokuskan (mengumpulkan) berkas sinar sejajar yang diterimanya. Disini kita hanya akan membahas lensa yang kedua permukaannya cembung (bikonveks). Karena lensa cembung seperti ini memiliki dua buah permukaan lengkung, maka lensa cembung memiliki dua jari-jari kelengkungan dandua titik fokus. Seperti halnya pada cermin, jari-jari kelengkungan lensa adalah dua kali jarak fokusnya (R=2F). Untuk lensa cembung, jari-jari kelengkungan (R) dan titik fokus (f) bertanda positif (+), sehingga lensa cembung sering dinamakan lensa positif.

Ø  Berkas sinar yang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus utama (F).

Ø  Berkas sinar yang datang/melalui titik fokus dibiaskan sejajar sumbu utama.

Ø  Berkas sinar yang melalui titik pusat optik (O) diteruskan tanpa dibiaskan.

Dari gambar terlihat bahwa panjang fokus lensa cembung bergantung pada ketebalan lensa itu sendiri. Jika lensanya lebih tebal, maka panjang fokusnya menjadi lebih pendek. Pada pembiasan cahaya oleh lensa cembung dikenal tiga sinar istimewa yaitu:

7. PEMBENTUKAN BAYANGAN PADA LENSA CEMBUNG

    Untuk menentukan bayangan oleh lensa cembung diperlukan sekurang- kurangnya dua berkas sinar utama. Bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias atau perpanjangan dari sinar-sinar bias. Apabila bayangannya merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias maka bayangannya bersifat nyata, sedangkan apabila bayangannya merupakan perpotongan dari perpanjangan sinar-sinar bias, maka bayangannya bersifat maya. Dengan menggunakan sinar-sinar istimewa diatas maka salah satu contoh pembentukkan bayangan pada lensa cembung dapat dilukiskan sebagai berikut :

Benda AB terletak diruang benda satu (R1) sehingga terbentuk bayangan A’B’ diruang bayangan empat (R4). Sifat bayangan adalah maya, tegak dan perbesar. Hal inilah yang menyebabkan lensa cembung dapat digunakan sebagai lup, yaitu alat yang digunakan untuk melihat benda yang relatif kecil menjadi tampak lebih besar.

Sifat bayangan yang dibentuk oleh pembiasan lensa cembung mempunyai beberapa kemungkinan, yaitu:

ØBenda terletak di ruang I, yaitu antara O dan F, maka bayangan bersifat maya, tegak, diperbesar 30

ØBenda terletak di ruang II, yaitu antara F dan 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik, diperbesar.

ØBenda terletak di ruang III, yaitu di sebelah kiri 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik diperkecil.

Ø Benda terletak di titik fokus utama (F), maka tidak terbentuk bayangan karena sinar-sinar bias dan perpanjangannya tidak berpotongan (sejajar).

ØBenda terletak di pusat kelengkungan lensa (di R; dimana R = 2F), maka bayangan bersifat nyata, terbalik, sama besar.

Perbedaan antara bayangan nyata dan bayangan maya pada lensa dapat dilihat pada Tabel berikut :

Bayangan maya	Bayangan nyata
--Tidak dapat dilihat langsung      --Dapat ditangkap oleh layar    --Tidak seletak dengan bendanya (misalnya benda di sebelah kiri, maka bayangannya di sebelah kanan lensa).	--Dapat dilihat langsung   --Tidak dapat ditangkap oleh layar o    --Seletak dengan bendanya (misalnya benda di sebelah kiri, maka bayangan juga di sebelah kiri)

CONTOH SOAL

1. Perhatikan gambar berikut! Sinar melintasi dua buah medium yang memiliki indeks bias berbeda. 

Jika sudut datang sinar adalah 53° dan sudut bias sebesar 37° tentukan nilai indeks bias medium yang kedua jika medium yang pertama adalah udara!

Pembahasan
Soal diatas termasuk tipe mudah, penggunaan dari persamaan :
n1 sin i = n2 sin r
Dimana :
n1 = indeks bias medium 1 (tempat sinar datang)
n2 = indeks bias medium 2(tempat sinar bias)
i = besar sudut datang
r = besar sudut bias

Sehingga:
n1 sin i = n2 sin r
(1) sin 53° = n2 sin 37°
4/5 = n2 3/5
n2 = 4/3

2. Cahaya datang dari udara menuju medium yang berindeks bias 3/2. Tentukan kecepatan cahaya dalam medium tersebut!

Pembahasan
Lebih dulu diingat bahwa kecepatan gelombang cahaya di udara (atau di vakum) adalah 

3 x 10 8 m/s, di beberapa soal data ini tidak diberikan dengan asumsi sudah diketahui oleh siswa. 
Gunakan persamaan berikut:
n1 v1 = n2 v2
dimana n1 dan n2 adalah indeks bias masing masing medium dan v1 dan v1 adalah kecepatan gelombang di masing-masing medium.
Sehingga:
n1 v1 = n2 v2
(1)(3 x 108) = (3/2) v2
v2 = 2 x 108

http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/8-pembiasan-cahaya

DAFTAR PUSTAKA

     Permana Suwarna, Iwan. Optik. Jakarta: Duta Grafika, 2010.

     Sutarno. Fisika untuk universitas. Yogyakarta: Graha Ilmu, 2013

     Supiyanto. Fisika. Jakarta: Phiebeta aneka gama. 2006

    Anonim. Optik. http://fisik-fisika-asik.blogspot.co.id/2014/01/pembiasan-pada-bidang-datar-dan-lengkung_4.html
 Anonim.CahayadanOptik.http://seputarpendidikan003.blogspot.co.id/2015/01/pembiasan-cahaya-pada-prisma_9.html

    Anonim. Optik dan Cahaya. http://fisikazone.com/pembiasan-cahaya-pada-prisma/

    Anonim.Optik.http://rumushitung.com/2013/08/25/pembiasan-cahaya-pada-prisma-soal/

    Anonim.OptikdanCahaya.http://file.upi.edu/Direktori/DUAL-

MODES/KONSEP_DASAR_FISIKA/BBM_8_%28Cahaya_dan_alat_Optik%29_KD_Fisika.pdf (Jakarta 2013)

    Anonim. Optik. http://digilib.unimed.ac.id/public/UNIMED-Undergraduate-22300-5.%20BAB%20II.pdf. 2013