PEMBIASAN CAHAYA

Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium tembus cahaya yang berbeda indeks biasnya. Pembiasan cahaya mempengaruhi penglihatan pengamat. Contoh yang jelas adalah bila sebatang tongkat yang sebagiannya tercelup di dalam kolam berisi air dan bening akan terlihat patah.

a. Indeks Bisa Medium

Ketika kamu sedang minum es pernahkah kamu memperhatikan sedotan yang ada pada gelas es ? Sedotan tersebut akan terlihat patah setelah melalui batas antara udara dan air. Hal ini terjadi karena adanya peristiwa pembiasan atau refraksi cahaya. Bagaimana sebenarnya peristiwa ini terjadi?

Kecepatan merambat cahaya pada tiap-tiap medium berbeda-beda tergantung pada kerapatan medium tersebut. Perbandingan perbedaan kecepatan rambat cahaya ini selanjutnya disebut sebagai indeks bias. Dalam dunia optik dikenal ada dua macam indeks bias yaitu indeks bias mutlak dan indeks bias relatif. Indeks bias mutlak adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut

dengan

n_medium : indeks bias mutlak medium

c : cepat rambat cahaya di ruang hampa

v : cepat rambat cahaya di suatu medium

Indeks bias mutlak medium yaitu indeks bias medium saat berkas cahaya dari ruang hampa melewati medium tersebut. Indek bias mutlak suatu medium dituliskan n_medium. Indeks bias mutlak kaca dituliskan n_kaca, indeks bias mutlak air dituliskan n_air dan seterusnya. Oleh karena c selalu lebih besar dari pada v maka indeks bias suatu medium selalu lebih dari satu n_medium >1.

Contoh indeks bias mutlak beberapa zat.

Medium	Indeks bias mutlak
Udara (1 atm, 0° C) Udara (1 atm, 0° C) Udara (1 atm, 0° C) Air Alkohol Gliserin Kaca kuarsa Kaca kerona Kaca flinta Intan	1,00029 1,00028 1,00026 1,33 1,36 1,47 1,46 1,52 1,65 2,42

Indeks bias relatif adalah perbandingan indeks bias suatu medium terhadap indeks bias medium yang lain.

atau

dengan

n₁₂ : indeks bias relatif medium 1 terhadap medium 2

n₂₁ : indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

n₁ : indeks bias mutlak medium 1

n₂ : indeks bias mutlak medium 2

Setiap medium memiliki indeks bias yang berbeda-beda, karena perbedaan indeks bias inilah maka jika ada seberkas sinar yang melalui dua medium yang berbeda kerapatannya maka berkas sinar tersebut akan dibiaskan. Pada tahun 1621 Snellius, seorang fisikawan berkebangsaan Belanda melakukan serangkaian percobaan untuk menyelidiki hubungan antara sudut datang (i) dan sudut bias (r). Hukum pembiasan Snellius berbunyi:

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

2. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias dari suatu cahaya yang melewati dua medium yang berbeda merupakan suatu konstanta.

Cahaya datang dengan sudut i dan dibiaskan dengan sudut r. Cepat rambat cahaya di medium 1 adalah v1 dan di medium 2 adalah v2. Waktu yang diperlukan cahaya untuk merambat dari B ke D sama dengan waktu yang dibutuhkan dari A ke E sehingga DE menjadi muka gelombang pada medium 2.

Menurut teori muka gelombang rambatan cahaya dapat digambarkan sebagai muka gelombang yang tegak lurus arah rambatan dan muka gelombang itu membelok saat menembus bidang batas medium 1 dan medium 2 seperti diperlihatkan gambar 18.

Gambar 18. Muka gelombang pada pembiasan cahaya dari medium1 ke medium 2.

Pada segitiga ABD berlaku persamaan trigonometri sebagai berikut

Sin i = , sedangkan pada segitiga AED berlaku persamaan trigonometri sebagai berikut, Sin r = . Bila kedua persamaan dibandingkan akan diperoleh

Pada peristiwa pembelokan cahaya dari medium 1 ke medium 2 ini besaran frekuensi cahaya tetap atau tidak mengalami perubahan. Karena v = l.f maka berlaku pula,

Sehingga berlaku persamaan pembiasan

Dengan keterangan,

n₁ : indeks bias medium 1

n₂ : indeks bias medium 2

v₁ : cepat rambat cahaya di medium 1

v₂ : cepat rambat cahaya di medium 2

λ₁ : panjang gelombang cahaya di medium 1

λ₂ : panjang gelombang cahaya di medium 2

Di samping menunjukkan perbandingan cepat rambat cahaya di dalam suatu medium, indeks bias juga menunjukkan kerapatan optik suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium berarti semakin besar kerapatan optik medium tersebut. Bila cahaya merambat dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat, cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal, sebaliknya bila cahaya merambat dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Gambar 19. sinar merambat dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal, sudut r < i

Contoh Soal:

1. Cepat rambat cahaya di medium A besarnya 2 x 10⁸ m/s. Bila cepat rambat cahaya di ruang hampa 3 x 10⁸ m/s, berapakah indeks bias mutlak medium itu?

Penyelesaian:
Diketahui :

n₁ = 1
v₁ = 3 x 10⁸ m/s
v₂ = 2 x 10⁸ m/s

Ditanya : n₂ = ?

Jawab :

	n2 = 1,5
2.	Seberkas cahaya datang dari udara (nu = 1) ke dalam air (na = 1,33) dengan sudut datang 30°. Tentukan besar sudut bias!

Penyelesaian

Diketahui :

nu = 1 na = 1,33 i = 30°

Ditanya : r = ?

Jawab :	Berkas sinar berasal dari udara menuju air, berarti n1 = nu = 1 dan n2 = na =1,33. sin r = r = 22,1°
3.	Cepat rambat cahaya di dalam kaca 2,00 x 108 m/s dan cepat rambat cahaya di dalam air 2,25 x 108 m/s. Tentukan: a) indeks bias relatif air terhadap kaca b) indeks bias relatif kaca terhadap air

Penyelesaian:

Diketahui :

vkaca = 2,00 x 108 m/s vair = 2,25 x 108 m/s

Ditanya :
a) n_air-kaca .....?
b) n_kaca-air ....?

Jawab :

a) nair-kaca	=
	= = 0,89
4. .	Berkas sinar merambat di udara dengan kecepatan 3 x 108 m/s dan frekuensi 4,62 x 1014 Hz menuju permukaan air yang indeks biasnya . Tentukan panjang gelombang cahaya: a) saat berada di udara b) saat berada di air!

Penyelesaian:

Diketahui :	c = 3 x 108 m/s f = 6 x 1014 Hz nu = n1 = 1 na = n2 =
Ditanya :	a) λu = ? b) λa = ?
Jawab :	a)	c = λ.f λu = 6,5 x10-7 m Jadi, panjang gelombang cahaya di udara adalah λ1 = 6,5 x 10-7 m.
	b)	Panjang gelombang cahaya di dalam air (λ2) bila panjang gelombang cahaya di udara λ1 = 6,5 x 10-7 m λ2 = 4,86 x 10-7 m.