Pembiasan Cahaya pada Bidang Datar, Kaca
Plan Paralel, Prisma dan Lensa
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 endekati
garis normal ketika sinar datang dari medium kurang rapat (udara) ke medium lebih rapat (kaca). Terjadinya 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
Sinar datang sejajar dengan sinar yang keluar dari kaca plan pa
ralel.
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.
Berkas cahaya yang melewati dua medium yang berbeda menyebabkan cahaya berbelok. Di dalam medium yang lebih rapat, kecepatan cahaya lebih kecil dibandingkan pada medium yang kurang rapat. Akibatnya, cahaya membelok. Jika cahaya merambat dari udara atau hampa ke suatu medium, indeks biasnya disebut indeks bias mutlak.
Secara matematis dituliskan sebagai berikut :
dengan:
n = indeks bias mutlak,
c = laju cahaya (m/s), dan
v = laju cahaya dalam medium (m/s).
Catatan :
- semakin padat bahan ,semakin lambat kecepatan cahaya dalam bahan tersebut. Jadi n>1 untuk semua bahan,dan meningkat dengan meningkatnya kepadatan. Dalam ruang hampa=1.
- Frekuensi cahaya tidak berubah ketika melewati satu medium yang lain. Menurut rumus kecepatan sama dengan panjang gelombang di kalikan dengan frekuensinya , panjang gelombang pasti berubah. Sehingga indeks bias dapat ditulis dalam bentuk panjang gelombang sebagai.
dimana đŽo adalah panjang gelombang cahaya dalam ruang hampa dan đŽ merupakan panjang gelombang cahaya dalam medium.
2. Pembiasan Cahaya 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:
2.3. Pembiasan Cahaya pada Kaca Plan Paralel
Kaca plan paralel atau yang biasa disebut balok kaca merupakan keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar.
Seperti pada prisma, cahaya yang mengenai kaca plan paralel juga 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 dibawah ini.
Untuk kaca plan pararel dengan ketebalan d , maka sinar akan mengalami pergeseran sebesar t yang dapat diturunkan sebagai berikut :
Dengan menggabungkan kedua persamaan diatas, diperoleh
Keterangan :
d = tebal balok kaca, (cm)
i = sudut datang, (°)
r = sudut bias, (°)
t = pergeseran cahaya, (cm)
Di mana r dapat dihitung dari hukum Snellis
4. 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 ini.
Sudut antara kedua permukaan yang membentuk sudut disebut sudut pembias prisma (ÎČ). 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 Ï disebut sudut deviasi atau sudut penyimpangan sinar.
Rumus Pembiasan pada Prisma
Persamaan sudut puncak prisma atau biasa disebut sudut pembias prisma, dapat dihitung menggunakan rumus :
Jika nilai sudut pembias prisma sudah diketahui selanjutnya kita dapat mencari nilai sudut deviasi prisma atau sudut pembias prisma, menggunakan rumus:
Sudut deviasi minimum terjadi saat i1 = r2, untuk menentukan nilai deviasi minimum digunakan persamaan:
Keterangan :
i1 = sudut datang yang masuk prisma
r1 = sudut bias prisma
r2 = sudut yang meninggalkan prisma
i2 = sudut datang pada permukaan prisma
Ïm = sudut deviasi minimal
ÎČ = sudut pembias prisma
Bila sudut pembias lebih dari 15° , besar sudut deviasi minimum dihitung menggunakan rumus:
Bila sudut pembias kurang dari 15° , besar sudut deviasi minimum dihitung menggunakan rumus:
Dengan :
n = indeks bias relatif prisma terhadap medium
n1 = indeks bias medium (udara)
n2 = indeks bias prisma
Ï m = sudut deviasi minimum (⁰)
ÎČ = sudut pembias prisma (⁰)
Keterangan:
i1 = sudut datang yang masuk prisma
r1 = sudut bias prisma
r2 = sudut yang meninggalkan prisma
i2 = sudut datang pada permukaan prisma
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 lensa cekung (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).
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.
- Berkas sinar yang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus utama (F).
- Berkas sinar yang datang/melalui titik fokus dibiaskan sejajar sumbu utama.
- 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:
Pembentukan bayangan pada lensa cembung
Untuk menentukan bayangan oleh lensa cembung diperlukan sekurangkurangnya dua berkas sinar utama. Bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung merupakan perpotongan dari sinar-sinar bias atau perpanjangan dari sinar-sinar bias. Apabila ayangannya 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:
- Benda terletak di ruang I, yaitu antara O dan F, maka bayangan bersifat maya, tegak, diperbesar 30.
- Benda terletak di ruang II, yaitu antara F dan 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik, diperbesar.
- Benda terletak di ruang III, yaitu di sebelah kiri 2F, maka bayangan bersifat nyata, terbalik diperkecil.
- Benda terletak di titik fokus utama (F), maka tidak terbentuk bayangan karena sinar-sinar bias dan perpanjangannya tidak berpotongan (sejajar).
- Benda 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 :
DAFTAR PUSTAKA
Iwan Permana M.pd .Optik. Jakarta: Duta Grafika, 2010.
Sutarno, M.sc . FISIKA UNTUK UNIVERSITAS . Yogyakarta: Graha Ilmu, 2013
Supiyanto. FISIKA . Jakarta : Phiebeta aneka gama. 2006
Anonim. Optik dan Cahaya.
https://docs.google.com/document/d/1EKoFm0GVbR83GkZncWFp9KZU HtYR8OjkBz89qciWfV0/edit
Anonim. Optik.
http://fisik-fisika asik.blogspot.co.id/2014/01/pembiasan-padabidang-datar-dan-lengkung_4.html
Anonim. Cahaya dan Optik.
http://seputarpendidikan003.blogspot.co.id/2015/01/pembiasan-cahayapada-prisma_9.html
Anonim. Optik dan Cahaya.
http://fisikazone.com/pembiasan-cahaya-padaprisma/
Anonim. Optik. http://rumushitung.com/2013/08/25/pembiasan-cahaya-padaprisma-soal/
Anonim. Optik dan Cahaya . http://file.upi.edu/Direktori/DUALMODES/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
