PEMBIASAN CAHAYA1. Pengertian Pembiasan

Seperti gambar di atas, ikan yang besar akan tampak kecil jika kita perhatikan dari atas. Hal itu terjadi karena pembiasan cahaya. Pembiasan cahaya adalah pembelokan sebesar cahaya yang merambat dari medium satu ke medium lainnya yg berbeda kerapatannya. Penyebabnya adalah perbedaan cepat rambat cahaya ketika melewati dua medium yang berbeda kerapatannya. 2. Hukum Pembiasan Terjadinya peristiwa pembiasan telah dibuktikan oleh seorang ahli matematika dan perbintangan Belanda bernama Willebrord Snellius (1581-1626). Kesimpulan hasil percobaannya dirumuskan dan dikenal dengan Hukum Snellius. Hukum Snellius menyatakan sebagai berikut: a. Sinar datang, garis normal, sinar bias terletak pada satu bidang datar. b. Perbandingan proyeksi sinar datang dengan proyeksi sinar bias pada bidang batas dua medium adalah tetap yang disebut dengan indeks bias. Selain itu dikenal pula hukum pembiasan II, yang berbunyi : a. Sinar bias akan mendekati garis normal ketika sinar datang dari medium kurang rapat (udara) ke medium lebih rapat (kaca). {a.1} b. Sinar bias akan menjauhi garis normal ketika cahaya merembat dari medium lebih rapat (kaca) ke medium kurang rapat (udara). {b.1}

Kurang rapat (udara) i r Lebih rapat (kaca) Keterangan : i adalah sudut datang r adalah sudut bias 3. Indeks Bias i r

Kurang rapat (udara)

Lebih rapat (kaca)

Jika seberkas cahaya masuk pada medium yang berbeda maka cahaya itu akan mengalami pembiasan. Menurut Snellius, perbandingan sinus sudut datang (i) dan sinus sudut bias (r) adalah bilangan tetap yang disebut dengan indeks bias ( )

1|P a ge

Berdasarkan pernyataan tersebut, kita dapat merumuskan seperti berikut : 21=

.........(1)

Keterangan : = indeks bias medium 2 terhadap medium 1 i =sudut datang r = sudut bias Selain itu, Christian Huygens (1662-1695) berpendapat pula bahwa perbandingan cepat rambat cahaya pada medium yang berbeda merupakan nilai tetap. Hal ini disebut indeks bias medium. Rumus dari pernyataan itu adalah:21

21=

........(2)

Keterangan :21

V1

= indeks bias medium 2 terhadap medium 1 = cepat rambat cahaya medium 1 (m/s)

V2 = cepat rambat cahaya medium 2 (m/s) Dari kedua persamaan itu dapat kita gabungkan menjadi : 21 =

=

Apabila seberkas cahaya masuk dari udara ke suatu medium maka indeks bias medium itu adalah : medium=

Keterangan :medium = indeks

bias

c v

=cepat rambat cahaya di ruang hampa = 3x108 (m/s) = cepat rambat cahaya dalam medium (m/s)

Karena frekuensi cahaya selelu tetap, sedangkan cepat rambat cahaya dan panjang gelombang selalu berubah, maka :

=

Keterangan :udara medium

=panjang gelombang cahaya di udara (m) =panjang gelombang cahaya di medium (m)

2|P a ge

4. Pembiasan pada Prisma

i1

r1

i2

r2

= sudut deviasi =sudut datang pertama = sudut bias pertama =sudut datang akhir = sudut bias akhir = sudut bias prisma (sudut deviasi) adalah sudut yang dibentuk aleh perpotongan dan perpanjangan sinar datang dengan perpanjangan sinar bias yang meninggalkan prisma adalah benda bening seperti kaca plan paralel yang ujungnya membentuk sudut. Bagaimanakah perjalanan sinar pada prisma? Ketika sinar dilewatkan pada prisma, ternyata terjadi penyimpangan arah sinar datang pertama dengan sinar bias akhir. Hal ini diakibatkan karena ujung-ujung prisma membentuk sudut. Sudut yang dibentuk antara perpanjangan sinar datang pertama dan sinar bias akhir disebut sudut deviasi/sudut penyimpangan. Sudut deviasi dapat dihitung dengan : i1 r1 i2 r2

= i1 + r2 Keterangan : = sudut deviasi = sudut sinar datang =sudut sinar bias = sudut bias prisma

i1 r2

5. Dispersi Cahaya Apabila seberkas cahaya polikromatik (putih) datang pada prisma maka selain dibiaskan berkas sinar inipun akan diuraikan menjadi berbagai warna. Penguraian warna semacam ini disebut dispersi cahaya. Warna-warna yang keluar dari prisma dapat diamati dengan memasang layar. Pada layar akan tampak deretan warna yang disebut spektrum warna. POLIKROMATIK Merah Jingga Kuning Hijau Biru Nila Ungu (Penguraian warna cahaya)

3|P a ge

Apabila berkas cahaya itu berasal dari matahari, speletrum warnanya terdiri dari warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila dan ungu. Setiap warna tersebut memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Oleh karena cepat rambat cahaya di udara, sama untuk semua warna cahaya, yaitu 3x108 m/s maka frekuensi setiap warna cahaya dapat ditentuka dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

V= .fatau Keterangan : v f

f=

= cepat rambat cahaya (m/s) = panjang gelombang (meter) = frekuensi (Hz)

Selain itu, cahaya warna merah akan mengalami pembiasan yang paling kecil sehingga sudut deviasinya ( m) pun paling kecil. Sehingga cahaya warna ungu mengalami pembiasan paling besar sehingga sudut deviasinya( u) pun paling besar. Lebar spetrum warna yang di timbulkan oleh prisma sama dengan sselisih deviasi ungu( u) dan deviasi merah( m) dan disebut sudut disperse( ) Besar sudut dispersi adalah: = u m = = ( u 1) ( u m) ( m 1)

Keterangan: = sudut dispersi = sudut pembias u = indeks bias ungu m = indeks bias merah Dispersi dapat terjadi karena pembiasan cahaya menjadi warna warna lain yang disebabkan oleh perbedaan indeks bias. Contoh peristiwa dispersi di alam adalah dengan adanya pelangi.hal ini terjadi karena sinar metahari melalui bintik bintik airdi udara. Apabila berkas sinar memasuki butir butiran air, sinar akan dipantulkan oleh bagian belakang permukaan butiran air. Seanjutnya, sinar pantul dibiaskan. Oleh karena sinar matahari merupakan sinar polikromatik maka sinar diuraikan menjadi warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu. Peristiwa - peristiwa pembiasan cahaya: Proses terjadinya pelangi Pemantulan sempurna pada fatamorgana Tongkat tampak patah jika dimasukkan ke dalam air Bintang tampak dilangit tidak pada kedudukannya

4|P a ge

6. Pembiasan Cahaya Pada Lensa Lensa adalah benda bening yang di bentuk sedemikian rupa sehingga dapat membiaskan atau meneruskan hampir semua cahaya melauinya. Ada dua jenis lensa yaitu lensa cembung atau lensa positif dan lensa cekung atau lensa negatif. a. 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 bikenveks (cembung ganda) yaitu lensa kedua mukanya cembung. 2) Lensa plankonveks (cembung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung dan yang satunya datar. 3) Lensa konkaf konveks (menikus cembung/cembung cekung) yaitu lensa permukaannya satu cembung dan yang lainnya cekung.

Lensa cembung bersifat konvergen atau mengumpulkan cahaya. Titik dimana cahaya mengumpul disebut titik focus. b. Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung Setiap lensa mempunyai dua buah titik focus di sebelah kiri dan kanannya, tetapi kedua jarak focus ke lensanya sama. Perhatikan bagian lensa di bawah ini: III II I R2 M1 (IV) SU O f1 dan f2 O f1 dan O f2 R1 dan R2 I, II, III (I), (II), (III), (IV) f1 R1 O (I) (II) SU f2 (III) M2

:sumbu utama :titik pusat optik lensa :titik api (fokus) lensa :f = jarak titik api lensa :jari jari kelengkungan lensa :no ruang untuk meletakkan benda :no ruang untuk bayangan benda

1) Berkas cahaya pada lensa cembung a) Sinar dating sejajar dengan sumbu utama (SU) akan dibiaskan melalui titik api (fokus/f) benda a SU f1 O f2

5|P a ge

b) Sinar datang melalui titik api(f) akan di biaskan sejajar sumbu utama(SU) bendaf1

af2 SU

b

O

c) Sinar datang melalui titik pusat optic lensa (O) tidak di biaskan melaikan diteruskan

benda

a f1 c b O f2 SU

Sifat lensa cembung, yaitu; bayangan nyata, terjadi dari perpotonan sinar-sinar bias yang mengumpul. Terjadi jika benda terletek di ruang II dan III. Bayangan maya, terjadi dari perpotonan perpanjangan sinar-sinar bias yang divergen(menyebar). Terjadi jika benda terletak di ruang I. Pembentukan bayangan pada lensa cembung oleh sinar bias adalah sebagai berikut: 1) Apabila benda terletak di f1 dan O, sifat bayangannya maya, tegak, diperbesar. +

2f1

f1

O

f2

2) Apbila benda terletak di f1 dan 2f1, sifat bayangannya nyata, terbalik, dan diperbesar. +

2f1

f1

O

f2

6|P a ge

c. Bentuk dan sifat lensa cekung Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dari bagian sisinya. Lensa cekung bersifat divergen atau menyebarkan cahaya seperti yang tampak pada gambar.(-)

f1

jarak fokus 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 dan yang lain cembung.

Cekung ganda

cekung datar

maniskus cekung

d) Pembentukan bayangan pada lensa cekung Lensa cekung bersifat seperti cermin cembung. Maka dari itu, lensa cekung mempunyai titik api(fokus/f) yang dinyatakan dengan negtif. Agar lebih mudah memahami, perhatikan gambar berikut: R2 M2 f1 R1 SU O f1 dan f2 O f1 dan O f2 R1 dan R2 :sumbu utama :titik pusat optik lensa :titik api(fokus/f) lensa :jarak titik api lensa ;jari-jari kelengkungan lensaO

f2

M2

SU

(1) Tiga berkas cahaya pada lensa cembung a) Sinar datang sejajar sumbu utama(SU) akan di biaskan seolah-olah dari titik api(f1)

f1

O

f2

7|P a ge

b) sinar datang seolah-olah menuju titik api(f2) aan di biaskan sejajar sumbu utama(SU)

f1

O

f2

SU

c) Sinar datang melalui titik pusat optic lensa (O) tidak di biaskan melaikan diteruskan f1 f2 SU

Pembentukan bayangan pada lensa cekung adalah sebagai berikut: 1) Apabila benda terletak didepan lensa cekung, bayangannya bersifat maya, tegak dan diperkecil

Benda

f1

f2

f3

2) Apabila benda berada dibelakang lensa cekung, antara f2 dan 2f2, bayangannya bersufat maya, terbalik, dan diperbesar.

f1 bayangan

f2

benda 2f2

Pada lensa cembung dan cekung berlaku persamaan sebagai berikut:

= +

atau

= +

Persamaan untuk perbesaran bayangan adalah:

M=

=

8|P a ge

Keterangan: M = perbesaran bayangan h = tinggi bayangan h = tinggi benda s = jarak bayangan s = jarak benda R = jari-jari f = jarak fokus lensa e) Kekuatan (daya) lensa Kekuata (daya) lensa adalah kemampuan suatu lensa untuk memusatkan atau menyebarkan berkas cahaya yang diterima. Besarnya daya (P) lensa berkebalikan dengan jarak titik api (fokus). Semakin kecil fokus, semakin besar daya lensanya.

P=

Keterangan: P f =daya lensa (dioptri) = jarak titik api (m)

9|P a ge

CONTOH SOAL1. Cepat rambat cahaya di udara adalah 3 x 108 m/s. Apabila seberkas cahaya masuk dari udara ke air yang indeks biasnya , tentukan cepat rambat cahaya di dalam air! 2. Cepat rambat cahaya di suatu medium 25 x 107 m/s. Bila cepat rambat cahaya di udara 3 x 108 m/s, berapakah indeks bias mediumnya? 3. Sebuah benda yang tingginya 5 cm terletak 9 cm di depan lensa cembung. Jika jarak fokus lensa 6 cm, tentukan: a. Jarak bayangan b. Perbesara bayangan c. Tinggi bayangan

KUNCI JAWABAN1. Diketahui: c Ditanya : V Jawab : V= =3 x10 : = 2,25 x 108 m/s 2. Diketahui: c u Ditanya : Jawab : = = 3. a. = 1,2 Diketahui: h = 5 cm S = 9 cm f = 6 cm Ditanya : Si = .........? M = .........? Mi = .........? Jawab : = 3 x 108 m/s = 25 x 107 m/s = .........? S=18 cm8

= 3 x 108 m/s =

= = = = =

=........?

b. M == M =2x c. h = M x h =2x5 h = 10 cm

10 | P a g e