Ringkasan Bahan Pemantulan Dan Pembiasan Cahaya Lengkap Dengan Pola Soal

Dalam optika geometri, pemantulan dan pembiasan cahaya ialah elemen yang sangat penting untuk dipahami. Terutama dalam memahami prinsip kerja alat-alat optik menyerupai lup, mikroskop, teleskop, kamera, periskop dan sebagainya. Nah, pada peluang kali ini, penulis akan menyajikan ringkasan bahan wacana pemantulan dan pembiasan cahaya. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi diberikut ini.

Materi Pemantulan Cahaya

Apa itu Pemantulan Cahaya?

Pemantulan atau refleksi cahaya yakni proses terpancarnya kembali cahaya dari permukaan benda yang terkena cahaya. Peristiwa pemantulan cahaya secara simpel sanggup kita amati pada permukaan benda yang mengkilap menyerupai cermin atau logam.

Macam-Macam Pemantulan Cahaya

Pemantulan cahaya dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai diberikut.

■ Pemantulan baur (difus) yakni pemantulan cahaya yang terjadi pada pemukaan benda yang tidak rata, di mana berkas sinar (cahaya) pantulnya mempunyai arah yang tidak teratur (baur). misalnya, pemantulan cahaya pada tembok, kayu, batu, tanah dan sebagainya.

■ Pemantulan teratur yakni pemantulan cahaya yang terjadi pada permukaan yang rata, di mana berkas sinar (cahaya) pantulnya mempunyai arah yang teratur (sama). Pemantulan teratur bersifat menyilaukan, namun bisa menghasilkan bayangan yang jelas. Pemantulan teratur bisa terjadi pada cermin.

Hukum Snellius Pada Pemantulan Cahaya

Adapun rumusan aturan pemantulan cahaya yang dikemukakan oleh Willebrord Snellius yakni sebagai diberikut.

1) Sinar hadir, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

2) Sudut hadir sama dengan sudut pantul. Secara matematis, persamaan sudut hadir dan sudut pantul dituliskan dalam bentuk rumus diberikut.

θi = θr

3) Sinar hadir tegak lurus cermin akan dipantulkan kembali.

misal Soal:

Dua buah cermin disusun menyerupai pada gambar di bawah ini. Apabila sinar hadir pada cermin A mempunyai sudut hadir 40°, tentukanlah arah sinar pantul (sudut pantul) oleh cermin B.

Jawab

Di titik A, i yakni sudut hadir = 40°.

Berdasarkan Hukum Pemantulan, i = r maka r = 40°.

∠P = ∠BAO = ∠NAO − ∠r = 90° − 40° = 50°

Besar sudut r’ dapat dicari dari

⇔ ∠r’ + ∠P + ∠AOB = 180°

⇔ ∠r’ + 50° + 90° = 180°

⇔ ∠r’ + 140° = 180°

⇔ ∠r’ = 180° − 140°

⇔ ∠r’ = 40°

Besarnya sudut i1 dapat dicari dari

⇔ ∠r’ + ∠i1 = 90°

⇔ 40° + ∠i1 = 90°

⇔ ∠i1 = 90° − 40°

⇔ ∠i1 = 50°

∠i1 ialah sudut hadir terhadap cermin B.

Berdasarkan Hukum Pemantulan, di titik B berlaku:

∠i1 = ∠r1

∠r1 = 50°

Jadi, arah sinar pantul oleh cermin B membentuk sudut 50° terhadap garis normal.

Materi Pembiasan Cahaya

Apa itu Pembiasan Cahaya?

Pembiasan atau difraksi cahaya yakni adalah insiden pembelokan arah cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang tidak sama kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya terjadi akhir kecapatan cahaya tidak sama pada setiap medium.

Syarat Terjadinya Pembiasan Cahaya

Ada dua syarat terjadinya proses pembiasan cahaya, yaitu:

□ Cahaya merambat melalui dua medium yang mempunyai perbedaan kerapatan optik, contohnya udara dengan air, udara dengan kaca, air dengan kaca, dan sebagainya.

□ Cahaya yang hadir harus miring pada batas dua medium, alasannya yakni kalau tegak lurus maka tidak akan mengalami proses pembiasan.

□ Cahaya yang hadir dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat (ex. beling ke udara) harus menghasilkan sudut bias lebih kecil dari 90°. Hal ini alasannya yakni kalau sinar bias sama dengan 90° maka cahaya tidak akan memasuki medium kedua. Sedangkan kalau sudut bias lebih besar dari 90° maka akan terjadi insiden pemantulan sempurna.

Hukum Snellius Pada Pembiasan Cahaya

Adapun rumusan aturan pembiasan cahaya yang dikemukakan oleh Willebrord Snellius yakni sebagai diberikut.

1) Sinar hadir, garis normal dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar.

2) Perbandingan sinus sudut hadir dengan sinus sudut bias pada dua medium yang tidak sama ialah bilangan tetap.

Secara matematis, pernyataan Hukum Snellius yang kedua di atas sanggup dituliskan dalam bentuk persamaan diberikut.

sin i1	=	sin i2	=	sin i3
sin r1		sin r2		sin r3

sin i	=	Tetap	…….. pers. (1)
sin r

Tetapan atau konstanta tersebut disebut dengan indeks bias relatif suatu medium terhadap medium lain. Jika sinar hadir dari medium 1 ke medium 2, maka indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 ditulis sebagai diberikut.

n21	=	n2
		n1

melaluiataubersamaini demikian, persamaan (1) di atas sanggup ditulis ulang sebagai diberikut.

sin i	=	n21
sin r

sin i	=	n2	…….. pers. (2)
sin r		n1

Sehingga kita peroleh rumus korelasi antara sudut hadir, sudut bias dan indeks bias medium sebagai diberikut.

n1 sin i = n2 sin r

Keterangan:

n1 = indeks bias mutlak medium 1

n2 = indeks bias mutlak medium 2

n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

i = sudut hadir pada medium 1

r = sudut bias  pada medium 2

misal Soal:

Seseorang menyinari sebuah beling tebal dengan sudut 30° terhadap garis normal. Jika cepat rambat cahaya di dalam beling yakni 2 × 108 m/s, tentukan indeks bias beling dan sudut biasnya.

Penyelesaian:

Diketahui:

θi = 30°

v2 = 2 × 108 m/s

Ditanyakan: n2 (indeks bias kaca) dan θr

Jawab:

■ Untuk mencari indeks bias kaca, gunakan persamaan:

n	=	c	=	3 × 108 m/s	=	1,5
		v		2 × 108 m/s

Jadi, indeks bias beling yakni 1,5

■ Untuk mencari sudut bias, gunakan aturan Snellius.

sin i	=	n2
sin r		n1

sin 30°	=	1,5
sin r		1

sin r	=	0,5
		1,5

sin r	=	0,33
r	=	sin−1 (0,33)
r	=	19,27°

Jadi, besar sudut biasnya yakni 19,27°.

Hukum-Hukum Lain yang Berlaku Pada Pembiasan Cahaya

Selain kedua pernyataan Hukum Snellius di atas, masih ada hal lain yang berlaku pada insiden pembiasan cahaya, yaitu sebagai diberikut.

1) Jika sinar hadir dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Ini berarti, sudut bias lebih kecil daripada sudut hadirnya (r < i).

2) Jika sinar hadir dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Jadi, sudut hadir lebih kecil dari sudut bias (i < r).

3) Jika sinar hadir tegak lurus batas dua medium, maka sinar tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Apa itu Indeks Bias?

Indeks bias yakni perbandingan kelajuan cahaya di udara dengan kelajuan cahaya di dalam suatu zat (ex. air, kaca, udara, dsb.). Semakin besar indeks bias suatu zat maka semakin besar cahaya dibelokkan/dibiaskan oleh zat tersebut. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya.

Apa itu Indeks Bias Mutlak?

Indeks bias mutlak yakni perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa dengan cepat rambat cahaya di dalam medium. Indeks bias mutlak suatu medium sanggup dicari dengan persamaan diberikut.

n	=	c
		v

Keterangan:

n = indeks bias mutlak medium

c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 × 108 m/s)

v = cepat rambat cahaya di dalam medium.

misal Soal:

Cahaya merambat dari udara ke air. Bila cepat rambat cahaya di udara yakni 3 × 108 m/s dan indeks bias air 4/3, maka tentukanlah cepat rambat cahaya di air!

Penyelesaian:

Diketahui:

c = 3 × 108 m/s

nair = 4/3

Ditanyakan: vair

Jawab:

nair	=	c
		vair

Maka cepat rambat cahaya di air dirumuskan sebagai diberikut.

vair	=	c
		nair

vair	=	3 × 108 m/s
		4/3

vair = 2,25 × 108 m/s

Jadi, cepat rambat cahaya di dalam air yakni 2,25 × 108 m/s.

Apa itu Indeks Bias Relatif?

Indeks bias relatif yakni perbandingan indeks bias mutlak dari dua buah medium yang tidak sama. Jika cahaya hadir dari medium 1 dengan indeks bias n1menuju medium 2 dengan indeks bias mutlak n2, maka indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 ditetapkan dengan persamaan diberikut.

n21	=	n2
		n1

melaluiataubersamaini mensubtitusikan persamaan n = c/v, kita menerima bentuk persamaan diberikut ini.

n21	=	c/v2
		c/v1

n21	=	v1	…….. pers. (3)
		v2

Keterangan:

n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

I = sudut hadir

r = sudut bias

n1 = indeks bias medium 1

n2 = indeks bias medium 2

v1 = cepat rambat cahaya pada medium 1

v2 = cepat rambat cahaya pada medium 2

misal Soal:

Cahaya hadir dari air ke kaca. Indeks bias air = 1,33, indeks bias beling = 1,54. Hitunglah indeks bias relatif beling terhadap air dan kecepatan cahaya di beling kalau kecepatan cahaya di air sebesar 2,25 × 108 m/s.

Penyelesaian:

Diketahui:

nair = 1,33

nkaca = 1,54

vair = 2,25 × 108 m/s

Ditanyakan: nka (indeks bias relatif beling terhadap air) dan vkaca

Jawab:

■ Indeks bias relatif beling terhadap air

nka	=	nkaca
		nair

nka	=	1,54
		1,33

nka

=

1,16

■ Kecepatan cahaya di dalam kaca

nair	=	vkaca
nkaca		vair

1,33	=	vkaca
1,54		2,25 × 108

vkaca	=	1,33	×	2,25 × 108
		1,54

vkaca

=

1,94 × 108 m/s

Hubungan Indeks Bias dengan Cepat Rambat Cahaya, Panjang Gelombang dan Frekuensi

Untuk memilih korelasi antara indeks bias dengan cepat rambat cahaya, kita sanggup mensubtitusikan persamaan (3) ke dalam persamaan (2) sehingga kita peroleh persamaan diberikut.

n2	=	v1	=	sin i	………. Pers. (4)
n1		v2		sin r

Keterangan:

n1 = indeks bias mutlak medium-1

n2 = indeks bias mutlak medium-2

n1,2 = indeks bias medium-2 relatif terhadap medium-1

v1 = cepat rambat cahaya pada medium-1

v2 = cepat rambat cahaya pada medium-2

i = sudut hadir di medium-1

r = sudut bias di medium-2

Ingat bahwa v = λf, dengan f = frekuensi cahaya dan λ = panjang gelombang. melaluiataubersamaini demikian, apabila kita subtitusikan v = λf  ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh rumus korelasi antara indeks bias medium, frekuensi dan panjang gelombang sebagai diberikut.

n1, 2	=	λ1 × f
		λ2 × f

n1, 2	=	λ1	………. Pers. (5)
		λ2

Keterangan:

n1,2 = indeks bias medium

λ1 = panjang gelombang cahaya pada medium-1

λ2 = panjang gelombang cahaya pada medium-2

f = frekuensi cahaya

misal Soal:

Suatu berkas cahaya dengan panjang gelombang 6 × 10-7 m hadir dari udara ke balok beling yang indeks biasnya 1,5. Hitunglah panjang gelombang dalam kaca.

Penyelesaian:

Diketahui:

λ1 = 6 × 10-7 m (udara)

n1 = 1 (udara)

n2 = 1,5 (kaca)

Ditanyakan: λ2 (kaca)

Jawab:

Panjang gelombang cahaya di dalam medium kaca, sanggup kita tentukan dengan mensubtitusikan persamaan (9) ke persamaan (5) sebagai diberikut.

n2	=	λ1
n1		λ2

1,5	=	6 × 10-7
1		λ2

λ2	=	6 × 10-7	=	4 × 10-7
		1,5

Jadi, panjang gelombang cahaya ketika melewati medium beling yakni 4 × 10-7 m.

Apa itu Pemantulan Sempurna?

Bila sinar hadir dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat, sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Jika sudut hadirnya dirubah, pada ketika sudut hadir membentuk sudut bias 90o, sudut hadir ini disebut sudut kritis (batas). Untuk sudut hadir melebihi sudut kritis, berkas sinar tidak dibiaskan lagi melainkan dipantulkan seluruhnya. Peristiwa ini disebut pemantulan tepat atau pemantulan total.

Syarat Terjadinya Pemantulan Sempurna

pemantulan tepat atau pemantulan total spesialuntuk akan terjadi apabila memenuhi dua syarat sebagai diberikut.

□ Cahaya hadir dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat atau dengan kata lain, indeks bias medium pertama harus lebih besar dari indeks bias medium kedua (n1 > n2).

□ Sudut hadir harus lebih besar daripada sudut kritis. Misalnya, kalau sudut hadir yakni i dan sudut kritis yakni ik maka pada pemantulan tepat berlaku i > ik.

Apa itu Sudut Kritis Pada Pemantulan Sempurna?

Jika sudut sinar hadir dari medium pertama mempunyai sudut bias 90° disebut sudut kritis (sudut batas) dan ditulis ik, maka berdasarkan Hukum Snellius untuk pembiasan cahaya, berlaku persamaan diberikut.

n1 sin ik = n2 sin r

n1 sin ik = n2 sin 90°

n1 sin ik = n2 (1)

n1 sin ik = n2

sin ik	=	n2
		n1

ik	=	sin-1	n2
			n1

Keterangan:

ik = sudut kritis (sudut batas)

n1 = indeks bias medium pertama

n2 = indeks bias medium kedua

n1 > n2

misal Soal:

Hitunglah sudut kritis berlian yang mempunyai indeks bias mutlak 2,417 pada ketika diletakkan di udara.

Jawab:

Diketahui:

n2 = 1 (udara)

n1 = 2,417 (berlian)

Maka sudut kritisnya sanggup dihitung dengan rumus diberikut.

ik	=	sin-1	1
			2,417

ik

=

sin-1 (0,414)

ik

=

24,4°

Jadi, sudut kritis berlian tersebut yakni 24,4°.

Sumber https://www.fisikabc.com/

Share :