PEMBIASAN CAHAYA

Cahaya dipesongkan apabila bergerak secara serong melalui medium yang berbeza

ketumpatan seperti melalui udara melalui kaca melalui air. Keadaan ini disebut sebagai

pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui air. Cahaya

juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak

secara serong dipesongkan apabila melalui dua medium yang berbeza. Cahaya yang

bergerak lurus melalui medium yang berbeza tidak dibiaskan.

Pembiasan ke arah garis normal

Berlaku apabila cahaya bergerak

daripada medium kurang tumpat

kepada medium lebih tumpat

Contohnya: pergerakan cahaya dari

udara ke kaca

Pembiasan menjauhi garis normal

Berlaku apabila cahaya bergerak

daripada medium lebih tumpat kepada

medium kurang tumpat

Contohnya: pergerakan cahaya dari

kaca ke air

Tiada pembiasan

Berlaku apabila cahaya bergerak

daripada medium satu medium ke satu

medium lain pada sudut tegak

Rajah 1

Sinar tuju

Sinar cahaya yang menghentam permukaan kanta

Sinar pembiasan

Sinar yang mengalami perubahan halaju dan arah apabila

melalui sesuatu medium ke medium lain yang berbeza

ketumpatan

Sudut tuju

Sudut di antara sinar tuju dan garis normal

Sudut pembiasan

Sudut di antara sinar pembiasan dan garis normal

Hukum Pembiasan

Terdapat dua hukum pembiasan. Apabila satu sinar cahaya bergerak dari satu medium ke

satu medium lain:

1) Sinar tuju (i) dan sinar pembiasan (r) berada pada sisi yang berlawanan garis

normal. Sinar tuju, sinar pembiasan dan garis normal pula kesemuanya berada pada

satah yang sama.

2) Nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut pembiasan, adalah pemalar.

 Pemalar (n) = sin i

                        sin r

Nisbah ini juga dikenali sebagai Hukum Snell. Nilai pemalarnya (n) adalah indeks

pembiasan bagi sesuatu medium bahan . Nilai ini tetap walau pada sudut tuju

berlainan.

Indeks Pembiasan

Cahaya bergerak dengan kelajuan yang berbeza di dalam medium yang berlainan

ketumpatan. Nilai indeks pembiasan (n) menunjukkan kadar pembiasan yang yang berlaku.

Takrifan Indeks Pembiasan

Indeks Pembiasan juga ditakrifkan sebagai nisbah sinus sudut tuju terhadap sinus sudut

pembiasan.

  Indeks pembiasan (n) =  sin (i)

                                          sin (r)

Kelajuan cahaya dalam vakum ialah sekitar 3.0 x 108 ms-1. Cahaya bergerak lebih perlahan

dalam bahan lutsinar berbanding dalam vakum. Indeks Pembiasan sesuatu medium (n)

ditakrifkan sebagai nisbah halaju cahaya di dalam udara atau vakum (c) terhadap halaju

cahaya dalam sesuatu medium (v). Contohnya:         

 Indeks pembiasan air (n) =   Halaju cahaya dalam udara = c

       Halaju cahaya dalam air v

 Indeks pembiasan tidak mempunyai unit. Ia merupakan penanda aras bagi tahap

keupayaan pembengkokkan cahaya sesuatu medium apabila satu sinar cahaya memasuki

permukaan medium tersebut dari udara. Jadual 1.2 menunjukkan indeks pembiasan bagi

beberapa bahan. Semakin tinggi nilai indeks pembiasan, semakin besar pesongan cahaya

memasuki bahan tersebut.

Bahan Indeks pembiasan (n) Kelajuan cahaya / ms-1

Udara 1.00 3.0 x 108

Air 1.33 2.3 x 108

Perspek 1.49 2.0 x 108

Kaca 1.50 2.0 x 108

Berlian 2.42 1.2 x 108

Contoh Pengiraan Indeks Pembiasan Cahaya:

Contoh 1:

Kirakan nilai indeks pembiasan (n) bagi medium tersebut:

n= sin isin r

¿ sin 45 °sin 25 °

¿ 0.70710.4226

¿1.67

udara

medium

45°

25°

Contoh 2:

Dalam suatu eksperimen satu sinar cahaya ditujukan kepada permukaan air pada sudut 50°.

Jika indeks pembiasan air ialah 1.33, kirakan:

a) Sudut pembiasan r

b) Laju cahaya dalam air

Penyelesaian:

a) n=sin isin r

sin r=sin in

¿ sin 501.33

¿ 0.7661.33

¿35.17 °

b) n=cv

v= cn

¿ 3.0×108

1.33

¿2.26×108ms−1

Dalam Nyata dan Dalam Ketara

Rajah 1.1 menunjukkan bagaimana ikan di dalam air dapat dilihat oleh seseorang. Kesan ini

disebabkan oleh pembiasan yang berlaku pada permukaan air.

Dalam nyata, D ialah jarak objek sebenar, O dari permukaan air manakala dalam ketara, d

ialah jarak imej maya, I dari permukaan air. Sebagai contoh perhatikan rajah 1.2 dibawah:

2 sinar cahaya merambat dari seketul batu ke permukaan air. Di permukaan air kedua-dua

sinar dibiaskan menjauhi garis  normal. Ia berlaku kerana cahaya merambat daripada

medium lebih tumpat  ke medium kurang tumpat. Pandangan mata kasar tidak dapat melihat

secara membengkok,  sebaliknya pandangan mata kita melihat secara lurus. Batu di dasar

kolam kelihatan tertimbul di atas dan menyebabkannya kelihatan lebih cetek. Kedalaman

asal dinamakan dalam nyata, D. Kedalaman imej batu dipanggil dalam ketara, d. Maka

indeks pembiasan,

                                       n = Dalam nyata "D"

                                    Dalam ketara "d"

Fenomena Semulajadi Yang Disebabkan Oleh Pembiasan Cahaya

1) Suatu kolam renang kelihatan lebih cetek daripada kedalaman sebenarnya.

2) Suatu objek yang lurus kelihatan bengkok di dalam air.

Cahaya PQ akan terbias menjauhi garis normal kerana ia merembat daripada

medium yang lebih tumpat kepada medium yang kurang tumpat. Mata pemerhati

tidak akan mengikut garis bengkok RQP, tetapi garis RS. Oleh itu kedudukan P akan

kelihatan di S. Ini menyebabkan pensil kelihatan bengkok.

Memahami Kanta

Kanta cembung

Suatu kanta cembung adalah lebih tebal pada bahagian tengah kanta daripada bahagian sisi

kanta. Untuk suatu kanta cembung, sinar cahaya selari dan berhampiran dengan paksi

utama dibiaskan ke dalam titik dan menumpu pada titik fokus setelah melalui kanta cembung

tersebut. Dengan itu kanta cembung juga dikenali sebagai kanta penumpu.

Kanta cekung

Suatu kanta cekung adalah lebih nipis pada bahagian tengah kanta daripada bahagian sisi

kanta. Untuk kanta cekung, sinar-sinar cahaya yang selari dengan paksi utama dibiaskan ke

luar dan kelihatan mencapah dari titik fokud setelah melalui kanta cekung tersebut. Dengan

itu kanta cekung juga dikenali sebagai kanta pencapah.

Pusat Optik, Titik Fokus Dan Panjang Fokus Suatu Kanta

Rajah di bawah menunjukkan beberapa bahagian penting kanta cembung dan kanta cekung.

 

Pusat optik, C Pusat geometri kanta. Sinar cahaya yang melalui ini tidak

mengalami sebarang penyimpangan

Paksi utama Garis yang melalui C dan berserenjang dengan kanta

Titik fokus Titik pada paksi utama di mana semua sinar yang dekat dan selari

dengan paksi utama akan menumpu setelah melalui kanta

cembung atau kelihatan mencapah darinya setelah melalui kanta

cekung

Panjang fokus, f Jarak antara pusat kanta dan titik fokus

Paksi utamaPaksi utama

Fokus utamaFokus utama

Panjang fokus

Panjang fokus

C

C

Imej Yang Dibentuk Oleh Kanta

Terdapat tiga peraturan penting yang digunakan dalam pembinaan rajah sinar untuk kanta.

Mana-mana dua daripada tiga peraturan itu boleh digunakan untuk mengenalpasti

kedudukan, saiz dan sifat imej yang dibentuk oleh suatu kanta. Peraturan pembinaan untuk

kanta cembung ialah:

Sinar tuju Sinar pembiasan

1. Selari dengan paksi utama Melalui F pada sebelah yang bertentangan

dengan sinar tuju

2. Melalui F Selari dengan paksi utama

3. Melalui C Melalui C tanpa membengkok

Manakala peraturan pembinaan untuk kanta cekung ialah:

Sinar tuju Sinar pembiasan

1. Selari dengan paksi utama Kelihatan berasal dari F pada sebelah yang

sama dengan sinar tuju

2. Menuju F Selari dengan paksi utama

3. Melalui C Melalui C tanpa membengkok

Ciri-ciri imej yang dihasilkan oleh kanta

Kanta cembung

Jarak Objek Rajah Sinar Ciri-Ciri Imej Aplikasi

u<f

Maya

tegak

Diperbesar

Pada sebelah yang

sama dengan objek

Kanta pembesar

u=2f Nyata

Songsang

Sama saiz dengan

objek

Pada sebelah yang

bertentangan dengan

objek

Mesin fotostat

Jarak Objek Rajah Sinar Ciri-Ciri Imej Aplikasi

f<u<2f

nyata

songsang

Diperbesar

Pada sebelah yang

bertentangan dengan

objek

Kanta projektor, kanta

objektif mikroskop

u=f Maya

tegak

diperbesar

Pada sebelah yang

sama dengan objek

Kanta mata teleskop

astronomi

Jarak Objek Rajah Sinar Ciri-Ciri Imej Aplikasi

u>2f

nyata

songsang

Diperkecil

Pada sebelah yang

bertentangan dengan

objek

Lensa kamera

u= infiniti Nyata

Songsang

diperkecil

Pada sebelah yang

bertentangan dengan

objek

Kanta objektif teleskop

astronomi

Kanta cekung

Imej yang terbentuk oleh kanta cekung tidak bergantung kepada kedudukan objek. Imej yang

terbetuk oleh kanta cekung sentiasa

i) Maya

ii) Tegak

iii) kecil berbanding objek

iv) berada di antara kanta dan 0bjek

u < f

u= infinity

u=2f

Pembesaran Linear

Pembesaran linear, m, ialah nisbah bagi tinggi imej terhadap tinggi objek. Pembesaran linear

merupakan ukuran sejauh mana suatu kanta membesarkan atau mengecilkan sesuatu imej.

m= Ketinggianimej , h'

Ketinggianobjek ,h

¿Jarak imej(v)Jarak objek(u)

u v

Persamaan Kanta

Persamaan kanta memberikan hubungan antara objek, jarak imej dan panjang fokus kanta.

1u+ 1v=1f

u=Jarak objek

v=Jarak imej

f=panjang fokus

Persamaan kanta boleh diaplikasikan untuk kanta cembung dan kanta cekung.

Walaubagaimanapun beberapa persetujuan tanda mesti diambil kira. Jadual di bawah

merumuskan tanda-tanda bagi jarak objek, jarak imej dan panjang fokus.

Simbol Nilai positif (+) Nilai negatif (-)

u Nyata Maya

v Nyata Maya

f Kanta cembung Kanta cekung

Aplikasi Kanta

Mikroskop Majmuk

Suatu mikroskop majmuk terdiri daripada dua kanta cembung yang berkuasa tinggi yang

mempunyai panjang fokus yang pendek. Objek yang hendak diperhatikan diletakkan antara

Fo dan 2Fo kanta objek tersebut. Kanta mata mesti ditempatkan supaya imej pertama, I1 jatuh

di kawasan antara kanta mata dan titik fokus Fe. Imej terakhir yang terbentuk oleh kanta

mata, I2 ialah imej I1 yang maya, tegak dan diperbesar. Pada penyelarasan normal, L> fo + fe

seperti yang ditunjuk rajah di bawah. Dalam penyelarasan seperti ini, imej akhir I2 adalah

songsang berbanding dengan objek, O.

Bahagian Kuasa Fungsi

Kanta objek Kuasa tinggi

Lebih berkuasa daripada

kanta mata

Panjang fokus lebih pendek

daripada kanta mata

Menerima cahaya

dari objek nyata

Membentuk imej yang

pertama, I1

Kanta mata Kuasa tinggi

Kurang berkuasa daripada

kanta objek

Panjang fokus lebih tinggi

daripada kanta objek

Mengambil I1,

sebagai objek

Menghasilkan imej

akhir, I2