Pembiasan Cahaya
description
Transcript of Pembiasan Cahaya
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Banyak kejadian sehari-hari yang dapat dijelaskan dengan konsep
pembiasan, seperti dasar bak mandi yang berisi air terliht lebih dangkal, ikan-
ikan dan karang dipantai terlihat lebih jelas dari atas perahu, dan ssebagainya.
Akan tetapi tiap lensa mempunyai jarak fokus yang berbeda, sehingga perlu
melakukan penelitian untuk menentukan jarak fokus dan titik fokus lensa
tersebut. Lensa adalah peralatan sangat penting dalam kehidupan manusia.
Mikroskop menggunakan susunan lensa untuk melihat jasad-jasad renik yang
tak terlihat oleh mata telanjang. Kamera menggunakan susunan lensa agar
dapat merekam obyek dalam film. Teleskop juga memanfaatkan lensa untuk
melihat bintang-bintang yang jaraknya jutaan tahun cahaya dari bumi.
Kuat lensa berkaitan dengan sifat konvergen (mengumpulkan berkas
sinar) dan divergen (menyebarkan sinar) suatu lensa. Untuk Lensa positif,
semakin kecil jarak fokus, semakin kuat kemampuan lensa itu untuk
mengumpulkan berkas sinar. Untuk Lensa negatif, semakin kecil jarak fokus
semakin kuat kemampuan lensa itu untuk menyebarkan berkas sinar. Oleh
karenanya kuat lensa didefinisikan sebagai kebalikan dari jarak fokus.
1
BAB II
PEMBAHASAN
A. PENGERTIAN 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, dasar bak mandi yang berisi air
kelihatan lebih dangkal, sikat gigi yang mengapung di air bak mandi kelihatan
bengkok dan sebagainya.
a. Indeks Bias 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
nmedium : 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 nmedium. Indeks bias mutlak kaca dituliskan nkaca,
indeks bias mutlak air dituliskan nair dan seterusnya. Oleh karena c selalu
2
lebih besar dari pada v maka indeks bias suatu medium selalu lebih dari
satu nmedium >1.
Contoh indeks bias mutlak beberapa zat.
Medium Indeks bias mutlakUdara (1 atm, 0° C) Udara (1 atm, 0° C)Udara (1 atm, 0° C)AirAlkoholGliserinKaca kuarsaKaca keronaKaca flintaIntan
1,000291,000281,00026
1,331,361,471,461,521,652,42
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.
3
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 1.
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 = .f maka berlaku pula,
Sehingga berlaku persamaan pembiasa n
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.
4
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.
B. Pemantulan Total
Pada saat cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium
optik kurang rapat dengan sudut datang tertentu, cahaya akan dibiaskan
menjauhi garis normal. Artinya sudut bias akan selalu lebih besar
dibandingkan sudut datang. Apabila sudut datang cukup besar, maka sudut
bias akan lebih besar lagi, Apa yang terjadi, bila sudut datang terus
diperbesar?
Bila sudut datang terus diperbesar, maka suatu saat sinar bias akan sejajar
dengan bidang yang berarti besar sudut biasnya (r) 90°. Tidak ada lagi cahaya
yang dibiaskan, seluruhnya akan dipantulkan. Sudut datang pada saat sudut
biasnya mencapai 90° ini disebut sudut kritis atau sudut batas. Pemantulan
yang terjadi disebut pemantulan total atau pemantulan sempurna. Persamaan
sudut kritis sebagai berikut.
sin ik =
Keterangan
5
sinar merambat dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati
garis normal, sudut r < i
ik = sudut kritis medium lebih rapat (asal sinar datang)
n1 = indeks bias medium kurang rapat (tempat sinar bias)
n2 = indeks bias bahan lebih rapat (asal sinar datang)
n1> n2
a. Pembiasan Cahaya Pada Plan Paralel (Balok Kaca)
Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang
dibatasi oleh sisi-sisi yang sejajar.
Cahaya dari udara memasuki sisi pembias kaca plan paralel akan
dibiaskan mendekati garis normal. Demikian pula pada saat cahaya
meninggalkan sisi pembias lainnya ke udara akan dibiaskan menjauhi garis
normal. Pengamat dari sisi pembias yang berseberangan akan melihat sinar
dari benda bergeser akibat pembiasan. Sinar bias akhir mengalami pergeseran
sinar terhadap arah semula.
b. Menentukan besar pergeseran sinar.
Tinjau arah sinar di dalam kaca plan paralel. Pada segitiga ABC siku-siku di B:
maka
Pada segitiga ACD siku-siku di D:
6
Sebuah kaca
plan paralel atau balok
kaca. Dibatasi oleh tiga
pasang sisi – sisi sejajar
Pergeseran sinar bias terhadap arah semula dari
sinar datang pada kaca plan paralel. Berkas sinar
bias akhir sejajar dengan sinar datang namun
bergeser sejauh jarak titik G-C
Dt
CB
d
A
r2
s
i1
maka
Pergeseran sinarnya sejauh t,
maka:
Karena maka
Ketentuan lain adalah berlaku: i1 = r2
r1 = i2
dengan keterangan
d = tebal balok kaca, (cm)
i = sudut datang, (°)
r = sudut bias, (°)
t = pergeseran cahaya, (cm)
c. Pembiasan Cahaya Pada Prisma Kaca
Prisma juga merupakan benda bening yang terbuat dari kaca,
kegunaannya antara lain untuk mengarahkan berkas sinar, mengubah dan
membalik letak bayangan serta menguraikan cahaya putih menjadi warna
spektrum (warna pelangi).
Cahaya dari udara memasuki salah satu bidang pembias prisma akan
dibiaskan dan pada saat meninggalkan bidang pembias lainnya ke udara
juga dibiaskan.
Rumus sudut puncak/pembias : Sedangkan rumus sudut deviasi :
pada bidang pembias I :
pada bidang pembias II :
Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpanjangan sinar
datang dan sinar bias prisma.
7
Sebuah prisma kaca dibatasi oleh dua
segitiga dan tiga segiempat
Pada saat i1 = r2 dan r1 = i2, sudut deviasi menjadi sekecil-kecilnya
disebut sudut Deviasi Minimum ( m).
d. Pembiasan Cahaya Pada Permukaan Lengkung
Permukaan lengkung lebih dikenal sebagai Lensa tebal, dalam
kehidupan sehari-hari dapat diambilkan contoh, antara lain :
- Akuarium berbentuk bola
- Silinder kaca
- Tabung Elenmeyer
- Plastik berisi air di warung makan
Permukaan lengkung atau lensa tebal
Sinar-sinar dari benda benda yang berada pada medium 1 dengan
indeks bias mutlak n1 di depan sebuah permukaan lengkung bening yang
indeks bias mutlaknya akan dibiaskan sehingga terbentuk bayangan benda.
Bayangan ini bersifat nyata karena dapat ditangkap layar.
Persamaan yang menyatakan hubungan antara indeks bias medium,
indeks bias permukaan lengkung, jarak benda, jarak bayangan, dan jari-jari
permukaan lengkung dapat dirumuskan sebagai berikut.
Dengan keterangan,
n1 = indeks bias medium di sekitar permukaan lengkung
n2 = indeks bias permukaan lengkung
s = jarak benda
s' = jarak bayangan
R = jari-jari kelengkungan permukaan lengkung
Syarat : R = (+) jika sinar datang menjumpai permukaan cembung
R = (-) jika sinar datang menjumpai permukaan cekung
8
Seperti pada pemantulan cahaya, pada pembiasan cahaya juga ada
perjanjian tanda berkaitan dengan persamaan-persamaan pada permukaan
lengkung seperti dijelaskan dalam tabel berikut ini.
s+s-
Jika benda nyata/sejati (di depan permukaan lengkung)Jika benda maya (di belakang permukaan lengkung)
s'+s'-
Jika bayangan nyata (di belakang permukaan lengkung)Jika bayangan maya (di depan permukaan lengkung)
R+R-
Jika permukaan berbentuk cembung dilihat dari letak bendaJika permukaan berbentuk cekung dilihat dari letak benda
Pembiasan pada permukaan lengkung tidak harus menghasilkan
bayangan yang ukurannya sama dengan ukuran bendanya.
Pembentukan bayangan pada permukaan lengkung.
Pembiasan cahaya pada permukaan lengkung
Sinar dari benda AB dan menuju permukaan lengkung dibiaskan
sedemikian oleh permukaan tersebut sehingga terbentuk bayangan A'B'. Bila
tinggi benda AB = h dan tinggi bayangan A'B' = h', akan diperoleh
tan i = atau h = s tan i dan
tan r = atau h’ = s’ tan r
Perbesaran yang terjadi adalah M = =
Bila i dan r merupakan sudut-sudut kecil, maka harga tan i = sin i dan tan r =
sin r sehingga M =
Karena atau maka diperoleh
persamaan perbesaran pada permukaan lengkung sebagai berikut.
M =
Permukaan lengkung mempunyai dua titik api atau fokus. Fokus
pertama (F1) adalah suatu titik asal sinar yang mengakibatkan sinar-sinar
dibiaskan sejajar. Artinya bayangan akan terbentuk di jauh tak terhingga (s’ =
9
~) dan jarak benda s sama dengan jarak fokus pertama (s = f1) sehingga dari
persamaan permukaan lengkung
diperoleh ,
sehingga atau
Sehingga jarak fokus pertamanya sebesar, f1 =
Fokus kedua (F2) permukaan lengkung adalah titik pertemuan sinar-
sinar bias apa bila sinar-sinar yang datang pada bidang lengkung adalah sinar-
sinar sejajar. Artinya benda berada jauh di tak terhingga (s = ) sehingga
dengan cara yang sama seperti pada penurunan fokus pertama di atas, kita
dapatkan persamaan fokus kedua permukaan lengkung.
f2 =
e. Pembiasan Cahaya Pada Lensa Tipis
Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan dan
minimal salah satu permukaannya itu merupakan bidang lengkung. Lensa
tidak harus terbuat dari kaca yang penting ia merupakan benda bening
(tembus cahaya) sehingga memungkinkan terjadinya pembiasan cahaya.
Oleh karena lensa tipis merupakan bidang lengkung. Ada dua macam
kelompok lensa :
1. Lensa Cembung (lensa positif/lensa konvergen)
Yaitu lensa yang mengumpulkan sinar.
Lensa cembung dibagi lagi menjadi tiga:
10
Lensa cembung bersifat mengumpulkan
sinar di satu bidang fokus
Macam-macam lensa cembung
2 Lensa Cekung (lensa negatif/lensa devergen)
Yaitu lensa yang menyebarkan sinar .
Lensa cekung dibagi lagi menjadi tiga:
Macam-macam lensa cekung
Untuk memudahkan pembuatan diagram lensa digambar dengan garis
lurus dan tanda di atasnya, untuk lensa cembung di tulis (+) dan lensa
cekung (–). Untuk lensa memiliki dua titik fokus.
11
1. lensa cembung dua (bikonveks)
2. lensa cembung datar (plan konveks)
3. lensa cembung cekung (konkaf konveks)
1. lensa cekung dua (bikonkaf)
2. lensa cekung datar (plan konkaf)
3. lensa cekung cekung (koveks konkaf)
Lensa cekung bersifat menyebarkan sinar
dari arah bidang fokus
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Pembiasan cahaya atau Refraksi adalah peristiwa penyimpangan atau
pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan
optiknya. Beberapa contoh gejala pembiasan yang sering di jumpai dalam
kehidupan sehari-hari diantaranya:
- Dasar kolam kelihatan lebih dangkal bila di lihat dari atas
- Kaca mata minus (negatif) atau kaca mata plus (positif) dapat membuat
jelas pandangan bagi penderita rabun jauh atau rabun dekat karena adanya
pembiasan.
- Terjadinya pelangi setelah turun hujan.
B. Saran
Setelah mengerjakan tugas makalah ini kami menyarankan atau berpesan
untuk selalu belajar lebih giat mengenai ilmu Fisika. Kami yakin apabila kita
mau belajar dan terus belajar apa yang kita inginkan akan terwujud. Jagalah
ilmu sebaik-baik warisan, seperti yang telah Allah SWT firman kan dalam
suratnya. Dan janganlah menyerah sebelum engkau mencoba, meski hasilnya
tidak sesuai seperti yang kau harapkan
12
DAFTAR PUSTAKA
Barus ,PK. Imam, poernama. 1995. Fisika 2. Jakarta : Balai Pustaka
Kane, J.W., Sternheim, M.M. (1988) Physics (3rd ed.). New York: John Wiley
& Sons.
Salwiyono ,dkk. 2007. Fisika SMA/MA. Sagufindo Kinarya
Sears, F.W. (1949) Optics (3rd ed.). Reading-Massachusetts : Addison-Wesley
Supramono, Edi, dkk. Fisika Dasar 2.2005. Malang : UM Press
Young, H.D., Freedman, R.A. (1996) University Physics (ninth ed).
Massachusetts : Addison-Wesley.
http://www.e-dukasi.net/mapok/mp_full.php?id=185&fname=materi04c.html
Foster, Bob. 2004. Terpadu Fisika SMA untuk Kelas X Semester 2.Jakarta:
Erlangga
www.en.wikipedia.org
www.125.163.204.22/e_books/modul_online/fisika/MO_90/kb3_5.htm
www.power-point.Tp.ac.id.
13