Pembiasan Cahaya

18
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

description

ss

Transcript of Pembiasan Cahaya

Page 1: 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

Page 2: Pembiasan Cahaya

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

Page 3: Pembiasan Cahaya

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

Page 4: Pembiasan Cahaya

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

Page 5: Pembiasan Cahaya

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

Page 6: Pembiasan Cahaya

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

Page 7: Pembiasan Cahaya

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

Page 8: Pembiasan Cahaya

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

Page 9: Pembiasan Cahaya

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

Page 10: Pembiasan Cahaya

~) 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

Page 11: Pembiasan Cahaya

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

Page 12: Pembiasan Cahaya

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

Page 13: Pembiasan Cahaya

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