BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembiasan Cahaya pada Prisma

2.1.1 Definisi Pembiasan

Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan

dua medium yang berbeda, seperti misalnya sebuah permukaan udara kaca, energi cahaya

tersebut dipantulan dan memasuki medium kedua, perubahan arah dari sinar yang ditransmisikan

tersebut disebut pembiasan.

Indeks bias yaitu perbandingan laju cahaya di ruang hampa terhadap laju cahaya di dalam

medium, selalu lebih besar dari 1. Sebagai contoh, laju cahaya di dalam kaca kira-kira dua per

tiga dari laju cahaya di ruang bebas. Jadi indeks kaca kira-kira . Karena frekuensi

cahaya di medium kedua sama dengan frekuensi cahaya datang atom-atom menyerap dan

meradiasi ulang cahaya tersebut pada frekuensi yang sama tetapi laju gelombang berbeda maka

panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan berbeda dari panjang gelombang cahaya datang.

Jika adalah panjang gelombang di ruang hampa, panjang gelombang di dalam medium

dengan indeks bias n adalalah

…………...…………(2.1)

Gambar 2.1 Berkas-berkas datang, dipantulkan dan dibiaskan dari cahaya yang mengenai suatu

batas permukaan dua medium. Sudut bias lebih kecil dari sudut datang.

Gambar 2.1 menunjukkan cahaya mengenai sebuah permukaan udara kaca yang rata. Sinar

yang memasuki kaca (medium 2) disebut sinar yang dibiaskan dan sudut antara sinar bias dan

garis normal disebut sudut bias. Sudut bias lebih kecil dari sudut datang seperti ditunjukkan pada

gambar. Jadi, sinar yang dibiaskan dibelokkan menuju garis normal. Jika disisi lain, berkas

cahaya yang muncul dalam kaca dan dipantulkan ke udara, sudut pantul lebih besar dari sudut

datang, dan sinar yang dibantulkan dibelokkan menjauhi garis normal. (Tipler. 2001: 446-447)

2.1.2 Hukum Pembiasan

Hukum- hukum pemantulan dan pembiasan dikenal baik pada masa Newton. Bayangkan

cahaya yang memasuki medium dimana ia dibelokkan mendekati garis normal, seperti ketika

cahaya tersebut merambat dari udara ke air. Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.2, efek ini

dat dikonstruksikan dengan menggunakan prinsip Huygens jika dianggap laju cahaya lebih

lambat pada medium kedua (v2 < v1), Sehingga dalam waktu t, titik B pada muka gelombang AB

menempuh jarak v1t untuk mencapai titik D. Titik A, dipihak lain menempuh jarak v2t untuk

mencapai titik C. Prinsip Huygens berlaku pada titik A dan B untuk mendapatkan gelombang-

gelombang melengkung yang diperlihatkan pada C dan D. Muka gelombang merupakan tangent

(garis singgung) terhadap kdua gelombang ini, sehingga muka gelombang yang baru adalah garis

CD. Dengan demikian, berkas-berkas cahaya yang tegak lurus terhadap muka gelombang

berbelok menuju normal jika v2 < v1’ sebagaimana digambarkan.

Gambar 2.2 Pembiasan dengan prinsip Huygens

Untuk menjelaskan bahwa hukum pembiasan Snell diperoleh langsung dari prinsip

Huygens, jika diketahui laju cahaya v pada medium manapun berhubungan dengan laju pada

hampa udara, c, dan indeks bias n dari persamaan . Dari konstruksi Huygens pada gambar

2.2, sudut ADC sama dengan θ2 dan sudut BAD sama dengan θ1. Kemudian untuk kedua segitiga

yang memiliki sama sisi AD, didapatkan

……...………………(2.2)

Kesua persamaan ini dibandingkan dan didapat

…….……………….(2.3)

Kemudian karena v1 = c/n1 dan v2 = c/n2, maka

…….……………….(2.4)

yang merupakan hukum Snell mengenai pembiasan (Giancoli. 2001: 290-291).

2.1.3 Pembiasan pada Prisma

Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar

datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan

dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang pembias II, berkas sinar tersebut akan

dibiaskan menjauhi garis normal. 

Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat

optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca.  Sebaliknya pada bidang

pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat

optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah

prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula. Marilah kita mempelajari fenomena

yang terjadi jika seberkas cahaya melewati sebuah prisma seperti halnya terjadinya sudut deviasi

dan dispersi cahaya.  

 

Gambar 2.3 Skema pembiasan pada prisma kaca

Gambar 2.3 menggambarkan seberkas cahaya yang melewati sebuah prisma. Gambar

tersebut memperlihatkan bahwa berkas sinar tersebut dalam prisma mengalami dua

kalipembiasan sehingga antara berkas sinar masuk ke prisma dan berkas sinar keluar dari prisma

tidak lagi sejajar.  Sudut yang dibentuk antara arah sinar datangdengan arah sinar yang

meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D. Besarnya sudut deviasi tergantung

pada sudut datangnya sinar.

……….……………(2.5)

Keterangan :

D: sudut deviasi

: sudut datang pada prisma

: sudut bias sinar meninggalkan prisma

: sudut pembias prisma Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya

ke prisma. 

 

Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil.

Sudut deviasi akan mencapai minimum (Dm) jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan

sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma

akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki.

(http://masteropik.blogspot.com/2010/05/pembiasan-cahaya-pada-prisma.html)

2.2 Dispersi dan Spektrum Cahaya pada Prisma

Dispersi yaitu peristiwa terurainya cahaya putih menjadi cahaya yang berwarna-warni,

seperti terjadinya pelangi. Pelangi merupakan peristiwa terurainya cahaya matahari oleh butiran-

butiran air hujan. Peristiwa peruraian cahaya ini disebabkan oleh perbedaan indeks bias dari

masing-masing cahaya, di mana indeks bias cahaya merah paling kecil, sedangkan cahaya ungu

memiliki indeks bias paling besar.   Cahaya putih yang dapat terurai menjadi cahaya yang

berwarna-warni disebut cahaya polikromatik sedangkan cahaya tunggal yang tidak bisa diuraikan

lagi disebut cahaya monokromatik. Peristiwa dispersi juga terjadi apabila seberkas cahaya putih,

misalnya cahaya matahari dilewatkan pada suatu prisma.

Prisma memisahkan cahaya putih ke dalam warna pelangi. Ini terjadi karena indeks

refraksi material tergantung pada panjang gelombang. Cahaya putih adalah campuran dari

semua panjang gelombang yang tampak, dan ketika terjadi pada prisma. Gambar 2.2

menunjukkan perubahan panjang gelombang membelok untuk menurunkan variasi. Karena

indeks refraksi lebih besar dari panjang gelombang yang lebih pendek. Cahaya ungu membelok

lebih besar dan didindikasikan cahaya merah paling sedikit.

Gambar 2.4 Cahaya Putih Didispersikan oleh Prisma ke spectrum cahaya tampak

 

Sudut cahaya deviasi dan dispersi melalui prisma dapat ditentukan dengan melacak sinar

sampel melalui elemen dan menggunakan Hukum Snellius di setiap permukaan. Ungkapan yang

tepat untuk deviasi prisma dan dispersi yang kompleks, tapi untuk besar sudut datang Ѳ0 dan

sudut α dapat didekati untuk memberikan rumus sederhana

Ѳ20 = n0/n1 Ѳ0 (2.6)

Ѳ1=α- Ѳ0’ (2.7)

Ѳ1’=n1/n2 Ѳ1 (2.8)

Ѳ2= Ѳ1’-α (2.9)

Untuk Prisma di udara n0 = n2≈1 ,ð penyimpangan sudut diberikan oleh

ð= Ѳ2+ Ѳ2 ≈ n Ѳ1 – α + Ѳ0 (2.10)

= n α - n Ѳ0’-α+ Ѳ0 ≈ (n-1) α (2.11)

Dispersi ð(λ) adalah tergantung sudut deviasi prisma – panjang gelombang, sehingga untuk

prisma tipis disperse diberikan oleh

ð(λ) ≈ [n (λ)-1]α (2.12)

(http://wikipedia/wiki.org/prismacoptlky)

2.3 Spektrometer

Sebuah spektrometer (spektrofotometer, spektrograf atau spektroskop) adalah alat yang

digunakan untuk mengukur sifat cahaya atas bagian tertentu dari spektrum elektromagnetik,

biasanya digunakan dalam analisis spektroskopi untuk mengidentifikasi bahan. Variabel yang

diukur adalah yang paling sering intensitas cahaya. Variabel bebas biasanya panjang gelombang

cahaya atau unit berbanding lurus dengan energi foton, seperti volt, bilangan gelombang atau

elektron, yang memiliki hubungan timbal balik ke panjang gelombang. Salah satu contoh

spektrometer adalah spektroskopi yang digunakan untuk memproduksi garis spektral dan

mengukur panjang gelombang dan intensitas. Spektrometer adalah istilah yang diterapkan untuk

instrumen yang beroperasi pada rentang panjang gelombang yang sangat luas, dari sinar gamma

dan sinar-X ke jauh inframerah. Jika alat ini dirancang untuk mengukur spektrum dalam satuan

absolut dan bukan unit relatif, maka biasanya disebut spektrofotometer. Mayoritas

spektrofotometer digunakan di daerah spektral dekat spectrum terlihat.

Secara umum, setiap instrumen tertentu akan beroperasi di atas sebagian kecil dari rentang

total karena teknik berbeda yang digunakan untuk mengukur bagian-bagian yang berbeda dari

spektrum. Sudut α pada spectrometer dapat mengukur dengan sangat akurat. Jadi panjang

gelombang pada suatu garis dapat ditentukan dengan sangat akurat dengan persamaan

Dalam astronomi dan beberapa cabang ilmu fisika dan kimia, spektrometer adalah alat

optik untuk menghasilkan garis spektrum cahaya dan mengukur panjang gelombang serta

intensitasnya.Kegunaan terpenting dari spectrometer adaLah untuk mengidentifikasi atom atau

molekul. Ketika gas dipanaskan atau diberi arus elektrik yang besar yang melewati gas tersebut.

Gas memancarkan karakteristik spectrum garis. Hal tersebut, tentu saja merupakan bagian

panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan dan merupakan perubahan dari berubahnya

elemen komponen – komponen (Giancolli, 2001, hal:738).

2.4 Lampu gas

Lampu lucutan gas adalah nama untuk sekelompok sumber cahaya artifisial, yang

menghasilkan cahaya dengan mengirimkan lucutan elektris melalui gas yang terionisasi. Sifat

lucutan gas sangat tergantung pada frekuensi atau modulasi arus listriknya. Biasanya, lampu-

lampu ini menggunakan gas mulia (argon, neon, kripton, dan xenon) atau campuran dari gas-gas

tersebut. Sebagian besar lampu-lampu ini juga mengandung bahan-bahan tambahan, seperti

merkuri, natrium, dan/atau halida logam. Dalam operasinya, gas mengalami ionisasi, dan

selanjutnya elektron-elektron bebas yang dipercepat oleh medan listrik di dalam tabung

bertabrakan dengan atom-atom dari gas dan logam.

Beberapa elektron yang mengelilingi atom-atom gas dan logam mengalami eksitasi akibat

tabrakan ini, menyebabkan mereka pindah ke lokasi energi yang lebih tinggi. Ketika elektron

jatuh kembali ke lokasinya semula, ia mengeluarkan foton, yang menimbulkan cahaya yang

dapat dilihat atau radiasi ultraviolet. Radiasi ultraviolet diubah menjadi cahaya yang dapat dilihat

melalui lapisan fluoresens, yang terdapat pada bagian dalam permukaan kaca lampu untuk

beberapa jenis lampu. Lampu pendar mungkin adalah contoh lampu gas lucutan yang paling

terkenal.

Gambar 2.5 Lampu Gas

Lampu lucutan gas adalah lampu yang tahan lama dan memberikan efisiensi cahaya

yang tinggi, namun lebih rumit untuk memproduksinya dan membutuhkan perangkat elektronik

tertentu untuk menciptakan arus listrik yang sesuai untuk melalui gas yang disiapkan

(http://id.wikipedia.org/wiki/Lampu_lucutan_gas)

Anonim.2010. http://id.wikipedia.org/wiki/prismacoptlky. Diakses Rabu, 8 Desember 2010.

Anonim. 2010. Lampu Lucutan Gas. http://id.wikipedia.org/wiki/Lampu_lucutan_gas. Diakses

Rabu, 8 Desember 2010

Dosen – Dosen Fisika FMIPA ITS, 2005. Fisika II. Yanasika: Surabaya

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 2 Edisi Kelima. Erlangga: Jakarta

Taufiqullah. 2010. Pembiasan Cahaya Pada Prisma. http//www.masteropik.blogspot.com

/2010/05/ embiasan-cahaya-pada-prisma.html. Diakses Rabu, 8 Desember 2010

Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2 Edisi Ketiga. Erlangga: Jakarta