pembiasan cahaya pada prisma
-
Upload
frischa-marcheliana-wachid -
Category
Documents
-
view
323 -
download
62
description
Transcript of pembiasan cahaya pada prisma
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