Pembiasan Cahaya Oleh Air, Pola Soal Dan Pembahasan
Pembiasan merupakan insiden pembelokan arah rambat cahaya alasannya yaitu melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya di mana medium tersebut haruslah benda bening. Air jernih termasuk benda bening, sehingga pada air juga sanggup terjadi insiden pembiasan. Contoh nyatanya yaitu pembiasan cahaya yang terjadi di dasar bak yang airnya jernih ibarat yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Ketika kita melihat dasar kolam, cahaya dari dasar bak menuju mata kita. Akan tetapi, berkas cahaya tersebut tidak eksklusif menuju mata kita. Ketika melewati permukaan air, cahaya akan dibelokkan menjauhi garis normal (ingat, nair > nudara atau kerapatan air lebih besar dari kerapatan udara). Akibatnya, cahaya dari dalam air dibiaskan menjauhi garis normal.
Jadi, cahaya yang ditangkap mata yaitu cahaya atau sinar bias. Perpanjangan sinar bias ini akan membentuk bayangan dasar kolam, yang lebih dangkal dari kedalaman sebenarnya. Jalannya sinar dari dalam air ke mata pengamat sanggup kalian lihat pada gambar berikut ini.
Sekarang yang menjadi pertanyaannya adalah, Berapakah kedalaman bak yang tampak oleh mata kita sebagai pengamat? Berdasarkan diagram jalannya sinar pada gambar di atas, kita sanggup menurunkan rumus atau persamaan berikut.
tan θi | = | x/h |
tan θr | x/h’ |
sin θi/ cos θi | = | h’ |
sin θr/ cos θr | h |
sin θi | × | cos θr | = | h’ |
sin θr | cos θi | h |
n2 | × | cos θr | = | h’ |
n1 | cos θi | h |
h' | = | n2 | × | cos θr |
h | n1 | cos θi |
Karena medium 1 yaitu air dan medium 2 yaitu udara, maka persamaan di atas sanggup ditulis dalam bentuk berikut.
h' | = | nu | × | cos θr | …………… Pers. (1) |
h | na | cos θi |
Keterangan:
h = kedalaman sesungguhnya
h’ = kedalaman yang tampak
nu = n2 = indeks bias medium daerah pengamat berada
na = n1 = indeks bias daerah benda berada
Persamaan (1) di atas berlaku secara umum dikala pengamat melihat bak dari sudut tertentu. Jika pengamat melihat bak tegak lurus permukaan kolam (berarti θi = θr = 0), maka persamaan (1) menjadi ibarat berikut.
h' | = | nu |
h | na |
h' | = | nu | × | h | …………… Pers. (2) |
na |
Kalian telah mengetahui bahwa na > nu, sehingga h’ < h. ini berarti bak tampak dangkal dari kedalaman sesungguhnya. Agar kalian lebih paham mengenai konsep pembiasan cahaya oleh air, perhatikan teladan soal dan pembahasannya berikut ini.
Contoh Soal 1:
Lisa bangkit di tepi bak sambil memandang seekor ikan di dalam bak sempurna di bawahnya. Menurut Lisa, ikan itu berada pada kedalaman 50 cm. Jika indeks bias air 1,33, indeks bias udara 1 dan tinggi Lisa 160 cm, maka tentukanlah kedalaman ikan bekerjsama dan tinggi Lisa berdasarkan ikan!
Penyelesaian:
Diketahui:
h' = 50 cm
na = 1,3
nu = 1
hL = 160
Ditanyakan: h dan h’L
Jawab:
■ Ketika Lisa melihat ikan, sinar tiba dari air, sehingga persamaan yang dipakai adalah:
h' | = | nu |
h | na |
h | = | na | × | h' |
nu |
h | = | 1,33 | × | 50 |
1 |
h | = | 66,5 cm |
Jadi, bekerjsama ikan tersebut berada pada kedalaman 66,5 cm.
■ Ketika ikan melihat Lisa, sinar tiba dari udara, sehingga persamaan yang dipakai adalah:
hL' | = | na |
hL | nu |
hL’ | = | na | × | hL |
nu |
hL’ | = | 1,33 | × | 160 |
1 |
hL’ | = | 212,8 cm |
Jadi, tinggi Lisa berdasarkan ikan yaitu 212,8 cm.
Contoh Soal 2:
Seekor ikan berada di dasar bak yang kedalamannya 4 m (nair = 4/3) ibarat yang nampak pada gambar di atas. Pada kedalaman berapakah letak ikan tersebut terlihat oleh mata pengamat dari permukaan air jika:
■ Ikan dilihat pengamat secara tegak lurus
■ Sudut antara mata dan garis normal sebesar 30°
Penyelesaian:
Diketahui:
h = 4 m
nair = 4/3
nud = 1
Ditanyakan: d’ ketika i = 90° dan i = 30°
Jawab:
■ Perhatikan gambar. Jika pengamat melihat ikan secara tegak lurus, akan memenuhi persamaan berikut.
tan r = sin r dan tan i = sin i.
Sinar tiba dari ikan sehingga:
tan i | = | sin i | = | d' |
tan r | sin r | d |
nud | = | d' |
nair | d |
Maka kedalaman ikan diperoleh, yaitu:
1 | = | d' |
4/3 | 4 |
d’ | = | 4 | = | 3 m |
4/3 |
Jadi, kedalaman semu ikan yang terlihat pengamat secara tegak lurus yaitu 3 m.
■ Kedalaman ikan untuk sudut antara mata pengamat dan garis normal r = 30° adalah
sin i | = | nud |
sin r | nair |
sin i | = | 1 |
sin 30° | 4/3 |
sin i | = | sin 30° |
4/3 |
sin i | = | 1/2 |
4/3 |
sin i = 3/8
sin i = 0,375
i = arc sin 0,375 = 22,02°
sehingga:
tan i | = | d' |
tan r | d |
tan 22,02° | = | d' |
tan 30° | 4 |
0,4 | = | d' |
0,6 | 4 |
d’ | = | 0,4 | × | 4 | = | 2,7 m |
0,6 |
Jadi, kedalaman semu ikan untuk sudut r = 30° menjadi 2,7 m.