Pembiasan Cahaya Pada Beling Plan Paralel, Pola Soal Dan Pembahasan
Pembiasan merupakan insiden pembelokan arah sinar atau cahaya yang melalui dua atau lebih medium yang berbeda kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya hanya sanggup terjadi apabila medium-medium yang dilewatinya merupakan benda bening. Air, gelas kaca, lensa dan plastik transparan merupakan bebeberapa rujukan benda bening. Dapatkah kalian menyebutkan contoh-contoh benda bening yang lainnya?
Berbicara mengenai benda bening, pada kesempatan kali ini kita akan berguru mengenai pembiasan cahaya pada beling plan paralel. Tahukah kalian apa itu beling planparalel? Jika di laboratorium sekolah kalian memiliki beling planparalel, gunakanlah untuk melaksanakan percobaan sederhana. Amati pecahan bening pada balok beling tersebut. Kaca tersebut memiliki dua pecahan bening yang sejajar. Itulah sebabnya balok beling tersebut dinamakan kaca plan paralel (paralel: sejajar)
Kaca plan paralel ialah sekeping beling yang kedua sisi panjangnya dibentuk sejajar. Kaca plan paralel sanggup dipakai untuk mengamati jalannya sinar yang mengalami pembiasan dan untuk memilih indeks bias beling tersebut. Jika sebuah berkas sinar tiba menuju permukaan beling plan paralel, maka sinar tersebut akan mengalami pembiasan sebanyak dua kali.
Pembiasan pertama terjadi saat cahaya masuk ke kaca. Dan pembiasan kedua terjadi saat cahaya keluar dari beling ke udara. Ketika cahaya dari udara masuk ke kaca, cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal. Setelah itu, cahaya akan keluar dari beling dan dibiaskan oleh udara menjauhi garis normal. Perjalannya cahaya yang mengalami pembiasan dua kali ini sanggup kalian lihat pada gambar berikut.
Keterangan gambar:
n1 = indeks bias udara
n2 = indeks bias beling plan paralel
Jika seberkas cahaya tiba pada salah satu sisi beling plan paralel maka sinar ini di dalam beling akan dibiaskan dan kesannya keluar dari sisi lain, yang arahnya selalu sejajar dengan sinar datang. Dari gambar di atas, berkas sinar tiba AB dibiaskan oleh beling menjadi sinar BC mendekati garis normal dan sesudah ke luar dari beling dibiaskan lagi menjadi sinar CD menjauhi garis normal. Lalu bagaimana menandakan bahwa sinar BC dan CD tersebut sejajar? Perhatikan klarifikasi berikut.
Bukti:
■ Sinar tiba dari udara menuju beling planparalel berlaku Hukum Snellius sebagai berikut.
n1 sin i1 = n2 sin r1
n2 | = | sin i1 | …………… Pers. (1) |
n1 | sin r1 |
■ Sinar tiba dari beling planparalel menuju udara berlaku Hukum Snellius sebagai berikut.
n2 sin i2 = n1 sin r2
n1 | = | sin r2 | …………… Pers. (2) |
n2 | sin i2 |
Dengan demikian, persamaan (1) = persamaan (2) sehingga:
sin i1 | = | sin r2 |
sin r1 | sin i2 |
Karena r1 = i2, maka:
sin i1 | = | sin r2 |
sin r1 | sin r1 |
sin i1 | = | sin r2 |
Jadi, i1 = r2, oleh lantaran itu CD // AB (terbukti).
Akan tetapi, dari lukisan di atas ternyata sinar keluar CD telah mengalami pergeseran sejauh t terhadap sinar tiba AB. Misalkan ketebalan beling plan paralel ialah d cm, maka besar pergeseran sinar sanggup dihitung dengan cara berikut.
Dari gambar lukisan di atas, perhatikan ∆CBE yang siku-siku di E.
β = (i1 – r1)
sin β | = | CE |
BC |
sin (i1 – r1) | = | CE |
BC |
CE = t = BC sin (i1 – r1) …………… Pers. (3)
Kemudian lihat ∆CBF yang siku-siku di F
cos r1 | = | BF |
BC |
BC | = | BF |
cos r1 |
BF = d sehingga:
BC | = | d | …………… Pers. (4) |
cos r1 |
Apabila persamaan (4) kita subtitusikan ke persamaan (3) maka kita peroleh persamaan berikut.
t | = | d | sin (i1 – r1) |
cos r1 |
Keterangan:
t = pergeseran sinar
d = ketebalan beling plan paralel
i1 = sudut tiba sinar dari udara ke kaca
r1 = sudut bias sinar dari udara ke kaca
Agar kalian lebih paham mengenai konsep dan rumus pergeseran sinar dalam insiden pembiasan cahaya pada beling planparalel, perhatikan rujukan soal dan pembahasannya berikut ini.
Contoh Soal 1:
Seberkas sinar laser jatuh pada permukaan beling plan paralel sanggup membentuk sudut tiba sebesar 45°. Jika tebal beling plan paralel 15 cm dan sudut bias yang dihasilkan ialah 20°. Tentukan besar pergeseran yang dialami oleh sinar laser tersebut.
Penyelesaian:
Diketahui:
i1 = 45°
d = 15 cm
r1 = 20°
Ditanyakan: t
Jawab:
t | = | d sin (i1 – r1) |
cos r1 |
t | = | (15) sin (45° – 20°) |
cos 20° |
t | = | (15) sin (25°) |
cos 20° |
t | = | (15)(0,42) |
0,94 |
t | = | 6,3 | = | 6,7 |
0,94 |
Jadi, saat melewati beling plan paralel, sinar laser mengalami pergeseran sejauh 6,7 cm dari arah semula.
Contoh Soal 2:
Sebuah sinar diarahkan ke salah satu sisi beling plan paralel yang memiliki ketebalan 4 cm. Jika sudut tiba sinar tersebut 30° dan indeks bias beling 2, tentukanlah pergeseran sinar pada kaca.
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 4 cm
nkaca = 2
i1 = 30°
Ditanyakan: t
Jawab:
Untuk mencari t, terlebih dahulu kita mencari sudut bias (r1). Sesuai dengan Hukum Pembiasan, kita mendapatkan:
nudara sin i1 = nkaca sin r1
(1) sin i1 = nkaca sin r1
sin i1 = nkaca sin r1
sin r1 | = | sin i1 |
nkaca |
sin r1 | = | sin 30° |
2 |
sin r1 | = | 1/2 |
2 |
sin r1 | = | 1 |
4 |
r1 = sin-1(1/4)
r1 = 14,48°
Kemudian besar pergeseran sinar sanggup kita cari dengan persamaan berikut.
t | = | d sin (i1 – r1) |
cos r1 |
t | = | (4) sin (30° – 14,48°) |
cos 14,48° |
t | = | (4) sin (15,52°) |
cos 14,48° |
t | = | (4)(0,268) |
0,968 |
t | = | 1,072 | = | 1,11 |
0,968 |
Jadi, pergeseran sinar tersebut ialah 1,11 cm.