Indeks Bias: Pengertian, Macam, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan
Apabila kita melihat bak yang airnya jenih, dasar bak akan terlihat lebih dangkal dari sebenarnya. Perhatikan orang yang bangkit di dalam kolam! Pasti orang tersebut kelihatan lebih pendek dari sebenarnya. Begitu juga apabila kita melihat ikan di dalam kolam, ikan tersebut terlihat lebih bersahabat ke permukaan. Mengapa sanggup terjadi hal ibarat demikian?
Cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang (baca: teori-teori perihal cahaya). Oleh sebab itu, kejadian yang dialami gelombang juga dialami oleh cahaya. Ketika gelombang melalui dua medium yang berbeda, akan mengalami kejadian pembiasan (refraksi). Pembiasan ini juga dialami oleh cahaya. Peristiwa yang disebutkan di atas merupakan tanda-tanda pembiasan cahaya.
Pembiasan cahaya yakni kejadian pembelokan arah rambat cahaya dikala memasuki medium yang satu ke medium yang lain. Besarnya pembelokan atau pergeseran arah rambat cahaya yang keluar dari suatu medium bergantung pada kerapatan optik medium tersebut. Kerapatan optik ini merupakan sifat dari medium tembus cahaya (zat optik) dalam melewatkan cahaya.
Jika cahaya masuk dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat (ex. udara ke air), cahaya dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya, kalau cahaya masuk dari zat optik lebih rapat ke zat optik kurang (ex. beling ke udara), cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Garis normal yakni garis yang tegak lurus pada bidang batas medium. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini.
Besar kerapatan optik suatu medium dinyatakan dalam indeks bias. Itu artinya semakin besar indeks bias suatu medium berarti kerapatan optik medium juga semakin besar. Dan semakin besar kerapatan optik, maka akan semakin besar pula arah pembelokan cahaya yang melewati medium tersebut. Lalu tahukan kalian apa itu indeks bias? Beriku ini klarifikasi lengkapnya, silahkan simak baik-baik.
Pengertian Indeks Bias
Setiap medium memiliki suatu indeks bias tertentu, yang merupakan suatu ukuran seberapa besar suatu materi membiaskan cahaya. Indeks bias suatu zat yakni perbandingan kelajuan cahaya di udara dengan kelajuan cahaya di dalam zat tersebut. Kelajuan cahaya di udara selalu lebih besar daripada di dalam zat lain. Oleh sebab itu, indeks bias zat lain selain udara selalu lebih besar dari 1.
Semakin besar indeks bias suatu zat maka semakin besar cahaya dibelokkan oleh zat tersebut. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya. Dalam spektrum cahaya tampak, panjang gelombang cahaya bervariasi dari gelombang merah yang terpanjang hingga gelombang ungu yang terpendek.
Macam-Macam Indeks Bias dan Rumusnya
Ketika cahaya dari sebuah medium merambat melewati medium lain yang berbeda kerapatan optiknya, cepat rambat cahaya akan berubah. Cepat rambat cahaya akan berkurang kalau memasuki medium dengan kerapatan tinggi. Sebaliknya, cepat rambat cahaya akan bertambah kalau memasuki medium dengan kerapatan rendah.
Perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa (c) dengan cepat rambat cahaya di dalam medium disebut indeks bias mutlak. Indeks bias mutlak suatu medium sanggup dicari dengan persamaan berikut.
n | = | c |
v |
Keterangan:
n = indeks bias mutlak medium
c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 × 108 m/s)
v = cepat rambat cahaya di dalam medium.
Berikut ini yakni beberapa pola indeks bias mutlak beberapa medium yang disajikan dalam bentuk tabel.
Tabel Indeks Bias Mutlak Berbagai Medium
Medium | Indeks Bias |
Ruang hampa (vakum) | 1,0000 |
Udara | 1,0003 |
Es | 1,3100 |
Air (20°C) | 1,3300 |
Etil alkohol | 1,3600 |
Kaca kwartz | 1,4590 |
Kuarsa | 1,4600 |
Gliserin | 1,4700 |
Benzena | 1,5010 |
Kaca plexi | 1,5100 |
Kaca kerona | 1,5200 |
Kaca flinta | 1,6200 |
Batu nilam | 1,7600 |
Intan | 2,4200 |
Pembiasan terjadi apabila cahaya melewati batas dua medium. Seberkas cahaya (sinar) yang tiba dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal. Ini berarti, sudut tiba (θi) lebih besar daripada sudut bias (θr). Sudut datang adalah sudut yang dibuat oleh sinar tiba dengan garis normal permukaan. Sementara, sudut bias adalah sudut yang dibuat oleh sinar bias dengan garis normal. Perhatikan gambar berikut.
Hubungan antara sinar datang, sudut datang, dengan sinar bias dan sudut bias ditemukan secara eksperimental oleh Willlebrord Snellius pada tahun 1621. Hubungan yang diberikan dikenal sebagai Hukum Snellius pada pembiasan cahaya, atau sering disebut saja dengan Hukum Pembiasan. Bunyi Hukum Pembiasan Snellius ini yakni sebagai berikut.
■ Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar.
■ Perbandingan sinus sudut tiba dengan sinus sudut bias pada dua medium yang berbeda merupakan bilangan tetap yang disebut indeks bias. Pernyataan ini sanggup dituliskan dalam bentuk persamaan:
n1 sin θi | = | n2 sin θr |
sin θi | = | n2 |
sin θr | n1 |
Keterangan:
n1 = indeks bias medium 1
n2 = indeks bias medium 2
θi = sudut tiba sinar
θr = sudut bias sinar
Pada aturan Snellius di atas, indeks bias mutlak medium 1 ditunjukkan oleh n1 dan indeks bias mutlak medium 2 ditunjukkan dengan n2. Sementara itu, perbandingan indeks bias mutlak dari dua buah medium disebut indeks bias relatif. Jika cahaya tiba dari medium 1 dengan indeks bias n1 menuju medium 2 dengan indeks bias mutlak n2, maka indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 dinyatakan dengan persamaan berikut.
n21 | = | n2 |
n1 |
n21 | = | sin θi |
sin θr |
Dengan mensubtitusikan persamaan n = c/v, kita menerima bentuk persamaan berikut ini.
n21 | = | v1 |
v2 |
Keterangan:
n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1
θi = sudut datang
θr = sudut bias
n1 = indeks bias medium 1
n2 = indeks bias medium 2
v1 = cepat rambat cahaya pada medium 1
v2 = cepat rambat cahaya pada medium 2
Catatan Penting: Cepat rambat cahaya di udara sama dengan cepat rambat di ruang hampa. Artinya, indeks bias udara bernilai 1. Jadi, kalau cahaya dari udara memasuki medium dengan indeks bias n, maka indeks bias relatif medium sama dengan indeks bias mutlak medium tersebut. |
Contoh Soal dan Pembahasan
Agar kalian sanggup mengetahui penerapan konsep dan rumus indeks bias pada kejadian pemantulan cahaya, silahkan pelajari beberapa pola soal dan pembahasannya berikut ini.
Contoh Soal 1
Cahaya merambat dari udara ke air. Bila cepat rambat cahaya di udara yakni 3 × 108 m/s dan indeks bias air 4/3, maka tentukanlah cepat rambat cahaya di air!
Penyelesaian:
Diketahui:
c = 3 × 108 m/s
nair = 4/3
Ditanyakan: vair
Jawab:
nair | = | c |
vair |
Maka cepat rambat cahaya di air dirumuskan sebagai berikut.
vair | = | c |
nair |
vair | = | 3 × 108 m/s |
4/3 |
vair | = | 2,25 × 108 m/s |
Jadi, cepat rambat cahaya di dalam air yakni 2,25 × 108 m/s.
Contoh Soal 2
Seseorang menyinari sebuah beling tebal dengan sudut 30° terhadap garis normal. Jika cepat rambat cahaya di dalam beling yakni 2 × 108 m/s, tentukan indeks bias beling dan sudut biasnya.
Penyelesaian:
Diketahui:
θi = 30°
v2 = 2 × 108 m/s
Ditanyakan: n2 (indeks bias kaca) dan θr
Jawab:
■ Untuk mencari indeks bias kaca, gunakan persamaan:
n | = | c | = | 3 × 108 m/s | = | 1,5 |
v | 2 × 108 m/s |
Jadi, indeks bias beling yakni 1,5
■ Untuk mencari sudut bias, gunakan aturan Snellius.
sin θi | = | n2 |
sin θr | n1 |
sin 30° | = | 1,5 |
sin θr | 1 |
sin θr | = | 0,5 |
1,5 |
sin θr | = | 0,33 |
θr | = | sin−1 (0,33) |
θr | = | 19,27° |
Jadi, besar sudut biasnya yakni 19,27°.