Pembiasan Cahaya: Pengertian, Syarat, Gambar Dan Pola Insiden Dalam Kehidupan Sehari-Hari
Ketika kalian memasukkan sebagian pensil atau sedotan ke dalam gelas yang berisi air jernih, pensil atau sedotan tersebut seakan-akan membengkok pada titik batas udara dan air. Mengapa hal ini sanggup terjadi? Tentunya kalian sudah mempelajari bahan perihal sifat-sifat cahaya bukan? Ketika cahaya mengenai benda yang tidak tembus cahaya (bukan benda bening) maka cahaya tersebut akan dipancarkan kembali ke arah tertentu baik secara teratur maupun tidak teratur. Peristiwa ini kemudian dikenal sebagai pemantulan cahaya.
Apabila cahaya mengenai benda yang tembus cahaya (benda bening) menyerupai air atau kaca, maka arah rambat cahaya akan dibelokkan ke arah tertentu. Peristiwa ini kemudian dikenal sebagai pembiasan cahaya atau refraksi. Lalu tahukah kalian apa itu pembiasan cahaya? Dan apa saja pola fenomena pembiasan cahaya yang sanggup kita temukan dalam kehidupan sehari-hari? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, silahkan kalian simak klarifikasi berikut ini.
Pengertian Pembiasan Cahaya
Sebagai gelombang elektromagnetik, cahaya akan dipantulkan atau dibiaskan ketika melewati bidang batas antara dua medium. Ketika cahaya dari udara melewati bidang batas antara air dan udara, maka sebagian kecil dari cahaya akan dipantulkan dan sisanya akan diteruskan. Karena terdapat perbedaan kerapatan optik antara udara dan air, maka arah berkas cahaya yang tiba dari udara tidak akan sama dengan arah berkas cahaya di dalam air.
Karena hal tersebut, maka cahaya akan dibelokkan. Peristiwa ini disebut dengan pembiasan cahaya. Dengan demikian, sanggup disimpulkan bahwa:
Pembiasan atau difraksi cahaya yaitu adalah insiden pembelokan arah cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya terjadi akhir kecapatan cahaya berbeda pada setiap medium. |
Ada dua syarat terjadinya proses pembiasan cahaya, yaitu:
■ Cahaya merambat melalui dua medium yang mempunyai perbedaan kerapatan optik, contohnya udara dengan air, udara dengan kaca, air dengan kaca, dan sebagainya.
■ Cahaya yang tiba harus miring pada batas dua medium, lantaran kalau tegak lurus maka tidak akan mengalami proses pembiasan.
■ Cahaya yang tiba dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat (ex. beling ke udara) harus menghasilkan sudut bias lebih kecil dari 90°. Hal ini lantaran kalau sinar bias sama dengan 90° maka cahaya tidak akan memasuki medium kedua. Sedangkan kalau sudut bias lebih besar dari 90° maka akan terjadi insiden pemantulan sempurna.
Yang dimaksud dengan kerapatan optik di sini yaitu sifat dari medium tembus cahaya (zat optik dalam melewatkan cahaya). Kerapatan optik yang berbeda pada dua medium akan menjadikan cepat rambat cahaya pada kedua medium tersebut berbeda. Perbadingan antara cepat rambat cahaya pada medium 1 dan medium 2 disebut indeks bias.
Jika medium 1 yaitu ruang hampa, maka perbandingan antara cepat rambat cahaya di ruang hampa dan di sebuah medium disebut indeks bias mutlak medium tersebut. Secara matematis, rumus indeks bias mutlak dituliskan sebagai berikut.
n | = | c |
v |
Dengan:
n = indeks bias mutlak medium
c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 × 108 m/s)
v = cepat rambat cahaya pada medium.
Baca: Pengertian, Macam-Macam dan Rumus Indeks Bias serta Contoh Soal dan Pembahasan
Berikut ini yaitu beberapa pola indeks bias mutlak beberapa medium yang disajikan dalam bentuk tabel.
Tabel Indeks Bias Mutlak Berbagai Medium
Medium | Indeks Bias |
Ruang hampa | 1,0000 |
Udara | 1,0003 |
Air | 1,3300 |
Gliserin | 1,4700 |
Kaca kerona | 1,5200 |
Kristal kuarsa | 1,5400 |
Kaca flinta | 1,6200 |
Batu nilam | 1,7600 |
Intan | 2,4200 |
Cara Menggambarkan Arah Pembiasan Cahaya
Peristiwa pembiasan cahaya sanggup digambarkan dalam bentuk diagram. Misalnya, kita akan melukiskan proses pembiasan cahaya dari medium udara ke medium air. Sebelum menciptakan diagramnya, kita tentukan dahulu perbandingan indeks bias mutlak antara medium udara dengan medium air, yaitu sebagai berikut.
Indeks bias udara = 1
Indeks bias air = 1,33 = 133/100 = 11/3 = 4/3
Dengan demikian, perbandingan indeks bias udara dan air adalah:
n udara : n air
1 : 4/3
3 : 4
Langkah-langkah melukiskan diagram arah pembiasan cahaya yaitu sebagai berikut.
Langkah pertama, Gambar garis yang mewakili bidang batas, contohnya garis XY. Kemudian gambar garis yang mewakili garis normal yang tegak lurus dengan garis bidang batas, contohnya garis AB. Kemudian titik potong kedua garis tersebut kita beri nama titik O menyerupai yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Langkah kedua, gambarkan dua buah bulat dengan titik sentra O dengan perbandingan jari-jari 3 : 4 sesuai dengan perbandingan indeks bias medium menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Langkah ketiga, Gambarkan sinar tiba P dengan sudut tiba i, contohnya 30°. Kemudian teruskan sinar PO sampai memotong bulat kecil di titik Q. Lalu tarik garis putus-putus dari titik Q sejajar dengan garis normal AB sampai memotong bulat besar di titik R menyerupai yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Langkah keempat, langkah terakhir yaitu hubungkan titik O dan titik R dengan sebuah garis lurus. Garis lurus OR inilah yang mengatakan sinar bias, di mana sudut yang dibuat antara garis OR dengan garis normal AB merupakan sudut bias (r) menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Dari gambar terakhir ini nampak bahwa sinar yang tiba dari medium kurang rapat (udara) menuju medium lebih rapat (air) dibelokkan mendekati garis normal. Lalu bagaimana kalau sinar cahaya tiba dari medium yang lebih rapat menuju ke medium kurang rapat? Sinar yang tiba dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, contohnya dari beling menuju air, akan dibiaskan menjauhi garis normal.
Jika sinar tiba yang mengenai suatu medium kurang rapat menghasilkan sinar bias dengan sudut 90°, berarti sinar bias bergerak sepanjang bidang batas dan tidak memasuki medium kedua. Sudut ini disebut sudut kritis. Perhatikan gambar berikut.
Prinsip jalannya sinar dari satu medium ke medium lain pada pembiasan sama dengan pemantulan. Jadi, Hukum pembiasan cahaya sanggup dituliskan sebagai berikut.
■ Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar dan ketiganya berpotongan di satu titik.
■ Sinar tiba dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal.
■ Sinar tiba dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal.
■ Sinar tiba tegak lurus batas dua medium, tidak dibiaskan melainkan diteruskan.
Contoh Fenomena Pembiasan Cahaya dalam Kehidupan Sehari-hari
1. Sedotan yang tercelup air sebagian tampak membengkok
Sedotan atau pensil yang sebagian batangnya tercelup di dalam air akan tampak bengkok kalau dilihat dari luar. Hal ini disebabkan cahaya tiba dari udara (kurang rapat) menuju air (lebih rapat) akan dibiaskan menjauhi garis normal. proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam gelas.
Sehingga kalau dilihat dari luar gelas, batang sedotan tampak bengkok lantaran tidak berada di titik bergotong-royong (garis normal). Selain sedotan batang pensil, pulpen, spidol yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air juga akan terlihat bengkok kalau dilihat dari luar gelas.
2. Dasar bak tampak dangkal
Dasar bak akan terlihat dangkal kalau dilihat dari darat. Hal ini disebabkan cahaya tiba dari udara (kurang rapat) menuju air (lebih rapat) akan dibiaskan menjauhi garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam kolam.Sehingga yang terlihat sebagai dasar bak merupakan bayangan dasar bak bukan sasar bak yang sesungguhnya.
3. Berlian dan intan tampak berkilauan
Cahaya yang masuk ke dalam intan maupun berlian mengalami beberapa kali proses pembiasan oleh permukaan intan maupun permukaan berlian tersebut. Hal ini disebabkan indeks bias intan yang besar yaitu 2.417 dan sudut kritis intan kecil hanya 24°.
4. Bintang terlihat lebih erat dari posisi sebenarnya
Pada malam hari yang cerah kita sanggup melihat ribuan bintang yang menghiasi langit. Bintang yang terlihat tampak lebih erat dari bumi dari posisi sebenarnya. Hal ini disebabkan cahaya tiba dari ruang hampa udara di ruang angkasa (kurang rapat) menuju atmosfer bumi (lebih rapat) akan dibiaskan mendekati garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di atmosfer bumi.Sehingga bintang di langit akan terlihat lebih erat dari posisi bergotong-royong kalau dilihat dari bumi.
5. Terjadinya pelangi
Jika hujan turun disertai panas biasanya akan terlihat pelangi. Terjadinya pelangi disebabkan dispersi cahaya matahari yang bersifat polikromatik menjadi cahaya monokromatik dibiaskan oleh tetesan air. Proses pembiasan ini berlangsung di dalam atmosfer. Cahaya matahari yang dibiaskan oleh tetesan air menjadikan warna-warna cahaya matahari menjadi terpisah.
Masing – masing warna dibiaskan dengan sudut bias yang berbeda sehingga masing – masing warna akan terpisah. Cahaya merah pertama dibiaskan lantaran frekuensi cahaya merah paling rendah dan memilki panjang gelombang paling besar di antara ketujuh warna pelangi. Sedangkan cahaya ungu menjadi yang terakhir dibiaskan lantaran frekuensi cahaya ungu paling tinggi dan gelombang cahaya ungu paling pendek.
Pelangi biasanya terlihat pada pagi dan sore hari lantaran sudut antara bumi dan matahari masih rendah. Pelangi hanya akan terlihat kalau posisi pengamat berada di belakang hujan dan matahari berada di belakang pengamat.