LANDASAN TEORI PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL

III. LANDASAN TEORI

Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium bening yang berbeda indeks biasnya. Pada Hukum I Snellius berbunyi, “sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar. Sedangkan Hukum II Snellius berbunyi, “jika sinar datang dari medium renggang ke medium rapat (misalnya dari udara ke air atau dari udara ke kaca), maka sinar dibelokkan mendekati garis normal. Jika sebaliknya, sinar datang dari medium rapat ke medium renggang (misalnya dari air ke udara) maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal”. Contoh penerapan Hukum Snellius, misalkan pada cahaya yang merambat dari medium 1 dengan kecepatan v1 dan sudut datang i menuju ke medium 2. Saat di medium 2 kecepatan cahaya berubah menjadi v2 dan cahaya dibiaskan dengan sudut bias r seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

Pada contoh di atas, terlihat bahwa sinar datang (i) > sinar bias (r) atau dengan kata lain sinar bias mendekati garis normal, terjadi ketika sinar menembus batas bidang dari medium renggang ke medium rapat. Bila sinar berasal dari sebaliknya, yakni dari medium rapat ke medium rengang, maka sinar menjauhi garis normal (i < r) dan terjadi pemendekan semu. Bila sudut datang terus diperbesar, maka tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan, sebab seluruhnya akan dipantulkan. Sudut datang pada saat sudut biasnya mencapai 90°, dimana sudut ini ini disebut sudut kritis (saat sin r = sin 90 = 1).

Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar
Persamaan pergeseran sinar pada balok kaca :
Keterangan :
d : tebal balok kaca, (cm)
i : sudut datang, (°)
r : sudut bias, (°)
t : pergeseran cahaya, (cm)

Berikut merupakan gambar dari Pembiasan Kaca Plan Paralel :

a. kaca plan paralel

Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar

cahaya yang mengenai kaca planparalel akan mengalami dua pembiasan, yaitu pembiasan ketika memasuki kaca planparalel dan pembiasan ketika keluar dari kaca plan paralel.

Pada saat sinar memasuki kaca :

Sinar datang  ( i ) dari udara (medium renggang) ke kaca (medium rapat)  maka akan dibiaskan ( r ) mendekati garis normal ( N ).

Pada saat sinar keluar dari kaca

Sinar datang  ( i' ) dari udara (medium renggang) ke kaca (medium rapat)  maka akan dibiaskan ( r' ) menjauhi  garis normal ( N )

Selain itu, sinar yang keluar dari kaca palnparalel mengalami pergeseran sejauh t dari arah semula, dan besarnya pergeseran arah sinar tersebut memenuhi persamaan berikut :

Keterangan :

d = tebal balok kaca, (cm)

i = sudut datang, (°)

r = sudut bias, (°)

t = pergeseran cahaya, (cm)

PENDAHULUAN

1.1   Latar Belakang

Dengan  adanya  praktikum  fisika dasar  II tentang Pembiasan Pada Kaca Plan Paralel maka kami sebagai mahasiswa fisika diharapkan mengetahui sifat pembiasan pada kaca plan paralel. Pembiasan itu sendiri merupakan  peristiwa pembelokan cahaya atau sinar yang ditransmisikan dengan kemiringan tertentu melalui batas antara dua medium dengan indeks bias yang tidak sama. Pembiasan pada kaca plan paralel mengunakan kaca plan paralel yang mana kaca plan paralel itu merupakan keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar.  Pada sinar yang datang dan yang dibiaskan atau ditransmisikan dan garis normalnya, semua terletak dalam bidang yang sama. Berkas sinar masuk dari salah satu sisi balok kaca dengan sudut datang i dan lalu mengalami pembiasan dua kali. Pertama, saat melewati bidang batas antara udara dan balok kaca, berkas sinar dibiaskan dengan sudut bias r. Kedua, saat melewati bidang batas antara balok kaca dan udara, berkas sinar datang ke bidang batas dengan sudut datang i' dan sudut bias r'. Pembiasan pada kaca serta bayangan yang dihasilkan oleh lensa jika disinari oleh suatu sinar. Berkas cahaya yang dihasilkan oleh lensa tersebut, akan di selidiki sifat bias yang dimiliki oleh cahaya tersebut. Oleh sebab itu perlunya dilakukan pratikum ini untuk menyelidiki sifat pembiasan yang dihasilkan oleh kaca plan paralel dan menyelidiki sifat bias yang dimiliki oleh kaca tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Giancolli. 2001. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.

Sutrisno. 1979. Fisika dasar seri listrik magnet dan termofisika listrik. Bandung:         ITB.

Tipler, Paul. 1991. Fisika  Untuk Sains dan Teknik Jilid 2. Jakarta:

Erlangga.

Young, Hugh. 2003. Fisika Universitas Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

1.6. Tinjauan Pustaka

Banyak bukti yang menunjukkan bahwa cahaya berjalan menempuh garis lurus pada berbagai keadaan. Kenyataannya, kita menentukan posisi benda di lingkungan kita dengan menganggap bahwa cahaya bergerak dari benda tersebut ke mata kita dengan lintasan garis lurus.

Anggapan yang masuk akal ini mengarah ke model berkas dari cahaya. Model ini menganggap bahwa cahaya berjalan dalam lintasan yang berbentuk garis lurus yang disebut berkas cahaya. Sebenarnya, berkas merupakan idealisasi; dimaksudkan untuk mempresentasikan sinar cahaya yang sangat sempit. Ketika kita melihat sebuah benda, menurut model berkas, cahaya mencapai mata kita dari setiap titik pada benda; walaupun berkas cahaya meninggalkan setiap titik dengan banyak arah, biasanya hanya satu kumpulan kecil dari berkas-berkas ini yang dapat memasuki mata si peneliti. Jika kepala orang tersebut bergerak ke satu sisi, kumpulan berkas yang lain akan memasuki mata dari setiap titik.

Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda, seperti misalnya sebuah permukaan udara kaca, energi cahaya tersebut dipantulkan dan memasuk medium kedua, perubahan arah dari sinar yang ditransmisikan juga disebut pembiasan.

Pada gambar di atas menunjukkan cahaya mengenai sebuah permukaan udara kaca yang rata. Sinar yang memasuki kaca disebut sinar yang dipantulkan, dan sudut θ₂ disebut sudut bias. Sudut bias lebih kecil dari sudut datang θ₁ seperti ditunjukkan pada gambar. Jadi, sinar yang dipantulkan dibelokkan menuju garis normal (Tipler, 1991: 446-447).

Konsep dasar pembiasan cahaya adalah Hukum Snellius yang terbagi menjadi dua yaitu:

1.      Hukum I Snellius berbunyi “ Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar”.

2.      Hukum II Snellius berbunyi “ Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (misalnya: dari udara ke air atau dari udra ke kaca), maka sinar di belokkan mendekati garis normal. Jika sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat maka sinar di belokkan menjauhi garis normal”.

Ketika cahaya melintas dari suatu medium ke medium lainnya, sebagian cahaya datang dipantulkan pada perbatasan. Sisanya lewat ke medium yang baru. Jika seberkas cahaya datang membentuk sudut terhadap permukaan (bukan hanya tegak lurus), berkas tersebut dibelokkan pada waktu memasuki medium yang baru. Pembelokan ini disebut pembiasan.

Sudut bias bergantung pada laju cahaya kedua  media dan pada sudut datang. Hubungan analitis antara q₁ dan q₂ ditemukan secara eksperimental pada sekitar tahun 1621 oleh Willebrord Snell (1591-1626). Hubungan ini dikenal sebagai hukum snell dan dituliskan:

n₁ sin q₁  =  n₂ sin q₂

q₁ adalah sudut datang dan q₂ adalah sudut bias (keduanya diukur terhadap garis yang tegak lurus permukaan antara kedua media) n₁ dan n₂ adalah indeks-indeks bias materi tersebut. Berkas-berkas datang dan bias berada pada bidang yang sama, yang juga termasuk garis tegak lurus terhadap permukaan. Hukum Snell merupakan dasar Hukum pembiasan.

Jelas dari hukum Snell bahwa jika n₂ > n₁,  maka q₂ > q_1, artinya jika cahaya memasuki medium dimana n lebih besar (dan lajunya lebih kecil), maka berkas cahaya dibelokkan menuju normal. Dan jika n₂ > n_1, maka q₂ > q₁, sehingga berkas dibelokkan menjauhi normal. (Giancoli, 2001: 243-259)

Jika seberkas cahaya datang tegak lurus pada permukaan sekeping kaca, bagian berkas cahaya yang datang pada keping kaca akan diteruskan tanpa berubah arah (sudut datang sama dengan nol derajat). Berkas cahaya yang datang pada prisma di sebelah atas akan mengalami pembelokan atau deviasi ke bawah. Besar deviasi ini bergantung pada sudut puncak prisma dan indeks bias prisma. Dengan cara yang sama, bagian berkas cahaya yang jatuh pada prisma di sebelah bawah akan mendapat deviasi keatas    (Sutrisno, 1979: 129-130).

Ketika sebuah cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda. Energi cahaya tersebut dipantulkan dan memasuki medium kedua. Perubahan arah dari sinar yang ditransmisikan tersebut disebut pembiasan.

Saat cahaya masuk pada sebuah permukaan yang memisahkan dua medium dimana laju cahayanya berbeda, sebagian energi cahaya ditransmisikan dan sebagian lagi dipantulkan. Sudut pantul sama dengan sudut datang q₁ = q₂

Sudut bias bergantung pada sudut datang dan indeks bias dari kedua medium serta diberikan oleh hukum Snellius tentang pembiasan

n₁ sin q₁  =  n₂ sin q₂

dimana indeks bias sebuah medium n adalah perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa c terhadap laju cahaya di dalam medium tersebut v.

n= c/v

Jika cahaya berjalan dalam sebuah medium dengan indeks bias n₁ dan datang pada bidang batas dari medium kedua dengan indeks bias yang lebih kecil n₁=n_2, maka cahaya tersebut terpantul secara total jika sudut datangnya lebih besar dari sudut kritis q_c yang diberikan oleh :

Bila sebuah gelombang cahaya menumbuk sebuah antarmuka (interface) halus yang memisahkan dua material trasparan (material tembus cahaya) seperti udara dan kaca atau air dan kaca, maka pada umumnya sebagian gelombang itu direfleksikan dan sebagian lagi direfraksikan atau ditransmisikan ke dalam material kedua.

Segmen-segmen gelombang yang dapat di direpresentasikan sebagai paket-paket sinar yang membentuk berkas cahaya. Untuk sederhananya kita seringkali hanya menggambarkan satu sinar dalam setiap berkas.

Kita menjelaskan arah sinar masuk, sinar yang direfleksikan, dan sinar yang direfraksikan ( yang ditrasmisikan) pada antar muka yang halus di antara dua material optic sebagai sudut-sudut yang dibuat oleh sinar-sinar itu dengan normal terhadap permukaan tersebut di titik masuk. Jika antarmuka itu kasar, cahaya yang ditransmisikan dan cahaya yang direfleksikan tersebut dihamburkan ke berbagai arah, dan tidak ada sudut transmisi tunggal atau sudut refleksi tunggal. Refleksi pada sudut tertentu dari sebuah permukaan yang sangat halus dinamakan refleksi spekular (spekular reflection), refleksi yang dihamburkan dari sebuah permukaan kasar dinamakan difersi tersebar (diffuse reflection)

Indeks refraksi dari sebuah material optik yang dinyatakan dengan n memainkan peranan penting dalam optika geometrik. Indeks refraksi tersebut adalah rasio dari laju cahaya c dalam ruang hampa terhadap laju cahaya v dalam material itu : n= c/v

Cahaya selalu berjalan lebih lambat di dalam material daripada di dalam ruang hampa, sehingga nilai n dalam medium apapun selain ruang hampa, n=1. Karena n adalah rasio dari dua laju, maka n adalah bilangan murni tanpa satuan.

Laju gelombang v berbanding terbalik dengan indeks refraksi n. Semakin besar indeks refraksi dalam suatu material, semakin lambat kaju gelombang dalam material tersebut