Pembiasan Cahaya Cahaya akan dibiaskan ketika melalui dua medium yang memiliki kerapatan optik yang berbeda. Pembiasan cahaya merupakan peristiwa perubahan arah rambat cahaya ketika berpindah dari satu medium ke medium lain yang kerapatan optiknya berbeda. Gambar 1. a). pembiasan cahaya b). pembiasan pada sendok dalam gelas berisi air Terkadang kita melihat sendok yang kita masukkan dalam gelas berisi air seolah-olah patah, peristiwa tersebut merupakan contoh dari pembiasan cahaya. Penyebab terjadinya pembiasan cahaya dibagi menjadi 2 yaitu: • Ketika sinar datang dari medium yang kurang rapat menuju medium yang lebih rapat maka sinar datang akan dibiaskan mendekati garis normal. Contohnya ketika sinar datang melalui medium udara menuju air. • Ketika sinar datang dari medium yang lebih rapat menuju medium yang kurang rapat maka sinar datang akan dibiaskan menjauhi garis normal. Contohnya ketika sinar datang melalui medium air menuju udara. Pembiasan cahaya dijelaskan menggunakan Hukum Snellius : n1 sin = n2 sin keterangan : n1 = indeks bias medium 1 1 = sudut datang
n1 = indeks bias medium 2 1 = sudut bias Kedalaman Semu Kita sering menjumpai bahwa ketika berada dikolam renang, kita tampak melihat kolam renang lebih dangkal dari yang sebenarnya. Hal tersebut terjadi karena ketika kita melihat dasar kolam, cahaya dari dasar kolam menuju mata kita. Akan tetapi, berkas cahaya tersebut tidak langsung 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 adalah 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 dapat kalian lihat pada gambar berikut ini. Gambar 2. Pembiasan cahaya pada dasar kolam Peristiwa serupa terjadi ketika kita melihat ikan didalam air yang terlihat lebih dangkal, terlihat seperti gambar dibawah ini. Gambar 3. diagram jalannya sinar pembiasan cahaya pada kedalaman ikan Itulah mengapa pada saat menombak ikan kearah posisi ikan yang dilihat dari udara selalu gagal dan tidak tepat mengenai ikan karena posisi tersebut merupakan posisi bayangan, bukan posisi ikan yang sebenarnya, sehingga yang perlu dilakukan penombak adalah penombak harus mengarahkan tombak kea rah yang lebih bawah dari pada posisi bayangan yang dilihat.
Berdasarkan pada gambar 3 yaitu diagram jalannya sinar pada kedalaman ikan, maka dapat dilihat bahwa terdapat 2 keadaan pengamatan, yaitu dengan melihat dari sudut tertentu dan tegak lurus permukaan kolam. Berikut rumus atau persamaan apabila pengamatan dilakukan dengan melihat dari sudut tertentu: h' = nu × cos θr h na cos θi Keterangan: h = kedalaman sesungguhnya h’ = kedalaman yang tampak nu = n2 = indeks bias medium tempat pengamat berada na = n1 = indeks bias tempat benda berada Jika pengamat melihat kolam tegak lurus permukaan kolam (berarti θi = θr = 0), maka persamaan menjadi seperti berikut: h' = nu h na h' = nu × h na Karena na > nu, sehingga h’ < h, ini berarti bahwa kolam tampak dangkal dari kedalaman sesungguhnya. Contoh soal : 1) Seberkas sinar datang dari medium air dengan indeks bias 4/3 ke medium udara yang indeks biasnya 1. Jika sudut datang sinar dari air adalah 30°, maka tentukan besar sudut bias yang terbentuk! Diketahui: na = 4/3 nu = 1 = 30° Ditanyakan: = … ? Penyelesaian: na sin = nu sin 4/3 sin 30°= 1 sin 4/3 . ½ = sin 4/6 = sin = sin-1 4/6 = 42° 2) Anton berdiri di tepi kolam sambil memandang seekor ikan di dalam kolam tepat di bawahnya. Menurut Anton, ikan itu berada pada kedalaman 50 cm. Jika indeks bias air 1,33 dan indeks bias udara 1, maka tentukanlah kedalaman ikan sebenarnya! Diketahui:
h' = 50 cm na = 1,33 nu = 1 Ditanyakan: h = … ? Penyelesaian: Anton melihat ikan tepat dibawahnya (pengamatan tegak lurus dengan permukaan air), sehingga persamaan yang digunakan adalah: ℎ′ ℎ = ℎ = × ℎ′ ℎ = 1,33 1 × 50 ℎ = 66,5 cm 3) Seekor ikan berada di dasar kolam yang dalamnya 6 m (n air =4/3). Jika ikan dilihat pengamat secara tegak lurus, maka tentukan letak kedalaman ikan tersebut terlihat oleh pengamat dari permukaan air ! Diketahui: h = 6 m na = 4/3 nu = 1 Ditanyakan: h’ = … ? Penyelesaian: Pengamatan melihat ikan secara tegak lurus sehingga persamaan yang digunakan adalah: ℎ′ ℎ = ℎ′ = × ℎ ℎ ′ = 1 4 3 × 6 ℎ = 3 4 6 ℎ = 4,5 4) Bayu berdiri di pinggir kolam dan mengamati ikan. Kedalaman ikan sesungguhnya adalah 80 cm. Diketahui indeks bias air sebesar 4/3 dan indeks bias udara sebesar 1. Jika Bayu melihat ikan dengan sudut 45° dari permukaan kolam, maka tentukan kedalaman ikan menurut penglihatan Bayu dari pinggir kolam ! Diketahui: h = 80 cm na = 4/3 nu = 1 = 45° Ditanyakan: h’ = … ? Penyelesaian:
Bayu melihat ikan dengan sudut tertentu terhadap permukaan air, sehingga persamaan yang digunakan adalah: ℎ′ ℎ = × cosθr cosθi ℎ′ 80 = 1 4/3 × cos 45° cosθi Mencari nilai : na sin = nu sin 4/3 sin = 1 sin 45° sin = ½ √2 × ¾ sin = 3/8 √2 sin = 0,53 = sin-1 0,53 = 32° ℎ′ 80 = 1 4/3 × cos 45° cos 32° ℎ′ 80 = 3 4 × 0,7 0,84 ℎ′ = 0,625 × 80 ℎ ′ = 50