Pembiasan Cahaya

Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena
melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Arah pembiasan cahaya dibedakan
menjadi dua macam yaitu :

a. mendekati garis normal
Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika cahaya
merambat dari medium optik kurang rapat ke medium
optik lebih rapat, contohnya cahaya merambat dari
udara ke dalam air.

b. menjauhi garis normal
Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika cahaya
merambat dari medium optik lebih rapat ke medium
optik kurang rapat, contohnya cahaya merambat dari
dalam air ke udara.
Syarat-syarat terjadinya pembiasan :
1) cahaya melalui dua medium yang berbeda
kerapatan optiknya;
2) cahaya datang tidak tegaklurus terhadap bidang
batas (sudut datang lebih kecil dari 90 derajat)

Beberapa contoh gejala pembiasan yang sering dijumpai dalam kehidupan seharihari
diantaranya :
- dasar kolam terlihat lebih dangkal bila dilihat dari atas.
- kacamata minus (negatif) atau kacamata plus (positif) dapat membuat jelas
pandangan bagi penderita rabun jauh atau rabun dekat karena adanya pembiasan.
- terjadinya pelangi setelah turun hujan.

1. Indeks Bias

Pembiasan cahaya dapat terjadi dikarenakan perbedaan laju cahaya pada kedua
medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan dengan laju
cahaya pada medium yang kurang rapat. Menurut Christian Huygens (1629-1695) :
“Perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa dengan laju cahaya dalam suatu zat
dinamakan indeks bias.”

Secara matematis dapat dirumuskan :

dimana :
- n = indeks bias
- c = laju cahaya dalam ruang hampa ( 3 x 108 m/s)
- v = laju cahaya dalam zat

Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 (artinya, n <1),>
ditampilkan pada tabel dibawah ini.

2. Hukum Snell
Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591 –1626) melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal dengan nama hukum Snell yang berbunyi :
- sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
- hasil bagi sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap
dan disebut indeks bias.

3. Pembiasan Cahaya pada Prisma

Bahan bening yang dibatasi oleh dua bidang
permukaan yang bersudut disebut prisma.
Besarnya sudut antara kedua permukaan itu
disebut sudut pembias (b).
Apabila seberkas cahaya masuk pada salah
satu permukaan prisma, cahaya akan
dibiaskan dari permukaan prisma lainnya.
Karena adanya dua kali pembiasan, maka
pada prisma terbentuklah sudut penyimpangan
yang disebut sudut deviasi.
Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan cahaya datang dengan perpanjangan cahaya bias yang meninggalkan prisma. P, Q, R, dan S menyatakan jalannya cahaya dari udara masuk ke dalam prisma kemudian meninggalkan prisma lagi.

4. Pemantulan Internal Sempurna (Total Internal Reflection)
Pemantulan internal sempurna adalah pemantulan yang terjadi pada bidang batas dua zat bening yang berbeda kerapatan optiknya.



- Cahaya datang yang berasal dari air (medium optik lebih rapat) menuju ke udara (medium optik kurang rapat) dibiaskan menjauhi garis normal (berkas cahaya J).
- Pada sudut datang tertentu, maka sudut biasnya akan 90O dan dalam hal ini berkas bias akan berimpit dengan bidang batas (berkas K). Sudut datang dimana hal ini terjadi dinamakan sudut kritis (sudut batas). Sudut kritis adalah sudut datang yang mempunyai sudut bias 90derajat atau yang mempunyai cahaya bias berimpit dengan bidang batas.
- Apabila sudut datang yang telah menjadi sudut kritis diperbesar lagi, maka cahaya biasnya tidak lagi menuju ke udara, tetapi seluruhnya dikembalikan ke dalam air (dipantulkan)(berkas L).
Peristiwa inilah yang dinamakan pemantulan internal sempurna Syarat terjadinya pemantulan internal sempurna :
1) Cahaya datang berasal dari zat yang lebih rapat menuju ke zat yang lebih
renggang.
2) Sudut datang lebih besar dari sudut kritis.

Beberapa peristiwa pemantulan sempurna dapat kita jumpai dalam kehidupan
sehari-hari, diantaranya :
a. Terjadinya fatamorgana
b. Intan dan berlian tampak berkilauan
c. Teropong prisma
d. Periskop prisma
e. Serat optik, digunakan pada alat telekomunikasi atau bidang kedokteran. Serat ini digunakan untuk mentransmisikan percakapan telefon, sinyal video, dan data komputer.

5. Pembiasan Cahaya pada Lensa
Lensa adalah benda bening yang dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat membiaskan atau meneruskan hampir semua cahaya yang melaluinya. Ada dua jenis lensa yaitu lensa cembung atau lensa positif dan lensa cekung atau lensa negatif.
5.1 Bentuk dan Sifat Lensa Cembung (Positif)
Lensa cembung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tebal dari bagian tepinya. Lensa cembung terdiri dari 3 macam yaitu :
1) Lensa bikonveks (cembung ganda) yaitu lensa kedua permukaannya cembung.
2) Lensa plankonveks (cembung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung dan yang lain datar.
3) Lensa konkaf konveks (meniskus cembung/cembung cekung) yaitu lensa yang permukaannya satu cembung yang lainnya cekung.

Lensa cembung bersifat konvergen atau mengumpulkan cahaya. Titik dimana
cahaya mengumpul disebut titik fokus.

5.2 Pembentukan Bayangan pada Lensa Cembung
Setiap lensa mempunyai dua buah titik fokus di sebelah kiri dan kanannya, tetapi ke dua jarak fokus ke lensanya sama. Agar lebih mudah memahami pembentukan bayangan yang terjadi, maka perhatikan bagian-bagian lensa cembung di bawah ini:


SU : sumbu utama
O : titik pusat optik lensa
f1 dan f2 : titik api (fokus) lensa.
O - f1 dan O - f2 : f = jarak titik api lensa.
R1 dan R2 : jari-jari kelengkungan lensa.
I, II, III : nomor ruang untuk meletakkan benda
(I), (II), (III), (IV) : nomor ruang untuk bayangan benda

1) Tiga berkas cahaya/sinar istimewa pada lensa cembung
a. Sinar datang sejajar sumbu utama (SU) akan dibiaskan melalui titi api
(fokus/f);


b. Sinar datang melalui titik api (f) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (SU);


c. Sinar datang melalui titik pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan melainkan
diteruskan.

Sebenarnya, dua dari tiga berkas cahaya ini sudah cukup untuk mencari lokasi titik bayangannya, yang merupakan titik perpotongannya. Penggambaran yang ketiga dapat digunakan untuk memeriksa. Lensa cembung mempunyai sifat seperti cermin cekung. Oleh karena itu bayangan yang dibentukpun hampir sama, yaitu :
- Bayangan nyata, terjadi dari perpotongan sinar-sinar bias yang mengumpul. Bayangan nyata pada lensa cembung terjadi jika benda teletak di ruang II dan III.
- Bayangan maya, terjadi dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar bias yang divergen (menyebar). Bayangan maya pada lensa cembung terjadi jika benda terletak di ruang I.

2) Pembentukan bayangan pada lensa cembung dan sifat bayangannya
a. Benda terletak lebih jauh dari dua jarak fokus (di ruang III)


Sifat bayangan yang terjadi :
- nyata (dibelakang lensa)
- terbalik
- di ruang (II)
- diperkecil (dari III ke (II))

5.3 Bentuk dan Sifat Lensa Cekung
Lensa cekung adalah lensa yang bagian tengahnya lebih tipis dari bagian
tepinya. Lensa cekung terdiri dari 3 macam yaitu :
1) Lensa bikonkaf (cekung ganda) yaitu lensa kedua permukaannya cekung.
2) Lensa plankonkaf (cekung datar) yaitu lensa yang permukaannya satu cekung dan yang lain datar.
3) Lensa konveks konkaf (meniskus cekung/cekung cembung) yaitu lensa yang permukaannya satu cekung yang lainnya cembung.


Lensa cekung bersifat divergen atau menyebarkan cahaya.

5.4 Pembentukan Bayangan pada Lensa Cekung
Lensa cekung bersifat seperti cermin cembung. Oleh karena itu, lensa cekung mempunyai titik api (fokus) yang dinyatakan dengan negatif. Agar lebih mudah memahami pembentukan bayangan yang terjadi, maka perhatikan bagian-bagian lensa cekung di bawah ini:

SU : sumbu utama
O : titik pusat optik lensa
f1 dan f2 : titik api (fokus) lensa.
O - f1 dan O - f2 : f = jarak titik api lensa.
R1 dan R2 : jari-jari kelengkungan lensa.

1) Tiga berkas cahaya/sinar istimewa pada lensa cembung
a. Sinar datang sejajar sumbu utama (SU) akan dibiaskan seolah-olah dari titik api (f1);

b. Sinar datang seolah-olah menuju titik api (f2) akan dibiaskan sejajar sumbu utama (SU)

c. Sinar datang melalui titik pusat optik lensa (O) tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Lensa cekung hanya dapat membentuk satu macam bayangan, yaitu bayangan maya dari benda yang terletak di depan lensa dengan sembarang penempatan.

2) Pembentukan bayangan pada lensa cekung dan sifat bayangannya


Sifat bayangan yang terjadi :
- maya (di depan lensa)
- tegak
- diperkecil

5.5 Hubungan antara Jarak Benda, Jarak Bayangan, dan Jarak Titik Fokus

So = jarak benda ke lensa
Si = jarak bayangan ke lensa (bernilai negatif bila
bayangan yang dihasilkan bersifat maya)
f = jarak titik api lensa (berharga positif)
M = perbesaran bayangan
ho = tinggi benda
hi = tinggi bayangan

Hubungan antara jarak benda (So), jarak bayangan (Si), dan jarak fokus (f) Sama halnya pada cermin lengkung, pada lensa juga berlaku persamaan :


Keterangan :
- So = jarak benda
- Si = jarak bayangan
- f = jarak fokus
- R = jari-jari kelengkungan lensa
- M = perbesaran bayangan
- ho = tinggi benda
- hi = tinggi bayangan
Untuk lensa cembung, penggunaan persamaan tersebut dengan memperhatikan
tanda sebagai berikut :
- f bernilai positif (+) menunjukkan jarak fokus lensa cembung.
- So bernilai positif (+) menunjukkan bendanya nyata.
- Si bernilai positif (+) menunjukkan bayangannya nyata (berada dibelakang lensa)
- Si bernilai negatif (-) menunjukkan bayangannya maya (berada di depan lensa)
Sedangkan untuk lensa cekung :
- f bernilai negatif (-) menunjukkan jarak fokus lensa cekung.
- So bernilai positif (+) menunjukkan bendanya nyata.
- Si bernilai negatif (-) menunjukkan bayangannya maya (berada di depan lensa).
Lensa cekung selalu membentuk bayangan maya walaupun letak benda diubahubah
di depan lensa cekung.

5.6Kekuatan (Daya) Lensa
Kekuatan lensa atau daya lensa adalah kemampuan suatu lensa untuk memusatkan/mengumpulkan atau menyebarkan berkas sinar yang diterimanya. Besarnya daya (P) lensa berkebalikan dengan jarak titik apinya (fokus). Semakin kecil fokus semakin besar daya lensanya.

Keterangan :
P = daya lensa, satuannya dioptri
f = jarak titik api, satuannya meter (m)

5.7 Kegunaan Lensa
Lensa cembung banyak digunakan pada kamera, lup, mikroskop, dan kacamata sedangkan lensa cekung banyak pula digunakan pada alat-alat optik diantaranya kacamata dan teropong.

6. Dispersi Cahaya
6.1 Dispersi



Apabila seberkas cahaya putih atau cahaya polikromatis melewati sebuah prisma maka cahaya tersebut akan diuraikan menjadi berbagai warna. Penguraian cahaya ini menjadi warna-warna
cahaya monokromatis disebut dispersi (hamburan) cahaya. Warna-warna yang
keluar dari prisma dapat diamati dengan memasang layar (seperti terlihat pada
gambar). Deretan warna yang tampak pada layar disebut spektrum warna.
Dispersi cahaya terjadi karena setiap warna cahaya mempunyai indeks bias yang berbeda-beda. Cahaya merah mempunyai indeks bias terkecil sedangkan cahaya ungu mempunyai indeks bias terbesar sehingga cahaya merah mengalami deviasi (penyimpangan) terkecil sedangkan warna ungu mengalami deviasi terbesar.

6.2 Pelangi
Terjadinya pelangi disebabkan oleh peristiwa dispersi cahaya matahari melalui butiran air hujan di udara dan diurai menjadi warna spektrum. Warna spektrum inilah tampak terlihat berupa pelangi di udara. Sinar matahari jatuh ke butir butir air di udara. Sinar tersebut memasuki butiran, lalu dipantulkan sempurna, kemudian dibiaskan keluar dari butiran air.