Pembiasan cahaya: unsur, hukum, dan eksperimen

Pembiasan cahaya adalah fenomena optik yang terjadi ketika cahaya adalah insiden miring pada permukaan yang memisahkan dua media yang dengan indeks bias yang berbeda. Ketika ini terjadi, cahaya mengubah arah dan kecepatannya.

Pembiasan terjadi, misalnya, ketika cahaya berpindah dari udara ke air, karena ini memiliki indeks bias yang lebih rendah. Ini adalah fenomena yang dapat diapresiasi dengan sempurna di kolam renang, ketika mengamati bagaimana bentuk tubuh di bawah air tampak menyimpang dari arah yang seharusnya.

Atom [CC BY 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)]

Ini adalah fenomena yang mempengaruhi berbagai jenis gelombang, meskipun kasus cahaya adalah yang paling representatif dan yang paling banyak kehadirannya dalam kehidupan kita sehari-hari.

Penjelasan untuk pembiasan cahaya ditawarkan oleh fisikawan Belanda Willebrord Snell van Royen, yang menetapkan hukum untuk menjelaskannya yang kemudian dikenal sebagai Hukum Snell.

Ilmuwan lain yang memberikan perhatian khusus pada pembiasan cahaya adalah Isaac Newton. Untuk mempelajarinya, ia menciptakan prisma kaca yang terkenal. Dalam prisma, cahaya menembusnya melalui salah satu wajahnya, membiaskan dan terurai menjadi warna yang berbeda. Dengan cara ini, melalui fenomena pembiasan cahaya, ia membuktikan bahwa cahaya putih terdiri dari semua warna pelangi.

Unsur pembiasan

Unsur-unsur pokok yang harus diperhatikan dalam mempelajari pembiasan cahaya adalah sebagai berikut:

-Sinar datang, yaitu sinar yang menumbuk secara miring pada permukaan pemisah kedua media fisik.

-Sinar bias, yaitu sinar yang melewati medium, mengubah arah dan kecepatannya.

-Garis normal, yaitu garis khayal yang tegak lurus dengan permukaan pemisah kedua media.

-Sudut datang (i), yang didefinisikan sebagai sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan normal.

-Sudut bias (r), yang didefinisikan sebagai sudut yang dibentuk oleh garis normal dengan sinar bias.

-Selain itu, indeks bias (n) suatu medium juga harus diperhatikan, yaitu hasil bagi cepat rambat cahaya dalam ruang hampa dan cepat rambat cahaya dalam medium.

n = c / v

Dalam hal ini, harus diingat bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa bernilai 300.000.000 m / s.

Indeks bias cahaya di media yang berbeda

Indeks bias cahaya di beberapa media yang paling umum adalah:

Hukum pembiasan

Hukum Snell sering disebut sebagai hukum pembiasan, tetapi sebenarnya hukum pembiasan dapat dikatakan rangkap dua.

Hukum pembiasan pertama

Sinar datang, sinar bias dan garis normal berada pada bidang ruang yang sama. Dalam hukum ini, juga disimpulkan oleh Snell, refleksi juga berlaku.

Hukum pembiasan kedua

Yang kedua, hukum pembiasan atau hukum Snell, ditentukan oleh ekspresi berikut:

n 1 sin i = n 2 sin r

Dimana n 1 adalah indeks bias medium dari mana cahaya datang; i sudut datang; n 2 indeks bias medium tempat cahaya dibiaskan; r adalah sudut bias.

Josell7 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Prinsip Fermat

Dari prinsip waktu minimum atau prinsip Fermat, baik hukum pemantulan dan hukum pembiasan, yang baru saja kita lihat, dapat disimpulkan.

Prinsip ini menyatakan bahwa jalur nyata yang diikuti oleh seberkas cahaya yang bergerak antara dua titik dalam ruang adalah jalur yang membutuhkan waktu paling sedikit untuk menempuhnya.

Konsekuensi dari hukum Snell

Beberapa konsekuensi langsung yang disimpulkan dari ekspresi sebelumnya adalah:

a) Jika n 2 > n 1 ; sin r <sin io biarkan r <i

Jadi ketika seberkas sinar datang dari medium dengan indeks bias yang lebih rendah ke yang lain dengan indeks bias yang lebih tinggi, sinar bias mendekati normal.

b) Jika n 2 < n 1 ; sin r> sin io biarkan r> i

Jadi ketika seberkas sinar datang dari medium dengan indeks bias yang lebih tinggi ke yang lain dengan indeks yang lebih rendah, sinar bias bergerak menjauhi garis normal.

c) Jika sudut datang sama dengan nol, maka sudut sinar bias juga nol.

Batasi sudut dan total refleksi internal

Konsekuensi penting lainnya dari hukum Snell adalah apa yang dikenal sebagai sudut pembatas. Ini adalah nama yang diberikan untuk sudut datang yang sesuai dengan sudut bias 90ยบ.

Ketika ini terjadi, sinar bias bergerak rata dengan permukaan pemisah kedua media. Sudut ini disebut juga sudut kritis.

Untuk sudut yang lebih besar dari sudut batas, fenomena yang disebut pemantulan internal total terjadi. Ketika ini terjadi, tidak ada pembiasan yang terjadi, karena seluruh berkas cahaya dipantulkan secara internal. Pemantulan internal total hanya terjadi ketika bergerak dari media dengan indeks bias yang lebih tinggi ke media dengan indeks bias yang lebih rendah.

Salah satu penerapan refleksi internal total adalah konduksi cahaya melalui serat optik tanpa kehilangan energi. Berkat itu, kita dapat menikmati kecepatan transfer data tinggi yang ditawarkan oleh jaringan serat optik.

Eksperimen

Eksperimen yang sangat mendasar untuk dapat mengamati fenomena pembiasan terdiri dari memasukkan pensil atau pulpen ke dalam gelas berisi air. Sebagai akibat dari pembiasan cahaya, bagian pensil atau pena yang terendam tampak sedikit patah atau menyimpang dari jalur yang diharapkan.

Velual [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Anda juga dapat mencoba eksperimen serupa dengan penunjuk laser. Tentu saja, perlu menuangkan beberapa tetes susu ke dalam segelas air untuk meningkatkan visibilitas sinar laser. Dalam hal ini, direkomendasikan bahwa percobaan dilakukan dalam kondisi cahaya rendah untuk lebih menghargai jalur berkas cahaya.

Dalam kedua kasus, menarik untuk mencoba sudut datang yang berbeda dan mengamati bagaimana sudut bias bervariasi ketika mereka berubah.

Penyebab

Penyebab efek optik ini harus ditemukan dalam pembiasan cahaya yang menyebabkan bayangan pensil (atau berkas cahaya dari laser) tampak menyimpang di bawah air terhadap bayangan yang kita lihat di udara.

Pembiasan cahaya dalam kehidupan sehari-hari

Pembiasan cahaya dapat diamati dalam banyak situasi kita sehari-hari. Beberapa telah kita sebutkan, yang lain akan kita komentari di bawah.

Salah satu konsekuensi dari pembiasan adalah bahwa kolam tampak lebih dangkal daripada yang sebenarnya.

Efek lain dari pembiasan adalah pelangi yang terjadi karena cahaya dibiaskan dengan melewati tetesan air yang ada di atmosfer. Ini adalah fenomena yang sama yang terjadi ketika seberkas cahaya melewati prisma.

Konsekuensi lain dari pembiasan cahaya adalah bahwa kita mengamati matahari terbenam dari Sun ketika beberapa menit telah berlalu sejak itu benar-benar terjadi.

Referensi

  1. Cahaya (nd). Di Wikipedia. Diakses pada 14 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
  2. Burke, John Robert (1999). Fisika: sifat sesuatu. Meksiko DF: Editor Thomson Internasional.
  3. Refleksi internal total (nd). Di Wikipedia. Diakses pada 12 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
  4. Cahaya (nd). Di Wikipedia. Diakses pada 13 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
  5. Lekner, John (1987). Teori Pemantulan, Gelombang Elektromagnetik dan Partikel. Peloncat.
  6. Pembiasan (nd). Di Wikipedia. Diakses pada 14 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
  7. Crawford jr., Frank S. (1968). Gelombang (Kursus Fisika Berkeley, Vol. 3 ), McGraw-Hill.

Fisika modern – apa yang dipelajari juga cabangnya
Tegangan normal: terdiri dari apa, bagaimana cara menghitungnya, contoh
Permitivitas listrik – apa itu, rumus, percobaan
Kalor sensibel: konsep, rumus, dan latihan yang diselesaikan