Hukum Snellius Pada Pembiasan Cahaya: Bunyi, Rumus, Gambar, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Tentunya kalian sudah dapat menyebutkan contoh kejadian sehari-hari yang dapat dijelaskan dengan konsep pembiasan. Dasar kolam tampak lebih dangkal dari sebenarnya dan sebatang pensil yang dicelupkan ke dalam air tampak bengkok merupakan contoh kejadian sehari-hari yang berkaitan dengan terjadinya pembiasan cahaya. Pembiasan cahaya tidak sembarang, tetapi mengikuti hukum-hukum pembiasan.

Hukum pembiasan pertama kali dinyatakan oleh Willebrord Snellius, seorang ahli Fisika berkebangsaan Belanda. Snellius melakukan eksperimen dengan melewatkan seberkas sinar pada balok kaca. Secara sederhana, percobaan Snellius ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini.

Seberkas cahaya (sinar laser/kotak cahaya) di arahkan menuju permukaan balok kaca (gambar kiri). Ternyata, sinar dibelokkan pada saat mengenai bidang batas udara-kaca. Jika digambarkan dalam bentuk dua dimensi (gambar kanan), maka sinar datang dari udara dibiaskan dalam kaca mendekati garis normal. Sehingga besar sudut datang (i) selalu lebih besar dari sudut bias (r).

Jika percobaan yang sama diulang dengan sudut datang yang berubah-ubah yaitu sebesar i1, i2, i3 hingga sudut biasnya r1, r2, r3 ternyata Snellius menemukan bahwa hasil perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut biasnya selalu konstan atau tetap. Dengan hasil percobaannya tersebut, Snellius mengemukakan Hukum Pembiasan yang berbunyi sebagai berikut.

■ Sinar datang, garis normal dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar.

■ Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias pada dua medium yang berbeda merupakan bilangan tetap.

Secara matematis, pernyataan Hukum Snellius yang kedua di atas dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut.

sin i1	=	sin i2	=	sin i3
sin r1		sin r2		sin r3

sin i	=	Tetap	………………… pers. (1)
sin r

Tetapan atau konstanta tersebut disebut dengan indeks bias relatif suatu medium terhadap medium lain. Jika sinar datang dari medium 1 ke medium 2, maka indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 ditulis sebagai berikut.

n21	=	n2
		n1

Dengan demikian, persamaan (1) di atas dapat ditulis ulang sebagai berikut.

sin i	=	n21
sin r

sin i	=	n2
sin r		n1

Sehingga kita peroleh rumus hubungan antara sudut datang, sudut bias dan indeks bias medium sebagai berikut.

n1 sin i = n2 sin r

Keterangan:

n1 = indeks bias mutlak medium 1

n2 = indeks bias mutlak medium 2

n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

i = sudut datang pada medium 1

r = sudut bia  pada medium 2

Selain kedua pernyataan Hukum Snellius di atas, masih ada hal lain yang berlaku pada peristiwa pembiasan cahaya, yaitu sebagai berikut.

1) Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Ini berarti, sudut bias lebih kecil daripada sudut datangnya (r < i).

2) Jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Jadi, sudut datang lebih kecil dari sudut bias (i < r).

3) Jika sinar datang tegak lurus batas dua medium, maka sinar tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Ketika cahaya cahaya dari sebuah medium merambat melewati medium lain yang berbeda kerapatan, cepat rambat cahaya akan berubah. Cepat rambat cahaya akan berkurang jika memasuki medium dengan kerapatan tinggi. Sebaliknya, cepat rambat cahaya akan bertambah jika memasuki medium dengan kerapatan rendah.

Perbandingan cepat rambat cahaya di ruang hampa (c) dengan cepat rambat cahaya di dalam medium disebut indeks bias mutlak. Indeks bias mutlak suatu medium dapat dicari dengan rumus:

n	=	c
		v

Keterangan:

n = indeks bias mutlak medium

c = cepat rambat cahaya di ruang hampa (3 × 108 m/s)

v = cepat rambat cahaya di dalam medium

Pada hukum Snellius di atas, indeks bias mutlak medium 1 ditunjukkan oleh n1 dan indeks bias mutlak medium 2 ditunjukkan dengan n2. Sementara itu, perbandingan indeks bias mutlak dari dua buah medium disebut indeks bias relatif. Jika cahaya datang dari medium 1 dengan indeks bias n1 menuju medium 2 dengan indeks bias mutlak n2, maka indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1 dinyatakan dengan persamaan berikut.

n21	=	n2
		n1

n21	=	sin i
		sin r

Dengan mensubtitusikan persamaan n = c/v, kita mendapat bentuk persamaan berikut ini.

n21	=	v1
		v2

Keterangan:

n21 = indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1

i = sudut datang

r = sudut bias

n1 = indeks bias medium 1

n2 = indeks bias medium 2

v1 = cepat rambat cahaya pada medium 1

v2 = cepat rambat cahaya pada medium 2

Contoh Soal:

Dalam sebuah eksperimen untuk menentukan kecepatan cahaya di dalam air, seorang siswa melewatkan seberkas cahaya ke dalam air dengan sudut datang 30°. Kemudian, siswa mencatat sudut bias yang terjadi di dalam air ternyata besarnya 22°. Jika kecepatan cahaya di udara dianggap 3 × 108 m/s, tentukan kecepatan cahaya di dalam air.

Penyelesaian:

Diketahui:

i = 30°

c = 3 × 108 m/s

r = 22°

Ditanyakan: v

Jawab:

Dengan menggabungkan persamaan n21 = sin i/sin r dengan persamaan n21 = c/v, maka kita peroleh persamaan berikut.

sin i	=	c
sin r		v

Dengan demikian, kecepatan cahaya di dalam air (v) dapat kita hitung dengan rumus berikut.

v	=	c	×	sin r
		sin i

v	=	3 × 108 m/s	×	sin 22°
		sin 30°

v	=	3 × 108 m/s	×	(0,37)
		0,5

v

=

2,25 × 108 m/s

Jadi, kecepatan cahaya di dalam air adalah 2,25 × 108 m/s.