Indeks Bias: Pengertian, Macam, Rumus, 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:

Apabila kita melihat kolam yang airnya jenih, dasar kolam akan terlihat lebih dangkal dari sebenarnya. Perhatikan orang yang berdiri di dalam kolam! Pasti orang tersebut kelihatan lebih pendek dari sebenarnya. Begitu juga apabila kita melihat ikan di dalam kolam, ikan tersebut terlihat lebih dekat ke permukaan. Mengapa bisa terjadi hal seperti demikian?

 

Cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang (baca: teori-teori tentang cahaya). Oleh karena itu, peristiwa yang dialami gelombang juga dialami oleh cahaya. Ketika gelombang melalui dua medium yang berbeda, akan mengalami peristiwa pembiasan (refraksi). Pembiasan ini juga dialami oleh cahaya. Peristiwa yang disebutkan di atas merupakan gejala pembiasan cahaya.

Pembiasan cahaya adalah peristiwa pembelokan arah rambat cahaya ketika memasuki medium yang satu ke medium yang lain. Besarnya pembelokan atau pergeseran arah rambat cahaya yang keluar dari suatu medium bergantung pada kerapatan optik medium tersebut. Kerapatan optik ini merupakan sifat dari medium tembus cahaya (zat optik) dalam melewatkan cahaya.

Jika cahaya masuk dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat (ex. udara ke air), cahaya dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya, jika cahaya masuk dari zat optik lebih rapat ke zat optik kurang (ex. kaca ke udara), cahaya dibiaskan menjauhi garis normal. Garis normal adalah garis yang tegak lurus pada bidang batas medium. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar di bawah ini.

Besar kerapatan optik suatu medium dinyatakan dalam indeks bias. Itu artinya semakin besar indeks bias suatu medium berarti kerapatan optik medium juga semakin besar. Dan semakin besar kerapatan optik, maka akan semakin besar pula arah pembelokan cahaya yang melewati medium tersebut. Lalu tahukan kalian apa itu indeks bias? Beriku ini penjelasan lengkapnya, silahkan simak baik-baik.

Pengertian Indeks Bias

Setiap medium mempunyai suatu indeks bias tertentu, yang merupakan suatu ukuran seberapa besar suatu bahan membiaskan cahaya. Indeks bias suatu zat adalah perbandingan kelajuan cahaya di udara dengan kelajuan cahaya di dalam zat tersebut. Kelajuan cahaya di udara selalu lebih besar daripada di dalam zat lain. Oleh karena itu, indeks bias zat lain selain udara selalu lebih besar dari 1.

Semakin besar indeks bias suatu zat maka semakin besar cahaya dibelokkan oleh zat tersebut. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya. Dalam spektrum cahaya tampak, panjang gelombang cahaya bervariasi dari gelombang merah yang terpanjang sampai gelombang ungu yang terpendek.

Macam-Macam Indeks Bias dan Rumusnya

Ketika cahaya dari sebuah medium merambat melewati medium lain yang berbeda kerapatan optiknya, 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 persamaan berikut.

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.

Berikut ini adalah beberapa contoh indeks bias mutlak beberapa medium yang disajikan dalam bentuk tabel.

Tabel Indeks Bias Mutlak Berbagai Medium

Medium	Indeks Bias
Ruang hampa (vakum)	1,0000
Udara	1,0003
Es	1,3100
Air (20°C)	1,3300
Etil alkohol	1,3600
Kaca kwartz	1,4590
Kuarsa	1,4600
Gliserin	1,4700
Benzena	1,5010
Kaca plexi	1,5100
Kaca kerona	1,5200
Kaca flinta	1,6200
Batu nilam	1,7600
Intan	2,4200

Pembiasan terjadi apabila cahaya melewati batas dua medium. Seberkas cahaya (sinar) yang datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal. Ini berarti, sudut datang (θi) lebih besar daripada sudut bias (θr). Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan garis normal permukaan. Sementara, sudut bias adalah sudut yang dibentuk oleh sinar bias dengan garis normal. Perhatikan gambar berikut.

Hubungan antara sinar datang, sudut datang, dengan sinar bias dan sudut bias ditemukan secara eksperimental oleh Willlebrord Snellius pada tahun 1621. Hubungan yang diberikan dikenal sebagai Hukum Snellius pada pembiasan cahaya, atau sering disebut saja dengan Hukum Pembiasan. Bunyi Hukum Pembiasan Snellius ini adalah 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 yang disebut indeks bias. Pernyataan ini dapat dituliskan dalam bentuk persamaan:

n1 sin θi

=

n2 sin θr

sin θi	=	n2
sin θr		n1

Keterangan:

n1 = indeks bias medium 1

n2 = indeks bias medium 2

θi = sudut datang sinar

θr = sudut bias sinar

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 θi
		sin θr

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

θi = sudut datang

θr = 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

Catatan Penting: Cepat rambat cahaya di udara sama dengan cepat rambat di ruang hampa. Artinya, indeks bias udara bernilai 1. Jadi, jika cahaya dari udara memasuki medium dengan indeks bias n, maka indeks bias relatif medium sama dengan indeks bias mutlak medium tersebut.

Contoh Soal dan Pembahasan

Agar kalian dapat mengetahui penerapan konsep dan rumus indeks bias pada peristiwa pemantulan cahaya, silahkan pelajari beberapa contoh soal dan pembahasannya berikut ini.

Contoh Soal 1

Cahaya merambat dari udara ke air. Bila cepat rambat cahaya di udara adalah 3 × 108 m/s dan indeks bias air 4/3, maka tentukanlah cepat rambat cahaya di air!

Penyelesaian:

Diketahui:

c = 3 × 108 m/s

nair = 4/3

Ditanyakan: vair

Jawab:

nair	=	c
		vair

Maka cepat rambat cahaya di air dirumuskan sebagai berikut.

vair	=	c
		nair

vair	=	3 × 108 m/s
		4/3

vair

=

2,25 × 108 m/s

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

Contoh Soal 2

Seseorang menyinari sebuah kaca tebal dengan sudut 30° terhadap garis normal. Jika cepat rambat cahaya di dalam kaca adalah 2 × 108 m/s, tentukan indeks bias kaca dan sudut biasnya.

Penyelesaian:

Diketahui:

θi = 30°

v2 = 2 × 108 m/s

Ditanyakan: n2 (indeks bias kaca) dan θr

Jawab:

■ Untuk mencari indeks bias kaca, gunakan persamaan:

n	=	c	=	3 × 108 m/s	=	1,5
		v		2 × 108 m/s

Jadi, indeks bias kaca adalah 1,5

■ Untuk mencari sudut bias, gunakan hukum Snellius.

sin θi	=	n2
sin θr		n1

sin 30°	=	1,5
sin θr		1

sin θr	=	0,5
		1,5

sin θr	=	0,33
θr	=	sin−1 (0,33)
θr	=	19,27°

Jadi, besar sudut biasnya adalah 19,27°.