Pembiasan Cahaya: Pengertian, Syarat, Gambar dan Contoh Peristiwa dalam Kehidupan Sehari-hari

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:

Ketika kalian memasukkan sebagian pensil atau sedotan ke dalam gelas yang berisi air jernih, pensil atau sedotan tersebut seolah-olah membengkok pada titik batas udara dan air. Mengapa hal ini bisa terjadi? Tentunya kalian sudah mempelajari materi tentang sifat-sifat cahaya bukan? Ketika cahaya mengenai benda yang tidak tembus cahaya (bukan benda bening) maka cahaya tersebut akan dipancarkan kembali ke arah tertentu baik secara teratur maupun tidak teratur. Peristiwa ini kemudian dikenal sebagai pemantulan cahaya.

Baca: Pengertian, Jenis, Gambar dan Contoh Penerapan Pemantulan Cahaya dalam Kehidupan Sehari-hari

Apabila cahaya mengenai benda yang tembus cahaya (benda bening) seperti air atau kaca, maka arah rambat cahaya akan dibelokkan ke arah tertentu. Peristiwa ini kemudian dikenal sebagai pembiasan cahaya atau refraksi. Lalu tahukah kalian apa itu pembiasan cahaya? Dan apa saja contoh fenomena pembiasan cahaya yang dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, silahkan kalian simak penjelasan berikut ini.

Pengertian Pembiasan Cahaya

Sebagai gelombang elektromagnetik, cahaya akan dipantulkan atau dibiaskan saat melewati bidang batas antara dua medium. Ketika cahaya dari udara melewati bidang batas antara air dan udara, maka sebagian kecil dari cahaya akan dipantulkan dan sisanya akan diteruskan. Karena terdapat perbedaan kerapatan optik antara udara dan air, maka arah berkas cahaya yang datang dari udara tidak akan sama dengan arah berkas cahaya di dalam air.

Karena hal tersebut, maka cahaya akan dibelokkan. Peristiwa ini disebut dengan pembiasan cahaya. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa:

Pembiasan atau difraksi cahaya adalah adalah peristiwa pembelokan arah cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya terjadi akibat kecapatan cahaya berbeda pada setiap medium.

Ada dua syarat terjadinya proses pembiasan cahaya, yaitu:

■ Cahaya merambat melalui dua medium yang memiliki perbedaan kerapatan optik, misalnya udara dengan air, udara dengan kaca, air dengan kaca, dan sebagainya.

■ Cahaya yang datang harus miring pada batas dua medium, karena jika tegak lurus maka tidak akan mengalami proses pembiasan.

■ Cahaya yang datang dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat (ex. kaca ke udara) harus menghasilkan sudut bias lebih kecil dari 90°. Hal ini karena jika sinar bias sama dengan 90° maka cahaya tidak akan memasuki medium kedua. Sedangkan jika sudut bias lebih besar dari 90° maka akan terjadi peristiwa pemantulan sempurna.

Baca: Pemantulan Sempurna: Definisi, Syarat, Sudut Kritis, Contoh Soal dan Pembahasan

Yang dimaksud dengan kerapatan optik di sini adalah sifat dari medium tembus cahaya (zat optik dalam melewatkan cahaya). Kerapatan optik yang berbeda pada dua medium akan menyebabkan cepat rambat cahaya pada kedua medium tersebut berbeda. Perbadingan antara cepat rambat cahaya pada medium 1 dan medium 2 disebut indeks bias.

Jika medium 1 adalah ruang hampa, maka perbandingan antara cepat rambat cahaya di ruang hampa dan di sebuah medium disebut indeks bias mutlak medium tersebut. Secara matematis, rumus indeks bias mutlak dituliskan sebagai berikut.

n	=	c
		v

Dengan:

n = indeks bias mutlak medium

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

v = cepat rambat cahaya pada medium.

Baca: Pengertian, Macam-Macam dan Rumus Indeks Bias serta Contoh Soal dan Pembahasan

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	1,0000
Udara	1,0003
Air	1,3300
Gliserin	1,4700
Kaca kerona	1,5200
Kristal kuarsa	1,5400
Kaca flinta	1,6200
Batu nilam	1,7600
Intan	2,4200

Cara Menggambarkan Arah Pembiasan Cahaya

Peristiwa pembiasan cahaya dapat digambarkan dalam bentuk diagram. Misalnya, kita akan melukiskan proses pembiasan cahaya dari medium udara ke medium air. Sebelum membuat diagramnya, kita tentukan dahulu perbandingan indeks bias mutlak antara medium udara dengan medium air, yaitu sebagai berikut.

Indeks bias udara = 1

Indeks bias air = 1,33 = 133/100 = 11/3 = 4/3

Dengan demikian, perbandingan indeks bias udara dan air adalah:

n udara : n air

1 : 4/3

3 : 4

Langkah-langkah melukiskan diagram arah pembiasan cahaya adalah sebagai berikut.

Langkah pertama, Gambar garis yang mewakili bidang batas, misalnya garis XY. Kemudian gambar garis yang mewakili garis normal yang tegak lurus dengan garis bidang batas, misalnya garis AB. Kemudian titik potong kedua garis tersebut kita beri nama titik O seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Langkah kedua, gambarkan dua buah lingkaran dengan titik pusat O dengan perbandingan jari-jari 3 : 4 sesuai dengan perbandingan indeks bias medium seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Langkah ketiga, Gambarkan sinar datang P dengan sudut datang i, misalnya 30°. Kemudian teruskan sinar PO hingga memotong lingkaran kecil di titik Q. Lalu tarik garis putus-putus dari titik Q sejajar dengan garis normal AB hingga memotong lingkaran besar di titik R seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Langkah keempat, langkah terakhir adalah hubungkan titik O dan titik R dengan sebuah garis lurus. Garis lurus OR inilah yang menunjukkan sinar bias, di mana sudut yang dibentuk antara garis OR dengan garis normal AB merupakan sudut bias (r) seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Dari gambar terakhir ini nampak bahwa sinar yang datang dari medium kurang rapat (udara) menuju medium lebih rapat (air) dibelokkan mendekati garis normal. Lalu bagaimana jika sinar cahaya datang dari medium yang lebih rapat menuju ke medium kurang rapat? Sinar yang datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, misalnya dari kaca menuju air, akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Jika sinar datang yang mengenai suatu medium kurang rapat menghasilkan sinar bias dengan sudut 90°, berarti sinar bias bergerak sepanjang bidang batas dan tidak memasuki medium kedua. Sudut ini disebut sudut kritis. Perhatikan gambar berikut.

Prinsip jalannya sinar dari satu medium ke medium lain pada pembiasan sama dengan pemantulan. Jadi, Hukum pembiasan cahaya dapat dituliskan sebagai berikut.

■ Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar dan ketiganya berpotongan di satu titik.

■ Sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat dibiaskan mendekati garis normal.

■ Sinar datang dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal.

■ Sinar datang tegak lurus batas dua medium, tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Contoh Fenomena Pembiasan Cahaya dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Sedotan yang tercelup air sebagian tampak membengkok

Sedotan atau pensil yang sebagian batangnya tercelup di dalam air akan tampak bengkok jika dilihat dari luar. Hal ini disebabkan cahaya datang dari udara (kurang rapat) menuju air (lebih rapat) akan dibiaskan menjauhi garis normal. proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam gelas.

Sehingga jika dilihat dari luar gelas, batang sedotan tampak bengkok karena tidak berada di titik sebenarnya (garis normal). Selain sedotan batang pensil, pulpen, spidol yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air juga akan terlihat bengkok jika dilihat dari luar gelas.

Baca: Kenapa Pensil atau Sedotan Tampak Bengkok Jika Tercelup Air? Berikut Penjelasannya

2. Dasar kolam tampak dangkal

Dasar kolam akan terlihat dangkal jika dilihat dari darat. Hal ini disebabkan cahaya datang dari udara (kurang rapat) menuju air (lebih rapat) akan dibiaskan menjauhi garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di dalam kolam.Sehingga yang terlihat sebagai dasar kolam merupakan bayangan dasar kolam bukan sasar kolam yang sesungguhnya.

3. Berlian dan intan tampak berkilauan

Cahaya yang masuk ke dalam intan maupun berlian mengalami beberapa kali proses pembiasan oleh permukaan intan maupun permukaan berlian tersebut. Hal ini disebabkan indeks bias intan yang besar yaitu 2.417 dan sudut kritis intan kecil hanya 24°.

4. Bintang terlihat lebih dekat dari posisi sebenarnya

Pada malam hari yang cerah kita dapat melihat ribuan bintang yang menghiasi langit. Bintang yang terlihat tampak lebih dekat dari bumi dari posisi sebenarnya. Hal ini disebabkan cahaya datang dari ruang hampa udara di ruang angkasa (kurang rapat) menuju atmosfer bumi (lebih rapat) akan dibiaskan mendekati garis normal. Proses pembiasan cahaya berlangsung di atmosfer bumi.Sehingga bintang di langit akan terlihat lebih dekat dari posisi sebenarnya jika dilihat dari bumi.

5. Terjadinya pelangi

Jika hujan turun disertai panas biasanya akan terlihat pelangi. Terjadinya pelangi disebabkan dispersi cahaya matahari yang bersifat polikromatik menjadi cahaya monokromatik dibiaskan oleh tetesan air. Proses pembiasan ini berlangsung di dalam atmosfer. Cahaya matahari yang dibiaskan oleh tetesan air menyebabkan warna-warna cahaya matahari menjadi terpisah.

Masing – masing warna dibiaskan dengan sudut bias yang berbeda sehingga masing – masing warna akan terpisah. Cahaya merah pertama dibiaskan karena frekuensi cahaya merah paling rendah dan memilki panjang gelombang paling besar di antara ketujuh warna pelangi. Sedangkan cahaya ungu menjadi yang terakhir dibiaskan karena frekuensi cahaya ungu paling tinggi dan gelombang cahaya ungu paling pendek.

Pelangi biasanya terlihat pada pagi dan sore hari karena sudut antara bumi dan matahari masih rendah. Pelangi hanya akan terlihat jika posisi pengamat berada di belakang hujan dan matahari berada di belakang pengamat. 

Baca: Proses Terjadinya Pelangi Secara Fisika Lengkap dengan Gambar