4 Contoh Peristiwa Pembiasan Cahaya dalam Kehidupan Sehari-hari dan Penjelasannya Secara Fisika

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:

Pembiasan cahaya atau disebut juga difraksi adalah suatu peristiwa pembelokan arah rambat cahaya ketika melewati batas antara dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya terjadi akibat kecepatan cahaya berbeda pada setiap medium. Kerapatan optik suatu medium dinyatakan sebagai indeks bias. Semakin besar indeks bias suatu medium, maka kerapatannya semakin besar pula. Oleh karena itu, jika seberkas cahaya melalui suatu medium yang indeks biasnya besar, maka akan semakin besar pula cahaya tersebut dibelokkan atau dibiaskan.

Nah pada kesempatan kali ini, kita akan belajar mengenai contoh-contoh fenomena dalam kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan peristiwa pembiasan serta penjelasan secara fisika bagaimana proses terjadinya fenomena tersebut. Kita akan membicarakan empat fenomena fisika antara lain peristiwa terjadinya fatamorgana, pembentukan bayangan pada periskop, dasar kolam yang tampak lebih dangkal, dan posisi benda-benda langit yang tidak pada tempat sebenarnya. Berikut ini penjelasannya.

1. Peristiwa terjadinya fatamorgana

Fatamorgana merupakan sebuah istilah kepada suatu hal yang bersifat khayal yang tidak mungkin dapat dapat dicapai. Karena memang peristiwa ini diambil dari gejala optik yang menyebabkan suatu permukaan yang sangat panas atau memiliki suhu panas, tampak berkilat seperti ketika melihat permukaan air. Fenomena fatamorgana biasanya terjadi di tanah atau bidang yang luas dan panjang seperti jalan aspal, padang pasir atau padang es.

Sebagai contoh, pada waktu siang hari yang panas terik ketika kita sedang berada di pinggir jalan raya beraspal, kita memandang jauh ke jalan raya ternyata terlihat seperti ada air di atas aspal. Kemudian setelah kita dekati ternyata air tersebut tidak ada. Mengapa hal ini bisa terjadi? Bagaimana penjelasannya secara fisika? Simak penjelasan berikut.

Pada siang hari yang panas, cahaya matahari mengenai aspal sehingga permukaan aspal menjadi sangat panas. Karena aspal menjadi panas, maka lapisan udara yang dekat dengan permukaan aspal menjadi panas juga sehingga kerapatan optiknya menjadi lebih kecil (renggang), kita sebut saja lapisan udara dingin. Sementara itu, lapisan udara yang letaknya beberapa centimeter di atas lapisan udara panas tersebut memiliki kerapatan optik yang lebih besar (rapat), kita sebut saja lapisan udara panas.

Pada pembiasan cahaya, jika sinar datang dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat (renggang) maka cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Perhatikan gambar di atas, sinar 1 datang dari lapisan udara dingin menuju lapisan udara panas maka dibiaskan menjauhi garis normal. Hal ini karena kerapatan optik lapisan udara dingin lebih besar daripada lapisan udara panas.

Kemudian sinar 2 datang dengan sudut datang lebih besar lagi sehingga sinar dibiaskan sejajar dengan bidang batas antara lapisan udara dingin dan udara panas. Sudut datang sinar 2 ini merupakan sudut kritis, yaitu sudut datang yang menghasilkan sudut bias sebesar 90°. Kemudian sinar 3 datang dengan sudut yang datang yang lebih besar lagi dari sudut kritis sinar 2, sehingga sinar tidak lagi dibiaskan melainkan dipantulkan. Peristiwa ini dinamakan pemantulan sempurna.

Apabila semakin banyak sinar datang seperti sinar 3, maka akan semakin banyak sinar yang dipantulkan secara sempurna. Kemudian dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul yang banyak tersebut akan menghasilkan suatu bayangan semu yang banyak jumlahnya dan akan terlihat seperti air. Jadi, sebenarnya, fatamorgana terjadi karena peristiwa pemantulan cahaya bukan pembiasan cahaya. Namun, untuk dapat menjelaskan peristiwa pemantulan sempurna kita perlu menggunakan konsep pembiasan cahaya.

2. Peristiwa pembentukan bayangan pada periskop

Periskop adalah alat optik yang berfungsi untuk mengamati benda dalam jarak jauh atau berada dalam sudut tertentu. Bentuknya sederhana, yaitu berupa tabung yang dilengkapi dengan prisma pada ujung-ujungnya. Prisma ini akan memantulkan cahaya yang datang sejajar padanya, kemudian diatur sedemikian rupa sehingga membentuk sudut 45° terhadap sumbu tabung. Periskop digunakan pada tank kapal selam. Para navigator kapal selam memanfaatkan periskop untuk mengamati gerak-gerik yang terjadi di atas permukaan laut.

Lalu bagaimana cara kerja periskop ini? Apakah ada keterkaitan dengan konsep pembiasan cahaya? Prinsip kerja periskop ini menggunakan konsep pemantulan sempurna. Proses pemantulan sempurna terjadi pada prisma yang digunakan sebagai alat optik untuk menangkap dan memantulkan cahaya. Prisma ini berjumlah dua buah yang disusun membentuk sudut 45°. Perhatikan gambar berikut.

Ketika kita melihat ujung bawah periskop, sinar sejajar dari objek masuk lewat ujung atas mengenai prisma optik. Kemudian prisma tersebut akan memantulkan secara sempurna sinar dari objek tersebut membentuk sudut 45° ke arah prisma optik kedua. Kemudian sinar pantul dari prisma pertama tadi akan dipantulkan kembali 45° oleh prisma kedua menuju mata kita. Dengan demikian, kita dapat melihat objek tersebut.

Baca: Pembiasan Cahaya pada Prisma, Contoh Soal dan Pembahasan

3. Peristiwa dasar kolam yang tampak dangkal

Jika kalian pernah memperhatikan kolam renang yang airnya jernih, maka akan tampak bahwa dasar kolam tersebut tampak dangkal. Namun jika kita menceburkan diri ke dalam kolam tersebut yang terjadi adalah dasar kolam ternyata tidak sedangkal yang kita lihat ketika berada di darat. Kenapa hal ini bisa terjadi? Bagaimana penjelasannya secara fisika?

Pembiasan merupakan peristiwa pembelokan arah rambat cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya di mana medium tersebut haruslah benda bening. Air jernih termasuk benda bening, sehingga pada air juga dapat terjadi peristiwa pembiasan. Ketika kita melihat dasar kolam, cahaya dari dasar kolam menuju mata kita. Ketika melewati permukaan air, cahaya akan dibelokkan menjauhi garis normal karena indeks bias air lebih besar dari indeks bias udara. Perhatikan gambar berikut.

Sinar datang 1 dan 2 berasal dari dasar kolam menuju ke permukaan air, dan oleh udara, kedua sinar tersebut dibiaskan menjauhi garis normal menuju mata kita menjadi sinar bias 1 dan 2. Kedua sinar bias tersebut tidak berpotongan, yang berpotongan adalah perpanjangan kedua sinar bias. Di titik perpotongan perpanjangan kedua sinar bias ini terbentuklah bayangan semu dari dasar kolam yang letaknya di atas dasar kolam sebenarnya.

Bayangan dasar kolam inilah yang terlihat oleh mata kita. Oleh karena itu, pada kolam yang airnya jernih, jika diamati dari atas permukaan air maka dasar kolam akan terlihat lebih dangkal dari yang sebenarnya. Jadi, bagi kalian yang tidak pandai berenang, jangan sampai terkecoh dengan ilusi optik semacam ini. Untuk menentukan kedalaman kolam yang sebenarnya, ada rumus yang bisa kalian gunakan. Rumus tersebut dapat kalian jumpai dalam artikel tentang Pembiasan Cahaya oleh Air, Contoh Soal dan Pembahasan.

4. Posisi benda langit tidak berada pada tempat sebenarnya

Kalian tentunya pernah melihat jutaan bintang di angkasa ketika malam hari yang cerah bukan? Bintang merupakan benda langit yang dapat memancarkan cahaya. Karena memancarkan cahaya inilah, bintang-bintang di luar angkasa dapat terlihat dari bumi. Lalu sekarang yang menjadi pertanyaannya adalah, apakah posisi bintang yang kalian lihat dari bumi sama dengan posisi bintang yang sebenarnya di angkasa? Jawabannya adalah tidak. Kenap tidak?

Bumi merupakan salah satu benda langit yang dapat dihuni oleh manusia. Bumi memiliki lapisan atmosfer yang banyak sekali memberi manfaat bagi kehidupan di Bumi, salah satunya adalah untuk melindungi makhluk hidup dari radiasi sinar ultraviolet yang dipancarkan oleh matahari. Lapisan udara pada atmosfer Bumi dengan lapisan hampa udara di luar bumi memiliki indeks bias yang berbeda.

Udara pada atmosfer bumi indeks biasnya 1,0003 sedangkan ruang hampa udara (vakum) indeks biasnya adalah 1,0000. Meskipun selisihnya sangat kecil sekali, jika cahaya melewati dua lapisan udara tersebut tetap saja akan mengalami pembiasan. Hal ini yang menyebabkan kenapa bintang tidak berada pada posisi yang sebenarnya. Perhatikan gambar di bawah ini.

Sebuah bintang di titik A tampak oleh kita ada di A’. Hal ini terjadi karena cahaya dari bintang dari medium hampa udara dibiaskan mendekati garis normal ketika berada di atmosfer bumi. Perpanjangan garis sinar bias ini akan menghasilkan bayangan dari bintang tersebut. Oleh karena itu, bintang-bintang yang terlihat di bumi sebenarnya tidak pada posisi yang sebenarnya, melainkan berada pada posisi yang lebih jauh lagi. Hal yang serupa juga berlaku untuk benda langit lainnya seperti bulan dan matahari. Umumnya, benda-benda angkasa yang kita lihat terangkat kira-kira 0,5° ke atas.