Kenapa Pensil Tampak Patah Dalam Gelas Berisi Air? Ini Dia Penjelasannya Lengkap dengan Gambar

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:

Pernahkah kalian memasukkan batang pensil atau sedotan ke dalam gelas bening berisi air jernih? Jika belum pernah, coba kalian lakukan sendiri dan amati apa yang terjadi. Sebuah pensil, sedotan, atau benda-benda padat berbentuk batangan seperti sendok, kayu, logam dan sebagainya apabila dimasukkan ke dalam gelas berisi air maka akan terlihat seolah-olah patah atau bengkok seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Bisakah kalian menjelaskan bagaimana fenomena tersebut bisa terjadi dengan menggunakan konsep fisika? Peristiwa batang pensil tampak bengkok di dalam gelas berisi air merupakan salah satu ilusi optik yang dapat dijelaskan dengan menggunakan prinsip pembiasan cahaya dan komponen-komponennya seperti Hukum Snellius dan indeks bias. Masih ingatkah kalian apa yang dimaksud dengan pembiasan cahaya, indeks bias, dan konsep Hukum Snellius? Mari kita ulas secara singkat.

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 (indeks bias) 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 optik atau indeks biasnya. 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.

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

Tabel Indeks Bias Berbagai Medium

Medium	Indeks Bias
Ruang hampa (vakum)	1,0000
Udara	1,0003
Air (20°C)	1,3300
Kaca kwartz	1,4590
Kaca plexi	1,5100
Kaca kerona	1,5200
Kaca flinta	1,6200

Hukum Snellius

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.

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.

2. Jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal.

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

Penjelasan Mengapa Pensil Tampak Seolah Patah

Ketika sebagian batang pensil tercelup ke dalam gelas kaca berisi air, maka sinar datang yang berasal dari batang pensil yang tercelup tersebut akan melewati tiga medium, yaitu air, kaca (gelas), dan udara hingga akhirnya sampai ke mata kita sebagai pengamat. Untuk lebih jelasnya, perhatikanlah gambar berikut ini.

Sinar datang 1 berasal dari ujung pensil yang tercelup air merambat melalui medium air. Ketika mencapai medium kaca (gelas) maka sinar cahaya tersebut akan dibiaskan mendekati garis normal. Hal ini dikarenakan indeks bias kaca lebih besar daripada indeks bias air sehingga kerapatan optik kaca lebih besar (lebih rapat) daripada air (lebih renggang).

Kemudian dari medium kaca, sinar cahaya bergerak keluar menuju udara. Karena indeks bias udara lebih kecil daripada kaca, maka sinar dibiaskan menjauhi garis normal dan menghasilkan sinar bias 1. Sinar bias 1 ini kemudian mencapai mata kita. Hal yang sama juga berlaku untuk sinar datang 2. Setelah terjadi pembiasan dari air ke kaca dan ke udara maka dihasilkan sinar bias 2 dan sinar bias ini juga menuju mata kita.

Kemudian, perpanjangan sinar bias 1 dan sinar bias 2 ini akan berpotongan di satu titik. Nah, di titik inilah tempat terbentuknya bayangan semu dari batang pensil yang tercelup air. Bayangan semu inilah yang dilihat oleh mata kita. Karena bayangan semu ini letakknya tidak tepat atau sedikit bergeser dari posisi benda aslinya, maka oleh mata kita akan tampak seolah batang pensil yang tercelup air tersebut patah atau bengkok.