BAB I PENDAHULUAN
B. Landasan Teori
5. Pemantulan Cahaya dan Pembiasan Cahaya
Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang dapat merambat pada ruang vakum. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Ini terbukti dari sinar matahari yang dapat merambat sampai ke bumi. Gelombang elektromagnet merambat tegak lurus dengan arah getarnya. Di dalam ruang vakum, gelombang elektromagnetik menjalar dengan laju 3x108 m/detik.
Sifat-sifat cahaya antara lain, cahaya merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan, dapat terdispersi, dapat terinterferensi, dapat terpolarisasi. Penelitian ini menekankan pada optika geometrik, yang berarti hanya sebagian dari sifat-sifat cahaya yang dimunculkan. Sebagian sifat-sifat cahaya tersebut antara lain, cahaya merambat lurus, cahaya dapat dipantulkan, dan cahaya dapat dibiaskan.
a. Pemantulan Cahaya
Saat gelombang mengenai sebuah penghalang datar, seperti cermin, gelombang-gelombang baru dibangkitkan dan bergerak menjauhi penghalang tersebut. Fenomena ini disebut pemantulan. Pemantulan terjadi pada bidang batas antara dua medium berbeda, seperti permukaan udara dan kaca, dalam
kejadian di mana sebagian energi datang dipantulkan dan sebagian ditransmisikan (diteruskan).
Terbentuknya gelombang baru tersebut berdasar pada Prinsip Huygens, yang menyatakan bahwa setiap titik pada bidang gelombang primer berkelakuan sebagai sumber anak gelombang sekunder yang kemudian berkembang dengan laju dan frekuensi yang sama dengan gelombang primernya (Tipler, 2001:442).
Gambar di bawah ini menunjukkan sebuah sinar yang mengenai permukaan udara-kaca.
Sudut θi yang terbentuk antara sinar datang yang jatuh pada batas medium dan garis normal disebut sudut datang, sedangkan sudut θr yang terbentuk antara garis normal dengan sinar pantul disebut sudut pantul. Sudut pantul yang terbentuk dari sinar pantul besarnya sama dengan sudut datang.
Hukum Pemantulan cahaya menyatakan bahwa :
i) sinar datang, garis normal, dan sinar pantul bertemu pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar,
ii) θr = θi
Garis nornal
θr = θi
Penghalang (bidang batas)
Sinar datang Sinar patul
Gambar 1. Pemantulan cahaya
1) Pemantulan pada permukaan datar
Contohnya pada cermin datar yang mempunyai permukaan yang licin/halus. Pada cermin datar, cahaya yang mengenai permukaan hampir seluruhnya dipantulkan. Pemantulan pada cermin datar merupakan pemantulan teratur atau pemantulan spekuler. Dalam pembentukan bayangan oleh cermin datar digunakan Hk Pemantulan. Proses pembentukan bayangannya sebagai berikut :
Misalnya, ada sebatang pensil diletakkan di depan cermin datar, maka proses pembentukan bayangannya sebagai berikut :
i. Lukis dua sinar yang melewati ujung A, buat garis normal yang tegak lurus dengan cermin, kemudian lukis sinar pantulnya. Buat perpanjangan kedua sinar pantul. Kedua perpanjangan ini sinar pantul ini akan bertemu pada suatu titik A’.
ii. Lukis dua sinar yang melewati ujung B, buat garis normal yang tegak lurus dengan cermin, kemudian lukis sinar pantulnya. Buat perpanjangan kedua sinar pantul. Kedua perpanjangan ini sinar pantul ini akan bertemu pada suatu titik B’.
iii. Hubungkan titik A’ dengan B’. Penghubung ini merupakan bayangan yang dihasilkan cermin datar.
Gambar 2. Pembentukan bayangan pada cermin datar
Cermin datar 1 2 B’ A’ B A bayangan benda
Sifat bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, sama besar. 2) Pemantulan pada permukaan kasar
Contohnya, permukaan kertas. Pada permukaan kasar tetap berlaku Hk Pemantulan, namun pemantulan yang tidak teratur atau pemantulan baur atau pemantulan difusi (menyebar). Pemantulan yang tidak teratur ini menguntungkan, karena mata dapat melihat benda yang memantulkan cahaya ke segala arah.
Gambar 3. Pemantulan pada bidang kasar
3) Pemantulan pada permukaan lengkung
Pada permukaan lengkung, Hk Pemantulan tetap berlaku. Sedangkan garis normal pada permukaan lengkung dapat digambarkan dengan membuat garis singgung pada permukaan lengkungnya. Garis yang dibuat tegak lurus dengan garis singgung merupakan garis normal.
Pada permukaan cekung :
Gambar 4. Garis normal pada permukaan cekung Garis normal
Garis singgung
N N
Pada permukaan cembung :
Gambar 5. Garis normal pada permukaan cembung
b. Pembiasan Cahaya
Ketika seberkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda, misalnya udara-kaca, cahaya tersebut dipantulkan dan sebagian lagi memasuki medium kedua, sinar yang ditransmisikan/diteruskan disebut disebut sinar bias. Peristiwa yang terjadi merupakan pembiasan.
Untuk cahaya yang memasuki kaca dari udara, ada sebuah ketertinggalan fase (phase lag) antara gelombang yang diradiasikan kembali dan gelombang datang. Demikian juga ada ketertinggalan fase antara gelombang hasil (resultan) dan gelombang datang. Ketertinggalan fase ini berarti bahwa posisi puncak gelombang dari gelombang yang dilewatkan diperlambat relatif terhadap posisi puncak gelombang dari gelombang datang di dalam medium tersebut.
Gelombang yang dilewatkan tidak berjalan di dalam medium sejauh gelombang datang aslinya. Jadi kecepatan gelombang yang dilewatkan lebih kecil daripada kecepatan gelombang datang (Tipler, 2001:446).
Garis singgung
Laju cahaya dalam medium ditentukan oleh indeks bias n. Indeks bias itu sendiri merupakan perbandingan laju cahaya dalam ruang vakum c terhadap laju tersebut dalam medium tertentu v :
v c n=
Dalam tabel di bawah ini, disajikan beberapa harga indeks bias pada berbagai medium untuk cahaya Natrium kuning (Tipler, 2001:451) :
Tabel 1. Indeks bias berbagai macam zat
Jenis Zat Indeks
Bias Jenis Zat
Indeks Bias Padat Es Kuarsa Intan Kaca Gelas ringan Gelas menengah 1,309 1,544 2,417 1,58 1,62 Gelas padat Cairan pada 200 C Air Terpentin Gliserin Bensin
Udara pada 1 atm 200 C
1,66 1,333 1,472 1,473 1,501 1,0003
Gambar di bawah ini menunjukkan seberkas cahaya yang mengenai permukaan udara kaca :
Gambar 6. Pembiasan cahaya dari udara ke kaca ke udara lagi
Sudut bias lebih kecil daripada sudut datang, sehingga sinar bias dibelokkan mendekati garis normal
Hukum Pembiasan seperti yang dikemukakan Willebrod Snell pada tahun 1621, antara lain :
1) Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar,
2) n1 sin θ1 = n2 sin θ2
Penelitian ini hanya terbatas pada peristiwa pembiasan yang sering dijumpai, seperti terjadinya pembengkokan sebatang pensil jika dicelupkan ke dalam air bening dengan permukaan tenang dan koin yang dimasukkan ke dalam air. Sinar bias 2 θ2 θ1 udara kaca Garis Normal Sinar datang Sinar bias 1
1) Pembiasan sebatang pensil
Gambar 7. Pembiasan pensil yang tercelup ke dalam air bening
Prosesnya, gambar dua berkas sinar yang mengenai ujung pensil. Saat dua berkas sinar tersebut sampai pada batas permukaan air-udara, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal (Hk Pembiasan cahaya kedua). Buat perpanjangan dua sinar bias tersebut, yang kemudian akan bertemu di satu titik. Di titik inilah bayangan pensil terlihat lebih dangkal dari sebenarnya. air pensil Bayangan pensil yang terlihat Mata pengamat udara
udara
Bayangan koin yang terlihat
koin mata
air
2) Pembiasan koin yang berada di dasar kolam yang berisi air bening
Gambar 8. Koin yang tercelup ke dalam air
Prosesnya, saat sinar yang mengenai koin sampai ke permukaan batas, maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal, lalu buat garis perpanjangan sinar bias. Ada sinar yang mengenai koin tegak lurus dengan permukaan batas air-udara, sinar ini tidak mengalami penyimpangan. Pertemuan antara perpanjangan sinar bias dan sinar yang tidak mengalami penyimpangan merupakan letak bayangan koin.