Pendahuluan
Peristiwa pembelokan cahaya yang terjadi bila cahaya itu merambat melewati dua atau lebih medium yang kerapatannya berbeda disebut fenomena pembiasan atau refraksi. Mengapa cahaya itu bisa membelok? Karena jika cahaya merambat melalui dua medium yang kerapatannya berbeda kecepatannya berubah. Mengapa kecepatan rambat berubah harus membelok? Ilustrasi berikut ini diharapkan dapat memberikan penjelasan.
Gambar 4.1 Batu yang dijatuhkan di permukaan air akan membentuk
lingkaran-lingkaran konsentris yang semakin besar. Lingkaran-lingkaran-lingkaran itu adalah muka gelombang. Arah penjalaran gelombang yang menjauhi pusat adalah sinar
gelombang.
Materi : Alat optik Kelas X
Kompetensi dasar :
X.3.9 Menganalisis cara kerja alat optik menggunakan sifat pencerminan dan pembiasan oleh cermin dan lensa
X.4.9 Menyajikan ide/rancangan sebuah alat optik dengan menerapkan prinsip pemantulan dan pembiasan pada cermin dan lensa
48 TEROPONG BINTANG Jika sebuah titik menjadi sumber cahaya, maka cahaya akan dipancarkan ke segala arah. Mari kita sebut arah rambat cahaya sebagai “sinar” yang berbeda pengertiannya dengan “cahaya”. Bagian cahaya yang dipancarkan pada saat yang sama membentuk muka gelombang yang semakin besar menjauhi sumber cahaya. Untuk memudahkan pemahaman tentang sinar dan muka gelombang ini, mari kita bandingkan dengan gelombang air. Jika kita menjatuhkan batu di air kolam yang tenang, tempat jatuhnya batu itu adalah sumber gelombang air.
Kita akan melihat lingkaran-lingkaran yang bergerak makin besar menjauhi tempat jatuhnya batu. Lingkaran-lingkaran itu adalah muka gelombang. Arah gerak gelombang air itu menjauhi tempat jatuhnya batu. Jika kita tarik garis dari pusat gelombang ke luar mengikuti arah gerak muka gelombang, itulah sinar gelombang.
Sinar gelombang selalu tegak lurus terhadap muka gelombang. Pada peristiwa perambatan gelombang air, medium perambatannya adalah dua dimensi yaitu permukaan air, maka muka gelombangnya berbentuk lingkaran yang makin lama makin besar. Pada cahaya, medium perambatannya 3 dimensi, sehingga muka gelombangnya berupa permukaan bola yang makin lama makin besar. Namun pada kedua peristiwa itu tetap berlaku aturan sinar gelombang tegak lurus terhadap muka gelombang.
Jika cahaya merambat dan dalam perambatannya kecepatannya berubah karena berpindah medium, dan muka gelombang yang berfase sama tidak mengalami perubahan kecepatan itu secara bersamaan, maka sinar gelombang harus membelok, jika tidak, muka gelombang dan sinar gelombang tidak akan tegak lurus. Hal ini dijelaskan pada gambar 4.2 dan 4.3.
Pada Gambar 4.2, andaikan cahaya dari udara masuk ke air tidak membelok, sementara kecepatan cahaya di air lebih kecil dari pada di udara. P dan R berada dalam muka gelombang yang sama. Saat sinar gelombang 1 mencapai P, sinar gelombang 2 mencapai R, setelah itu kecepatan sinar gelombang 2 lebih kecil dari sinar gelombang 2 padahal keduanya berada dalam muka gelombang yang sama.
Saat sinar gelombang 1 menempuh jarak PQ, sinar gelombang 2 hanya menempuh jarak RS karena kecepatannya lebih rendah. Akibatnya muka gelombang QS tidak dapat tegak lurus terhadap sinar gelombang RS. Keadaan ini tidak diperbolehkan.
TEROPONG BINTANG 49
Gambar 4.2 Ilustrasi apabila cahaya datang dari udara ke air tidak membelok,
maka muka gelombang dan sinar gelombang tidak dapat tegak lurus bila sudut datang tidak nol.
Pada gambar 4.3 diilustrasikan keadaan jika sinar gelombang harus dibuat tegak lurus terhadap muka gelombang, maka konsekuensinya sinar gelombang harus membelok di perbatasan antara dua medium. Itulah sebabnya mengapa perubahan kecepatan menyebabkan pembelokan pada cahaya yang masuk dari medium satu ke medium lain.
Gambar 4.3 Cahaya yang masuk dari udara ke air harus membelok sebagai
konsekuensi dari perubahan kecepatannya
Dalam menganalisis besarnya pembelokan cahaya karena cahaya pindah medium, didefinisikan besaran indeks bias yang merupakan perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan di medium:
v
c
n
50 TEROPONG BINTANG Andaikan indeks bias medium A adalah nA, dan medium B adalah nB, jika cahaya datang dari medium A dengan sudut datang i dan masuk ke medium B, meninggalkan perbatasan kedua medium dengan sudut r, berlaku :
r
i
n
n
B Asin
sin
(4.2)Jika cahaya datang dari udara, masuk ke kaca lalu keluar lagi pada di permukaan yang lain, dan jika kacanya datar, maka arah sinar datang masih sejajar dengan sinar yang keluar dari permukaan yang lain. Tapi kalau permukaan kaca tempat sinar datang dan permukaan lain tempat sinar keluar tidak sejajar, maka sinar datang umumnya tidak sejajar lagi dengan cahaya yang keluar dari bidang yang lain. Dengan kata lain cahaya itu dibelokkan oleh kaca.
Contoh, jika cahaya menembus prisma maka sinar datang dan sinar yang keluar dari prisma tidak sejajar. Contoh lain, jika kaca itu berupa lensa cembung maka setiap berkas sinar datang akan dibelokkan sedemikian rupa sehingga akan mengumpul atau menyebar bergantung pada jarak sumber cahayanya. Jika semua berkas sinar datang sejajar, maka sinar yang keluar dari lensa akan dikumpulkan di titik fokus.
Gambar 4.4 Pembelokan cahaya ketika melewati medium yang berbeda i
r
Medium A
TEROPONG BINTANG 51 Di dalam bidang ilmu astronomi, salah satu contoh peristiwa pembiasan adalah cahaya yang datang dari bintang menuju pengamat di permukaan Bumi dan bintang tersebut tidak tepat diatas kepala. Cahaya bintang tidak datang tegak lurus terhadap permukaan Bumi.
Cahaya itu akan mengalami pembelokan karena pembiasan oleh atmosfir Bumi. Hal ini disebabkan sebelum masuk ke atmosfir cahaya bintang datang dari ruang hampa udara. Ketika masuk atmosfir Bumi, yang lebih rapat, kecepatannya berkurang, mengalami pembiasan dan dapat sedikit membelok.
Gambar 4.5 Pembelokan cahaya bintang ketika memasuki atmosfir Bumi
Sebuah bintang yang nampak berada di horizon, sebenarnya sudah berada di bawah horizon sejauh 35 menit busur, jadi seharusnya tidak akan tampak jika Bumi tidak mempunyai atmosfir. Bintang itu masih dapat tampak oleh pengamat di Bumi karena cahayanya membelok.