Refleksi [ Pemantulan Cahaya ]
Refleksi [ Pemantulan Cahaya ]
Diagram refleksi sinar cahaya spekular Diagram refleksi sinar cahaya spekular Sebelumnya kalian sudah membaca mengenai
Sebelumnya kalian sudah membaca mengenaiPendahuluanPendahuluan
OPTIK
OPTIK , dan sekarang kita akan masuk kedalam materi, dan sekarang kita akan masuk kedalam materi
refleksi
refleksiatau pemantulan cahaya.atau pemantulan cahaya.
Refleksi
Refleksi atau pantulan cahaya terbagi menjadi 2 tipe:atau pantulan cahaya terbagi menjadi 2 tipe: specular
specular reflectireflectionon dandan diffuse reflectiondiffuse reflection.. Specular reflectionSpecular reflection menjelaskan perilaku pantulan sinar cahaya pada permukaan menjelaskan perilaku pantulan sinar cahaya pada permukaan yang mengkilap dan rata, seperti cermin yang memantulkan yang mengkilap dan rata, seperti cermin yang memantulkan sinar cahaya ke arah yang dengan mudah dapat diduga. Kita sinar cahaya ke arah yang dengan mudah dapat diduga. Kita dapat melihat citra wajah dan badan kita di dalam cermin dapat melihat citra wajah dan badan kita di dalam cermin karena pantulan sinar cahaya yang baik dan teratur. Menurut hukum refleksi untuk cermin karena pantulan sinar cahaya yang baik dan teratur. Menurut hukum refleksi untuk cermin datar, jarak subyek terhadap permukaan cermin berbanding lurus dengan jarak citra di datar, jarak subyek terhadap permukaan cermin berbanding lurus dengan jarak citra di dalam cermin namun
dalam cermin namun parity i parity inverted nverted , persepsi arah kiri dan kanan saling terbalik. Arah, persepsi arah kiri dan kanan saling terbalik. Arah sinar terpantul ditentukan oleh sudut yang dibuat oleh sinar cahaya insiden terhadap normal sinar terpantul ditentukan oleh sudut yang dibuat oleh sinar cahaya insiden terhadap normal permuk
permukaan, garaan, garis tegak lis tegak lurus teurus terhadap perhadap permukaan rmukaan pada tipada titik temtik temu sinar iu sinar insiden. Snsiden. Sinar inar insiden dan pantulan berada pada satu bidang dengan masing-masing sudut yang sama insiden dan pantulan berada pada satu bidang dengan masing-masing sudut yang sama besar te
besar terhadap norrhadap normal.mal.
Citra yang dibuat dengan pantulan dari 2 (atau jumlah kelipatannya) cermin tidak
Citra yang dibuat dengan pantulan dari 2 (atau jumlah kelipatannya) cermin tidak parity parity inverted
inverted .. Corner retroreflector Corner retroreflector memantulkan sinar cahaya ke arah datangnya sinar insiden.memantulkan sinar cahaya ke arah datangnya sinar insiden. Diffuse
Diffuse reflectioreflectionn menjelaskan pemantulan sinar cahaya pada permukaan yang tidak menjelaskan pemantulan sinar cahaya pada permukaan yang tidak mengkilap (Inggris:
mengkilap (Inggris:mattematte) seperti pada kertas atau batu. Pantulan sinar dari permukaan) seperti pada kertas atau batu. Pantulan sinar dari permukaan semacam ini mempunyai distribusi sinar terpantul yang bergantung pada struktur semacam ini mempunyai distribusi sinar terpantul yang bergantung pada struktur mikroskopik permukaan. Johann Heinrich Lambert dalam
mikroskopik permukaan. Johann Heinrich Lambert dalam Photo Photometriametria pada tahun 1760pada tahun 1760 dengan hukum kosinus Lambert (atau
dengan hukum kosinus Lambert (ataucosine emission lawcosine emission law atauatau Lambert’s emission lawLambert’s emission law)) menjabarkan intensitas radian luminasi sinar terpantul yang proposional dengan nilai menjabarkan intensitas radian luminasi sinar terpantul yang proposional dengan nilai kosinus sudut θ antara pengamat dan normal permukaan
kosinus sudut θ antara pengamat dan normal permukaan Lamberti Lambertianan dengan persamaan:dengan persamaan:
Ada 3 buah bentuk cermin pemantul, yaitu : cermin datar, cermin cekung dan cermin Ada 3 buah bentuk cermin pemantul, yaitu : cermin datar, cermin cekung dan cermin cembung. Pada ketiga cermin itu berlaku persamaan umum yang digunakan untuk cembung. Pada ketiga cermin itu berlaku persamaan umum yang digunakan untuk
menghitung jarak bayangan (s`) dari suatu benda yang terletak pada jarak tertentu (s) dari menghitung jarak bayangan (s`) dari suatu benda yang terletak pada jarak tertentu (s) dari cermin itu.
s = jarak benda s’ = jarak bayangan f = jarak titk api (fokus) sedang pembesarannya :
h’ = tinggi (besar) bayangan h = tinggi (besar) benda
Catatan :
• Pemakaian persamaan umum tersebut, harus tetap memperhatikan perjanjian tanda. • Bila s` menghasilkan harga negatip, berarti bayangan maya, sebaliknya jika positip,
berarti bayangan nyata.
• Bila bayangan benda bersifat maya, berarti bayangan tegak terhadap bendanya.
a. Cermin Datar
Permukaan cermin datar sangat halus dan memiliki permukaan yang datar pada bagian pemantulannya, biasanya terbuat dari kaca. Di belakang kaca dilapisi logam tipis mengilap
sehingga tidak tembus cahaya.
Pembentukan Bayangan pada Cermin Datar
Ketika kita bercermin, bayangan kita tidak pernah dapat dipegang atau ditangkap dengan layar. Bayangan seperti itu disebut bayangan maya atau bayangan semu.
Bayangan maya selalu terletak di belakang cermin. Bayangan ini terbentuk karena sinar-sinar pantul yang teratur pada cermin.
Sifat-sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin datar adalah sebagai berikut:
a. Bayangannya maya.
b. Bayangannya sama tegak dengan bendanya. c. Bayangannya sama besar dengan bendanya.
d. Bayangannya sama tinggi dengan bendanya.
Permukaan datar dapat dianggap permukaan sferis dengan R = ∞ Jadi, jarak titik api (focus) untuk permukaan datar ialah :
Sehingga pemakaian persamaan umum menjadi sebagai berikut :
sedang pembesarannya :
Sifat-sifat bayangan pada cermin datar :
1. Bayangan bersifat maya, terletak di belakang cermin bayangan tegak 2. Jarak bayangan = jarak benda
3. Tinggi benda = tinggi bayangan 4. Bayangan tegak
Banyaknya bayangan (n) yang dibentuk oleh dua buah cermin datar yang membentuk sudut tertentu (a) adalah :n = (360°/a)-1
Contoh Soal
Dua cermin datar membentuk sudut 30° satu sama yang lain. Jika suatu benda diletakkan diantara kedua cermin, tentukan jumlah bayangan yang terbentuk.
Diket : a = 300 Dit: n =…? Jawab: n=(3600/a)-1 n=(3600/300)-1 n=11 (bayangan terbentuk)
Persamaan Fresnel
Parameter yang digunakan padaPersamaan Fresnel adalah deduksi matematis oleh Augustin Jean Fresnel hasil
pengamatan perilaku gelombang cahaya ketika merambat antara medium yang mempunyai indeks bias yang berbeda. Persamaan Fresnel berlaku hanya pada indeks bias yang bernilai real, yaitu pada medium yang tidak menyerap gelombang cahaya. Indeks bias dapat
mempunyai nilai imajiner dan bernilai kompleks, seperti pada medium logam atau
semikonduktor yang menyerap gelombang cahaya. Persamaan ini juga berlaku hanya pada medium yang bersifat non magnetik dengan asumsi tidak terjadi interferensi.
Saat gelombang cahaya merambat dari medium dengan indeks bias n1ke medium dengan
indeks bias n2, Fresnel berpendapat bahwa gelombang cahaya mengalami refleksi dan
refraksi bersamaan. Pendapat ini berbeda dengan hukum Snellius yang menjelaskan bahwa partikel cahaya hanya membias pada kondisi yang sama.
Intensitas fraksi gelombang cahaya yang mengalami refleksi dari antarmuka ditentukan oleh reflektansi R dan fraksi gelombang cahaya yang mengalami refraksi ditentukan oleh transmitansi T .[1]
Perhitungan R bergantung pada polarisasi sinar insiden, disebutRefleksi Fresnel. Jika gelombang cahaya dipolarisasi oleh medan listrik yang tegak lurus bidang diagram (polarisasi- s), koefisien refleksi persamaan Fresnel menjadi:
dimana ?tdapat diturunkan dari ?idengan hukum Snellius dan disederhanakan
menggunakan identitas trigonometrik . Koefisien refleksi untuk polarisasi medan listrik pada bidang diagram (polarisasi- p) menjadi:
Koefisien transmisi untuk tiap-tiap bidang polarisasi dapat dihitung dengan aritmatika: T s= 1 − Rs dan T p= 1 − R p.[2]
Jika sinar insiden tidak ter polarisasi (mempunyai nilai polarisasi- s dan - p), koefisien refleksi menjadi R = ( Rs + R p)/2.
Persamaan Fresnell untuk koefisien refleksi dengan koefisien amplitudo medan listrik
Pada sudut insiden tertentu, R pbernilai nol. Hal ini menandakan refleksi keseluruhan dari
gelombang cahaya pada bidang p. Sudut ini dikenal sebagai sudut Brewster , sekitar 56° untuk medium kaca dan udara.
Ketika gelombang cahaya merambat ke medium yang lebih renggang, n1> n2, pada sudut
insiden di atas sudut kritis semua gelombang cahaya mengalami refleksi dan Rs= R p= 1.
Fenomena ini disebut total internal reflection. Sudut kritis untuk kaca dan udara sekitar
Koefisien refleksi dan koefisien transmisi pada sudut insiden mendekati normal antarmuka (θi≈ θt≈ 0) dapat dihitung dengan persamaan:
Refraksi
(atau
pembiasan
)
dalamoptika geometris didefinisikan sebagai perubahan arah rambat partikel cahaya akibat terjadinya percepatan. Pada optika era optik geometris, refraksicahaya yang dijabarkan dengan Hukum Snellius, terjadi bersamaan dengan refleksi gelombang cahaya tersebut, seperti yang dijelaskan oleh persamaan Fresnel pada masa transisi menuju era optik fisis. Tumbukan antara
gelombang cahaya dengan antarmuka dua medium menyebabkan kecepatan fase
gelombang cahaya berubah. Panjang gelombang akan bertambah atau berkurang dengan frekuensi yang sama, karena sifat gelombang cahaya yang transversal (bukan longitudinal). Pengetahuan ini yang membawa kepada penemuan lensa dan refracting telescope.
Refraksi di era optik fisis dijabarkan sebagai fenomena perubahan arah rambat gelombang
yang tidak saja tergantung pada perubahan kecepatan, tetapi juga terjadi karena faktor-faktor lain yang disebut difraksi dan dispersi.
Contoh terjadinya refraksi yang sangat umum dijumpai adalah seperti ilustrasi gambar di samping. Dengan adanya perbedaan indeks bias antara udara (1,0003) dan air (1,33) di dalam sebuah mangkok, sebuah benda lurus seperti pensil atau sedotan akan tampak seperti patah dengan kedalaman air yang tampak lebih dangkal.
Refraksi ganda
Refraksi ganda ataubirefringence ataudouble refraction adalah dekomposisi sinar
cahaya menjadi dua sinar cahaya yang disebutordinary ray danextraordinary ray. Refraksi ganda terjadi pada saat gelombang cahaya melalui medium material anisotropik seperti kristal kalsit atau Boron nitrat. Jika material tersebut mempunyai sumbu optis atau sumbu anisotropik tunggal, maka pembiasan yang terjadi disebut uniaxial birefringence dengan 2 buah indeks bias material anisotropik , masing-masing untuk 2 buah arah polarisasi dengan intensitas menurut persamaan:
di mana nodan neadalah indeks bias untuk polarisasi tegak lurus ordinary ray dan
polarisasi paralel extraordinary ray terhadap sumbu anisotropik .[1]
Biaxial materials, at 590 nm
Material na nß n?
borax 1.447 1.469 1.472
Biaxial materials, at 590 nm
Material na nß n?
mica, biotite 1.595 1.640 1.640 mica, muscovite 1.563 1.596 1.601 olivine (Mg, Fe)2SiO4 1.640 1.660 1.680
perovskite CaTiO3 2.300 2.340 2.380
topaz 1.618 1.620 1.627
ulexite 1.490 1.510 1.520
Refraksi ganda juga dapat terjadi dengan sumbu anisotropik ganda yang disebutbiaxial
birefringence atautrirefringence, seperti yang terjadi pada pembiasan sinar cahaya pada
material anisotropik layaknya kristal atau berlian. Untuk material semacam ini, tensor indeks biasn, secara umum memiliki tiga eigenvalues yang berbeda, yaitu na, nßand n?.
Refraksi gradien
Refraksi gradien adalah refraksi yang terjadi pada
medium dengan indeks bias gradien.
Pada umumnya, indeks bias gradien terjadi karena peningkatan kepadatan medium yang menyebabkan peningkatan indeks bias secara tidak linear, seperti pada kaca, sehingga cahaya yang merambat
melaluinya dapat mempunyai jarak tempuh yang melingkar dan terfokus.
Indeks bias gradien juga terjadi apabila cahaya yang merambat melalui medium dengan indeks bias konstan, mempunyai intensitas yang sangat tinggi akibat kuatnya medan listrik , seperti pada sinar laser , sehingga menyebabkan indeks bias medium bervariasi sepanjang jarak tempuh sinar tersebut. Jika indeks bias berbanding kuadrat dengan medan
listrik /berbanding linear dengan intensitas, akan terjadi fenomena self-focusing dan self- phase modulation yang disebut efek optis Kerr . Fenomena refraksi gradien dengan indeks bias berbanding linear dengan medan listrik (yang terjadi pada medium yang tidak
mempunyai inversion symmetry) disebut efek Pockels.
Refraksi negatif
A comparison of refraction in a left-handed metamaterial to that in a normal material
Refraksi negatif adalah refraksi yang terjadi seolah-olah sinar cahaya insiden dipantulkan oleh sumbu
normal antarmuka dua medium pada sudut refraksi yang secara umum tunduk pada hukum Snellius, namun bernilai negatif.
Refraksi negatif terjadi pada pembiasan antarmuka antara medium yang mempunyai indeks bias positif dengan medium material meta yang mempunyai indeks bias negatif oleh desain
koefisien permitivitas medan listrik dan permeabilitas medan magnet tertentu menurut persamaan:
Untuk kebanyakan material, besaran permeabilitas sangat dekat dengan nilai 1 pada frekuensi optis, sehingga nilai n disederhanakan dengan pendekatan permitivitas: . Menurut persamaan ini, maka indeks bias dapat bernilai negatif, misalnya seperti pada sinar x.[3]
Paradox momentum
Pada tahun 1908, Hermann Minkowski membuat persamaan momentum refraksi:[4]
di mana:
• p adalah momentum refraksi • E adalah energi foton
• c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa • n adalah indeks bias medium
Pada tahun 1909, Max Abraham membuat usulan persamaan momentum sebagai berikut:[5]
Rudolf Perierls menjabarkan inkonsistensi antara kedua persamaan ini dalam More Surprises in Theoretical Physics.[6]Ulf Leonhardt, komisaris
Theoretical Physics di University of St. Andrews, mendiskusikan hal ini, termasuk percobaan resolusinya.[7]
Hukum Snellius
Pembiasan cahaya pada antarmuka antara dua medium dengan indeks bias berbeda, dengan n2> n1. Karena
v1), sudut bias θ2lebih kecil dari sudut datang θ1; dengan kata lain, berkas di medium
berindeks lebih tinggi lebih dekat ke garis normal.
Hukum Snellius adalah rumus matematika yang meberikan hubungan antara sudut datang
dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotropik berbeda, seperti udara dan gelas. Nama hukum ini diambil dari matematikawan Belanda Willebrord Snellius, yang merupakan salah satu penemunya. Hukum ini juga dikenal sebagaiHukum Descartes atauHukum Pembiasan.
Hukum ini menyebutkan bahwa nisbah sinus sudut datang dan sudut bias adalah konstan, yang tergantung pada medium. Perumusan lain yang ekivalen adalah nisbah sudut datang dan sudut bias sama dengan nisbah kecepatan cahaya pada kedua medium, yang sama dengan kebalikan nisbah indeks bias.
Perumusan matematis hukum Snellius adalah
atau
atau
Lambang merujuk pada sudut datang dan sudut bias, dan pada kecepatan cahaya sinar datang dan sinar bias. Lambang merujuk pada indeks bias medium yang dilalui sinar datang, sedangkan adalah indeks bias medium yang dilalui sinar bias. Hukum Snellius dapat digunakan untuk menghitung sudut datang atau sudut bias, dan dalam eksperimen untuk menghitung indeks bias suatu bahan.
Pada tahun 1637, René Descartes secara terpisah menggunakan argumen heuristik
kekekalan momentum dalam bentuk sinus dalam tulisannya Discourse on Method untuk menjelaskan hukum ini. Cahaya dikatakan mempunyai kecepatan yang lebih tinggi pada medium yang lebih padat karena cahaya adalah gelombang yang timbul akibat terusiknya plenum, substansi kontinu yang membentuk alam semesta. Dalam bahasa Perancis, hukum
Snelliusdisebut la loi de Descartes atau loi de Snell-Descartes.
Sebelumnya, antara tahun 100 hingga 170 Ptolemeus dari Thebaid menemukan hubungan empiris sudut bias yang hanya akurat pada sudut kecil.[1] Konsep
hukum Snellius pertama
kali dijelaskan secara matematis dengan akurat pada tahun 984 oleh Ibn Sahl dari Baghdad dalam manuskripnya On Burning Mirrors and Lenses[2][3]. Dengan konsep tersebut Ibn Sahl
dikenal sebagai kanta asperik. Manuskrip Ibn Sahl ditemukan oleh Thomas Harriot pada tahun 1602, [4]tetapi tidak dipublikasikan walaupun ia bekerja dengan Johannes Keppler
pada bidang ini.
Pada tahun 1678, dalam Traité de la Lumiere, Christiaan Huygens menjelaskanhukum
Snelliusdari penurunan prinsip Huygens tentang sifat cahaya sebagai gelombang. Hukum
Snelliusdikatakan, berlaku hanya pada medium isotropik atau "teratur" pada kondisi cahaya monokromatik yang hanya mempunyai frekuensi tunggal, sehingga bersifat reversibel.[5]Hukum Snellius dijabarkan kembali dalam rasio sebagai berikut:
Kesimpulan :
Definisi pembiasan adalah refraksi atau pembelokan sinar pada bidang batas dua medium yang berbeda rapat optiknya. Rapat optic suatu medium akan menentukan besar indek bias medium itu.
Jika suatu zat mempunyai indeks bias lebih kecil daripada zat lain, maka rapat opticnya juga lebih kecil. Sebaliknya, jika indeks biasanya lebih besar, maka rapat optiknya lebih besar.
Pembiasan mengakibatkan beberapa kejadian berikut : 1. Kedalaman semu air jernih
2. Pemantulan sempurna hingga terjadi fatamorgana
3. Ketinggian semu benda-benda langit, akibat pembiasan berkali-kali oleh lapisan atmosefer yang kerapatannya berbeda-beda.
