REFRAKSI CAHAYA: ELEMEN, HUKUM DAN EKSPERIMEN - FISIK - 2025

The pembiasan cahaya adalah fenomena optik yang terjadi ketika cahaya insiden miring pada permukaan pemisahan dua media yang dengan indeks bias yang berbeda. Ketika ini terjadi, cahaya berubah arah dan kecepatannya.

Pembiasan terjadi, misalnya, ketika cahaya berpindah dari udara ke air, karena ini memiliki indeks bias yang lebih rendah. Ini adalah fenomena yang bisa diapresiasi dengan sempurna di kolam, ketika mengamati bagaimana bentuk tubuh di bawah air tampak menyimpang dari arah yang seharusnya.

Atoma

Ini adalah fenomena yang mempengaruhi berbagai jenis gelombang, meskipun kasus cahaya adalah yang paling representatif dan paling banyak hadir dalam kehidupan kita sehari-hari.

Penjelasan untuk pembiasan cahaya ditawarkan oleh fisikawan Belanda Willebrord Snell van Royen, yang membuat hukum untuk menjelaskannya yang kemudian dikenal sebagai Hukum Snell.

Ilmuwan lain yang memberi perhatian khusus pada pembiasan cahaya adalah Isaac Newton. Untuk mempelajarinya, dia menciptakan prisma kaca yang terkenal. Dalam prisma, cahaya menembusnya melalui salah satu wajahnya, membiaskan dan membusuk menjadi berbagai warna. Dengan cara ini, melalui fenomena pembiasan cahaya, ia membuktikan bahwa cahaya putih tersusun dari semua warna pelangi.

Elemen pembiasan

Unsur-unsur utama yang harus diperhatikan dalam kajian pembiasan cahaya adalah sebagai berikut: - Sinar datang, yaitu sinar yang mengenai permukaan pemisah kedua media fisik secara miring. - Sinar bias, yaitu sinar yang melewati medium, mengubah arah dan kecepatannya. -Garis normal, yaitu garis imajiner yang tegak lurus dengan permukaan pemisah kedua media. -Sudut datang (i) yang didefinisikan sebagai sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan normal. -Sudut refraksi (r), yang didefinisikan sebagai sudut yang dibentuk oleh normal dengan sinar bias.

-Selain itu, indeks bias (n) medium juga harus diperhatikan, yaitu hasil bagi kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan kecepatan cahaya dalam medium.

n = c / v

Dalam hal ini, harus diingat bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa bernilai 300.000.000 m / s.

Indeks bias cahaya di berbagai media

Indeks bias cahaya di beberapa media yang paling umum adalah:

Hukum refraksi

Hukum Snell sering disebut juga dengan hukum refraksi, namun kenyataannya dapat dikatakan bahwa ada dua hukum refraksi.

Hukum pembiasan pertama

Sinar datang, sinar bias dan sinar normal berada pada bidang angkasa yang sama. Dalam hukum ini, yang juga disimpulkan oleh Snell, refleksi juga berlaku.

Hukum refraksi kedua

Kedua, hukum refraksi atau hukum Snell, ditentukan oleh ekspresi berikut:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Dimana n _{1 adalah} indeks bias medium darimana cahaya berasal; i sudut kejadian; n ₂ indeks bias medium di mana cahaya dibiaskan; r adalah sudut bias.

Josell7

Prinsip Fermat

Dari prinsip waktu minimum atau prinsip Fermat, baik hukum refleksi maupun hukum refraksi, yang baru saja kita lihat, dapat disimpulkan.

Prinsip ini menyatakan bahwa jalur nyata yang diikuti oleh seberkas cahaya yang bergerak di antara dua titik di ruang angkasa adalah yang membutuhkan waktu paling sedikit untuk menempuh perjalanan.

Konsekuensi hukum Snell

Beberapa konsekuensi langsung yang disimpulkan dari ekspresi sebelumnya adalah:

a) Jika n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io let r <i

Jadi ketika seberkas cahaya berpindah dari medium dengan indeks bias lebih rendah ke medium lain dengan indeks bias lebih tinggi, sinar bias mendekati normal.

b) Jika n2 <n ₁ ; sin r> sin io let r> i

Jadi ketika sinar cahaya berpindah dari medium dengan indeks bias lebih tinggi ke medium dengan indeks bias lebih rendah, sinar bias menjauh dari normal.

c) Jika sudut datang nol, maka sudut sinar bias adalah nol.

Batasi sudut dan refleksi internal total

Konsekuensi penting lainnya dari hukum Snell adalah apa yang dikenal sebagai sudut batas. Ini adalah nama yang diberikan untuk sudut datang yang sesuai dengan sudut bias 90º.

Saat ini terjadi, sinar bias bergerak rata dengan permukaan separasi kedua media. Sudut ini disebut juga sudut kritis.

Untuk sudut yang lebih besar dari sudut batas, fenomena yang disebut refleksi internal total terjadi. Ketika ini terjadi, tidak ada pembiasan, karena seluruh berkas cahaya dipantulkan secara internal. Refleksi internal total hanya terjadi ketika berpindah dari medium dengan indeks bias lebih tinggi ke medium dengan indeks bias lebih rendah.

Salah satu penerapan refleksi internal total adalah konduksi cahaya melalui serat optik tanpa kehilangan energi. Berkat itu, kami dapat menikmati kecepatan transfer data tinggi yang ditawarkan oleh jaringan serat optik.

Eksperimen

Eksperimen yang paling dasar untuk dapat mengamati fenomena pembiasan adalah memasukkan pensil atau pulpen ke dalam gelas berisi air. Sebagai akibat dari pembiasan cahaya, bagian pensil atau pena yang terendam tampak sedikit rusak atau menyimpang dari jalur yang diharapkan.

Velual

Anda juga dapat mencoba eksperimen serupa dengan penunjuk laser. Tentu saja, perlu menuangkan beberapa tetes susu ke dalam gelas berisi air untuk meningkatkan visibilitas sinar laser. Dalam hal ini, sebaiknya percobaan dilakukan dalam kondisi cahaya redup untuk lebih memahami jalur berkas cahaya.

Dalam kedua kasus tersebut, menarik untuk mencoba berbagai sudut datang dan mengamati bagaimana sudut refraksi berubah-ubah.

Penyebab

Penyebab efek optik ini harus ditemukan pada pembiasan cahaya yang menyebabkan bayangan pensil (atau berkas cahaya dari laser) tampak menyimpang di bawah air sehubungan dengan gambar yang kita lihat di udara.

Pembiasan cahaya dalam kehidupan sehari-hari

Pembiasan cahaya dapat diamati dalam banyak situasi kita sehari-hari. Beberapa telah kami beri nama, yang lain akan kami komentari di bawah.

Salah satu konsekuensi dari pembiasan adalah bahwa kolam tampak lebih dangkal dari yang sebenarnya.

Efek refraksi lainnya adalah pelangi yang terjadi karena cahaya dibiaskan dengan melewati tetesan air yang ada di atmosfer. Fenomena yang sama terjadi ketika seberkas cahaya melewati prisma.

Konsekuensi lain dari pembiasan cahaya adalah kita mengamati matahari terbenam setelah beberapa menit berlalu sejak matahari benar-benar terjadi.

Referensi

1. Terang (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 14 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fisika: sifat segala sesuatu. Mexico DF: Editor Thomson Internasional.
3. Total refleksi internal (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 12 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
4. Terang (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 13 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Teori Refleksi, Gelombang Elektromagnetik dan Partikel. Peloncat.
6. Refraksi (nd). Di Wikipedia. Diperoleh pada 14 Maret 2019, dari en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Kursus Fisika Berkeley, Vol. 3), McGraw-Hill.