BAB II

Dasar Teori

Bedasarkan pengalaman seberkas cahaya yang lewat pada sudut miring dari satu medium ke

medium lainnya . katakanlah dari udara ke air, mengalamai defleksi diantara dua permukaan

medium. Pembengkokan sinar ketika melewati satu medium ke medium lainnya yang berbeda

disebut dengan refraksi, dan hal ini bertanggung jawab atas terjadinya efek akrab seperti distorsi

benda terlihat sebagian terendal di dalam air.

Ketika sinar pergi dari udara ke dalam air sepanjang normal terhadap permukaan antara

mereka, itu hanya terus di sepanjang jalan yang sama. Namun, ketika memasuki air di setiap sudut

lain, dibengkokkan ke arah normal. jalan yang reversibel, sehingga sinar yang muncul dari air

dibengkokkan jauh dari normal karena memasuki udara.

Refraksi terjadi karena perjalanan cahaya pada kecepatan yang berbeda di dua media. mari

kita lihat apa yang terjadi pada bidang gelombang datang AB. ketika melewati pada sudut miring

dari media di mana kecepatan adalah v1 ke sebuah medium di mana kecepatan adalah v2, di mana v2

kurang dari v1. pada t = 0 gelombang datang AB hanya datang dalam kontak dengan penghubung

antara dua media. setelah waktu t, akhir B dari muka gelombang mencapai permukaan di c, dan

geloimbang sekunder dalam medium pertama. dan jarak AD lebih pendek dari SM. muka

gelombang dibiaskan sesuai bergerak ke arah yang berbeda dari muka gelombang insiden.

Sudut i antara gelombang datang yang mendekat dan antarmuka antara dua media yang

disebut sudut datang dari gelombang datang, dan r sudut antara muka gelombang surut dan

antarmuka telah melewati disebut sudut bias.

= dan = ………………………………………………………...(2-1)

Karena BC = v1t dan AD = v2t

……………….………………………………………………..(2-2)

Dan jadi kita punya

…………………………...…………………………………………….(2-3)

Hasil ini begitu berguna diketahui sebagai hokum snell setelah menemukan, tujuh belas abad

astronomi belanda wilebrord snell. Itu berbunyi “rasio sinus dari sudut datang dan refraksi adalah

sama dengan rasio kecepatan cahaya dalam dua media”. Refraksi, seperti refleksi dapat

digambarkan dengan ketentuan model sinar dari cahaya.

Mengapa cahaya perjalanan lebih lambat dalam medium materi daripada di ruang hampa ?

medium terdiri dari atom yang mengandung elektron. ketika gelombang cahaya tiba di atom

elektron menyerap energi dari gelombang ketika mereka mulai berosilasi pada frekuensi yang sama.

osilasi ini kemudian kembali memancarkan gelombang cahaya dengan frekuensi ini. Karena inersia

dari elektron dan karena mereka terikat untuk atom, osilasi mereka tertinggal sedikit di belakang

dari gelombang yang masuk. hasilnya adalah kecepatan gelombang dalam medium yang kurang

dari kecepatan dalam ruang bebas.

Refraksi tidak terbatas pada gelombang cahaya. contoh mencolok refraksi dapat diamati

pada gelombang air yang mendekati pantai yang landai. terlepas dari arah gelombang di perairan

terbuka, arah mereka menjadi lebih dan lebih tegak lurus terhadap garis pantai karena mereka

datang lebih dekat. alasannya adalah bahwa kecepatan gelombang air berkurang di perairan dangkal

karena gesekan dengan bagian bawah, sehingga muka gelombang bergerak menuju ke pantai yang

semakin dipengaruhi oleh perubahan kecepatan dan ayunan sekitar sampai sejajar dengan pantai.

Rasio diantara kecepatan dari cahaya c di ruang beabs dan kecepatan v di sebuah medium

padat disebut dengan indeks refraksi dari medium. Semakin besar indeks dari refraksi, semakin

besar pembelokan dari sinar cahaya yang terbiaskan masuk kedalam atau menjauhi medium.

Symbol untuk indeks refraksi adalah n, jadi

………………………………………………………………………….(2-4)

Index refraction =

Ini hal mudah untuk kembali menulis hokum snell dengan ketentuan indeks refraksi n1 dan

n2 dari dua media berturut. Di dalam medium kecepatan cahaya masing-masing

and …………………………………………………………(2-5)

Dan juga hokum snell menjadi

…………………………………………..……..………(2-6)

Ini selalu tertulis didalam bentuk

…………………………………………………………….(2-7)

Indeks bias medium tergantung sampai batas tertentu pada frekuensi cahaya yang terlibat,

dengan frekuensi tertinggi memiliki nilai tertinggi n. di kaca biasa indeks bias untuk cahaya violet

adalah sekitar satu persen lebih besar dari itu untuk lampu merah, misalnya. karena indeks bias

yang berbeda berarti tingkat yang berbeda defleksi ketika sinar memasuki atau meninggalkan

media, sinar yang mengandung lebih dari satu frekuensi dibagi menjadi angka yang sesuai balok

berbeda ketika dibiaskan. efek ini, disebut dispersi.

Fenomena menarik yang dikenal refleksi total yang dapat terjadi ketika cahaya melewati

dari satu medium ke lainnya yang memiliki indeks bias lebih rendah, misalnya dari air atau kaca

untuk udara. dalam hal ini sudut bias lebih besar dari sudut insiden, dan sinar cahaya dibengkokkan

jauh dari normal. sebagai sudut insiden meningkat, sudut tertentu ic kritis tercapai dimana teh dua

media dan tidak bisa melarikan diri. sinar mendekati batas pada sudut datang lebih besar dari sudut

kritis dipantulkan kembali ke dalam media itu berasal dari, dengan malaikat refleksi yang sama

dengan sudut datang seperti dalam contoh lain dari refleksi.

Untuk menemukan nilai dari sudut kritis, kita tentukan i = ic dan r = 90θ dalam hukum snell,

dan kita dapatkan, karena sin 90θ = 1,

n1 sin ic = n2 sin 90θ

sin ic =

untuk sebuah sinar dari air menuju udara,

sin ic =

ic = 49θ

(Arthur Beiser)

Hal ini juga diketahui bahwa antar cahaya yang bengkok ketika mereka melwati batas antara

dua zat. Dalam bab 10 kita belajar bahwa efek ini disebut reraksi. Refraksi terjadi karena kecepatan

cahaya melwata dua jenis medium yang berbeda. (sifat dari medium yang memperlambat kecepatan

cahaya disebut densitas optic, dan secara umum itu berhubungan dengan massa jenis. Nilai standard

untuk c di bab sebelumnya adalah kecepatan cahaya pada medium vakum, hal ini lebih lambat dari

medium fisik.

Di bab 10 kita ditunjukkan bagaimana refraksi terjadi, menggunakan model gelombang

dating. Seperti gelombang dating mendekati batas antara dua media. Umumnya nilai khusus seperti

air dan kaca berada pada nilai di antara 1.3 sampai 1.6, tapi bisa sangat tinggi untuk sifat transparan

seperti batu permata. Untuk nilai n dari udara hamper mendekati 1. Beberapa contoh dari indeks

bias refraksi tertera pada table 2.1

Material N

Permata 2.42

Udara 1.00

Gliserin 1.47

(Tabel 2.1)

Frekuensi dari gelombang cahaya tetap konstan ketika cahaya melalui sebuah batas diantara

medium dari indeks bias dari refraksi. Gelombang menjadi lebih dekat ke garis normal ketika

melewati medium yang lebih rapat, tapi frekuensi dari osilasi tidak berubah. Oleh karena itu

panjang gelombang harus dirubah menjadi dengan hubungan

………………………………………………………….….……. (2-8)

𝝺n = ……………………………………….……………………....(2-9)

Dimana 𝝺n adalah panjang gelombang di dalam medium dengan indeks refraksi n, dan 𝝺 adalah

panjang gelombang di dalam vakum, dimana kecepatan cahaya adalah c.

Kita mempelajari di bab 10 sudut refraksi berhubungan dengan sudut datang (dimana

keduanya didefinisikan sebagai sudut dari tegak lurus ke permukaan) hubungan ini disebut dengan

hokum snell. Jika kita mendefinisikan θ1 dan θ2 dimana sudut diantara sinar yang masuk dan keluar

dan tegak lurus terhadap permukaan antara media yang indeks bias adalah n1 dan n2, kemudian kita

mempunyai

n1 = n2 …………………………………………………….……..(2-10)

Hubungan ini berlaku untuk perjalanan cahaya di kedua arah melintasi batas antara media dengan

indeks bias yang berbeda. Kita hanya perlu ingat bahwa sudut lebih kecil dalam medium dengan

kerapatan optik yang lebih tinggi. Karenanya, cahaya melewati kaca jendela sebenarnya

membungkuk dua kali, sekali saat memasuki kaca dan sekali setelah meninggalkan itu, dan, saat

melewati, arahnya lebih hampir tegak lurus terhadap bidang panel daripada di udara di kedua

samping. Sinar keluar meninggalkan kaca setelah menjalani kedua refraksi sejajar dengan sinar

yang masuk , tapi tidak pada tempatnya.

Ketika cahaya mengenai permukaan mengalami refleksi, sama hukumnya sederhana, sekali

lagi seperti yang dibahas dalam bab 10. Sudut dari refleksi selalu sama dengan sudut datang,

dimana keduanya dihitung sehubungan dengan tegak lurus terhadap permukaan refleksi..

Selanjutnya kita punya

…………………………………………………………………..……(2-11)

Dimana ini di ketahui sebagai hokum dari refraksi.

Dua persamaan sederhana, dimana persamaan (2-3) dan (2-4), rumus dasar dari analisi

system optic. Kompleksitas utama yang ikut bermain muncul ketika permukaan melengkung,

daripada permukaan pesawat, yang digunakan untuk refleksi dan refraksi.

(Theodore P. Snow)

Sebelumnya kita telah mencatat fakta perjalanan cahaya di garis lurus dalam medium

homogens. Ketika cahaya adalah insiden pada permukaan batas, beberapa cahaya tercermin.

Beberapa dari cahaya juga diserap. Tetapi dalam banyak zat transparan sebagian besar cahaya

menembus materi dan muncul di sisi lain, seperti, misalnya, dalam kasus piring kaca.

Gelombang cahaya (atau sinar) yang memasuki medium lain miring akan menjalani

perubahan mendadak dalam arah jika kecepatan gelombang dalam medium kedua adalah berbeda

dari yang di pertama. ini membungkuk jalan cahaya disebut refraksi.

Pensil dicelupkan miring melalui permukaan air tampaknya menjadi bengkok tajam di mana

memasuki air. koin sehingga ditempatkan di bagian bawah cangkir untuk disembunyikan oleh sisi

cangkir mungkin menjadi terlihat ketika gelas yang sudah diisi dengan air. obyek tampak diperbesar

dan terdistorsi bila dilihat melalui permukaan melengkung botol ini adalah contoh dari pembiasan

cahaya saat melewati dari satu material ke yang lain hukum sederhana refraksi memungkinkan

pembangunan lensa untuk kacamata, bantu, kamera, teleskop, dan mikroskop, yang memperpanjang

kegunaan dari mata kita.

Refraksi. dianggap kasus yang paling sederhana refraksi, yaitu gelombang pesawat

pertemuan permukaan pesawat. AB merupakan gelombang pesawat maju, OA dan PB adalah sinar

normal terhadap gelombang depan, dan NA adalah normal terhadap permukaan media pada A. arah

insiden sinar OA didefinisikan oleh angele kejadian i, yang membuat dengan NA normal. pesawat

berisi sinar insiden dan normal ke permukaan disebut bidang kejadian. r sudut antara sinar

dibiaskan AC dan normal disebut sudut bias. sinar insiden, sinar bias, dan normal terhadap terletak

permukaan pada bidang yang sama.

Refraksi dapat dijelaskan berdasarkan teori gelombang cukup sederhana. Biarkan SS '

mewakili permukaan batas antara dua bahan optik dan AB gelombang pesawat dua bahan optik dan

AB depan gelombang pesawat di media pertama di instan salah satu ujung balok memasuki medium

kedua. Panjang gelombnag Huygen mulai dari A akan memindahkan AC jarak dalam medium

kedua dalam waktu yang sama bahwa gelombang bergerak membentuk B ke D dalam media

pertama. seperti aslinya wavefront AB pindah , panjang gelombang sekunder akan dimulai dari titik

yang berurutan , seperti A ' dan A " , pada permukaan SS ' di sebelah kanan A. ketika titik B dari

muka gelombang aslinya telah mencapai D , semua gelombang sekunder akan menyebar ke medium

kedua . Akan ada gelombang CD depan baru dalam medium kedua yang merupakan amplop semua

panjang gelombang sekunder. Karena gelombang perjalanan lebih lambat dalam medium kedua

dibandingkan yang pertama, maka gelombang baru CD tidak sejajar dengan muka gelombang AB

asli . cahaya telah dibiaskan. Garis putus-putus konstruksi menunjukkan bahwa gelombang akan

mencapai posisi C'D dalam waktu yang dipertimbangkan jika terus berlanjut.

(Kenneth V. Manning)