hukum pemantulan & pembiasan

Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

1

A. HUKUM PEMANTULAN DAN PEMBIASAN SNELL

Objek dapat dilihat karena objek tersebut memantulkan cahaya ke mata kita.

Berdasarkan kekasaran bidang pantulnya, pemantulan dibedakan menjadi pemantulan baur

dan pemantulan regular atau pemantulan spekuler.

Pemantulan baur adalah pemantulan yang terjadi pada bidang yang kekasarannya

lebih besar daripada panjang gelombang yang dipantulkan.Permukaan yang tidak rata

mengakibatkan arah pantulan cahaya tidak teratur sehingga bayangan yang terbentuk tidak

jelas.

Berikut adalah visualisasi pemantulan baur.

Pemantulan regular adalah pemantulan yang terjadi pada bidang yang kekasarannya

lebih kecil daripada panjang gelombang yang dipantulkan. Permukaan yang rata

menyebabkan arah pantulan teratur sehingga bayangan yang dihasilkan dapat terlihat jelas.

Berikut adalah visualisasi pemantulan regular atau pemantulan spekuler.

Dalam kehidupan sehari-hari, peristiwa pemantulan yang sering dimanfaatkan adalah

pemantulan reguler atau pemantulan spekuler. Jadi, dalam pembahasan selanjutnya setiap

kata pemantulan diartikan sebagai pemantulan reguler.

Pembiasan adalah peristiwa pembelokan arah sinar ketika memasuki medium dengan

kerapatan yang berbeda. Pembelokan ini diakibatkan karena perbedaan cepat rambat dari

medium satu ke medium berikutnya.


2

Gambar di atas menunjukkan bahwa cahaya merambat dari udara menuju air. Dapat

diperhatikan bahwa sebagian cahaya yang datang dan menyentuh bidang batas air

dipantulkan dan sebagian yang lainnya dibiaskan. a adalah sudut antara sinar datang dan

garis normal, selanjutnya disebut dengan sudut datang. b adalah sudut antara sinar pantul

dan garis normal. Selanjutnya disebut dengan sudut pantul dan c adalah sudut antara sinar

bias dengan garis normal, selanjutnya disebut sebagai sudut bias.

Penelitian eksperimental terhadap peristiwa pemantulan dan pembiasan menghasilkan

hukum yang ditemukan oleh Willebror Snell (1591-1626) sebagai berikut.

1) Sinar datang, sinar pantul, sinar bias dan garis normal terhadap permukaan terletak

pada satu bidang.

2) Sudut pantul sama besar dengan sudut datang untuk semua warna cahaya dan untuk

setiap pasangan yang terdiri atas dua jenis zat.

3) Untuk cahaya monokromatik dan untuk 2 zat tertentu pada sisi permukaan pemisah

yang berlawanan, perbandingan sin a (antara sinar datang dan garis normal)

terhadap sin c (antara sinar bias dan garis normal) adalah konstan

Hasil eksperimen yang menunjukkan bahwa sudut datang sama besar dengan sudut

pantul, serta sinar datang, sinar pantul dan garis normal berada pada bidang yang sama

dikenal sebagai Hukum Pemantulan.

Hasil eksperimen yang menunjukkan bahwa sinar datang, sinar pantul dan garis

normal berada pada bidang yang sama serta bahwa

= dikenal sebagai

Hukum Pembiasan.

B Sinar Pantul

Sinar Datang

Garis Normal

air

udara

a b

c

C

A

Sinar Bias


3

INDEKS BIAS

Apabila seberkas cahaya monokromatik yang bergerak dalam ruang hampa

membentuk sudut datang dan sudut bias a ketika menembus medium a, maka konstanta

yang dimaksud dalam hukum Snell disebut indeks bias zat a (na)

sin

sin =

Indeks bias yang didapatkan memalui perbandingan sudut datang dari ruang hampa

terhadap sudut bias pada suatu medium disebut dengan indeks bias absolute medium

tersebut. Sedangkan pada kehidupan sehari-hari cahaya pada umumnya tidak terbias dari

ruang hampa. Melalui hukum Snell indeks bias relative yang berlaku pada peristiwa

pembiasan dari satu medium ke medium yang lain dapat ditinjau sebagai berikut.

Misalkan sinar membias dari medium a ke medium b, maka indeks bias absolute masing-

masing medium adalah:

sin

sin = ,

sin

sin =

Dengan membagi kedua persamaan tersebut didapatkan persamaan baru yaitu:

sin sin

=

Ketika sinar membias dari medium a ke medium b, indeks bias yang berlaku adalah

=sin sin

=


4

B. PEMANTULAN SEMPURNA

Berikut adalah gambar peristiwa pemantulan sempurna.

Gambar di atas menunjukkan beberapa sinar yang memancar dari titik P dalam

medium a yang indeks biasnya na. dan dibiaskan di medium b yang indeks biasnya nb (na >

nb).Sesuai dengan hukum Snell,

=

=

Karena

lebih besar dai pada 1 maka lebih besar daripada .

Sehingga sinar dari titik P yang melewati medium A menuju medium B dengan sudut

tertentu akan dibiaskan dengan sudut 90 terhadap garis normal, bahkan lebih. Pada sinar

nomor 3 yang digambarkan di atas, sinar dari titik P menuju medium b dibiaskan menyusuri

permukaan (90 terhadap garis normal). Sudut datang yang dibentuk sinar nomor 3 disebut

dengan sudut kritis. Apabila sudut datang semakin besar dan telah melampaui sudut kritis

maka sinar tidak akan dibiaskan ke medium b, namun akan memantul sempurna dari bidang

batas. Besar sudut kritis dapat diketahui melalui persamaan hukum Snell sebagai berikut:

=

90

=

3

2

b

a

1

b= 90

kritis

4

Medium a

Medium b

na

nb

P


5

C. PENINJAUN PERISTIWA PEMANTULAN DAN PEMBIASAN

MENURUT HUYGENS

a. Peninjauan Peristiwa Pemantulan menurut Prinsip Huygens

Menurut prinsip Huygens setiap titik padagelombang cahaya dapat dianggap sebagai

pusat gelombang baru (sekunder) yang memancarkan gelombang baru ke sagala arah dengan

cepat rambat yang sama dengan cepat rambat gelombang. Hal ini dapat menjelaskan proses

pemantulan cahaya melalui visualisasi sebagai berikut:

Pada gambar diatas terlihat bahwa muka-gelombang datang AA menabrak bidang

pantul MM. Posisi muka gelombang pada selang waktu t dapat dicari dengan menerapkan

asas Huygens. Dengan sejumlah titik pada AA sebagai pusat, dapat ditarik sejumlah

gelombang sekunder pada radius vt, dimana v adalah cepat rmbat gelombang di medium 1.

Gelombang sekunder yang muncul di dekat ujung atas AA menyebar tanpa penghalang dan

membentuk muka gelombang yang baru yaitu garis OB. Namun gelombang sekunder yang

berada di dekat ujung bawah AA terhalang bidang pantul, seandainya bidang pantul

ditiadakan maka gelombang sekunder yang muncul adalah sepanjang garis BB. Efek bidang

pantul adalah mengubah arah rambatan gelombang yang membentur bidang pantul tersebut,

sehungga sebagian gelombang yang seharusnya menembus bidang pantul (warna abu-abu)

menjadi berubah arah dengan posisi tetap berada di sebelah kiri bidang pantul (warna merah)

yaitu garis OB. Jadi setelah selang waktu t maka gelombang primer (garis AA) membentuk

gelombang sekunder (garis BOB). Dengan proses yang sama, setelah selang waktu t

berikutnya gelombang akan membentuk gelombang sekunder lagi sesuai garis CPC.

B B

C

vt

MEDIUM 1

C

MEDIUM 2

C

M

M

A

A

B

P

O


6

Sudut adalah sudut antara sinar datang dengan permukaan bidang pantul yang

selanjutnya disebut dengan sudut datang. Begitu pula dengan r yang merupakan sudut antara

sinar pantul dengan bidang pantul selanjutnya disebut dengan sudut pantul.

Berikut adalah visualisassi sinar datang dan sinar pantul untuk mengetahui hubungan

antara sudut datang dan sudut pantul.

B

r

B

MEDIUM 1

MEDIUM 2

A

A

B

M

M

O

A

Q

P r

B

O

A


7

Dari titik O ditarik garis OP = vt yang tegak lurus terhadap garis AA. Kemudian dari

titik A ditarik garis AQ sepanjang vt yang tegak lurus terhadap garis sinar pantul OB. Maka

didapatkan dua buah segitiga siku-siku yang sebangun, yaitu APO dan AQO (AQ = OP dan

AO berhimpit) sehingga sudut sama dengan sudut r. sudut datang sama dengan sudut

pantul.

= =

=

=

sin = sin

=

x

O

P A

x

Q

A

O

r


8

b. Peninjauan Peristiwa Pembiasan menurut prinsip Huygens

Gambar di atas menunjukkan bahwa gelombang cahaya yang datang di sepanjang

garis AA menyentuh permukaan medium b (garis MM). sesuai dengan asas Huygens, dapat

ditinjau beberapa titik di sepanjang garis AA sebagai pusat yang kemudian membentuk

gelombang sekunder (garis BB)pada radius vat setelah selang waktu t. va adalah cepat

rambat gelombang di medium a. Dapat diperhatikan bahwa ketika gelombang menembus

medium b, gelombang tidak bergerak bersamaan dengan bagian gelombang yang bergerak di

medium a. sehingga bentuk sinar yang muncul patah di titik O. Hal ini dikarenakan cepat

rambat gelombang di medium a dan medium b berbeda. Dengan proses yang sama

gelombang kembali akan membentuk gelombang sekunder CPC dalam selang waktu t

berikutnya.

Sudut a menunjukkan sudut antara sinar datang dengan garis batas antara medium a

dengan medium b (garisMM) yang selanjutnya akan disebut sebagai sudut datang. Sudut b

menunjukkan sudut antara sinar yang dibiaskan dengan garis batas antara medium a dengan

medium b (garis MM). selanjutnya sudut ini disebut dengan sudut bias.

Berikut adalah analisa yang menunjukkan hubungan antara sudut datang dan sudut

bias dalam peristiwa pembiasan yang ditinjau menurut prinsip Huygens.

a

M

medium a

A

A

B

Vbt

M

medium b

vat

B

O

C

O

C

b


9

Dari gambar di atas diketahui bahwa dari titik O ditarik garis OQ = vat tegak lurus

terhadap sinar datang yaitu garis AQ. Dari titik A ditarik garis AB = vbt tegak lurus terhadap

sinar bias (garis OB) sehingga terbentuk dua segitiga siku-siku yaitu AQO dan ABO.

Berdasarkan segitiga AQO:

sin =

=

Berdasarkan segitiga ABO:

sin =

=

Sehingga:

sin sin

=

Karena va /vb merupakan konstanta, maka persamaan ini merupakan Hukum Snell.

Berikut adalah bentuk umum dari Hukum Snell:

sin sin

=

M

M

vbt

O

A

Q

b

vat

B

a


10

Sehingga:

=

Atau

=

Jika salah satu medium tersebut adalah ruang hampa (indeks bias =1, cepat rambat=

c) maka:

=

, =

Sehingga dapat disimpulkan bahwa indeks bias suatu medium adalah perbandingan

kecepatan cahaya dalam ruang hampa terhadap kecepatannya di medium yang bersangkutan.

Pada gambar sebelumnya jika vat diambil untuk periode gelombang (T), maka jarak

tersebut menunjukkan panjang gelombang tersebut (a) . Begitu pula yang terjadi pada

medium b, vbt diambil untuk satu periode gelombang (T), maka jarak tersebut menunjukkan

panjang gelombang di medium b (b) .

=

= =

=

=

=

=

Jika salah satu medium adalah ruang hampa (indeks bias=1, panjang gelombang = c)

maka:

=

, =


11

D. PENINJAUAN PERISTIWA PEMANTULAN DAN PEMBIASAN

MENURUT FERMAT

a. Peninjauan Peristiwa Pemantulan menurut prinsip Fermat

Dalam prinsip Fermat diungkapkan bahwa sinar cahaya yang merambat dari satu titik

ke titik yang lain akan melalui lintasan dengan waktu tempuh terpendek.

Prinsip Fermat dalam meninjau peristiwa pemantulan dapat divisualisasikan sebagai

berikut:

Gambar di atas menunjukkan bahwa sinar datang (garis AO) menyentuh permukaan

bidang pantul (garis MM) sehingga arah rambahnya berubah dan membentuk sinar pantul

OB. Sudut a adalah sudut antara sinar datang dengan garis normal, yang selanjutnya disebut

sebagai sudut datang, sedangkan sudut b adalah sudut antara sinar pantul dengan garis

normal, yang selanjutnya disebut sebagai sudut pantul.

Menurut prinsip Fermat garis sinar AOB akan menempuh waktu terpendek, dimana

= 0 panjang lintasan adalah L= AO + OB dan waktu tempuh adalah t= tAO + tOB.

Sehingga:

= +

=(2 + 2)

12

+

[( )2 + 2]1

2

0 =

=

1

2(2 + 2)

12 (2) +

1

2[( )2 + 2]

12 (2)( )(1)

0 = (2 + 2)1

2 ( )[( )2 + 2]1

2

0 =

(2 + 2)1

2

( )

[( )2 + 2]1

2

atau

a b

x

A

d

B

b b a

O

a

M M


12

(2 + 2)1

2=

( )

[( )2 + 2]1

2

=

=


13

b. Peninjauan Peristiwa Pembiasan menurut prinsip Fermat

Ketika sinar menembus medium yang memiliki indeks bias yang berbeda maka sinar

akan mengalami pembelokan karena terjadi perubahan cepat rambat.

Berikut adalah visualisasi dari analisa peninjauan peristiwa pembiasan menurut

prinsip Fermat.

Pada gambar di atas diperlihatkan bahwa sinar datang dari medium A menembus

medium B melalui garis MM (garis AO) dan dibiaskan membentuk garis OB. a adalah

sudut yang terbentuk antara sinar datang dengan garis normal yang selanjutnya disebut

sebagai sudut datang. Sedangkan b adalah sudut yang terbentuk antara sinar yang dibiaskan

dan garis normal, selanjutnya sudut ini disebut dengan sudut bias.

Menurut prinsip Fermat garis sinar AOB akan menempuh lintasan dengan waktu

tempuh terpendek dimana

= 0 panjang lintasan adalah L= AO + OB dan waktu tempuh

adalah t= tAO + tOB.

sehingga:

= +

=(2 + 2)

12

+

[( )2 + 2]1

2

=(2 + 2)

12

+[( )2 + 2]

12

= (2 + 2)

12

+

[( )2 + 2]1

2

0 =

=

1

2(2 + 2)

12 (2) +

1

2[( )2 + 2]

12 (2)( )(1)

a a

M M Medium B

x

d

A

O

B

b

a

b

Medium A


14

0 = ()(2 + 2)

12 ( )[( )

2 + 2]1

2

0 =

(2 + 2)1

2

( )

[( )2 + 2]1

2

atau

(2 + 2)1

2=

( )

[( )2 + 2]1

2

=

hukum pemantulan & pembiasan

Documents