hukum pemantulan & pembiasan

Download Hukum Pemantulan & Pembiasan

Post on 19-Oct-2015

213 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Disadur dari buku Fisika Sears Zemansky Edisi Gelombang dan Optik

TRANSCRIPT

  • 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.

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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

    =

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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

  • Wahyu Siami Purnamasari 113184029 Pendidikan Fisika A 2011 Universitas Negeri Surabaya

    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