Refraksi Cahaya

Refraksi (pembiasan) cahaya adalah pembelokan cahaya karena perubahan kecepatan rambat dari suatu medium ke medium yang lain.

Laju rambat cahaya dalam berbagai zat berbeda-beda. Laju rambat cahaya dalam ruang hampa adalah yang terbesar, yaitu c = 299.800.000 m/s. Laju rambatnya di udara adalah c / 1,0003. Sedangkan di dalam air c / 1,33 dan dalam kaca kira-kira c / 1,5.

A. Indeks Bias (n)

Indeks bias mutlak suatu zat didefinisikan sebagai berikut :

n = laju rambat cahaya dalam ruang hampa / laju rambat cahaya dalam zat

n = c / v

B. Refraksi (Pembiasan) Cahaya

Bila cahaya berjalan dengan sudut miring melewati perbatasan dua zat/medium dengan indeks bias yang berbeda, maka cahaya akan membelok. Gejala fisis inilah yang disebut pembiasan (refraksi).

* Jika cahaya bergerak dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat (n1 < n2), maka cahaya akan dibelokkan mendekati garis normal (N) ketika masuk ke medium ke-2.

* Jika cahaya bergerak dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat (n1 > n2), maka cahaya akan menjauhi garis normal (N). 

C. Hukum Snellius

Hukum Snellius menyatakan bahwa:

n1  . sin i = n2 . sin r 

Dimana n1 = indeks bias medium 1

i = sudut datang

n2 = indeks bias medium 2

r = sudut bias

D. Sudut Kritis

Ketika seberkas sinar dari zat berindeks bias lebih tinggi n1 masuk ke zat berindeks lebih rendah n2 (n1 > n2), maka sebagian sinar akan dibiaskan dan sebagian lainnya akan dipantulkan. 

Semakin besar sudut datang i, semakin besar sudut bias r (makin menjauhi garis normal N), dan semakin banyak sinar dipantulkan. Sampai jika melewati batas sudut datang i tertentu, maka semua sinar akan dipantulkan. Sudut batas tertentu ini disebut sudut kritis (ik).

Besar sudut kritis (ik) dapat dihitung dengan persamaan:

n1 . sin ik = n2 . sin 90

Karena sin 90 = 1, maka ==>  n1 . sin ik = n2 

sin ik = n2 / n1 

Jadi bila sudut datang sinar diperbesar hingga melebihi sudut kritis (i > ik), maka sinar akan akan dipantulkan seluruhnya ke zat/medium asalnya. Kondisi ini disebut pemantulan sempurna.

Dengan demikian pemantulan sempurna terjadi jika dipenuhi dua kondisi:

1. Sinar datang dari medium lebih rapat ke mdium kurang rapat.

2. Sudut sinar datang lebih besar dari sudut kritis.

E. Relasi Kecepatan, Frekuensi & Panjang Gelombang dengan Indeks Bias

Jika cahaya merambat dari medium 1 ke medium 2 yang berbeda, maka kecepatan dan panjang gelombang cahaya berbeda dalam kedua medium, tetapi frekuensinya tetap.

f1 = f2  

Kecepatan cahaya paling besar adalah di udara atau ruang hampa, yaitu 300.000.000 m/s.

Jadi vudara = vruang hampa = 300.000.000 m/s

Hubungan kecepatan dengan indeks bias kedua medium adalah:

n1 . v1 = n2 . v2 

Hubungan panjang gelombang cahaya dengan indeks bias kedua medium adalah:

n1 . λ1 = n2 . λ2