KATA PENGANTAR Puji syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta hidayah kepada kita semua, sehingga berkat karunia-Nya kami dapat menyelesaikan makalah “Pembiasan Pada Kaca Plan Pararel”. Makalah ini disusun untuk melengkapi tugas mata kuli kuliah ah Fisi Fisika ka Dasa Dasarr II, II, tuju tujuan an peny penyus usun unan an maka makala lah h ini ini untu untuk k memb memban antu tu kita kita dala dalam m memahami mata kuliah Fisika Dasar II khususnya Optik Geometri. Tidak lupa kami ucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen Dosen pembi pembimbi mbing ng Ir. Suli Sulisty styani aning, ng, K. K. MM 2. Teman-teman Teman-teman yang yang telah memberi memberikan kan menduku mendukung ng dalam dalam menyelesaik menyelesaikan an makalah makalah ini. Kami Kami meny menyad adari ari maka makala lah h ini ini masi masih h jauh jauh dari dari semp sempur urna na,, oleh oleh kare karena na itu itu kami kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi penyusun khususnya dan pembaca pada umumnya.
Madiun, 01 Juni 2010
Penyusun
1
PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARAREL
A. Pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium tembus cahaya yang berbeda indeks biasnya. Pembiasan cahaya mempengaruhi penglihatan pengamat. Contoh yang jelas adalah bila sebatang tongkat yang sebagiannya tercelup di dalam kolam berisi air dan bening akan terlihat patah. Setiap medium memiliki indeks bias yang berbeda-beda, karena perbedaan indeks bias inilah maka jika ada seberkas sinar yang melalui dua medium yang berbeda kerapatannya maka berkas sinar tersebut akan dibiaskan. Pada tahun 1621 Snellius, seorang fisikawan berkebangsaan Belanda melakukan serangkaian percobaan untuk menyelidiki hubungan antara sudut datang (i) dan sudut bias (r). Hukum pembiasan Snellius berbunyi: 1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar. 2. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias dari suatu cahaya yang melewati dua medium yang berbeda merupakan suatu konstanta. Sehingga dapat ditulis : sin i sin r
=
n2 n1
a. Indeks Bisa Mutlak Kecepatan merambat cahaya pada tiap-tiap medium berbeda-beda tergantung pada kerapatan medium tersebut. Perbandingan perbedaan kecepatan rambat cahaya ini selanjutnya disebut sebagai indeks bias. Dalam dunia optik dikenal ada dua macam indeks bias yaitu indeks bias mutlak dan indeks bias relatif. Indeks bias mutlak adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di medium tersebut : n medium
c =
v
Dengan keterangan : nmedium
= indeks bias mutlak medium
c
= cepat rambat cahaya di ruang hampa
2
v
= cepat rambat cahaya di suatu medium Indeks bias mutlak medium yaitu indeks bias medium saat berkas cahaya dari
ruang hampa melewati medium tersebut. Indek bias mutlak suatu medium dituliskan nmedium. Indeks bias mutlak kaca dituliskan n kaca, indeks bias mutlak air dituliskan n air dan seterusnya. Oleh karena
c
selalu lebih besar dari pada
v
maka indeks bias suatu medium
selalu lebih dari satu nmedium >1. b. Indeks Bias Relatif Indeks bias relatif adalah perbandingan indeks bias suatu medium terhadap indeks bias medium yang lain.
atau n12
=
n1
n 21
n2
=
n2 n1
Dengan keterangan : n12
= indeks bias relatif medium 1 terhadap medium 2
n21
= indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1
n1
= indeks bias mutlak medium 1
n2
= indeks bias mutlak medium 2 Menurut teori muka gelombang rambatan cahaya dapat digambarkan sebagai
muka gelombang yang tegak lurus arah rambatan dan muka gelombang itu membelok saat menembus bidang batas medium 1 dan medium 2 seperti diperlihatkan gambar 18. Cahaya datang dengan sudut i dan dibiaskan dengan sudut r. Cepat rambat cahaya di medium 1 adalah v1 dan di medium 2 adalah v2. Waktu
yang
diperlukan
cahaya
untuk merambat dari B ke D sama dengan waktu yang dibutuhkan dari A ke E sehingga DE menjadi muka gelombang pada medium 2.
3
Gambar 1. Muka gelombang pada pembiasan cahaya dari medium1 ke medium 2.
Pada segitiga ABD berlaku persamaan trigonometri sebagai berikut Sin i =
, BD AD
=
sedangkan pada segitiga AED berlaku persamaan trigonometri
v1.t AD
sebagai berikut, Sin r =
. Bila kedua persamaan dibandingkan akan diperoleh AE AD
=
v 2 .t AD
sin i sin r
=
v1 v2
Pada peristiwa pembelokan cahaya dari medium 1 ke medium 2 ini besaran frekuensi cahaya tetap atau tidak mengalami perubahan. Karena v = λ .f maka berlaku pula,
sin i sin r
=
λ 1 λ 2
Sehingga berlaku persamaan pembiasan :
sin i sin r
=
n2 n1
=
v1 v2
Dengan keterangan, n1
= indeks bias medium 1
n2
= indeks bias medium 2
v1
= cepat rambat cahaya di medium 1
v2
= cepat rambat cahaya di medium 2
λ1
= panjang gelombang cahaya di medium 1
λ2
= panjang gelombang cahaya di medium 2
4
=
λ 1 λ 2
Di samping menunjukkan perbandingan cepat rambat cahaya di dalam suatu medium, indeks bias juga menunjukkan kerapatan optik suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium berarti semakin besar kerapatan optik medium tersebut. Bila cahaya merambat dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat, cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal, sebaliknya bila cahaya merambat dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal. Untuk lebih memahami arah sinar bias ketika melewati bidang batas antara dua medium, maka kita memakai sifat-sifat bias, yaitu : 1. Sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal. Dengan demikian, sudut bias (r) akan lebih kecil dari pada sudut datang (i). 2. Sinar datang tegak lurus terhadap bidang batas maka tidak mengalami perubahan arah (tidak dibiaskan tetapi hanya diteruskan). 3. Sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal. Dengan demikian sudut bias (r) akan lebih besar dari pada sudut datang (i).
A. Pembiasan Cahaya Pada Plan Paralel (Balok Kaca)
Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang dibatasi oleh sisi-sisi yang sejajar.
Gambar 2. Sebuah kaca plan paralel atau balok kaca. Dibatasi oleh tiga pasang sisi – sisi sejajar
Cahaya dari udara memasuki sisi pembias kaca plan paralel akan dibiaskan mendekati garis normal. Demikian pula pada saat cahaya meninggalkan sisi pembias lainnya ke udara akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pengamat dari sisi pembias yang berseberangan akan melihat sinar dari benda bergeser akibat pembiasan. Sinar bias akhir mengalami pergeseran sinar terhadap arah semula.
5
6
Menentukan besar pergeseran sinar pada kaca plan pararel.
α
Perhatikan ∆ siku-siku BCE α = i1-r1 BC = CEsin α ..............( 1)
sin C = CEBC
Perhatikan ∆ siku-siku BCG Sin r1 = CGBC
BC = CGsin r1 ......... (2)
Samakan pers (1) dan (2) : CEsin α = CGsin r1 CE = CG. sin α sin r1 .................................. (3) Perhatikan ∆ siku-siku BCG tan r1 = CGBG
CG = BG tan r1 ....(4)
Masukkan persamaan (4) ke persamaan (3) : CE = (BG tan r1). sin α sin r1 Gunakan rumus Trigonometri : tan r1 = sin r1cos r1 CE = (BG. sin r1cos r1 ). sin α sin r1 CE = BG. sin α cos r1 Dimana : CE = t
pergeseran sinar
BG = d
tebal kaca
α = i1-r1
Sehingga :
7
CE = BG. sin α cos r1 Atau
t=
Dengan keterangan : d
= tebal balok kaca, (cm)
i
= sudut datang, (°)
r
= sudut bias, (°)
t
= pergeseran cahaya, (cm)
8
d sin (i1-r1)cos r1
Contoh Soal : 1. Seberkas sinar memasuki balok kaca dari udara (nu = 1) dengan sudut datang i = 30°. Bila indeks bias balok kaca 1,52 dan ketebalannya 4 cm tentukan jarak pergeseran sinar setelah sinar yang masuk itu keluar dari balok kaca! Penyelesaian:
Diketahui : i = 30° n 1 = nu = 1 n2 = nk = 1,52 d = 4 cm Ditanya : t = ? Jawab: Data pada soal belum lengkap sebab sudut bias r belum diketahui. Oleh karenanya terlebih dahulu kita cari sudut bias r dengan menggunakan hukum Snellius. sinisinr=n2n1 atau sin r = n1n2 sin i
= 11,52 sin 30° = 11,52 x 0,5 didapat r
= 0,33 = 19,2°
Pergeseran sinar yang ditanyakan kini dapat kita hitung,
t = d sin (i1-r1)cos r1
t = 4 x 0,190,94
t = 4 x sin (300-19,20)cos 19,20
t = 0,760,94
t = 4 xsin10,80cos19,20
t = 0,80 cm
9
Jadi, besar pergeseran sinar adalah 0,80 cm.
10
2. Seberkas sinar datang dari udara (n udara = 1) menuju balok kaca yang indeks biasnya 1,41 dengan sudut datang 45°. Besar pergeseran sinar yang datang ke balok kaca dan sinar yang keluar dari balok kaca sebesar 0,65 cm. Tentukan tebal kaca yang digunakan ? Penyelesaian:
Diketahui : i = 45° n 1 = nu = 1 n2 = nk = 1,41 t = 0,65cm Ditanya : d ? Jawab: Data pada soal belum lengkap sebab sudut bias r belum diketahui. Oleh karenanya terlebih dahulu kita cari sudut bias r dengan menggunakan hukum Snellius. sinisinr=n2n1 atau sin r = n1n2 sin i = 11,41sin450 = 11,41 x 0,71 didapat r
= 0,5 = 30°
Tebal kaca yang dipakai dapat diketahui dengan :
t = d sin (i1-r1)cos r1
0,65 = d .0,260,87
0,65 = d sin (45-300)cos 300
d = 0,570,26
0,65 = d sin (150)cos 300
d = 2,2 cm
Jadi tebal kaca yang digunakan = 2,2 cm DAFTAR PUSTAKA
Umar, Efrizon. 2007. Fisika dan Kecakapan Hidup untuk SMA. Jakarta : Ganeca Excact http://www.scribd.com/doc/13695824/fisk-lab www.tofi.or.id/...file/Kul_9_UMN_OPTIK%20GEOMETRI_1 11
http://sidikpurnomo.net/pembelajarafisika/optika-geometri
12
