BAB XV PEMBIASAN CAHAYA

Transkripsi

1 243 BAB XV PEMBIASAN CAHAYA. Apakah yang dimakud dengan pembiaan cahaya? 2. Apakah yang dimakud indek bia? 3. Bagaimana iat-iat pembiaan cahaya? 4. Bagaimana pembentukan dan iat bayangan pada lena? 5. Bagaimana hubungan antara jarak benda dan jarak bayangan pada lena? Mungkin kalian pernah memperhatikan alah atu dari beberapa peritiwa berikut, daar klam yang airnya jernih tampak lebih dangkal. Penil yang dicelupkan dalam air kelihatan bengkk. Menggunakan lup dapat melihat benda-benda kecil menjadi lebih bear dan jela. Gambar 0-. Ikan dalam air terlihat di tempat yang 243

2 244 Semua peritiwa terebut diebabkan karena adanya pembiaan cahaya (reraki), yaitu peritiwa membelknya arah perambatan cahaya, pada aat melalui dua medium yang berbeda. Untuk mengetahui maalah pembiaan cahaya terebut, pelajarilah dengan baik eluruh uraian dan kegiatan berikut ini. 5.. PEMBIASAN CAHAYA Berka cahaya yang mauk dari uatu medium ke medium yang lain, akan mengalami pembelkan. Mialnya cahaya dari udara ke dalam air atau ebaliknya dari dalam air ke udara, eperti yang terlihat pada gambar 5-2. A N N C Udara i B Udara B r D Air r Air i C D A Gambar 5-2. Pembiaan cahaya dari udara ke dalam air dan dari air Berka inar datang AB etelah memauki medium yang lain tidak merambat luru ke arah BC, tetapi dibelkkan (dibiakan) ke arah BD. Jika di titik B dibuat gari tegak luru yaitu nmal (N), maka udut (i) diebut udut datang dan udut (r) diebut udut bia. Arah pembiaan cahaya dari udara ke dalam air mendekati gari nrmal (r < i), edangkan arah pembiaan cahaya dari dalam air ke udara menjauhi gari nrmal (r > i), tahukah kalian mengapa demikian? Apakah yang menyebabkan terjadinya pembiaan, dan bagaimana iat-iat pembiaan cahaya terebut?. Indek bia uatu medium Kita telah ketahui bahwa kecepatan rambat cahaya di ruang hampa (vakum) adalah paling bear, yaitu c = m -. Kecepatan rambat cahaya di medium yang lain berbeda-beda, tetapi elalu lebih kecil dari kecepatan rambat cahaya di dalam vakum. Perbandingan kecepatan rambat cahaya dalam vakum dengan kecepatan rambat cahaya dalam uatu medium, diebut indek bia medium terebut. Dalam bentuk rumu dapat ditulikan ebagai berikut : 244

3 245 n c c n... (5-) Dengan : c = kecepatan rambat cahaya dalam vakum (3.0 8 m - ) c n = kecepatan rambat cahaya dalam uatu medium n = indek bia uatu medium Berdaarkan pengertian terebut, maka bear indek bia uatu medium elalu lebih bear dari atu. Sebab indek bia terkecil adalah atu, yaitu indek bia ruang hampa. Sekain bear indek bia uatu medium, akan emakin bear kerapatan ptik medium terebut. Sebab emakin bear indek bia uatu medium, kecepatan rambat cahaya dalam medium terebut akan emakin kecil. Harga indek bia beberapa jeni zat yang dapat menjadi medium perambatan cahaya, dapat dilihat dalam tabel 5- berikut. Tabel. 5- Indek bia beberapa jeni zat Nama zat Indek bia (n) Nama zat Indek ba (n) Udara (0, 76),00029 Glierl,48 Hidrgen (0, 76),0003 Balem kanada,53 Karbndikida (0, 76),00045 Karbndiulida,62 Air,33 Kaca kwart,45 E,3 Intan 2,42 Etilalkhl,36 Kaca krna,52 Benzena,5 Kaca linta,58 Berdaarkan perbedaan harga indek bia terebut, maka dalam berbagai perhitungan indek bia udara dapat dianggap ama dengan atu. Berarti kecepatan cahaya di udara dianggap ama dengan kecepatan cahaya dalam ruang hampa (vakum). Tuga dikui 5- Berdaarkan data indek bia yang ada dalam tabel 0-, cba kalian dikuikan, berapakah kecepatan rambat cahaya di dalam air dan di dalam kaca krna? 245

4 Siat-iat pembiaan cahaya Untuk mempelajari iat-iat pembiaan cahaya, kita dapat menggunakan keping ptik eperti gambar 5-3 berikut. Dari umber cahaya (L) dimaukkan eberka inar datang (Sd) ehingga mengenai balk kaca. Arah inar datang (Sd) dan inar bia (Sb) tampak pada bidang keping ptik. Pada aat mauk ke dalam kaca inar mengalami pembiaan, tetapi aat keluar dari dalam kaca inar tidak mengalami pembiaan. Hal itu diebabkan karena kelengkungan permukaan belakang balk kaca berbentuk lingkaran. Berapa bear udut datang (i) dan bear udut bia (r) dapat diukur menggunakan buur derajat yang telah ada pada bidang keping ptik terebut. Gambar 5-3. Keping ptik dan Demikian juga dengan pryeki inar datang (d) dan pryeki inar bia (b) pada bidang bata kedua medium, panjangnya dapat kita ukur ecara langung dengan menggunakan penggari. Jika arah inar datang kita ubah-ubah, maka arah inar bia juga berubah. Tetapi ada dua hal yang elalu tetap dalam pembiaan cahaya terebut, yaitu :. Sinar datang, gari nrmal dan inar bia elalu berada dalam atu bidang 2. Jika inar datang dan inar bia ama panjang, maka perbandingan panjang pryeki inar datang dan pryeki inar bia pada bidang bata elalu tetap, yaitu ama dengan indek bia medium terebut. Kedua iat pembiaan inilah yang diebut ebagai hukum Snelliu. 246

5 247 Berdaarkan iat pembiaan terebut, maka dapat diimpulkan bahwa : a. Sinar dari medium kerapatan ptik kecil ke medium kerapatan ptik lebih bear, akan dibiakan mendekati gari nrmal (r < i). Sebaliknya inar dari medium kerapatan ptik bear ke medium kerapatan ptik lebih kecil, akan dibiakan menjauhi gari nrmal (r > i). b. Jika inar datang tegak luru bidang bata (i = 0 ), maka akan diterukan tanpa mengalami pembiaan (r = 0 ). Itulah ebabnya mengapa pada aat inar keluar dari balk kaca yang kelengkungan permukaannya berbentuk lingkaran (gambar 5-3) tidak mengalami pembiaan. Tuga percbaan 5- Predur percbaan :. Periapkan ebuah ala dari tbard, balk kaca (planparalel), empat buah jarum pentul, jangka, buur derajat dan kerta HVS. 2. Letakkan balk kaca di ata tbard yang telah diberi ala kerta HVS 3. Tancapkan dua jarum pentul A dan B di ii belakang balk kaca, kemudian amati dari ii depan balk kaca ehingga bayangan A dan B terlihat atu gari luru. 4. Sambil teru diamati, tancapkan jarum pentul C dan D di ii depan balk kaca ehingga CDB dan A nampak atu gari luru. 5. Sebelum balk kaca diangkat, beri tanda gari pada letak balk kaca terebut. Kemudian tarik gari AB ebagai inar datang, gari CD ebagai inar yang keluar dari balk kaca dan gari BC ebagai inar yang merambat di dalam balk kaca. 6. Buat gari nrmal (N) di titik B dan ebuah lingkaran dengan puat di titik B. A B A B A B d N i b B r C C D D 7. Pryekikan inar datang dan inar bia ke ii balk kaca, kemudian ukur panjang maing-maing gari pryeki terebut (d dan b), ukur juga berapa bear udut datang (i) dan udut bianya (r). Catat emua data dalam bentuk tabel. Pertanyaan :. Tentukan berapa indek bia balk kaca terebut? 2. Keimpulan apakah yang diperleh dari hail percbaan terebut? 247

6 Pemantulan empurna Khuu untuk inar dari medium ptik rapat ke medium ptik renggang (mialnya dari air ke udara), tidak elalu terjadi pembiaan. Sebab inar datang yang memiliki udut datang (i) lebih bear dari udut kriti (i k ), akan mengalami pemantulan empurna. Sudut kriti adalah udut datang yang memiliki udut bia 90 Berarti inar datang dari medium ptik rapat ke medium ptik renggang akan mengalami pembiaan jika udut datangnya lebih bear nl dan lebih kecil dari udut kriti (0 > i < i k ). Bear udut kriti bergantung pada indek bia kedua medium yang akan dilalui leh cahaya terebut. Mialnya bear udut kriti pembiaan cahaya dari air ke udara 49, edangkan dari kaca ke udara 42. N P e m b i a a n r=0 N N N N r r 2 r=90 Udara i=0 i i 2 i k i r i k =49 i = r Pemantulan empurna Sumber cahaya Air Gambar 5-4. Pemantulan Gambar 5-5. Pada iang hari uhu udara bagian bawah lebih pana dari udara di atanya, ehingga kerapatan ptik lapian udara bagian bawah lebih kecil dari lapian udara di atanya. Akibatnya cahaya dari byek yang kita lihat akan mengalami beberapa kali pembiaan pada lapian-lapian udara terebut. Pada aat udut datangnya melebihi udut kriti akan terjadi pemantulan empurna, ehingga dapat menimbulkan peritiwa atamrgana. 248

7 249 Tuga percbaan 5-2 Predur percbaan :. Letakkan ebatang lilin pendek di belakang tabung gela yang telah diii air ampai penuh. 2. Nyalakan lilin kemudian lakukan pengamatan dari depan tabung dengan pii agak di bawah permukaan air, maka akan terlihat bayangan lilin eperti gambar di amping. Pertanyaan : Cba kalian jelakan, bagaimanakah pre terbentuknya bayangan terebut? 5.2. PEMBIASAN PADA LENSA Lena banyak digunakan pada alat-alat ptik, eperti kaca mata, lup, mikrkp dan terpng. Hal itu diebabkan karena pembiaan cahaya pada lena dapat membentuk bayangan benda menjadi lebih bear dan lebih dekat, ehingga dapat dilihat dengan jela leh mata. Bentuk kelengkungan permukaan lena ada yang eri (berbentuk kelengkungan bla) dan ada yang ilindri (berbentuk kelengkungan ilinder). Ada dua jeni lena eri, yaitu lena cembung (knvek) dan lena cekung (knka). Lena cembung Lena cekung Gambar 5-6. Macam-macam lena Berdaarkan gambar 5-6, maka bagian tengah lena cembung elalu lebih tebal dari bagian pinggirnya. Sedangkan lena cekung bagian tengahnya elalu lebih tipi dari bagian pinggirnya. 249

8 250 Tuga percbaan 5-3 Predur percbaan : Bawa ebuah lup (kaca pembear) ke luar kela, kemudian arahkan ke cahaya matahari ehingga pada lantai terbentuk etitik berka cahaya yang angat terang. Titik inilah yang diebut titik api atau ku lena (F). Pertanyaan :. Ukur berapa kira-kira jarak ku () lena terebut 2. Perika apa jeni lena yang dipakai ebagai lup 3. Keimpulan apakah yang diperleh dari hail percbaan terebut? Ada gambar lup dengan huru yang ebagian terlihat bear dankecil Siat lena cembung adalah mengumpulkan cahaya (knvergen), ebab berka inar datang yang ejajar dengan umbu utama (SU) dibiakan mengumpul ke titik api atau ku (F). Sedangkan iat lena cekung adalah menyebarkan cahaya (divergen), ebab berka inar datang yang ejajar umbu utama dibiakan menyebar elah-lah datang dari ku. SU F F SU Gambar 5-7. Siat lena cembung knvergen, iat lena Karena pembahaan kita hanya terbata pada lena tipi, maka untuk menggambarkan ebuah lena cukup menggunakan gari luru yang diberi tanda pitip (+) untuk lena cembung dan tanda negatip (-) untuk lena cekung. Tetapi ingat ebuah lena memiliki dua titik puat kelengkungan (M) dan dua ku (F). + SU SU M 2 F 2 F M M M 2 F F 2 Gambar 5-8. Menggambar 250

9 25. Pembentukan bayangan pada lena cekung Berdaarkan iat-iat pembiaan cahaya, maka ada tiga inar itimewa (mudah diingat) dalam pembiaan cahaya pada lena cembung, yaitu : 2 3 M 2 + F 2 F M. Sinar datangnya ejajar umbu utama, dibiakan melalui ku 2. Sinar datang melalui ku, dibiakan ejajar umbu utama 3. Sinar melalui titik puat ptik, diterukan tanpa mengalami pembiaan Gambar 5-9. Pembiaan inar itimewa pada Dengan menggunakan pembiaan inar-inar itimewa terebut, maka alah atu cnth pembentukan bayangan pada lena cembung dapat dilukikan ebagai berikut : Benda AB terletak di ruang benda B + atu (R ), maka akan terbetuk bayangan A B di ruang bayangan h empat (R4). B Siat-iat bayangannya adalah : h emu, tegak dan diperbear. F A M 2 Hal inilah yang menyebabkan F 2 A M lena cembung dapat digunakan S S ebagai lup, yaitu untuk melihat benda-benda yang relati kecil agar tampak lebih bear dan jela. Gambar 5-0. Cnth pembentukan bayangan pada Tuga dikui 5-2 Luki pembentukan bayangannya jika letak uatu benda dipindah-pindah eperti dalam beberapa gambar berikut ini. Kemudian jelakan bagaimana iat-iat bayangannya? + + M 2 F 2 F M M 2 F 2 F M Benda di titik Benda di ruang benda dua 25

10 M 2 F 2 F M M 2 F 2 F M Benda di titik puat Benda di ruang benda tiga 2. Pembentukan bayangan pada lena cekung Tiga inar itimewa (mudah diingat) dalam pembiaan cahaya pada lena cekung adalah:. Sinar datangnya ejajar umbu utama, dibiakan elah-lah dari ku 3 M 2 F F 2 M 2 2. Sinar datang menuju ku, dibiakan ejajar umbu utama 3. Sinar melalui titik puat ptik, diterukan tanpa mengalami pembiaan Gambar 5-. Pembiaan inar itimewa pada Dengan menggunakan pembiaan inar-inar itimewa terebut, maka pembentukan bayangan pada lena cekung dapat dilukikan ebagai berikut : B h A B h A M F F 2 M 2 S S Cba letak benda AB kalian pindah-pindahkan, kemudian luki bayangannya. Maka lena cekung akan elalu membentuk bayangan A B di ruang bayangan empat (R4), dengan iat-iat yang elalu : emu, tegak dan diperkecil. Gambar 5-2. Cnth pembentukan bayangan pada 252

11 Pembearan dan rumu lena Dari cnth pembentukan bayangan pada lena (lihat gambar 5-0 dan h' 5-2), egitiga ABO ebangun dengan egitiga A B O, ehingga : h Maka pembearan lena (M) adalah : M h' h... (5-2) Untuk mengetahui bagaimana hubungan antara jarak ku, jarak benda dan jarak bayangan pada lena, lakukanlah percbaan berikut ecara berkelmpk. Tuga percbaan 5-4 Predur percbaan :. Siapkan peralatan bangku ptik lengkap dengan lena cembung, layar dan benda panah yang dirt lampu kecil, eperti yang terlihat pada gambar. 2. Atur letak benda dan layar edemikian rupa, ehingga pada layar terbentuk bayangan benda panah yang paling terang dan jela. Kemudian ukur jarak benda () dan jarak bayangannya ( ) dari cermin. 3. Ulangi percbaan terebut beberapa kali, tapi dengan jarak benda yang berbedabeda. Catat emua data dan hail perhitungan yang diperleh ke dalam tabel berikut. Jarak benda (cm) Jarak bayangan ' (cm)... Pertanyaan : Keimpulan apakah yang diperleh dari hail percbaan terebut? 253

12 254 Percbaan yang dilakukan dengan teliti dan benar, akan menghailkan : = C (kntan)... () Karena benda yang terletak di ku (), akan membentuk bayangan di jauh takhingga ( ), maka dari peramaan () diperleh bear kntanta C, yaitu : C C... (3) Dengan menubtituikan peramaan (3) ke peramaan (4), maka diperleh hubungan :... (5-3) Untuk inar-inar yang membentuk udut kecil dengan umbu utama (inar parakial), panjang ku ama dengan etengah jari-jari : R 2... (5-4) Dengan menubtituikan peramaan (5-4) ke dalam peramaan (5-3), maka diperleh hubungan : 2 R... (5-5) Dengan : = jarak benda (elalu pitip) = jarak bayangan (bayangan ejati pitip, emu negatip) = panjang ku (lena cembung pitip, cekung negatip) R = jari-jari kelengkungan (lena cembung pitip, cekung negatip) CONTOH SOAL DAN PENYELESAINNYA. Serang iwa melakukan percbaan lena cembung yang memiliki jarak ku 5 cm. jika benda diletakkan pada jarak 6 cm, Berapakah pembearan yang diperleh? Lukikan pembentukan bayangannya. Diketahui Ditanyakan : M =...? : Lena cembung dengan = 5 cm dan = 6 cm 254

13 255 Jawaban : 5 6 = 30 cm (bayangan nyata) 30 M 6 kali (pembearan elalu pitip) S B M 2 h A F 2 F M A h S B 2. Lena apa yang haru dipergunakan dan berapa jarak kunya, agar diperleh bayangan emu pada jarak 9 cm dengan pembearan (/4) kali? Diketahui : Bayangan emu dengan Ditanyakan : Jeni lena dan =...? Jawaban : = 4 M dan - = 9 cm 4 - = 9 4 = 9 3 = 9 = 3 cm = 4 (3) = 2 cm Karena bayangan emu maka = - 3 cm, berarti : 3 2 = - 4 cm (lena cekung) 255

14 256 TUGAS MERANGKUM Untuk menata kembali eluruh pengetahuan yang telah kalian perleh dari bab ini, ekarang cbalah membuat rangkuman dengan menjawab pertanyaan berikut :. Apa yang dimakud dengan pembiaan cahaya? 2. Apa yang menyebabkan terjadinya pembiaan? 3. Apa yang dimakud dengan indek bia ablut? 4. Bagaimana iat-iat pembiaan cahaya? 5. Berapa bear udut datang agar tidak terjadi pembiaan? 6. Apa yang dimakud dengan udut kriti? 7. Apa perbedaan lena cembung dan lena cekung? 8. Bagaimana pembiaan inar-inar itimewa pada lena cembung? 9. Bagaimana pembiaan inar-inar itimewa pada lena cekung? 0. Mengapa lena cembung dapat dipergunakan ebagai lup?. Apa yang dimakudkan dengan pembearan? 2. Bagaimana hubungan antara jarak ku dan jari-jari lena? 3. Bagaimana hubungan antara jarak ku, jarak benda dan jarak bayangan pada lena? SOAL-SOAL UNTUK LATIHAN A. Bentuk Sal Pilihan Ganda Pilih alah atu alternati jawaban yang paling benar, dengan jalan memberikan tanda ilang (X) pada lembar jawaban yang telah diedia. Peritiwa yang bukan diebabkan leh pembiaan cahaya adalah :... a. Daar klam terlihat lebih dangkal b. Tngkat dalam air terlihat bengkk c. Terbentuknya bayangan pada cermin d. Terbentuknya bayangan pada lena Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Jika kecepatan cahaya di uatu bahan,5.0 8 m. - dan kecepatan cahaya dalam vakum m. -, maka indek bia bahan terebut adalah :... A. 0,5 B. 2,0 C. 4,0 D. 4,5 Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian :

15 Pengertian udut kriti pada pembiaan cahaya adalah :... a. Sudut bia yang bearnya 90 b. Sudut datang yang bearnya 90 c. Sudut datang yang memiliki udut bia 90 d. Sudut bia yang memiliki udut datang 90 Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Agar lena cembung yang memiliki jarak ku 5 cm dapat membentuk bayangan nyata pada jarak 6 cm, maka bendanya haru diletakkan pada jarak :... a. 35 cm b. 30 cm c. 25 cm d. 20 cm e. 5 cm Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Perhatikan tiga pernyataan berikut :. Sudut datang dan udut kriti jumlahnya elalu tetap, yaitu Sudut kriti hanya ada pada pembiaan dari medium rapat ke renggang 3. Sudut datang lebih bear udut kriti, akan terjadi pemantulan empurna Jawaban yang benar adalah :... A. dan 2 B. dan 3 C. 2 dan 3 D., 2 dan 3 Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Lena cekung diebut memiliki iat divergen, karena dapat :... A. Menyebarkan berka cahaya C. Mengumpulkan berka cahaya B. Menejajarkan berka cahaya D. Melenturkan berka cahaya Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Benda yang diletakkan di ruang II lena cembung, bayangannya akan terbentuk di ruang III dengan iat-iat :... A. Sejati, terbalik, diperbear C. Sejati, terbalik, diperkecil B. Semu, tegak, diperbear D. Semu, tegak, diperkecil Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Agar bayangan benda leh lena cembung dapat dilihat langung,lebi bear dan tegak, maka bendanya haru diletakkan di ruang :... A. I B. II C. III D. IV Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian : Variabel gelmbang yang mengalami perubahan pada aat terjadi pembiaan cahaya adalah :. Kecepatan 2. Frekueni 3. Panjang gelmbang Jawaban yang benar adalah :... A. dan 2 B. 2 dan 3 C. dan 3 D., 2 dan 3 Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian :

16 Benda yang diletakkan pada jarak 2 m di depan ebuah lena, menghailkan bayangan emu pada jarak 3 cm. Berarti jeni lena dan panjang kunya adalah :... A. Lena cekung dengan panjang ku 4 cm B. Lena cembung dengan panjang ku 2,4 cm C. Lena cekung dengan panjang ku 2,4 cm D. Lena cembung dengan panjang ku 4 cm Berikan alaan mengapa kalian menjawab demikian :... B. Bentuk Sal Uraian. Jelakan mengapa lena memiliki dua titik ku? 2. Jelakan mengapa indek bia benda tidak ada yang lebih bear dari atu? 3. Jelakan mengapa lena cembung diebut beriat knvergen dan lena cekung beriat divergen? 4. Sebuah lena cembung membentuk bayangan ejati pada jarak yang ama dengan jarak bendanya. Jika jarak antara letak benda ke letak bayangannya 28 cm, berapakah panjang ku lena terebut?. Lukikan pembentukan bayangan dengan benar. 5. Sebuah benda diletakkan 20 cm dari ebuah lena cekung. Jika jarak antara letak benda ke letak bayangannya 6 cm, berapakah jarak ku lena terebut. Lukikan pembentukan bayangannyadengan benar. 6. Dua lena cembung maing-maing memiliki panjang ku cm dan 5 cm, diletakkan ejajar ehingga terpiah ejauh 7 cm. Sebuah benda diletakkan,5 cm di depan lena pertama, ehingga bayangan lena pertama menjadi benda lena ke dua. Tentukan berapa pembearan ttal yang dihailkan leh item lena terebut? 258