Pemantulan Total

Pemantulan Total Sebelumnya sudah diuraikan bahwa saat cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik kurang rapat dengan sudut datang tertentu, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal. Artinya sudut bias akan selalu lebih besar dibandingkan sudut datang. Bila sudut datang cukup besar, maka sudut bias akan lebih besar lagi, Apa yang terjadi, bila sudut datang terus diperbesar?

Gambar 7. Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal, semakin besar sudut datang semakin besar sudut bias. Sebelumnya Anda harus catat bahwa pada umumnya saat cahaya merambat dari medium 1 ke medium 2, tidak semua berkas cahaya dibiaskan sebagian ada yang dipantulkan. Artinya di samping terjadi pembiasan terjadi juga pemantulan dengan besar sudut pantul yang selalu sama dengan sudut datang sesuai dengan hukum pemantulan. Hal ini sudah Anda pelajari di modul sebelumnya. Kali ini fokus perhatian kita pada peristiwa pembiasannya. Nah, bila sudut datang terus diperbesar, maka suatu saat sinar bias akan sejajar dengan bidang yang berarti besar sudut biasnya 90°. Sekali lagi apabila sudut datang diperbesar, maka tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan, sebab seluruhnya akan dipantulkan. Sudut datang pada saat sudut biasnya mencapai 90° ini disebut sudut kritis atau sudut batas dan pemantulan yang terjadi disebut pemantulan total atau pemantulan sempurna. Pada gambar 7 di atas sudut i3 adalah sudut kritis (ik) sebab besar sudut r3 = 90°. Besar

sudut kritis untuk setiap bahan akan berbeda-beda karena indeks bias mereka yang berbeda-beda. Besar sudut itu dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut. Bila kita terapkan hukum Snellius pada gambar 5 kita dapatkan: n1 sin ik = n2 sin r3 n1 sin ik = n2 sin 90°

Persamaan sudut kritis dengan ik = sudut kritis medium lebih rapat (asal sinar datang) n1 = indeks bias medium kurang rapat (tempat sinar bias) n2 = indeks bias bahan lebih rapat (asal sinar datang) n1> n2 Contoh: 1. Berkas sinar datang dari intan ke udara. Bila indeks bias intan = 2,4 dan indeks bias udara = 1 tentukan sudut kritis pada intan! Penyelesaian: Diketahui : n1 = 2,4 n2 = 1 Ditanya : ik = ? Jawab : sin ik =

sin ik =

= 0,417

ik = 24,6° Jadi, sudut kritis untuk intan adalah 24,6°. Artinya bila sinar datang dari intan menuju udara dengan sudut datang lebih besar dari 24,6°, maka sinar-sinar tersebut akan dipantulkan kembali ke intan. Oleh karenanya, intan dibentuk sedemikian sehingga hampir semua sinar datang ke permukaannya membentuk sudut yang lebih besar dari 24,6° sehingga sinar yang datang ke intan setelah masuk ke permukaan dalamnya akan dipantulkan sempurna. Akibatnya intan tampak berkilauan.

Gambar 8. Intan berkilauan akibat pemantulan sempurna. Pemantulan total diterapkan pada banyak alat optik antara lain periskop, teleskop, mikroskop, dan teropong binokuler. Dewasa ini dikembangkan pemakaian serat optik. Serat optik adalah pipa kecil dan panjang terbuat dari plastik atau kaca yang digunakan untuk penyalur cahaya. Serat optik terdiri dari inti serat yang terbuat dari kaca berkualitas dan berindeks bias tinggi yang dibungkus oleh lapisan tipis kaca yang indeks biasnya lebih rendah serta bagian luar serat yang terbuat dari plastik atau bahan lain untuk melindungi inti serat. Cahaya dapat melewati serat optik dari ujung yang satu ke ujung yang lain meskipun serat optik itu dibengkokkan (Gambar 9.a). Endoskop (Gambar 9.b) dibuat dengan memanfaatkan serat optik. Dengan bantuan endoskop para dokter dapat melihat bagian dalam tubuh manusia (misalnya lambung) dan bahkan memotretnya. Dalam teknologi komunikasi serat optik digunakan untuk mengirim sinyal-sinyal komunikasi.

(a)

(b)

Gambar 9. (a) Serat optik; (b) Endoskop: alat untuk melihat bagian dalam tubuh manusia. Demikianlah telah diuraikan kepada Anda apa yang dimaksud dengan pembiasan, indeks bias mutlak dan indeks bias relatif, medium optik lebih rapat dan medium optik kurang rapat, hukum-hukum pembiasan dan pemantulan total atau pemantulan sempurna. Bacalah kembali uraian di atas bila masih ada yang belum

Anda pahami. Bila seluruh uraian di atas telah Anda pahami kerjakanlah tugas di bawah ini dengan sebaik-baiknya.

CAHAYA DAN OPTIKA GEOMETRI Hakekat cahaya telah lama diperdebatkan, yaitu cahaya sebagai gejala partikel atau gejala gelombang. Pada abad ke 17 Newton dapat menjelaskan peristiwa pembiasan dan pemantulan cahaya dengan teori partikel. Pada periode yang sama Huygens telah menunjukkan bahwa teori gelombang dapat menjelaskan hukum-hukum pemantulan dan pembiasan cahaya. Kelemahan teori Huygens pada saat itu adalah tidak dapat menjelaskan mengapa cahaya dapat merambat di ruang hampa karena menurut keyakinan ilmuwan pada saat itu adalah bahwa dalam perambatannya cahaya memerlukan medium. Walaupun pada saat itu Francesco Grimaldi dapat menunjukkan bahwa cahaya mengalami difraksi, yaitu pembelokan oleh ujung benda sebagaimana dialami juga oleh gelombang suara dan gelombang pada air, namun karena kuatnya reputasi Newton teori gelombang tersebut diabaikan. Berikut ini adalah topik-topik yang dipelajari dan beberapa hal yang harus dikuasai setelah mempelajari tiap-tiap topik. • Hakekat cahaya − Menjelaskan fenomena cahaya sebagai gelombang − Menjelaskan fenomena cahaya sebagai partikel − Menjelaskan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik • Pengukuran kecepatan cahaya − Menjelaskan cara Roemer dalam menentukan kecepatan cahaya − Menjelaskan cara Fizeau dalam menentukan kecepatan cahaya • Idealisasi sinar di dalam optika geometri − Menjelaskan pendekatan cahaya sebagai sinar • Pantulan dan pembiasan.

− Menjelaskan pengertian pantulan spekuler , pantulan difus dan pembiasan − Menjelaskan pengertian sudut datang, garis normal, sudut pantul dan sudut bias − Menjelaskan hukum pemantulan cahaya − Menjelaskan hukum pembiasan cahaya (Hukum Snell) − Menjelaskan definisi indeks bias bahan • Dispersi dan prisma − Menjelaskan pengertian dispersi cahaya − Menjelaskan peristiwa dispersi cahaya yang melewati prisma • Prinsip Huygens − Menjelaskan prinsip Huygens − Menerapkan prinsip Huygens untuk menjelaskan hukum pemantulan dan hukum pembiasan • Pemantulan sempurna − Menjelaskan pengertian pemantulan sempurna − Menentukan sudut kritis − Mejelaskan contoh pemanfaatan gejala pemantulan sempurna (misalnya pada periskop dan serat optik) • Prinsip Fermat − Menjelaskan prinsip Fermat − Menerapkan prinsip Fermat untuk menjelaskan hukum pembiasan • Pembentukan bayangan oleh cermin − Menjelaskan pengertian sumbu utama, titik api dan titik bayangan − Melukiskan diagram sinar pada peristiwa pemantulan oleh cermin

− Menjelaskan pengertian sinar paraksial − Menjelaskan pembentukan bayangan benda oleh cermin (datar, cekung dan cembung) dengan menggunakan diagram sinar − Menjelaskan pengertian bayangan nyata dan bayangan maya − Menentukan posisi dan tinggi bayangan pada peristiwa pemantulan oleh cermin (datar, cembung dan cekung) • Lensa tipis − Menjelaskan diagram sinar untuk lensa tipis − Menentukan titik api lensa dari posisi benda dan bayangan − Menentukan titik api kombinasi lensa tipis