Pembiasan Cahaya dan Indeks Bias

AhmadDahlan.NET – Pembiasan cahaya adalah proses perubahan arah laju cahaya ketika melawati medium dengan kerapatan yang berbeda dari sumber cahaya. Perubahan arah laju ini membuat cahaya seolah-olah berbelok dari arah asalnya sehingga disebut sebagai pembelokan cahaya

Peristiwa dapat dengan jelas dilihat dalam kehidupan sehari-hari saat kita melihat sedotan yang berada dalam gelas being berisi air.

Bentuk sedotan terlihat tidak lurus pada bagian gelas yang berisi air yang kerapatan lebih tinggi dari udara. Hal ini disebabkan oleh perubahan kecepatan cahaya saat melalui dua medium yang berbeda kerapatannya. Kerapatan medium ini membuat cahaya akan melaju lebih lambat oleh karena pembelokan cahaya akan terjadi tepat di bidang batas dua medium tersebut.

Pada saat cahaya berasal dari medium dari kurang rapat ke lebih rapat maka sinar akan dibelokkan mendekati sudut normal seperti yang terjadi cahaya yang berasal dari udara kemudian menembus air.

A. Indeks Bias (n)

Sebagaimana yang disebutkan sebelumnya, besarnya perubahan arah cahaya ini tergantung dari dua variabel yakni :

1. Perubahan Kecepatan cahaya
2. Sudut jatuh cahaya (sudut datang)

n = \frac{c}{v_n}

Kecepatan cahaya pada ruang hampa adalah c = 2,99792458 x 10⁸ m/s namun dalam optik geometri biasanya digunakan nilai c = 3,00 x 10⁸ m/s. Faktor yang mempengaruhi pembiasan cahaya ini kemudian disebut sebagai indeks bias (n). Karena hanya terjadi pada saat cahaya melalui dua medium yang berbeda maka indeks bias cahaya tidak melekat satu medium namun terhadap dua medium.

Indeks bias yang dimasukkan dalam nilai tabel biasanya dibandingkan dengan indeks bias di ruang hampa seperti pada daftar tabel berikut :

B. Hukum Snellius tentang Pembiasan

Pada saat cahaya melewati dua bidang yang tembus pandang, maka cahaya kecepatan cahaya akan berkurang. Jika arah jatuhnya cahaya tidak tegak lurus terhadap bidang maka, cahaya mengelami pembelokan arah tepat di permukaan antara dua bidang tersebut. Pembelokan cahaya mengikuti hukum Snelius tentang pembiasan yakni

Sudut Bias bergantung pada sudut datang dan kecepatan cahaya. Nilai antara indek bias dikali dengan sin θ akan sama di kedua medium.

Formulasi matematis hukum ini adalah :

n_1 \sin θ_1=n_2 \sin θ_2

Dari persamaan di atas bisa disimpulkan jika n₂ > n₁ maka θ₂ < θ₁, dengan demikian implikasinya, jika sinar datang dari medium yang lebih rapat maka sinar datang akan dibiaskan mendekati garis normal dan begitu pula sebaliknya.

Bentuk Lain Formulasi Hukum Snelius

Jika nilai n adalah c/v_n, maka hukum Snellius dapat ditulis :

\frac{c}{v_1}\sin θ_1 = \frac{c}{v_2}\sin θ_2

atau

\frac{\sin θ_1 }{v_1}= \frac{\sin θ_2}{v_2}

kecepatan cahaya (v) tidak lain λf, maka persaman ini dapat ditulis lagi dalam bentuk

\frac{\sin θ_1 }{λ_1f_1}= \frac{\sin θ_2}{λ_2f_2}

karena frekuensi cahaya yang masuk pada medium tidak berubah, maka f₁ = f₂, sehingga

\frac{\sin θ_1 }{λ_1}= \frac{\sin θ_2}{λ_2}

C. Mengapa Kecepatan Cahaya Bisa Berubah?

Cahaya tampak (Visible Light) yang diamati pada percobaan optik geometri merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat bergerak pada ruang hampa. Pada saat memasuki ruang yang memiliki medium proses propagasi cahaya menjadi berubah yang tadinya hanya bejalan saja di ruang hampa menjadi diserap oleh partikel sebuah medium kemudian diemesikan lagi.

Meskipun sangat kecil, ada delai yang terjadi antara antara proses penyerapan dan proses emisikan. Semakin banyak / padat medium maka dilai dari proses serap dan emisi ini akan semakin banyak dan akan membuat kecepatannya semakin berkurang.

Untuk lebih jelas silahkan baca : propagasi gelombang elektromagnetik pada ruang hampa dan medium.