Teori Singkat Pemantulan dan Pembiasan Cahaya Mudah Dipahami (Fisika Dasar)

Cahaya merupakan salah satu bentuk gelombang elektromagnetik yang memiliki sifat mendua. Disatu sisi cahaya merupakan gelombang  namun disisi lain cahaya memiliki sifat seperti sebuah partikel. Salah satu sifat cahaya sebagai gelombang adalah dapat mengalami pemantulan (refleksi) sedangkan salah satu sifat cahaya sebagai partkel adalah cahaya dapat mengalami peristiwa tumbukan (Herman, 2016).

Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium yang berbeda, seperti misalnya sebuah permukaan udara kaca, energi cahaya tersebut dipantulkan dan memasuki medium kedua, perubahan arah dari sinar yang ditransmisikan tersebut disebut pembiasan ( Tipler, 2001)

Ketika gelombang dari tipe apapun mengenai sebuah penghalang datar seperti misalnya sebuah cermin, gelombang-gelombang baru dibangkitkan dan bergerak menjauhi penghalang tersebut. Fenomena ini disebut pemantulan. Pemantulan terjadi pada bidang batas antara dua medium yang berbeda seperti  misalnya sebuah permukaan udara kaca, dalam kasus dimana sebagian energy datang dipantulkan dan sebagian ditransmisikan. Sudut antara sinar datang dengan garis normal (garis tegak lurus permukaan) sisebut sudut datang, bidang yang dibatasi oleh dua garis ini disebut sudut datang. Sinar yang dipantulkan terletak di dalam bidang datang tersebut dan membentuk sudut dengan garis normal yang sama dengan sudut datang. Hasil ini dikenal dengan hukum pemantulan .Hukum pemantulan berlaku untuk semua jenis gelombang (Tipler, 2001).

Denganadalah konstanta yang disebut indeks refraksi (indeks bias) dari medium 2 terhadap medium 1. Berikut adalah indeks refraksi beberapa bahan terhadap vakum untuk panjang gelombang (cahaya natrium) 589 nm (5890 Amstrong)

Medium / Indeks refraksi

Air / 1,33

Etil alcohol / 1,36

Karbon bisulfida / 1,63

Udara (1 atm 20˚C) / 1,0003

Metilin iodida / 1,74

Leburan kuarsa / 1,46

Gelas, kaca krona (Crown) / 1,52

Gelas, flinta / 1,66

Natrium klorida / 1,53

Hukum refleksi telah dikenal oleh Euclides. Hukum refraksi diperoleh secara eksperimen oleh Willebrod Snell (1591-1626) dan diturunkan melalui teori korpuskuler cahaya oleh Rene Descartes (1596-1650). Hukum refraksi ini dikenal sebagai Hukum Snell, atau (di Perancis) dikenal sebagai Hukum Descartes (Halliday, 1978).

Menurut (Young, 2003), kajian eksprimental mengenai arah sinar masuk, sinar yang direflesikan, dan sinar yang direfraksikan pada antarmuka yang halus di antara dua material optic memunculkan smpulan-simpulan sebagai berikut :

1. Sinar yang masuk, sinar yang direfleksikan, dan sinar yang direfraksikan dan normal terhadap permukaan  semuanya terletak pada bidang yang sama. Bidang dari ketiga sinar itu tegak lurus terhadap bidang permukaan batas di antara kedua material tersebut. Kita selalu menggambarkan diagram sinar sehingga sinar masuk, sinar yang direfleksikan, dan sinar yang direfraksikan berada dalam diagram.

2. Sudut refleksisama dengan sudut masukuntuk semua panjang gelombang dan untuk setiap pasangan material. 

 (hukum refleksi)                    (1)

Hubungan ini, bersama-sama dengan pengamatan bahwa sinar masuk dan sinar yang direfleksikan dan normal. Semuanya terletak pada bidang yang sama yang dinamakan hukum refleksi (law of reflection)

3. Untuk cahaya monokromotik dan untuk sepasang material yang diberikan a dan b, pada sisi sisi yang berlawanan dari antarmuka itu, rasio dari sinus sudutdandimana kedua sudut tu diukur dar normal terhadap permukaan , sama dengan kebalikan dari rasio kedua indeks refraksi :

                                                                       

                                                            (2)

Hukum eksprimen ini bersama-sama dengan pengamatan bahwa sinar masuk dan sinar yang direfraksikan dan normal semuanya terletak pada bidang yang sama dinamakan hukum refraksi (law of refraction) atau Hukum Snellius (Snell’s law).

Jika cahaya terpantul  keluar sebuah permukaan batas dimana ni < nt, proses tersebut disebut pantulan eksternal, jika ni > nt maka proses terbut merupakan pantulan internal. Misalnya cahaya melintasi sebuah medium dengan indeks bias yang lebih tinggi ke medium dengan indeks bias yang lebih rendah. Sebagian dari cahaya yang datang dibiaskan dan sebagian dipantulkan pada batas. Karena θt harus lebih besar (Young, 2003 : 499).

Misalkan sinar cahaya dari medium yang rapat secara optis (katakanlah, kaca) jatuh pada permukaan medium yang kurang rapat secara optis (katakanlah, udara). Dengan memperbesar sudut datang θ, dapat dicapai suatu keadaan yang sinar refraksinya mengarah sepanjang permukaan batas, sudut refraksinya 90˚. Untuk sudut datang yng lebih besar dari sudut kritis θc ini, tidak ada sinar refraksi yang terjadi. Fenomena ini disebut sebagai refraksi internal total. Sudut kritis dapat diperoleh dari hukum refraksi dengan mengambil θ2 = 90˚:

                                             

                                                    (3)

Untuk kaca dan udara sin θc= (1,00/1,50) = 0,667, yang memberikan θc = 41,8˚. Refleksi internal total tidak terjadi bila cahaya datang dari medium dengan indeks refraksi yang lebih rendah (Halliday, 1978).

Demikian artikel tentang Teori Singkat Pemantulan dan Pembiasan Cahaya semoga bermanfaat bagi pembaca baik itu kalangan akademisi yang menggeluti bidang ilmu fisika ataupun kalangan masyarakat umum untuk menambah wawasan akan bidang ilmu lain.

Referensi

Halliday, David dan Resnick, Robert. 1978. Fisika Jilid 2 Edisi ketiga (terjemahan). Jakarta: Erlangga

Herman dan asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Unit Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar.

Tipler, Paul. 2001. Fisika Sins dan Teknik. Jakarta: Erlangga

Young, Hugh D. dkk. 2003 Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid II. Jakarta: Erlangga