PEMANTULAN DAN PEMBIASAN
Muhammad Rizal Fahlepy*)
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan percobaan berjudul Pemantulan dan Pembiasan. Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui perilaku cahaya pada peristiwa pemantulan dan pembiasan serta untuk menentukan indeks bias prisma. Praktikum ini terdiri atas lima kegiatan. Kegiatan pertama dilakukan untuk menentukan jarak fokus cermin cekung dan cermin cembung. Jarak fokus cermin cembung yang diperoleh adalah f = |5,70 ± 0,05| cm dan jarak fokus cermin cekung adalah f = |5,80 ± 0,05| cm. Kegiatan kedua dilakukan untuk membuktikan sinar-sinar istimewa pada cermin cembung dan cermin cekung. Hasil praktikum sinar istimewa pada cermin cekung menunjukkan hasil yang sesuai dengan teori, namun pada cermin cembung diperoleh hasil yang sedikit berbeda dengan teori. Kegiatan ketiga dilakukan dengan membentuk bayangan pada cermin datar dan diperoleh hasil bahwa bayangan yang dibentuk oleh cermin datar bersifat maya, tegak, memiliki ukuran yang sama dengan bendanya dan berada pada jarak yang sama dari permukaan pantul dengan jarak benda di depan cermin. Kegiatan keempat dilakukan untuk menentukan indeks bias Rhombus, hasil yang diperoleh adalah n = |1,52 ± 0,04|. Kegiatan terakhir yaitu pemantulan sempurna dilakukan dengan mengarahkan sinar pada Rhombus dan diperoleh nilai sudut kritis sebesar θc = |54,5 ± 0,5|°.
Kata kunci: Indeks bias, pemantulan, pembiasan
A. RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana perilaku cahaya pada peristiwa pemantulan dan pembiasan?
- Bagaimana cara menentukan besar indeks bias kaca?
B. TUJUAN
- Mengetahui perilaku cahaya pada peristiwa pemantulan dan pembiasan.
- Menentukan besar indeks bias bahan.
C. TEORI SINGKAT
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 : 39).
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 : 446)
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 : 442).
Dengan "n21" adalah konstanta yang disebut indeks refraksi (indeks bias) dari medium 2 terhadap medium 1. Berikut tabel yang menunjukkan indeks refraksi beberapa bahan terhadap vakum untuk panjang gelombang (cahaya natrium) 589 nm ( = 5890 "A" ̇).
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: 609).
Menurut (Young, 2003 : 499), 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 :
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.
Sudut refleksi θ_r sama dengan sudut masuk θ_a untuk semua panjang gelombang dan untuk setiap pasangan material.
θr = θa (hukum refleksi) (1.1)
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).
Untuk cahaya monokromotik dan untuk sepasang material yang diberikan a dan b, pada sisi sisi yang berlawanan dari antarmuka itu, rasio dari sinus sudut θ_a dan θ_b dimana kedua sudut tu diukur dar normal terhadap permukaan , sama dengan kebalikan dari rasio kedua indeks refraksi :
〖sinθ 〗a /(sinθ b ) = nb / na
na〖sinθ〗a = nb sin θ b (1.2)
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 θ_tharus 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˚
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: 619-620).
D. METODE EKSPERIMEN
Alat dan Bahan
Alat
Meja optik 1 buah
Kotak cahaya 1 buah
Busur derajat 1 buah
Rhombus 1 set
Diafragma 1 buah
Celah 5 1 buah
Celah 1 1 buah
Mistar 1 buah
Alat tulis-menulis
Bahan
Cermin catar, cermin cekung, 1 buah
Cermin cembung
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1: Jarak fokus cermin cekung dan cembung
Jarak fokus
Kegiatan 4: Pembiasan pada rhombus
Sudut datang
Sudut bias
Kegiatan 5: Pemantulan sempurna
Sudut kritis
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1: Jarak fokus cermin cekung dan cembung
Jarak fokus adalah titik perpotongan dari semua sinar pantul yang panjangnya diukur dengan menggunakan mistar dari titik sinar datang yang paling dekat dengan titik fokus ke titik perpotongan sinat pantul dengan satuan centimeter (cm) dengan simbol f.
Kegiatan 4: Pembiasan pada rhombus
Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang terhadap garis normal yang diukur dengan menggunakan busur derajat dimulai dari skala nol hingga ke skala yang bertepatan dengan garis sinar datang dengan satuan derajat (˚) dengan simbol "θi" .
Sudut bias adalah sudut yang dibentuk oleh sinar bias terhadap garis normal yang diukur dengan menggunakan busur derajat dimulai dari skala nol hingga ke skala yang bertepatan dengan garis sinar bias dengan satuan derajat (˚) dengan simbol "θr" .
Kegiatan 5: Pemantulan sempurna
Sudut kritis adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang terhadap garis normal yang diukur dengan menggunakan busur derajat dimulai dari skala nol hingga ke skala yang bertepatan dengan garis sinar bias dengan satuan derajat (˚) dengan simbol θc.
Prosedur Kerja
Kegiatan 1: Jarak fokus cermin cekung dan cembung
- Memasang secara berturut-turut sumber cahaya, lensa positif, dan diafragma pada rel optik, kemudian menempatkan meja optik tepat di depan diafragma.
- Memasang celah (5 celah) pada diafragma.
- Menyalakan sumber cahaya, dan mengatur posisi lensa positif agar diperoleh garis-garis cahaya yang sejajar.
- Meletakkan kertas kerja dan cermin cekung di atas meja optik tepat tegak lurus terhadap arah datangnya cahaya.
- Membuat garis di sepanjang permukaan cermin, dan mengamati pola pemantulan cahaya dari cermin.
- Memberikan tanda titik pada cahaya yang datang pada cermin. Setiap garis minimal dua titik kemudian menghubungkan titik-titik tersebut.
- Memberikan tanda titik pada garis-garis pantul yang terbentuk. Setiap garis minimal dua titik kemudian menghubungkan titik-titik tersebut.
- Mengukur besar jarak fokus cermin cekung.
- Dengan cara yang sama, mengulangi kegiatan dengan menggunakan cermin cembung.
Kegiatan 2: Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung dan cembung
- Mengganti celah pada diafragma dengan celah tunggal.
- Membuat gamar cermin cekung, sumbu utama, dan titik fokus pada kertas kosong.
- Mengarahkan sinar dari celah ke cermin sesuai dengan sinar-sinar istimewa pada cermin. Kemudian melukis gambar yang dibuat.
- Dengan cara yang sama, mengulangi kegiatan dengan menggunakan cermin cembung.
Kegiatan 3: Pembentukan bayangan pada cermin datar
- Mengganti cermin cembung dengan cermin datar.
- Menggambar permukaan cermin datar tepat tegak lurus dengan arah datangnya cahaya. Menempatkan cermin tersebut sehingga tepat pada garis yang telah dibuat.
- Mebuat objek garis di depan cermin datar.
- Mengarahkan sinar dari celah tunggal ke objek dan gambar bayangan yang terbentuk.
- Menentukan sifat bayangan yang terbentuk pada cermin datar.
Kegiatan 4: Pembiasan pada rhombus
- Mengganti cermin yang digunakan pada kegiatan 3 dengan rhombus.
- Menggambar rhombus dengan membuat garis pada setiap permukaannya.
- Mengarahkan sinar pada salah satu sisi rhombus yang tegak lurus. Memberikan tanda titik tepat pada sinar (minimal 2 titik).
- Menghubungkan titik-titik yang telah dibuat.
- Membuat garis normal pada setiap batas bidang medium, dan mengukur sudut datang dan sudut bias pada masing-masing bidang batas medium.
- Mengulangi kegiatan yang sama dengan arah sinar yang berbeda-beda (sudut datang yang berbeda-beda).
Kegiatan 5: Pemantulan sempurna
- Meletakkan rhombus di atas meja optik.
- Memutar rhombus searah jarum jam sampai tidak ada lagi sinar yang dibiaskan.
- Mengukur sudut datang pada bidang batas permukaan rhombus. Sudut datang ini merupakan sudut krisits.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Untuk dapat melihat hasil praktikum dan analisis data silahkan klik link berikut (Hasil dan Analisis Data Pemantulan dan Pembiasan)
PEMBAHASAN
Percobaan berjudul Pemantulan dan Pembiasan ini terdiri atas lima kegiatan. Kegiatan pertama bertujuan untuk mengetahui jarak fokus cermin cembung dan cermin cekung. Pada saat sinar dipantulkan pada cermin cembung, diperoleh sinar-sinar yang bersifat divergen (menyebar) sebagaimana sifat cermin cembung berdasarkan teori. Sinar-sinar pantul tersebut kemudian diperpanjang menuju belakang cermin untuk mendapatkan titik fokus cermin cembung. Setelah diperoleh titik perpotongan antara sinar-sinar pantul tersebut, diperoleh jarak fokus cermin cembung tersebut adalah |5,70 ± 0,05| cm. Selanjutnya, sinar dipantulkan menuju cermin cekung untuk mengetahui jarak fokus cermin. Setelah itu, diperoleh sinar-sinar yang bersifat divergen (mengumpul) pada satu titik yang merupakan titik fokus cermin cekung tersebut. Setelah dilakukan pengukuran maka diperoleh jarak fokus cermin cekung adalah |5,80 ± 0,05| cm.
Kegiatan kedua dilakukan dengan menyelidiki sinar-sinar istimewa pada cermin cekung dan cermin cembung. Sebagaimana yang kita ketahui, berdasarkan teori sinar-sinar istimewa pada cermin cekung dan cermin cembung masing-masing ada tiga. Pada cermin cekung yaitu:
Sinar 1 digambarkan dari ujung atas benda sejajar sumbu utama dan dipantulkan melalui titik fokus F.
Sinar 2 digambarkan dari ujung atas benda ke arah titik fokus dan dipantulkan sejajar sumbu utama.
Sinar 3 digambar dari ujung atas benda ke titik pusat kelengkungan cermin M dan dipantulkan kembali pada dirinya sendiri.
Setelah dilakukan praktikum, diperoleh sinar-sinar istimewa yang sesuai dengan teori. Adapun sinar-sinar istimewa pada cermin cembung berdasarkan teori yaitu:
Sinar 1 digambarkan dari ujung atas benda sejajar sumbu utama dan dipantulkan menjauhi titik fokus F.
Sinar 2 digambar dari ujung atas benda menuju titik fokus di belakang cermin dan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
Sinar 3 digambarkan dari ujung atas benda menuju pusat kelengkungan C di belakang cermin dan dipantulkan kembali pada dirinya sendiri.
Hasil praktikum menunjukkan hasil yang sedikit berbeda dengan teori. Pada praktikum, sinar yang datang menuju titik fokus cermin cembung dipantulkan tidak sejajar dengan sumbu utama. Dengan kata lain, jika sinar pantul tersebut disejajarkan dengan sumbu utama, maka sinar yang datang sedikit melenceng dari titik fokus cermin.
Kegiatan ketiga yaitu pembentukan bayangan pada cermin datar. Berdasarkan teori, sifat-sifat pembentukan bayangan pada cermin datar adalah ukuran (tinggi dan besar) bayangan objek sama besar dengan ukuran objek, bayangan di cermin tegak, artinya posisi tegaknya sama dengan posisi tegaknya benda, jarak bayangan ke cermin sama jauhnya dengan jarak objek ke cermin, bayangan berlawanan arah dengan objeknya, bagian kanan benda menjadi bagian kiri bayangan dan bayangan cermin merupakan bayangan semu (maya), artinya dapat dilihat dalam cermin, tetapi tidak dapat ditangkap dengan layar. Dari percobaan ini diperoleh hasil yang sesuai dengan teori tersebut.
Kegiatan keempat dilakukan dengan mengarahkan sinar pada Rhombus untuk mendapatkan indeks bias bahan. Pada percobaan ini terjadi dua macam peristiwa pembiasan, yaitu ketika cahaya datang dari udara ke kaca dan ketika cahaya datang dari kaca ke udara. Dari kedua peristiwa pembiasan ini, diperoleh nilai sudut datang dan sudut bias. Dari nilai-nilai sudut tersebut, dilakukan analisis perhitungan sehingga diperoleh nilai indeks bias kaca (Rhombus) yaitu |"1,52±0,04" |. Nilai indeks bias ini sangat mendekati dengan nilai indeks bias kaca secara teori yaitu 1,52.
Kegiatan terakhir yaitu pemantulan sempurna. Kegiatan ini dilakukan dengan mengarahkan sinar pada Rhombus dan diputar searah jarum jam dengan sangat hati-hati sehingga diperoleh sudut pertama dimana cahaya yang dibiaskan tidak nampak lagi. Dari hasil praktikum, diperoleh nilai sudut kritis yaitu sudut yang dibentuk oleh sinar datang terhadap garis normal di dalam Rhombus θc = |54,5 ± 0,5|°.
SIMPULAN
Setelah melakukan percobaan ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
Peristiwa pemantulan terjadi pada cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung. Cahaya akan menunjukkan perilaku yang berbeda-beda jika dipantulkan pada medium yang berbeda-beda pula. Cermin datar membentuk bayangan yang tegak, dengan ukuran sama dengan bendanya, dan bayangannya berada dalam jarak yang sama dari permukaan pantul dengan jarak benda di depan cermin. Bayangan tersebut maya, yaitu bayangan tidak akan muncul pada layar yang diletakkan pada posisi bayangan karena cahaya tidak memusat (berkonvergensi) di sana.
Bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung bersifat divergen, artinya menyebar. Jarak fokus cermin cembung diperoleh dengan menggambar titik perpotongan dari perpanjangan sinar pantul tersebut. Adapun bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung bersifat konvergen atau mengumpul pada satu titik sehingga membentuk suatu titik fokus. Dari praktikum ini diperoleh jarak fokus cermin cembung adalah |5,70 ± 0,05| cm dan jarak fokus cermin cekung adalah |5,80 ± 0,05| cm.
Besar indeks bias bahan yang digunakan dalam praktikum ini berdasarkan analisis perhitungan adalah |"1,52±0,04" |.
DAFTAR RUJUKAN
Bueche, Frederick. 2002. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta: Erlangga.
Giancoli, Douglas C. 1998. Fisika Jilid 2 Edisi Kelima. Jakarta: Penerbit Erlangga.
Herman dan Asisten LFD. 2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar: Universitas Negeri Makassar.
Suroso. 2002. Ensiklopedi Sains dan Kehidupan. Jakarta: CV. Tarity Samudera Berlian