Fisika

Pengertian Pembiasan dan Contoh dalam Kehidupan Sehari-hari

Pembiasan adalah proses atau keadaan dimana sebuah objek bergeser atau berputar dari posisi semula. Pembiasan dapat terjadi karena gaya yang bekerja pada objek, seperti gaya gesekan atau gaya tarik.

Pembiasan dapat didefinisikan sebagai pergeseran atau penggeseran suatu titik atau garis yang melintasi objek. Misalnya, jika sebuah mobil memutar roda kiri, maka mobil akan bergeser ke kiri. Hal ini disebabkan oleh gaya pembiasan yang bekerja pada roda kiri.

Pembiasan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu pembiasan linear dan pembiasan rotasi.

Pembiasan linear adalah pembiasan yang terjadi pada suatu objek yang bergerak lurus. Misalnya, jika sebuah kereta api melintasi rel, maka kereta api dapat bergeser ke kiri atau ke kanan karena gaya pembiasan yang bekerja pada roda-rodanya.

Pembiasan rotasi adalah pembiasan yang terjadi pada suatu objek yang berputar. Misalnya, jika sebuah roda gulungan berputar, maka roda akan berputar ke kiri atau ke kanan karena gaya pembiasan yang bekerja pada bagian tengah roda.

Pembiasan dapat menyebabkan suatu objek bergeser atau berputar dari posisi semula, yang dapat mempengaruhi kecepatan atau arah gerakan objek. Untuk mengurangi dampak pembiasan, dapat digunakan bantuan seperti ban dengan profil tertentu atau bantalan yang dapat mengurangi gesekan.

Pembiasan adalah konsep fisika yang penting untuk dipahami, terutama dalam bidang mekanika dan teknologi. Pemahaman tentang pembiasan dapat digunakan dalam pengembangan teknologi transportasi, mesin, dan sistem penggerak.

 

Pengertian Pembiasan

Ketika seberkas sinar datang pada permukaan yang memisahkan dua media, arah sinar berubah. Fenomena ini dikenal sebagai Pembiasan cahaya. Kecepatan cahaya maksimum terjadi dalam ruang hampa.

Dalam medium apa pun, cahaya merambat dengan kecepatan lebih rendah. Karena ini, arah cahaya berubah pada antarmuka dua media yang berbeda. Frekuensi cahaya datang tetap konstan tetapi kecepatan dan panjang gelombang berubah. Ketika sinar datang ke medium yang lebih rapat, ia dibelokkan mendekati garis normal, sedangkan untuk medium yang lebih ringan, sinarnya menjauhi garis normal.

Hukum Pembiasan

Pembiasan diatur oleh dua hukum Snell sebagai berikut,

  1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal pada permukaan bias di titik datang, termasuk dalam bidang yang sama.
  2. Hukum Snell: Perbandingan sinus sudut datang (sudut antara sinar datang dan garis normal) dengan sinus sudut bias (sudut antara sinar bias dan garis normal) adalah konstan. Konstanta tergantung pada dua media dan panjang gelombang cahaya datang.

Hukum serupa diikuti dalam pembiasan gelombang lain (misalnya suara gelombang ) juga.

Ini menyatakan bahwa untuk sepasang media tertentu perbandingan sinus sudut datang (θ1) dengan sinus sudut bias (θ2) adalah sama dengan perbandingan dan merupakan media pertama terhadap media kedua. Selanjutnya, sama dengan indeks bias medium pertama terhadap medium kedua (n2 /n1).

Indeks bias menentukan jumlah pembelokan cahaya. Ini juga menetapkan hubungan antara sudut datang, sudut bias, dan indeks bias. Secara matematis, untuk pasangan tertentu indeks bias medium diberikan oleh:

sin 1/sin 2 = n2/n1

Bunyi Hukum Pembiasan Cahaya

Sudut antara sinar datang & sinar normal disebut sudut datang ‘i’, dan sudut antara sinar bias & normal disebut sudut bias ‘r’. Hukum pembiasan cahaya adalah:

  • Normal, datang & sinar pantul; seluruh sinar terletak pada bidang yang sama.
  • Rasio sinus sudut datang & sinus sudut bias adalah konstan dan disebut indeks bias.

Hukum pembiasan, juga disebut hukum Snell, menentukan perilaku sinar cahaya ketika melewati dari satu medium ke medium lain.

Pertimbangkan sinar datang pada antarmuka bidang antara dua media dielektrik transparan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Menurut hukum pembiasan, garis normal, sinar datang, dan sinar bias terletak pada bidang yang sama. Juga,

n1 sinθ1 = n2 sinθ2

Di mana,

  • 1 = sudut datang,
  • 2 = sudut bias
  • n1 = indeks bias medium pertama.
  • n2 = indeks bias medium ke-2.

Jadi, menurut hukum pembiasan, cahaya dibelokkan ke arah normal dalam medium optik dengan indeks bias yang lebih tinggi.

Perhatikan bahwa n2>n1 pada gambar.

(Gambar akan segera Diperbarui)

Indeks bias medium dielektrik yang memiliki konstanta dielektrik K dinyatakan dengan rumus:

n = k

Tabel menunjukkan indeks bias beberapa bahan dengan menggunakan cahaya kuning dengan panjang gelombang = 589 nm.

Bahan n
Udara (STP) 1.00029
Air 1.33
Es 1.31
batu api ringan 1.58
Batu api berat 1.65
Batu api terberat 1.89
berlian 2.42

Mengapa Terjadi Pembiasan?

Frekuensi (v) cahaya tetap konstan ketika sinar datang pada antarmuka dua media. Tapi cahaya bergerak dengan kecepatan berbeda di media yang berbeda.

c = vλ

Akibatnya, panjang gelombang (μ) cahaya juga berubah pada antarmuka. Ini, pada gilirannya, menyebabkan perubahan arah, yang merupakan pembiasan. Jelas selama pembiasan,

  • Frekuensi cahaya tetap konstan.
  • Perubahan kecepatan cahaya dan panjang gelombang menyebabkan cahaya datang menyimpang.

Indeks bias

Jika sudut datang adalah dan sudut bias adalah pada antarmuka dua media, sesuai dengan hukum pembiasan Snell ,

sinθ/sinθᵣ = = konstanta

Konstanta ini disebut Indeks bias relatif medium kedua (sinar bias merambat di sini) terhadap medium pertama (sinar datang merambat di sini). Jika medium pertama dianggap vakum, disebut indeks bias mutlak.

Jika cepat rambat cahaya dalam suatu medium adalah , indeks bias mutlaknya diberikan oleh,

n= cv

c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa. selalu lebih besar dari 1 (misalnya indeks bias kaca adalah 1,51) dan sama dengan 1 untuk vakum saja. lebih besar untuk medium padat. Dalam hal indeks bias mutlak dan dari dua media, hukum Snell dapat dinyatakan sebagai,

sini = sinr

Di sini, i dan r masing-masing adalah sudut datang dan sudut bias.

Jenis Pembiasan

  • Pembiasan dari medium yang lebih jarang ke yang lebih rapat: Dalam kasus seperti itu, indeks bias relatif lebih besar dari 1. Sudut datang lebih besar dari sudut bias yaitu sinar bias bergeser ke arah normal. Pembiasan cahaya dalam air dari udara adalah contoh dari kategori ini.
  • Pembiasan dari medium yang lebih rapat ke medium yang lebih jarang: Indeks bias relatif lebih kecil dari 1. Sudut bias lebih kecil dari sudut bias yaitu sinar bias bergeser menjauhi garis normal. Pembiasan dari kaca ke udara termasuk dalam kategori ini.

[Gambar akan segera diunggah]

Untuk Memverifikasi Hukum Pembiasan Cahaya

(Gambar akan segera Diperbarui)

Sinar datang, sinar bias & garis normal semuanya terletak pada satu bidang untuk sepasang media tertentu. Juga, rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah konstan.

sin i /sin r =

Di mana,

= indeks bias medium ke-2 terhadap medium ke-1.

  • Tempatkan lempengan kaca persegi panjang di atas selembar kertas putih di papan gambar.
  • Telusuri batas pelat kaca sebagai ABCD.
  • Sekarang lepaskan lempengan kaca dan gambar garis normal N1N2 di O.
  • Gambarlah garis lurus IO yang miring membentuk sudut (misalkan 300) dengan garis normal. IO adalah sinar datang.
  • Pasang dua pin, pin P, dan pin Q pada sinar datang IO.
  • Tempatkan pelat kaca di dalam batas ABCD.
  • Perbaiki dua pin lainnya R dan S sehingga, jika dilihat dari sisi lain pelat P, Q, R, dan S tampak terletak pada garis lurus.
  • Lepaskan pelat kaca dan pin setelah menandai titik-titik P, Q, R, dan S.
  • Gabungkan titik R dan S dan buat garis di kedua sisinya. Sinar O’E adalah sinar yang muncul.
  • Bergabunglah dengan OO’, yang merupakan sinar bias.
  • Diketahui sinar datang, sinar bias, dan garis normal berada pada bidang yang sama. Ini membuktikan hukum pertama pembiasan.

Buktikan Hukum Pembiasan Kedua

  • Gambarlah lingkaran berjari-jari ‘R’ dengan O sebagai pusatnya, sehingga memotong sinar datang dan sinar bias masing-masing di F dan G
  • Gambarlah garis tegak lurus dari F dan G ke N1N2
  • FHO dan GKO adalah segitiga siku-siku.

sin i = FH/OF

sin r = GK/OG

= sin i / sin r

= FH/OG * OG/GK

= FH/GK

  • Ukur panjang FH dan GK dan tuliskan dalam tabel.
  • Lakukan hal yang sama untuk sudut datang yang berbeda.
  • Tentukan rasio FH/GK​ untuk berbagai nilai kejadian ‘i’.
  • Ditemukan bahwa FH/GK memiliki nilai yang ditetapkan untuk setiap pengamatan.

Ini membuktikan hukum pembiasan.

Efek Pembiasan di Alam

  • Pelangi terbentuk setelah hujan karena pembiasan sinar matahari oleh permukaan tetesan air.
  • Saat matahari terbit, cahaya yang datang dari matahari dibiaskan melalui atmosfer bumi dan mencapai mata kita sebelum matahari benar-benar melintasi cakrawala. Demikian pula, setelah matahari terbenam, sinar cahaya dari matahari dibiaskan dan mencapai kita. Karena itu, matahari terbit agak maju dan matahari terbenam tertunda.
  • Karena atmosfer Bumi yang heterogen, posisi semu bintang- bintang jauh sedikit berbeda, menyebabkan bintang berkelap-kelip.

Penerapan Pembiasan Cahaya

  • Lensa adalah benda transparan yang dapat memfokuskan cahaya dengan menggunakan pembiasan. Lensa banyak digunakan pada kamera dan teropong.
  • Dalam kosmologi, teleskop yang berbeda digunakan untuk mempelajari objek-objek alam semesta yang jauh. Mikroskop banyak digunakan dalam sains untuk mempelajari objek yang sangat kecil, yang tidak terlihat oleh mata telanjang. Instrumen optik ini menggunakan pembiasan untuk membentuk gambar yang diperbesar dari objek yang jauh atau kecil.
  • Prisma adalah objek transparan berbentuk baji, sering digunakan sebagai filter optik untuk mengekstrak panjang gelombang tertentu. Sinar cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda merambat dengan kecepatan yang berbeda dalam medium sedemikian rupa sehingga mereka dibiaskan pada sudut yang berbeda. Fenomena ini disebut dispersi (diamati dalam prisma).
  • Aplikasi penting dari pembiasan adalah serat optik yang digunakan untuk komunikasi dengan disipasi energi minimum.

Tahukah kamu?

  • Sinar datang dari garis normal setelah dibiaskan dari medium yang lebih rapat ke medium yang lebih jarang. Sudut bias meningkat dengan sudut datang. Untuk sudut datang tertentu yaitu sudut kritis, sinar bias melewati antarmuka yaitu sudut bias adalah 90. Untuk sudut datang lebih besar dari sudut kritis, sudut bias melebihi 90 dan sinar bias datang kembali dalam medium lebih padat diri. Fenomena ini disebut refleksi internal total. Fatamorgana di gurun atau lautan dingin adalah ilusi optik yang dibentuk oleh proses ini.
  • Karena pemantulan internal total, seorang pengamat di dalam air melihat benda-benda di atas permukaan air terletak di dalam kerucut setengah sudut 49, yang merupakan sudut kritis air dan udara.
  • Sebuah lensa cembung dengan panjang fokus yang bervariasi, pada mata manusia , membentuk bayangan suatu benda di retina. Ini adalah efek dari pembiasan cahaya.

Pertanyaan Umum tentang Pembiasan

1. Apa yang dimaksud dengan pembiasan?

Pembiasan adalah perubahan arah atau lintasan cahaya ketika melewati antarmuka antara dua media dengan indeks bias yang berbeda. Fenomena ini terjadi karena kecepatan cahaya berubah saat melewati medium yang berbeda.

2. Apa yang menyebabkan pembiasan cahaya?

Pembiasan cahaya disebabkan oleh perbedaan kecepatan cahaya antara dua media yang berbatasan. Ketika cahaya melewati permukaan yang membentuk sudut dengan garis normal (garis tegak lurus terhadap permukaan), kecepatan dan arah cahaya berubah, yang menyebabkan pembiasan.

3. Apa yang dimaksud dengan indeks bias?

Indeks bias (indeks refraksi) menggambarkan seberapa banyak cahaya melambat saat melewati medium dibandingkan dengan kecepatan cahaya di ruang hampa. Indeks bias dinyatakan dengan angka yang lebih besar dari satu. Semakin besar perbedaan indeks bias antara dua media, semakin besar pembiasan yang terjadi.

4. Apa itu hukum pembiasan?

Hukum pembiasan, juga dikenal sebagai Hukum Snell, menjelaskan hubungan antara sudut datang (sudut antara arah datang cahaya dan garis normal) dan sudut bias (sudut antara arah bias cahaya dan garis normal) saat cahaya melewati antarmuka antara dua media dengan indeks bias yang berbeda. Hukum Snell dinyatakan dengan rumus:

n1 sin(θ1) = n2 sin(θ2)

di mana n1 dan n2 adalah indeks bias medium pertama dan kedua, dan θ1 dan θ2 adalah sudut datang dan sudut bias, masing-masing.

5. Apa yang dimaksud dengan pembiasan biasa dan pembiasan takbiasa?

Pembiasan biasa terjadi ketika cahaya polarisasi tegak lurus terhadap arah pembiasan, sedangkan pembiasan takbiasa terjadi ketika cahaya polarisasi sejajar dengan arah pembiasan. Dalam pembiasan biasa, cahaya terbagi menjadi dua sinar polarisasi yang berbeda, sedangkan dalam pembiasan takbiasa, cahaya tidak terbagi.

6. Apa yang dimaksud dengan sudut kritis?

Sudut kritis adalah sudut datang terbesar di mana cahaya yang datang dari medium dengan indeks bias yang lebih tinggi benar-benar mengalami pembiasan total internal saat mencoba melewati antarmuka dengan medium yang memiliki indeks bias yang lebih rendah. Jika sudut datang melebihi sudut kritis, cahaya akan dipantulkan kembali ke dalam medium asal.

7. Bagaimana pembiasan berhubungan dengan pemantulan?

Pembiasan dan pemantulan adalah dua fenomena yang terjadi saat cahaya berpindah antara media dengan indeks bias yang berbeda. Pembiasan terjadi ketika cahaya melewati antarmuka dan mengubah arahnya, sedangkan pemantulan terjadi ketika cahaya dipantulkan kembali dari permukaan tanpa memasuki medium berikutnya.

8. Apa aplikasi penting dari pembiasan?

Pembiasan memiliki banyak aplikasi penting dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi. Beberapa contoh aplikasinya meliputi lensa kacamata, lensa kamera, mikroskop, teleskop, serat optik, dan banyak lagi. Pembiasan juga merupakan dasar bagi banyak eksperimen dan penelitian dalam fisika cahaya dan optik.

9. Bagaimana pembiasan mempengaruhi penglihatan manusia?

Pembiasan dalam mata manusia terjadi ketika cahaya melewati lensa mata dan diarahkan ke retina. Lensa mata mengubah arah cahaya sehingga membentuk gambar yang tepatpada retina. Tanpa pembiasan yang tepat, gambar yang jatuh pada retina tidak akan fokus dengan jelas, dan penglihatan akan menjadi kabur.

10. Apa bedanya antara pembiasan dan dispersi?

Pembiasan terjadi ketika cahaya melengkung saat melewati antarmuka antara dua media dengan indeks bias yang berbeda. Dispersi, di sisi lain, adalah fenomena di mana cahaya putih terurai menjadi spektrum warna saat melewati medium yang memiliki indeks bias yang berbeda tergantung pada panjang gelombangnya. Dispersi dapat terjadi dalam pembiasan, tetapi pembiasan tidak selalu melibatkan dispersi.

Post terkait

Contoh Interferensi Cahaya

Apa yang dimaksud cahaya Monokromatik: Gelombang Cahaya Dengan Panjang Gelombang Tetap

Candela dan Lumen: Perbedaan dan Manfaat

Efek Compton: Mengungkap Sifat Ganda Cahaya

Spektroskopi: Mengungkap Rahasia Cahaya dan Materi

Related Posts