Pembiasan Cahaya dan Lensa

Pembiasan Cahaya dan Lensa

Gejala gelombang selanjutnya yang dapat dialami oleh gelombang cahaya yaitu gejala pembiasan. Pembiasan cahaya dapat diartikan sebagai gejala pembelokkan gelombang cahaya akibat perbedaan kerapatan medium. Gejala pembiasan terjadi saat cahaya jatuh pada permukaan yang transparan, seperti kaca atau air. Karena permukaannya yang transparan, maka cahaya dapat melewati medium, namun karena berbeda bahan dan kerapatannya gelombang cahaya yang lewat tersebut dibelokkan dari arah semula.

Peristiwa yang menunjukkan gejala pembiasan yang sering dilihat dalam kehidupan sehari-hari diantaranya, sedotan yang terlihat patah saat berada dalam gelas berisi air.

1.        Hukum Pembiasan Cahaya dan Indeks Bias Benda

Seorang ilmuwan bernama Willebrord Snellius menyatakan bahwa peristiwa pemantulan selalu memenuhi hukum pembiasan. Hukum pembiasan Snellius yaitu

1)      Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

2)     Sinar datang yang berasal dari medium kurang rapat menuju medium lebih rapat maka sinar akan dibelokkan mendekati garis normal, dan sebaliknya jika sinar datang berasal dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat maka gelombang akan dibelokkan menjauhi garis normal.

Contoh peristiwa pembiasan yaitu saat cahaya melalui dua bidang batas udara ke permukaan air atau dari air ke udara. Cahaya akan mengalami pembelokkan seperti pada gambar di bawah ini.

Dari penjelasan hukum Snellius, jelas bahwa penyebab terjadinya pembiasan cahaya yaitu karena gelombang cahaya melewati dua medium dengan kerapatan yang berbeda. Secara matematis, perbedaan kerapatan medium dinyatakan oleh nilai indeks bias medium tersebut.

Indeks bias mutlak suatu medium (n) diartikan sebagai perbandingan kecepatan cahaya pada medium dengan kecepatan cahaya di udara/vakum. Secara matematis persamaan indeks bias mutlak benda seperti di bawah ini

dengan :

n = indeks bias mutlak medium

c = cepat rambat cahay pada udara/vakum (c = 3 x 10⁸)

v = cepat rambat cahaya pada medium (m/s)

Adapun nilai indeks bias mutlak dari beberapa jenis benda dapat dilihat dari tabel di bawah ini.

Menurut Snellius, persamaan indeks bias dua buah medium tergantung pada perbandingan nilai sinus dari sinar datang pada medium 1 dengan nilai sinus dari sinar bias pada medium 2. Secara matematis, persamaan pembiasan Snellius dapat ditulis sebagai berikut.

dengan :

n₁ = indeks bias medium 1

n₂ = indeks bias medium 2

i = sudut datang

r = sudut bias

Jika kita rubah persamaan pembiasan cahaya oleh Snellius maka akan diperoleh bentuk persamaan matematis seperti di bawah ini

Dimana n₁₂ disebut sebagai indeks bias relatif medium 1 terhadap medium 2.

2.        Jenis-Jenis Lensa

Pembiasan cahaya dapat terjadi pada medium yang transparan, salah satunya yaitu lensa, benda bening yang dibatasi oleh dua bidang lengkung. Dua bidang lengkung yang membentuk lensa dapat berbentuk silindris atau bola. Yang akan dibahas pada materi ini dibatasi hanya pada lensa bola yang tipis saja. Lensa biasanya terbuat dari kaca atau plastik.

Secara umum, lensa terbagi menjadi dua jenis yaitu lensa cembung dan lensa cekung. Namun, karena lensa memiliki dua bidang maka tentu lebih tepat menyebutkan jenis lensa sesuai dengan kedua permukaannya.

3.        Pembiasan pada Lensa Bikonveks (Cembung-Cembung)

Lensa bikonveks memiliki karakter yang mirip dengan cermin cekung yaitu bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen), sehingga lensa bikonveks sering juga disebut lensa konvergen. Sinar-sinar istimewa pada lensa bikonveks yaitu sebagai berikut

1)        Sinar datang sejajar sumbu utama, dibiaskan melalui titik fokus

2)        Sinar datang melalui titik fokus pasif, dibiaskan sejajar sumbu utama

3)        Sinar datang melalui titik pusat optik tanpa dibiaskan

Jarak fokus lensa bikonveks bertanda positif, sehingga lensa bikonveks sering disebut sebagai lensa positif.

4.        Pembiasan pada Lensa Bikonkaf

Seperti halnya lensa bikonveks yang memiliki kemiripan dengan cermin cekung, lensa bikonkaf juga memiliki kemiripan dengan cermin cembung. Keduanya bersifa menyebarkan cahaya. Sinar-sinar istimewa pada lensa bikonkaf yaitu sebagai berikut

Jarak fokus lensa bikonkaf bertanda negatif, sehingga lensa bikonkaf disebut juga lensa negatif.

5.        Persamaan Pembuat Lensa

Besaran penting pada sebuah lensa tipis yaitu jarak fokus. Sebuah lensa dapat dibuat agar memiliki jarak fokus tertentu, caranya yaitu dengan menerapkan hubungan jari-jari dan bahan lensa seperti pada persamaan pembuat lensa di bawah ini

dengan :

f = jarak fokus lensa (m)

n = indeks bias lensa

R₁ = jari-jari bahan lensa 1 (m)

R₂ = jari-jari bahan lensa 2 (m)

Yang perlu diingat dalam menggunakan persamaan di atas yaitu dalam penggunaan tanda pada jari-jari lensa. Lensa konveks jari-jarinya bertanda positif, sedangkan jari-jari lensa konkaf bertanda negatif.

6.        Persamaan Kekuatan Lensa

Walaupun titik fokus merupakan titik terpenting pada lensa, namun ukuran lensa tidak dinyatakan berdasarkan jarak fokus melainkan oleh besaran lain yang disebut kekuatan lensa (P). Persamaan kekuatan lensa 

dengan :

P = kekuatan lensa (dipotri)

f = jarak fokus lensa (m)

Dari persamaan di atas, dapat diketahui bahwa nilai kekuatan lensa akan sesuai dengan nilai fokusnya. Jika lensa merupakan lensa cembung yang fokusnya bertanda (+), maka kekuatan lensa juga akan bertanda (+). Begitu juga sebaliknya, jika lensa merupakan lensa cekung dengan fokus bertanda (-), maka kekuatan lensa akan bertanda (-).

Sumber : rangkuman penulis yang dikumpulkan dari berbagai sumber