Hukum Pembiasan Snellius
Ketika cahaya melewati dari satu material transparan ke material lain, ia membelok di batas keduanya — ini disebut pembiasan. Cahaya membelok ke arah garis normal (garis khayal yang tegak lurus permukaan) saat memasuki material yang lebih rapat, dan menjauhi garis normal saat memasuki material yang kurang rapat.
Rumus
n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂
- n₁ — indeks bias (unitless): seberapa besar material pertama memperlambat cahaya
- θ₁ — sudut datang (°): sudut sinar yang datang, diukur dari garis normal
- n₂ — indeks bias (unitless): seberapa besar material kedua memperlambat cahaya
- θ₂ — sudut bias (°): sudut sinar yang membelok di dalam material kedua, diukur dari garis normal
Contoh yang diselesaikan
Sebuah sinar cahaya menyerempet permukaan suatu cairan tak dikenal, masuk pada sembilan puluh derajat dari garis normal, dan membelok menjadi tiga puluh derajat dari garis normal di dalam cairan itu. Berapa indeks bias cairan itu?
- n₁ = 1 (udara)
- θ₁ = 90°
- θ₂ = 30°
- n₂ = (n₁ · sin θ₁) / sin θ₂
- n₂ = (1 · sin 90°) / sin 30° = (1 × 1) / 0.5
n₂ = 2
Uji diri Anda
Cairan ini memiliki indeks bias 2. Cahaya yang bergerak di dalamnya menabrak permukaan, mencoba keluar kembali ke udara. Berapa sinus sudut kritis untuk pemantulan sempurna internal?
- Jawaban benar: 0.5
- 2
- 1
Benar! sin θc = n₁ / n₂ = 1 / 2 = 0.5, yang merupakan sudut kritis tiga puluh derajat.
Sekarang misalkan cairan itu lebih rapat lagi, dengan indeks bias 4 alih-alih 2. Cahaya kembali menyerempet masuk pada sembilan puluh derajat. Dibandingkan sebelumnya, apakah sinar yang dibiaskan membelok lebih dekat ke garis normal atau lebih jauh darinya?
- Lebih jauh dari garis normal
- Jawaban benar: Lebih dekat ke garis normal
- Tidak berubah
Benar — medium yang lebih rapat membiaskan cahaya lebih besar: sin θ₂ = 1 / 4 = 0.25, sudut yang lebih kecil dari tiga puluh derajat yang kita temukan sebelumnya.
Di mana Anda melihatnya
Sebuah pensil di dalam segelas air tampak patah di permukaan air, dan kolam renang sebenarnya lebih dalam daripada yang tampak dari tepi kolam — keduanya adalah cahaya yang membelok saat melintas dari air ke udara. Sebuah sedotan di dalam minuman melakukan trik yang sama jika dilihat dari samping: di atas garis permukaan air ia menunjuk ke satu arah, di bawahnya menunjuk ke arah lain.
Kesalahan umum
Kesalahan arah: cahaya yang memasuki material yang lebih rapat membelok KE ARAH garis normal — indeks yang lebih besar menurunkan nilai sin θ₂ (memasuki material dengan n = 4 secara menyerempet menghasilkan sin θ₂ = 1/4 = 0.25), sehingga sinar itu menempel lebih erat pada garis normal, bukan semakin longgar. Lalu, pemantulan sempurna internal hanya berjalan satu arah: terjadi pada cahaya yang mencoba lolos dari medium rapat ke medium yang kurang rapat, dan sinus sudut kritisnya hanyalah rasio kedua indeks, sin θc = n₂ / n₁ — untuk indeks 2 menuju udara, 1/2 = 0.5.
Bagaimana ini terhubung
Pembiasan adalah tulang punggung seluruh modul optik: sebuah lensa tak lain adalah kaca yang dibentuk agar permukaan-permukaan lengkungnya membiaskan setiap sinar menurut hukum ini sampai bertemu di satu titik, dan pembelokan yang sama, lewat persamaan kembar milik cermin, membentuk bayangan pada bagian berikutnya. Secara fisik, cahaya membelok karena melambat di material yang lebih rapat — hubungan gelombang dari modul gelombang, kecepatan ditukar dengan arah.