Pembiasan Cahaya Pada Prisma

Cahaya:Pembiasan Cahaya Pada Prisma

Pelangi cerah terbentang melengkung di atas air yang mengempas turun di Air Terjun Niagara. Pelangi

tersebut terbentuk karena peristiwa dispersi cahaya. Pelangi adalah salah satu contoh dari sifat-sifat

cahaya yang mengagumkan, selain dispersi, cahaya dapat juga mengalami interferensi.

Sejak zaman purba, adanya pelangi telah menyenangkan dan membingungkan

semua orang yang melihatnya. Orang kuno menganggap pelangi

sebagai tanda nasib baik. Akan tetapi, berabad-abad kemudian, ilmuwan mulai

menyingkap rahasia gejala-gejala misterius tersebut dan menemukan bahwa

hal ini merupakan efek dari bahan-bahan yang sangat biasa. Bagaimana hasil

penemuan para ahli mengenai hal itu? Agar kalian memahaminya, maka

pelajarilah materi bab ini dengan saksama!

A. Pembiasan Cahaya pada Prisma

Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang

datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang

prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan

dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang

pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis

normal. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati

garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat

ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya

pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal,

sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang

rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang

melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah

dari arah semula. Marilah kita mempelajari fenomena yang

terjadi jika seberkas cahaya melewati sebuah prisma seperti

halnya terjadinya sudut deviasi dan dispersi cahaya.

1. Sudut Deviasi

seberkas cahaya yang melewati sebuah

prisma. Hal itu memperlihatkan

bahwa berkas sinar tersebut

dalam prisma mengalami dua kali

pembiasan sehingga antara berkas sinar

masuk ke prisma dan berkas sinar keluar

dari prisma tidak lagi sejajar. Sudut yang

dibentuk antara arah sinar datang

dengan arah sinar yang meninggalkan

prisma disebut sudut deviasi diberi

lambang D. Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut

datangnya sinar.

Untuk segiempat AFBE, maka : 􀁅 + 􀂑 AFB = 180o

Pada segitiga AFB, r1 + i2 + 􀂑 AFB = 180o, sehingga diperoleh

􀁅 + 􀂑 AFB = r1 + i2 + 􀂑 AFB

􀁅 = r1 + i2

Pada segitiga ABC, terdapat hubungan 􀂑 ABC + 􀂑 BCA +

􀂑 CAB = 180o, di mana 􀂑 ABC = r2 - i2 dan 􀂑 CAB = i1 - r1,

sehingga 􀂑 BCA + (r2 - i2) + (i1 - r1) = 180o

􀂑 BCA = 180o + (r1 + i2) - (i1 + r2)

Besarnya sudut deviasi dapat dicari sebagai berikut.

D = 180o - 􀂑 BCA

= 180o - {(180o + (r1 + i2) - (i1 + r2)}

= (i1 + r2) - (i2 + r1)

D = i1 + r2 - 􀁅 .... (2.1)

Keterangan :

D = sudut deviasi

i1 = sudut datang pada prisma

r2 = sudut bias sinar meninggalkan prisma

􀁅 = sudut pembias prisma

Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut

datangnya cahaya ke prisma. Apabila sudut datangnya sinar

diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil.

Sudut deviasi akan mencapai minimum (Dm) jika sudut datang

cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan

prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma

akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki,

sehingga berlaku i1 = r2 = i (dengan i = sudut datang cahaya

ke prisma) dan i2 = r1 = r (dengan r = sudut bias cahaya

memasuki prisma). Karena 􀁅 = i2 + r1 = 2r atau r = 􀁅 dengan

demikian besarnya sudut deviasi minimum dapat dinyatakan:

D = i1 + r2 - 􀁅 = 2i - 􀁅 atau i = (Dm + 􀁅)

Menurut hukum Snellius tentang pembiasan berlaku

atau

n1 = n2 sin 􀁅 .... (2.2)

dengan :

n1 = indeks bias medium di sekitar prisma

n2 = indeks bias prisma

􀁅 = sudut pembias prisma

Dm = sudut deviasi minimum prisma

Untuk sudut pembias prisma kecil (􀁅 􀁤 15o), maka berlaku

sin (􀁅 + Dm) = (􀁅 + Dm) dan sin 􀁅 = 􀁅. Sehingga besarnya

sudut deviasi minimumnya dapat dinyatakan :

n1 sin (Dm + 􀁅) = n2 sin 􀁅

n1 (Dm + 􀁅) = n2 􀁅

n1 (Dm + 􀁅) = n2 􀁅

Dm= (n2B-n1)/n1=(n2/n1)B

Apabila medium di sekitar prisma berupa udara maka n1 = 1

dan indeks bias prisma dinyatakan dengan n, maka berlaku :

Dm = (n – 1) 􀁅 ....

2. Dispersi Cahaya

Dispersi yaitu peristiwa terurainya cahaya putih menjadi

cahaya yang berwarna-warni, seperti terjadinya pelangi.

Pelangi merupakan peristiwa terurainya cahaya matahari oleh

butiran-butiran air hujan. Peristiwa peruraian cahaya ini

disebabkan oleh perbedaan indeks bias dari masing-masing

cahaya, di mana indeks bias cahaya merah paling kecil,

sedangkan cahaya ungu memiliki indeks bias paling besar.

Cahaya putih yang dapat terurai menjadi cahaya yang

berwarna-warni disebut cahaya polikromatik sedangkan cahaya

tunggal yang tidak bisa diuraikan lagi disebut cahaya

monokromatik. Peristiwa dispersi juga terjadi apabila seberkas

cahaya putih, misalnya cahaya matahari dilewatkan pada suatu

prisma.

Cahaya polikromatik jika dilewatkan

pada prisma akan terurai menjadi

warna merah, jingga, kuning, hijau, biru,

nila, dan ungu. Kumpulan cahaya warna

tersebut disebut spektrum. Lebar

spektrum yang dihasilkan oleh prisma

tergantung pada selisih sudut deviasi

antara cahaya ungu dan cahaya merah.

Selisih sudut deviasi antara cahaya ungu

dan merah disebut sudut dispersi yang

dirumuskan :

= Du - Dm ....

Jika sudut pembias prisma kecil (<15o) dan n menyatakan

indeks bias prisma serta medium di sekitar prisma adalah

udara, maka besarnya sudut dispersi dapat dinyatakan :

 = (nu – nm)  ....

dengan :

 = sudut dispersi

Dm = sudut deviasi cahaya merah

Du = sudut deviasi cahaya ungu

nm = indeks bias cahaya merah

nu = indeks bias cahaya ungu

 B= sudut pembias prisma

3. Prisma Akromatik

Prisma akromatik adalah susunan dua

buah prisma yang terbuat dari bahan

yang berbeda, disusun secara terbalik

yang berfungsi untuk meniadakan sudut

deviasi yang terjadi pada prisma

tersebut. Misalkan sebuah prisma terbuat

dari kaca kerona yang mempunyai

indeks bias untuk sinar merah nm, sinar

ungu nu dan sudut pembiasnya  

disusun dengan prisma yang terbuat dari kaca flinta yang

memiliki indeks bias untuk sinar merah n􀁣m, sinar ungu n􀁣u

dan sudut pembiasnya  maka pada prisma akromatik

berlaku bahwa besarnya sudut deviasi pada prisma flinta dan

prisma kerona adalah sama. Karena pemasangan yang terbalik,

sehingga kedua sudut deviasi saling meniadakan sehingga

berkas sinar yang keluar dari susunan prisma tersebut berupa

sinar yang sejajar dengan berkas sinar yang masuk ke prisma

tersebut. Pada prisma akromatik berlaku :

(nu - nm)  = (n’u - n’m)

[nu-nm/n'u-n'm]=B'/B

4. Prisma Pandang Lurus

Prisma pandang lurus yaitu susunan dua buah prisma yang

disusun untuk menghilangkan sudut deviasi salah satu warna

sinar, misalnya sinar hijau atau kuning.

Sebagai contoh sebuah prisma yang terbuat dari kaca

flinta dengan indeks bias untuk sinar hijau nh dan sudut

pembiasnya 􀁅 disusun dengan prisma yang terbuat dari kaca

kerona dengan indeks bias sinar hijau n􀁣 h dan sudut

pembiasnya 􀁅􀁣. Untuk meniadakan sudut dispersi sinar hijau

maka akan berlaku :

[nh-1/n'h]=B'-B

Pada waktu musim hujan sering kita melihat adanya gejala alam yang kita

sebut sebagai pelangi. Pelangi hanya kita lihat pada musim hujan saja dan

jarang pada musim kemarau kita jumpai adanya pelangi. Pelangi terjadi

apabila di depan kita terjadi hujan dan kita berdiri membelakang matahari.

Pelangi yang terjadi pada pagi hari akan terlihat di bagian barat dan di

sore hari akan terlihat di bagian timur dan bentuknya selalu menyerupai

busur dan selalu terlihat pada sudut pandang 42o terhadap garis horisontal.

Cobalah diskusikan pada teman-teman anggota kelompokmu bagaimana

pelangi itu terjadi dan presentasikan hasil diskusi di depan kelas.