459
Contoh Berapa sudut kritis bagi berkas cahaya yang kelur dari intan menuju air?
Jawab Berdasarkan tabel 22.2
ni = indeks bias intan = 2,419 nr = indeks bias air = 1,333
551 ,
419 ,
2 333
, 1
sin =
= =
i r
c
n n
θ atau
c
= 33,5o
nting fenomena pemantulan total internal adalah pengiriman berkas cahaya elalui fiber optik. Fiber optik merupakan material transparan yang berbentuk silinder sangat
Gambar 11.9 Struktur fiber optik s cahaya dimasukkan pada teras sedemikian rupa sehingga ketika berkas tersebut menuju
atas antara teras dan kladding, sudut dating cahaya lebih besar daripada sudut kritis. Dengan d
ahaya selalu mengalami pemantulan sempurna sehingga tetap berada dalam teras. θ
11.6 Fiber Optik Salah satu aplikasi pe
m kecil. Fiber optik terdiri dari dua bagian utama, yaitu teras berupa silinder sangat kecil dengan
indeks bias n1 dan kladding yang membungkus teras dengan indeks bias n2. Agar fenomena pemantulan sempurna terjadi maka n1 n2.
teras
Berka b
emikian, c kladding
bungkus pengaman
Dilihat dari samping Dilihat dari depan
teras kladding
bungkus pengaman
Dilihat dari samping Dilihat dari depan
460
ambar 11.10 Pemantulan internal total dalam fiber optik Dengan cara demikian, cahaya dapat dikirim melalui fiber optik sampai jarak yang sangat jauh.
Pemakaian utama fiber optik dijumpai dalam dunia telekomunikasi. Karena cahaya memiliki frekuensi di atas 10
14
Hz maka jumlah data yang dapat dikirim melalui fiber optik per detik sangat besar. Ingat, makin besar frekuensi gelombang yang digunakan untuk mengirim data
aka makin banyak data yang dapat dikirim per detiknya. Sistem fiber optik dapat membawa ekonferensi, dan lain-lain.
iber optik dapat membawa sejumlah sinyal percakapan telepon secara serentak.
rsebut d ke organ dan
ahaya pantulan organ ditangkap kembali memalui system fiber optik. Ini adalah prinsip kerja ndoskopi.
G
m percakapan telepon, TV kabel, sambungan internet, sinyal videotel
F Bayangan organ tubuh bagian dalam dapat dilihat dengan mengirim berkas cahaya ke organ
te
an menangkap kembali cahaya yang dipantulkannya. Cahaya dikirim c
e
a b
a b
Gambar 11.11 a Tim dokter sedang mengamati bagian dalam tubuh pasien dengan metode endoskopi. Bundelan fiber optik yang mengandung kamera kecil dan panjangnya beberapa
puluh centimeter dimasukkan ke dalam usus pasien melalui mulut atau hidung. b Contoh foto usus pasien yang diambil dengan metode endoskopi.
461
ebut bundelan encahayaan digunakan untuk membawa cahaya dari luar dan digunakan untuk menyinari organ
ang akan diambil gambarnya. Bundelan kedua disebut bundelan bayangan berguna untuk
1.7 Pemantulan cahaya
Cahaya yang jatuh pada bidang pembatas dua material mengalami pemantulan dengan sudut pantul diukur dari arah tegak lurus bidang pembatas medium persis sama dengan sudut datang.
eberapa fenomena pemantulan adalah:
a dipantulkan seluruhnya.
ng memenuhi sudut datang sama dengan sudut pantul memunculkan
ipantulkan juga sejajar. Jika berkas cahaya sejajar jatuh pada bidang pembatas yang tidak sejajar tidak teratur maka
berkas cahaya pantul mem Terdapat dua bundelan fiber optik yang digunakan. Bundelan pertama dis
p y
membawa cahaya pantulan organ tubuh dan digunakan untuk membentuk gambar. Bayangan yang dibentuk ditmpilkan di layar komputer atau televisi.
1
Gbr 11.12 Pada peristiwa pemantulan, sudut datang sama dengan sudut pantula B
i Jika material kedua tidak dapat ditembus cahaya, maka cahaya hanya mengalami pemantulan. ii Jika material kedua dapat ditembus cahaya, maka cahaya mengalami pemantulan dan
pembiasan. iii Jika material kedua memiliki indeks bias lebih kecil dari material pertama dan cahaya datang
dengan sudut lebih besar daripada sudut kritis maka cahay Sifat pemantulan cahaya ya
fenomena pemantulan yang berbeda jika permukaan pembias rata dan tidak rata. i Jika berkas cahaya sejajar jatuh pada bidang pembatas yang rata maka berkas cahaya yang
d ii
iliki arah yang tidak teratur pula.
462
ambar 11.13 a Pemantulan oleh bidang tidak rata menyebabkan berkas cahaya pantul enyebar ke berbagai arah. b Pemantulan oleh bidang rata menyebabkan berkas cahaya
ung pada panjang gelombang cahaya
aterial untuk cahaya tersebut. Indeks ias untuk cahaya b
deks bias untuk cahaya merah. Gambar 26.17 dalah contoh kebergantungan indeks bias beberapa material terhadap panjang gelombang
ahaya.
erbeadan indeks bias material untuk cahaya yang memiliki panjang gelombang berbeda-beda enimbulkan beberapa akibat:
l laju cahaya dalam material G
m pantul tetap merambat dari arah yang sama
11.8 Indeks bias bergant Sesungguhnya indeks bias material bergantung pada panjang gelombang cahaya. Makin kecil
panjang gelombang cahaya maka makin besar indeks bias m b
iru lebih besar daripada in a
c
Gambar 11.14 Kebergantungan indeks bias terhadap panjang gelombang untuk beberapa material
P m
i Makin pendek panjang gelombang cahaya maka makin keci tersebut. Dalam material tertentu, cahaya biru merambat lebih lambat daripada cahaya merah.
ii Jika jatuh pada bidang batas dua material dengan sudut datang yang sama, maka cahaya dengan panjang gelombang pendek mengalami pembelokan arah lebih besar.
463
a erbeda maka cahaya biru dan cahaya merah dibiaskan dengan sudut berbeda.
haya putih jatuh pada bidang batas dua material maka cahaya tersebut akan terurai atas erkas-berkas dengan panjang gelombang yang berbeda-beda karena masing-masing berkas
a putih terurai atas
embiasan sekali gi. Cahaya yang keluar pada bidang batas kedua ini merambat dalam arah persis sama dengan
G mbar 11.15 Karena perbedaan indeks bias material untuk cahaya dengan panjang gelombang b
iii Jika ca b
memiliki sudut bias yang berbeda-beda..
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
putih
Gambar 11.16 Karena perbedaan indeks bias untuk spectrum cahaya dengan panjang gelombang berbeda maka setelah melewati material transparan, maka cahay
berkas yang memiliki panjang gelombang berbeda. Jika material kedua merupakah berbentuk lapisan dengan ketebalan tertentu, maka pada bidang
batas kedua antara material kedua dengan material pertama, cahaya mengalami p la
cahaya datang pada bidang batas pertama. Tetapi, arah rambat cahaya telah mengalami pergeseran. Berapa bersarnya pergeseran tersebut? Lihat Gbr 11.17
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
putih putih
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
putih putih
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
putih
n
1
n
2
merah biru
n
1
n
2
464
edium adalah t. i
dan r dapat diperoleh dari hokum Snell Gambar 11.17 Pergeseran arah rambat cahaya setelah melewati material dengan ketebalan
tertentu. geseran arah rambat cahaya adalah d. Misalkan tebal m
Per Hubungan antara sudut
r n
i n
sin sin
2 1
=
Dari Gbr 11.17 tampak bahwa
sin r
i d
− = l
r cos , atau
t = l
r t
cos =
l kian,
Dengan demi
sin cos
r i
r t
d −
= Contoh
Cahaya dating dari udara ke selembar silica yang tebalnya 5 cm. Jika indeks bias silica untuk cahaya tersebut 1,458 dan sudut dating cahaya adalah 60o, berapakah pergeseran arah rambat
cahaya setelah meninggalkan silica? Jawab
iberikan 1 = 1
n
1
n
2
n
1
n
2
n
1
i
i r
r i-r
t d
l
n
1
n
2
n
1
n
2
n
1
i
i r
r i-r
t d
l
D n
n2 = 1,458 i
= 60o
465
= 5 cm
Dengan hukum Snell
1 × sin 60o = 1,458 × sin r
0,866 = 1,458 × s
= 0,594 atau r = 36,5o
ergeseran arah rambat cahaya memenuhi t
Pertama, kita perlu tentukan sudut bias r.
n1 sin i = n2 sin r
in r sin r = 0,8661,458
P
399 ,
804 ,
5 6
, 35
60 sin
5 ,
36 cos
5 sin
cos ×
= −
= −
=
o o
o
r i
r t
d = 2,48 cm.
11.9 Indeks bias bergantung kerapatan udara