Sudut kritis untuk pembiasan

10.5 Sudut kritis untuk pembiasan

Misalkan cahaya dating dari medium dengan indeks bias tinggi ke medium dengan indeks bias rendah. Sudut bias lebih besar daripada sudut dating. Jika sudut dating diperbesar terus maka sudut bias makin besar seperti diilustrasikan pada Gambar 10.22. Pertanyaan berikutnya adalah, apakah mungkin cahaya dibiaskan dengan sudut 90 o ? Mari kita lihat.

 d3 <  c

 d1 <  c  d2 <  c

Pembiasan

n 1 Pemantulan internal total

Gambar 10.22 Sudut kritis adalah sudut saat sinar bias dibiaskan dengan sudut 90 o . Cahaya yang dating dengan sudut dating lebih besar daripada sutut kritis akan mengalami pemantulan internal total.

Pembiasan dengan sudut 90 o berarti  b = 90 o atau sin  b = 1. Dengan Pembiasan dengan sudut 90 o berarti  b = 90 o atau sin  b = 1. Dengan

sin  d 

(10.20)

Persamaan di atas menyatakan bahwa jika cahaya datang dari material dengan indeks bias besar ke material dengan indeks bias kecil dengan sudut

 o d yang memenuhi sin  d =n 2 /n 1 maka cahaya dibiaskan dengan sudut 90 . Sudut  d yang memenuhi kondisi ini disebut sudut kritis dan kita

simbolkan dengan  c .

Pertanyaan selanjutnya, apa yang terjadi jika sudut dating cahaya lebih besar daripada sudut kritis? Jawabnya, cahaya tidak dibiaskan, tetapi dipantulkan. Cahaya tidak sanggup masuk ke medium kedua. Fenomena ini disebut pemantulan total internal.

Gambar 10.23 adalah contoh pemantulan internal total berkas laser oleh bidang batas air dan udara. Sinar laser datang dari air dengan sudut lebih besar daripada sudut kritis. Sampai di bidang batas dengan udara maka berkas tersebut dipantulkan secara total. Kalian dapat melakukan percobaan sendiri dengan menggunakan laser pointer yang harganya cukup muran. Laser pointer tersebut kadang dijual di toko mainan anak-anak. Harganya tidak sampai Rp 10.000. Kemudian kalian ambil wadah transparan dan diidi dengan air. Agar berkas sinar dapat diamati lebih jelas, kalian bisa menambahkan sedikit bubuk terigu atau bubuk beras ke dalam air sehingga tampak sedikit keruh. Lalu kalian tembakkan sinar laser dari samping dan miring ke atas sehingga mengenai bidang batas air dan udara di dalam wadah. Kalian atus sudut pengarahan berkas laser. Kalian akan amati ada sudut di mana berkas cahaya dapat keluar dari air dan merambat di udara. Namun, jika sudut datang melebihi sudut kritis maka kalian amati pemantulan internal total dalam air.

Gambar 10.24 adalah contoh pemantulan total yang diamati oleh penyelam. Di depan penyelam terdapat kura-kura yang sedang berenan. Ketika melihat ke permukaan air, penyelam melihat bayangan kura-kura. Ini artinya cahaya dari tubuh kura-kura yang sampai ke penyelam mula-mula mengenai bidang batas antara air dan udara. Lalu mengalami pemantulan total di bidang batas tersebut dan sampai ke penyelam. Penyelam melihat permukaan air sebagai cermin bari kura-kura. Ini terjadi ketika sudut dating cahaya dari kura-kura yang mengenai permukaan air lebih beasar daripada sudut kritis.

Gambar 10. 23 Contoh pemantulan internal total berkas laser oleh bidang batas air dan udara. Sinar laser datang dari air dengan sudut lebih besar daripada sudut kritis (Fine Art America)

Contoh 10.3

Berapa sudut kritis bagi berkas cahaya yang kelur dari intan menuju air?

Jawab

Berdasarkan tabel 11.2 n i = indeks bias intan = 2,419 dan n r = indeks bias air = 1,333.

sin  c  

1 , 333

 0 , 551

2 , 419

atau  c = 33,5 o

Contoh aplikasi pemantulan internal tolat adalah pembuatan teropong binokular. Pada tiap sisi teropong ini dipasang dua prisma yang diposisikan seperti pada Gambar 10.25. Cahaya dari objek yang diamati mengalami dua kali pemantulan internal total (sekali pada tiap prisma) hingga sampai ke mata. Mengapa menggunakan prisma dan bukan cermin? Ternyata persentasi cahaya yang dipantulkan secara internal total lebih besar daripada persentasi cahaya yang dipantulkan oleh cermin

Gambaar 10.24 penmantulan total cahaya yang berasal dari tubuh kura-kura oleh permukaan air dan menuju ke penyelam yang berada di sekitar kura-kura (Wikipedia).

Gambar 10.25 Teleskop binocular menggunakan dua prisma untuk memantulkan cahaya. Cahaya yang measuk ke dalam teleskop mengalami pementulan internal total hingga sampai ke mata pengamat.