1. Sudut kritis dan pemantulan sempurna
Seberkas cahaya yang melalui dua medium akan memiliki efek berbeda, dilihat darimana
cahaya itu berasal. Kejadian ini antara lain ;
a). refleksi dan refraksi dari indeks bias rendah ke indeks bias tinggi (gambar 1)
b). refleksi dan refraksi dari indeks bias tinggi ke indeks bias rendah (gambar 2)
c). pemantulan sempurna
Sudut kritis didefinisikan sebagai sudut datang minimum dalam medium yang indeks biasnya
lebih besar sehingga semua cahaya dipantulkan sempurna.
Sudut kritis dibagi menjadi 2 yaitu
a). sudut datang kritis, bila sudut bias 900
b). sudut bias kritis, bila sudut datang 900
Jika kita mengambil hukum Snellius
nβ² sin π = n sin π
Maka dengan perhitungan nilai i = 90 maka akan diperoleh sudut bias yaitu
sin πππ =π
πβ²
Jika kita masukkan nilai nβ>n , maka pembiasan tidak akan terjadi. Yang terjadi adalah
pemantulan sempurna. Hal yang tidak mungkin adalah bila nβ<n , dalam perhitungan hukum
Snellius nilai sudut kritis tidak akan diperoleh. Sehingga syarat agar cahaya mengalami
pemantulan sempurna adalah sinar datang dari medium yang indeks biasnya lebih tinggi ke
medium dengan indeks bias lebih rendah.
Dalam hal ini seterusnya akan digunakan nβ selalu lebih besar n
2. fiber optik
Untuk memahami bagaimana sebuah kabel serat optik bekerja, sebagai contoh coba
bayangkan sebuah sedotan plastik atau pipa plastik panjang fleksible berukuran besar.
Bayangkan pipa tersebut mempunyai panjang seratus meter dan anda melihat kedalam dari
salah satu sisi pipa. Seratus meter di sebelah sana seorang teman menghidupkan lampu senter
dan diarahkan kedalam pipa. Dikarenakan bagian dalam pipa terbuat dari bahan kaca
sempurna, maka cahaya senter akan di refleksikan pada sisi yang lain meskipun bentuk pipa
bengkok atau terpilin masih dapat terlihatpantulan cahaya tersebut pada sisi ujungnya. Jika
misalnya seorang teman anda menyalakan cahaya senter hidup dan mati seperti kode morse,
maka anda dan teman anda dapat berkomunikasi melalui pipa tersebut. Seperti itulah prinsip
dasar dari serat optik atau yang biasa dikenal dengan nama fiber optic cable.
Sebuah kabel fiber optik terbuat dari serat kaca murni, sehingga meskipun kabel mempunyai
panjang sampai beratus2 meter, cahaya masih dapat dipancarkan dari ujung ke ujung lainnya.
Helai serat kaca tersebut didesain sangat halus,ketebalannya kira-kira sama dengan tebal
rambut manusia. Helai serat kaca dilapisi oleh 2 lapisan plastik (2 layers plastic coating)
dengan melapisi serat kaca dengan plastik, akan didapatkan equivalen sebuah cermin
disekitar serat kaca.Cermin ini menghasilkan total internal reflection (refleksi total pada
bagian dalam serat kaca). Sama seperti jika kita berada pada ruangan gelap dengan sebuah
jendela kaca, kemudian anda mengarahkan cahaya senter 90 derajat tegak lurus dengan kaca ,
maka cahaya senter akan tembus ke luar ruangan. Akan tetapi jika cahaya senter tersebut
diarahkan (ke jendela berkaca) dengan sudut yang rendah (hampir paralel dengan cahaya
aslinya), maka kaca tersebut akan berfungsi menjadi cermin yg akan memantulkan cahaya
senter ke dalam ruangan. demikian pada serat optik, cahaya berjalan melalui serat kaca pada
sudut yang rendah.
Kabel fiber optik modern dapat membawa sinyal digital dengan jarak kurang lebih 60 mil
(sekitar 100 Km). Pada jalur distribusi jarak jauh biasanya terdapat peralatan tambahan
(equipment hut) setiap 40-60 mil,yang berfungsi pick-up equipment yang akan menampung,
menguatkan sinyal, dan kemudian me- retransmit-kan sinyal ke equipment selanjutnya.
3. refraktometer
Refraktometer adalah alat untuk menentukan indeks bias dengan menggunakan prinsip sudut
kritis. Refraktometer pada gamabr dibawah ini adalah refraktometer Abbe. Refraktometer
Abbe digunakan untuk menentukan indeks bias cairan dengan menggunakan prinsip sudut
kritis.
Cairan yang akan diuji diletakkan di tengah kedua prisma P1 dan P2 dalam jarak yang sangat
dekat. Cahaya dari sumber dipantulkan oleh cermin M dan masuk ke prisma P2 dalam arah
tegak lurus. Cahaya ini kemuddian dibiaskan oleh sisi miring prisma P2 dan masuk dalam
sudut hampir 900 ke prisma P1 (sinar AB). Cahaya ini kemudian dibiaskan ke prisma P2
dalam sudut bias kritis (sinar BC).
Sudut CBE = r adalah sudut datang pada sisi siku-siku
Sudut BCE = iβ
Sudut BDC = u adalah sudut kaki prisma siku-siku
Dengan demikian maka
π π’ππ’π‘ π΅πΈπΆ = 180 β π’
Lihat βBCE maka
180 β π’ + π β² + π = 180 ππππ π’ = π β² + π
Jika nβ adalah indeks bias prisma, dan n =indeks bias udara = 1 maka
πβ² sin π β² = π sin πβ² = sin πβ²
ππ sin 90 = πβ² sin π = πβ² sin π’ β πβ²
Sudut rβ adalah sudut putran teleskop T, sudut iβ dapat dihitung maka
ππ sin 90 = πβ² sin π’ β πβ²
Dengan nilai n dan u diketahui sebelumnya.
4. Indeks bias relatif dan indeks bias absolut
Jika medium pertama adalah air dan medium kedua adalah gelas yang berada di dalam air
maka :
π1β2 = π1βπ’ π₯ ππ’β2 =ππ’β2
ππ’β1=
π2
π1
Dimana
π1β2 = adalah indeks bias dari medium kedua relatif terhadap medium pertama
ππ’β2 = atau π2 adalah indeks bias absolut medium kedua
ππ’β1 = atau π1 adalah indeks bias absolut medium pertama
5. Pembiasan atau refraksi melalui susunan lapisan lapisan
Jika sebuah sinar melewati lapisan-lapisan dengan indeks bias yang makin lama makin naik
(n <nβ< nββ< nβββ ) kemudian kembali ke indeks bias awal maka perjalanan sinar dapat
digambar sebagai berikut
Kita dapat menghitung sudut keluar dengan menggunakan hukum Snellius secara
berkelanjutan. Sudut bias dari sudut datang medium satu akan menjadi sudut datang pada
medium 2 dan seterusnya.
6. Kedalaman nyata dan kedalaman semu
Sebuah benda pada medium pembias akan tampak lebih dekat.
Dengan menggunakan hukum Snellius maka diperoleh
nβ² sin π = n sin π
Maka
sin π
sin π=
πβ²
π= π21
Lihat βABSβ maka
sin π =π΄π΅
π΄π β²
Lihat βABS maka
sin π =π΄π΅
π΄π
Dapat dituliskan
π21 =sin π
sin π=
π΄π΅π΄π β²
π΄π΅π΄π
=π΄π
π΄πβ²
Jika diambil n adalah indeks bias udara yaitu bernilai 1 maka
πβ² =π΄π
π΄πβ²=
π΅π
π΅πβ²
Jadi
πβ² =πππππππππ π ππππππππ¦π
πππππππππ π πππ’
Oleh karenanya berlaku
ππ β² = ππ΅ 1 β1
πβ²
Dimana SSβ adalah jarak antara kedalaman sebenarnya dan kedalaman semu.
7. Pergeseran sinar pada kaca plan pararel
Lihat gambar dibawah ini!. Sebuah sinar datang pada kaca plan pararel kemudian keluar lgi
pada sisi yang lain. Sinar akan mengalami pergeseran sebesar d.
Lihat β ABC
cos π =π‘
π΄π΅ ππ‘ππ’ π΄π΅ =
π‘
cos π
Lihat β ABD
sin π β π =π
π΄π΅
Maka kita dapat menentukan pergeseran sinar
π΄π΅ sin π β π = π
π =π‘
cos π sin π β π
Dengan t adalah tebal kaca planpararel
8. Pembiasan pada Prisma
Keterangan :
i = sudut datang dari medium 1 ke medium 2
r = sudut bias dari sinar i
iβ = sudut datang dari medium 2 ke medium 1
rβ = sudut bias dari sinar iβ
u = sudut puncak segitiga
d = sudut deviasi
jika cahaya datang pada sebuah prisma maka yang terjadi adalah sinar tersebut akan berbelok
atau menyimpang. Sudut simpangan ini biasanya disebut sebagai sudut deviasi.
Sudut deviasi d dapat dihitung sebagai berikut :
Dari hukum Snellius maka dengan mengambil nilai indeks bias udara (n=1) di luar prisma
maka
sin π = nβ² sin π
Dan
nβ² sin πβ² = sin πβ²
Hal ini dapat digunakan untuk menentukan nilai rβ.
Lihat βπ΄π΅πΆ maka
180 β π’ + π + π β² = 180 ππππ π’ = π + πβ²
Lihat βπ΄πΆπ· maka
π = π + π‘ = π β π + πβ² β π β² = π + πβ² β π + π β²
π = π + πβ² β π’
Inilah sudut deviasi atau simpangan seberkas sinar yang masuk ke Prisma. Jika kita ubah
ubah nilai sudut datang awal dan menggunakan nilai u = 600, n=1,5 maka akan diperoleh
grafik sebagai berikut :
Ini berarti ada sebuah sudut minimun yang membuat sudut deviasi menjadi minimun. Hal ini
disebut sebagai sudut deviasi minimum.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
sud
ut d
evia
si
sudut datang
Pengukuran Sudut Deviasi Prisma
9. Sudut Deviasi Minimum
Deviasi minimum dm terjadi pada saat sudut datang tertentu pada saat sinar bias memotong
prisma menjadi segitiga samakaki (indeks bias di luar prisma n =1 (udara)). Pada saat ini :
π = π‘, π = π β² =1
2π’, π = πβ² =
1
2 ππ + π’
π’ = π + π β² = 2π, ππππ π =1
2π’
Karena
π = π + πβ² β π’
Maka
π + π’ = π + πβ² = 2π ππππ π =1
2 ππ + π’
Dari hukum Snellius diperoleh
πβ² =sin π
sin π=
sin πβ²
sin π β²
Maka dapat dituliskan sudut deviasi minimum adalah
πβ² =sin
12 ππ + π’
sin12 π’
10. pembiasan pada prisma yang tipis
Pada saat sudut u pada prisma sangat kecil yaitu pada sekitar 5,70 kebawah maka sin π’ β
π’ πππ sin ππ + π’ β ππ + π’ sehingga persamaan deviasi minimum prisma dapat ditulis :
πβ² =
12 ππ + π’
12 π’
πβ² =ππ + π’
π’
ππ = (πβ² β 1)π’