Bank Soal Fisika SMA Pembiasan Cahaya

Diketahui:

Gambar jalan sinar ketika merambat pada tiga medium berbeda.

Informasi berdasarkan gambar:

Sudut datang pada medium 1 $\theta_1=75^{\circ}$

Sudut bias pada medium 3 $\theta_2=30^{\circ}$

Indeks bias medium 1 $n_1=1$

Indeks bias medium 2 $n_2=1,5$

Hubungan antara indeks bias medium 1, medium 2, dan medium 3 $\rightarrow\ n_1<n_2<n_3$

Ditanya:

Sudut bias sinar di medium 2 $\theta_2=$?

Indeks bias medium 3 $n_3=$?

Dijawab:

Hukum Snellius menyatakan hukum-hukum pembiasan sebagai berikut.

1) Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar.

2) Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias pada dua medium berbeda merupakan bilangan tetap yang disebut indeks bias. Pernyataan ini dituliskan dalam bentuk persamaan yaitu:

$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$

atau

$\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}$

Dengan $n_1$ adalah indeks bias medium 1, $n_2$ adalah indeks bias medium 2, $\theta_1$ adalah sudut datang sinar, dan $\theta_2$ adalah sudut bias sinar.

Hal-hal yang berlaku pada peristiwa pembiasan antara lain:

1) Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat ($n_2>n_1$), maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Artinya sudut bias akan lebih kecil dari sudut datang ($\theta_2<\theta_1$)

2) Jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat ($n_2<n_1$), maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Artinya sudut bias akan lebih besar dari sudut datang ($\theta_2>\theta_1$).

3) Jika sinar datang tegak lurus batas dua medium, sinar tidak dibiaskan tetapi diteruskan.

Berdasarkan informasi pada soal, diketahui bahwa $n_1<n_2<n_3$. Maka untuk menghitungnya, dapat dibagi menjadi bagian yaitu antara medium 1 dan medium 2, yang kemudian medium 2 dan medium 3. Karena $n_1<n_2$ , maka sinar bias pada medium 2 akan mendekati garis normal. Selanjutnya, karena juga $n_2<n_3$, maka sinar bias pada medium 3 akan juga mendekati garis normal.

Untuk menghitung indeks bias medium 3, terlebih dahulu menentukan nilai sudut bias pada medium 2 yang mana nanti akan menjadi sudut datang pada medium 2 terhadap medium 3.

Menghitung sudut bias pada medium 2.

$\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}$

$\sin\theta_2=\left(\sin\theta_1\right)\left(\frac{n_1}{n_2}\right)$

$\sin\theta_2=\left(\sin75^{\circ}\right)\left(\frac{1}{1,5}\right)$

$\sin\theta_2=\left(0,96\right)\left(\frac{1}{1,5}\right)$

$\sin\theta_2=0,64$

$\theta_2=\sin^{-1}\left(0,64\right)$

$\theta_2=40^{\circ}$

Menghitung indeks bias medium 3.

$\frac{\sin\theta_2}{\sin\theta_3}=\frac{n_3}{n_2}$

$n_3=\left(\frac{\sin\theta_2}{\sin\theta_3}\right)\left(n_2\right)$

$n_3=\left(\frac{\sin40^{\circ}}{\sin30^{\circ}}\right)\left(1,5\right)$

$n_3=\left(\frac{0,64}{0,5}\right)\left(1,5\right)$

$n_3=1,92$

Jadi, nilai $\theta_2$ dan indeks bias pada medium 3 berturut-turut adalah $40^{\circ}$ dan $1,92$.