Pembiasan Cahaya

Contoh Soal dan Pembahasan materi Pembiasan Cahaya Bagian Pertama (nomor.1 - 5), Materi Fisika kelas 10 SMA mencakup penggunaan rumus pembiasan, menentukan perubahan-perubahan yang terjadi pada gelombang yang melintasi dua medium berbeda dan mencari kedalaman semu/kedalaman tampak.

Soal No. 1
Perhatikan gambar berikut! Sinar melintasi dua buah medium yang memiliki indeks bias berbeda. 



Jika sudut datang sinar adalah 53° dan sudut bias sebesar 37° tentukan nilai indeks bias medium yang kedua jika medium yang pertama adalah udara!

Pembahasan 
Soal diatas termasuk tipe mudah, penggunaan dari persamaan :
n₁ sin i = n₂ sin r 
Dimana :
n₁ = indeks bias medium 1 (tempat sinar datang)
n₂ = indeks bias medium 2(tempat sinar bias)
i = besar sudut datang
r = besar sudut bias

Sehingga:
n₁ sin i = n₂ sin r
(1) sin 53° = n₂ sin 37°
⁴/₅ = n₂ ³/₅
n₂ = ⁴/₃
Catatan :
Indeks bias udara adalah 1 meskipun tidak disebutkan dalam data soal (harus hafal).

Soal No. 2
Cahaya datang dari udara menuju medium yang berindeks bias ³/₂. Tentukan kecepatan cahaya dalam medium tersebut!

Pembahasan
Lebih dulu diingat bahwa kecepatan gelombang cahaya di udara (atau di vakum) adalah 3 x 10 ⁸ m/s, di beberapa soal data ini tidak diberikan dengan asumsi sudah diketahui oleh siswa. 
Gunakan persamaan berikut:
n₁ v₁ = n₂ v₂
dimana n₁ dan n₂ adalah indeks bias masing masing medium dan v₁ dan v₁ adalah kecepatan gelombang di masing-masing medium.
Sehingga:
n₁ v₁ = n₂ v₂
(1)(3 x 10⁸) = (³/₂) v₂
v₂ = 2 x 10⁸

Soal No. 3
Suatu gelombang datang dari medium yang berindeks bias ³/₂ menuju medium yang berindeks bias ³/₄ √6. Jika besar sudut datang adalah 60° tentukan besar sudut bias yang terjadi!

Pembahasan
Gunakan persamaan yang sama seperti soal nomor 1. 
n₁ sin i = n₂ sin r
(³/₂) sin 60° = (³/₄ √6) sin r
(³/₂)(¹/₂ √3) = (³/₄ √6) sin r
sin r = ^√3/_√6
sin r = ¹/₂√2
r = arcsin ¹/₂√2 = 45°

Soal No. 4
Perhatikan gambar kolam beisi air berikut! 

 

Tentukan kedalaman semu kolam jika indeks bias air adalah ⁴/₃!

Pembahasan
Untuk mencari kedalam semu kolam gunakan persamaan berikut:
h_semu = ^n₁/_n2 x h_asli
dimana dalam kasus di atas n₁ adalah indeks bias udara (1) dan n₂ adalah indeks bias air kolam. Sehingga:
h_semu = ^n₁/_n2 x h_asli
h_semu = ⁽¹⁾/_(⁴/3) x (12 meter) = 9 meter

Catatan: 
Jika diturunkan dari persamaan aslinya, soal diatas akan menghasilkan jawaban − 9 meter yang mengandung arti bayangan sejauh 9 meter dan bersifat maya. 

Soal No. 5
Perhatikan gambar berikut ini! Seorang anak, sebut A berada berada 12 meter diatas permukaan air sebuah kolam. 

 

Berapa ketinggian anak A yang terlihat oleh anak B yang sedang berendam dalam air?

Pembahasan
Seperti soal nomor 5, namun perhatikan penempatan medium untuk n₁ dan n₂ nya. 
h_semu = ^n₁/_n2 x h_asli
dengan n₁ adalah indeks bias dari air, dan n₂ adalah indeks bias dari udara.
Sehingga:
h_semu = ^(4/₃)/₍₁₎ x (12 meter) = 16 meter. 
Silahkan dibuat kesimpulan dari soal nomor 4 dan 5.