Materi Fisika Pembiasan Cahaya Pada Prisma

Materi Pembiasan Cahaya Pada Prisma + Soal

Assalamu’alaikum Wr.Wb

Oke teman-teman semua, kali ini saya bakal nge-share materi Fisika tentang Pembiasan Cahaya Pada Prisma yang saya rangkum dari berbagai sumber.

Apa itu prisma? Dalam fisika ada yang namanya prisma. Prisma adalah salah satu alat optik berupa benda transparan (bening) terbuat dari bahan gelas atau kaca yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Sudut diantara dua bidang tersebut disebut sudut pembias sedangkan dua bidang pembatas disebut bidang pembias. Alat optik prisma digunakan untuk analisis pembiasan (Refraksi), pemisahan, maupun pemantulan cahaya(Refleksi). Benda optik ini dapat memisahkan cahaya putih menjadi cahaya warna-warni (warna pelangi) yang menyusunnya yang sering disebut dengan spektrum.

Prisma banyak digunakan dalam instrumen stereoskopik dengan memanfaatkan pembiasan cahaya pada prisma untuk memberikan efek tiga dimensi dalam visualisasi grafis. Saat di SMA teman-teman pasti pernah melakukan percobaan pembiasan cahaya pada prisma. Dalam praktikum tersebut biasanya sobat diminta menentukan berapakah sudut deviasi dan indeks bias prisma.  Berikut rangkuman yang rumushitung buat semoga bisa membantu pemahaman sobat sehingga tidak akaan kesulitan ketika praktikum maupun mengerjakan soal pembiasan cahaya pada prisma.

Pembiasan Cahaya pada Prisma

Jalannya sinar pada peristiwa pembiasan cahaya pada prisma ditunjukkan oleh gambar berikut

Penjelasan Gambar :

θ₁ adalah sudut datang pertama
θ₂ adalah sudut bias pertama
θ₃ adalah sudut datang kedua
θ₄ sudut bias terakhir
β sudut pembias prisma
δ (delta) adalah sudut deviasi

Yang dimaksud sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpanjangan cahaya yang masuk pada prisma dengan cahaya yang meninggalkan prisma.Pada setiap deviasi berlaku rumus :

θ₂ + θ₃ = β
θ₁ + θ₄ = δ + β

Selanjutnya yang akan dibahas adalah

Deviasi Minimum (δ _min)

Deviasi mimimum  dicapai apabila sudut datang pertama sama dengan sudut bias akhir yaitu

θ₁ = θ₄

sehingga dari rumus diatas berlaku persamaan rumus deviasi minimum

θ₁ = θ₄ ⇒ 2θ₁ = 2θ₄ = δ_min + β

karena θ₁ = θ₄ maka

θ₂ + θ₃ = 2θ₂ = 2θ₃ = β

jika indeks bias prima = n_p dan indeks bias medium (udara) = n_m 

berlaku rumus

jika β ≤ 10^o, maka berlaku

Contoh Soal Pembiasan Cahaya pada Prima

1. Sebuah prisma kaca berada di ruangan terbuka. Pada prisma itu datang seberkas sinar dengan sudut datang 45^o dan sudut pembias prisma 60^o. Jika terjadi deviasi minimum, berapa indeks bias prima tersebut?

Pembahasan

Diketahui

θ₁ = 45^o
β = 60^o

Ditanyakan

berapakah indeks bias prisma (n_p)?

pada deviasi minimum berlaku

2θ₁ = δ_min + β
δ_min = 2θ₁ - β
δ_min =  2(45^o) – 60^o
δ_min = 30^o

setelah menemukan sudut deviasi minimum  kita dapat mencari indeks bias prisma dengan persamaan

karena prisma berada di ruangan terbuka maka indeks bias medium n_m sama dengan indeks bias udara =1

sin 1/2 (60^o+30^o) = np/1. sin (1/2.60^o)
sin 45 = np/1 sin 30
np = sin 45^o / sin 30^o
np = 0,5√2 / 0,5 = √2

Dibawah ini akan dijelaskan bagaimana rumus-rumus pada pembiasan prisma dapat terbentuk.

Sudut Deviasi Pembiasan Cahaya Pada Prisma

Gambar diatas menggambarkan seberkas cahaya yang melewati sebuah prisma. Gambar tersebut memperlihatkan bahwa berkas sinar tersebut dalam prisma mengalami dua kali pembiasan sehingga antara berkas sinar masuk ke prisma dan berkas sinar keluar dari prisma tidak lagi sejajar. Sudut yang dibentuk antara arah sinar datang dengan arah sinar yang meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D. Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut datangnya sinar.

Untuk segiempat AFBE, maka : β + ∠AFB = 180^o

Pada segitiga AFB, r₁ + i₂ + ∠AFB = 180^o, sehingga diperoleh

β + ∠AFB = r₁ + i₂ + ∠ AFB

β = r₁ + i₂

Pada segitiga ABC, terdapat hubungan ∠ABC + ∠BCA +∠CAB = 180^o,

di mana ∠ABC = r₂ – i₂ dan ∠CAB = i₁ – r₁,

sehingga ∠BCA + (r₂ – i₂) + (i₁ – r₁) = 180^o

∠BCA = 180^o + (r₁ + i₂) – (i₁ + r₂)

Besarnya sudut deviasi dapat dicari sebagai berikut.

D = 180^o – ∠BCA

    = 180^o – {(180^o + (r₁ + i₂) – (i₁ + r₂)}

    = (i₁ + r₂) – (i₂ + r₁)

D = i₁ + r₂ – β

Keterangan :

D = sudut deviasi

i₁ = sudut datang pada prisma

r₂ = sudut bias sinar meninggalkan prisma

β = sudut pembias prisma

Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya ke prisma. Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil. Sudut deviasi akan mencapai minimum (D_m) jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki,

sehingga berlaku 

i₁ = r₂ = i (dengan i = sudut datang cahaya ke prisma)

dan 

i₂ = r₁ = r (dengan r = sudut bias cahaya memasuki prisma).

Karena β = i₂ + r₁ = 2r atau r = β dengan demikian besarnya sudut deviasi minimum dapat dinyatakan:

D = i₁ + r₂ – β = 2i – β atau i = (D_m + β)

Menurut hukum Snellius tentang pembiasan berlaku

dengan :

n₁  = indeks bias medium di sekitar prisma

n₂ = indeks bias prisma

β = sudut pembias prisma

D_m = sudut deviasi minimum prisma

Untuk sudut pembias prisma kecil (β≤ 15^o). Sehingga besarnya sudut deviasi minimumnya dapat dinyatakan :

Apabila medium di sekitar prisma berupa udara maka n₁ = 1 dan indeks bias prisma dinyatakan dengan n, maka berlaku :

D_m = (n – 1) β