Pensil Terlihat Seperti Patah Dalam Air

SEPERTI PATAH DALAM AIR
(Prinsip Hukum Pembiasan Cahaya)

Seperti yang diketahui, jika sebatang pensil, sedotan atau benda-benda padat berbentuk batangan seperti sendok, kayu, logam, dan sebagainya dimasukkan ke dalam gelas yang berisi air, maka akan terlihat seolah-olah patah atau bengkok seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Bagaimana fenomena tersebut bisa terjadi? 

Yuk paparkan dengan menggunakan konsep fisika! Peristiwa batang pensil yang tampak seolah-olah patah dan bengkok jika dimasukkan ke dalam gelas berisi air merupakan salah satu ilusi optik yang dapat dijelaskan dengan menggunakan prinsip pembiasan cahaya dan komponen-komponennya seperti hukum Snellius dan indeks bias.

Sebelumnya, apa itu cahaya?

Oke, mari kita bahas dari awal. Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380-750nm. Cahaya sendiri mempunyai beberapa sifat antara lain:
1. Cahaya merambat lurus
2. Cahaya dapat dipantulkan
3. Cahaya dapat dibiaskan
4. Cahaya dapat diuraikan
5. Cahaya dapat menembus benda bening

Yang akan kita bahas kali ini adalah satu sifat cahaya yaitu cahaya dapat dibiaskan (pembiasan cahaya) dalam suatu fenomena yang berkaitan.

Lalu, Apa yang dimaksud pembiasan cahaya?

Sebagai gelombang elektromagnetik, cahaya akan dipantulkan atau dibiaskan ketika melewati bidang batas antar dua medium. Ketika cahaya dari udara melewati bidang batas antara air dan udara, maka sebagian kecil dari cahaya akan dipantulkan dan sisanya akan diteruskan.

Perbedaan kerapatan optik (indeks bias) antara udara dan air, maka arah berkas cahaya yang datang dari udara tidak akan sama dengan arah berkas cahaya di dalam air.

Karena hal tersebut, maka cahaya akan dibelokkan. Peristiwa inilah yang disebut pembiasan cahaya. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pembiasan atau difraksi cahaya adalah peristiwa pembelokan arah cahaya ketika melewati bidang batas antara dua medium yang memiliki perbedaan kerapatan optik atau indeks biasnya.

Indeks bias 

Indeks bias adalah perbandingan kelajuan cahaya di udara dengan kelajuan cahaya di dalam zat tersebut. Semakn besar indeks bias suatu zat maka semakin semakin besar cahaya yang akan dibelokkan. Besarnya pembiasan juga bergantung pada panjang gelombang cahaya.  Pembiasan cahaya terjadi karena perbedaan kecapatan cahaya pada setiap medium.

Syarat terjadinya proses pembiasan cahaya:

• Cahaya merambat melalui dua medium yang memiliki perbedaan kerapatan optik
• Cahaya yang datang dari medium yang lebih rapat menuju medium yang kurang rapat

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa fenomena yang akan dibahas ini menggunakan prinsip hukum Snellius. Seberkas cahaya yang melewati batas dua medium akan dibiaskan mendekati garis normal. Berarti, sudut datang lebih besar daripada sudut bias. 

Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan garis normal permukaan, sedangkan sudut bias adalah sudut yang dibentuk oleh sinar bias dengan garis normal.

Sebelum penjelasn lebih lanjut, mungkin ada pertanyaan tentang apa itu garis normal?

Ya, saya akan menjelaskan terlebih dahulu bahwa garis normal adalah garis khayal yang tegak lurus dengan permukaan benda penghalang yang dibentur oleh berkas cahaya.

Willebord Snelius melakukan eksperimen pada tahun 1621 dan menemukan adanya hubungan antara sinar datang, sudut datang, dengan sinar bias dan sudut bias yang diberikan nama hukum Snellius atau yang lebih dikenal dengan hukum pembiasan cahaya. Bunyi hukum pembiasan cahaya atau hukum snellius ini adalah sebagai berikut.
• Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak dalam satu bidang datar
• Perbandingan sinus sudut datang  dengan sinus sudut bias pada dua medium yang berbeda merupakan bilangan tetap yang disebut indeks bias.

Nah, Mengapa bisa pensil tampak seolah patah di gelas yang berisi air, kak?

Ketika sebagian batang pensil tercelup ke dalam gelas kaca yang berisi air, maka sinar datang yang berasal dari batang pensil yang tercelup tersebut akan melewati tiga medium, yaitu air, kaca (gelas), dan udara hingga akhirnya sampai ke mata kita sebagai pengamat.

Perhatikan ilustrasi berikut!

Sinar datang 1 berasal dari ujung pensil yang tercelup air akan merambat melalui medium air dan mencapai medium kaca dan dibiaskan mendekati garis normal karena indeks bias kaca lebih besar dari indeks bias air sehingga kerapatan optik kaca lebih besar daripada air. Lalu, sinar cahaya bergerak menuju udara akan dibiaskan menjauhi garis normal dan menghasilkan sinar bias 1.

Sinar bias 1 ini mencapai mata kita. Hal yang sama juga berlaku untuk sinar datang 2 dan sinar bias 2. Kemudian, perpanjangan sinar bias 1 dan sinar bias 2 ini akan berpotongan di suatu titik, dan di titik inilah akan terbentuk bayangan semu dari batang pensil yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air.

Bayangan semu ini terletak tidak tepat atau sedikit bergeser dari posisi benda aslinya, maka oleh mata kita akan tampak seolah batang pensil itu patah dan bengkok. Begitulah fenomena tersebut terpaparkan berdasar konsep fisika hukum Snellius atau hukum pembiasan cahaya.

SEMOGA BERMANFAAT.

Penulis: Andinny Nur Rizky Prameswari

Bagikan Artikel ini