Sudut Kritis, Refleksi Internal Total, dan Optika Lensa serta Cermin

Pernahkah kamu memperhatikan bagaimana serat optik bisa menghantarkan cahaya berkelok-kelok tanpa kehilangan arah? Atau bagaimana kamera mampu menangkap gambar tajam meskipun objek berada di kejauhan? Semua fenomena ini berkaitan erat dengan bagaimana cahaya berperilaku saat berpindah antar medium, dipantulkan, atau dibiaskan oleh lensa dan cermin.

Dalam dunia optika, konsep seperti sudut kritis dan refleksi internal total menjelaskan bagaimana cahaya bisa “terperangkap” dalam suatu medium. Sementara itu, lensa dan cermin membantu kita membentuk bayangan, memperbesar, atau bahkan memfokuskan cahaya untuk berbagai kebutuhan dari alat bantu baca hingga teleskop luar angkasa.

1. Sudut Kritis dan Refleksi Internal Total

Ketika cahaya merambat dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat (misalnya dari air ke udara), akan terjadi pembiasan menjauhi garis normal. Namun, jika sudut datang cukup besar, cahaya bisa mengalami pemantulan internal total, yaitu seluruh cahaya dipantulkan kembali ke dalam medium pertama.

Sudut Kritis

Sudut kritis (\( \theta_c \)) adalah sudut datang minimum yang menyebabkan sinar bias tepat sejajar dengan batas medium (sudut bias = 90°).

\[ \sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1} \quad \text{(dengan } n_1 > n_2 \text{)} \]

Keterangan:
\( n_1 \): indeks bias medium asal (lebih rapat)
\( n_2 \): indeks bias medium tujuan (lebih renggang)

Contoh Soal:

Tentukan sudut kritis untuk cahaya dari air (\( n = 1{,}33 \)) ke udara (\( n = 1{,}00 \))!

Jawaban:

\[ \sin \theta_c = \frac{1{,}00}{1{,}33} \approx 0{,}7519 \Rightarrow \theta_c = \arcsin(0{,}7519) \approx 48{,}75^\circ \]

Sudut kritisnya adalah sekitar 48,75°

2. Optika pada Lensa dan Cermin

Lensa Tipis

Lensa tipis (cekung atau cembung) memiliki persamaan umum:

\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'} \]

Keterangan:
\( f \): fokus lensa
\( s \): jarak benda
\( s' \): jarak bayangan

Tanda fokus dan jarak bayangan tergantung pada jenis lensa (konvergen/divergen) dan posisi benda.

Contoh Soal Lensa:

Benda diletakkan 30 cm di depan lensa cembung dengan fokus 20 cm. Di mana bayangan terbentuk?

Penyelesaian:

\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'} \Rightarrow \frac{1}{20} = \frac{1}{30} + \frac{1}{s'} \] \[ \frac{1}{s'} = \frac{1}{20} - \frac{1}{30} = \frac{3 - 2}{60} = \frac{1}{60} \Rightarrow s' = 60\ \text{cm} \]

Bayangan terbentuk 60 cm di belakang lensa (nyata dan terbalik).

Cermin Cekung dan Cembung

Pada cermin cekung atau cembung, digunakan persamaan yang sama:

\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'} \]

Tanda fokus dan jarak bayangan mengikuti konvensi cermin: fokus positif untuk cermin cekung, negatif untuk cermin cembung.

Contoh Soal Cermin:

Benda diletakkan 40 cm di depan cermin cekung dengan fokus 15 cm. Di mana bayangan terbentuk?

Jawaban:

\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'} \Rightarrow \frac{1}{15} = \frac{1}{40} + \frac{1}{s'} \] \[ \frac{1}{s'} = \frac{1}{15} - \frac{1}{40} = \frac{8 - 3}{120} = \frac{5}{120} = \frac{1}{24} \Rightarrow s' = 24\ \text{cm} \]

Bayangan terbentuk 24 cm di depan cermin (nyata dan terbalik).

Fenomena sudut kritis dan refleksi internal total penting dalam serat optik dan teknologi cahaya. Sementara itu, lensa dan cermin memainkan peran vital dalam pembentukan bayangan yang digunakan dalam mikroskop, kamera, dan alat optik lainnya.

fisikaon.com – Jelajahi cahaya dari pantulan hingga pembentukan bayangan.