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 layaknya mengenai cermin sempurna.

Sudut Kritis (\( \theta_c \))

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

\[ \sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1} \] (Syarat mutlak: \( n_1 > n_2 \))

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

Contoh Soal Sudut Kritis:

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

Penyelesaian:
\[ \sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1} = \frac{1{,}00}{1{,}33} \approx 0{,}7519 \] \[ \theta_c = \arcsin(0{,}7519) \approx 48{,}75^\circ \] Jawaban: Sudut kritisnya adalah sekitar 48,75°.

2. Optika pada Lensa dan Cermin

Untuk memahami bagaimana cahaya dibelokkan, kamu bisa mencoba Simulasi Pembiasan Cahaya (Bending Light) dari PhET di bawah ini:

Lensa Tipis

Lensa tipis (cekung atau cembung) memiliki persamaan umum untuk mencari letak bayangan atau titik fokus benda:

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

Rumus Tambahan (Sering Keluar di Ujian): Perbesaran Bayangan (\(M\)): \[ M = \left| \frac{s'}{s} \right| = \left| \frac{h'}{h} \right| \]

---

Kuat Lensa (\(P\)) dalam Dioptri: \[ P = \frac{100}{f(\text{cm})} \quad \text{atau} \quad P = \frac{1}{f(\text{m})} \]

Keterangan:
\( f \): jarak fokus lensa
\( s \): jarak benda ke lensa
\( s' \): jarak bayangan ke lensa
\( h, h' \): tinggi benda dan tinggi bayangan

(Catatan: Tanda fokus \(f\) bernilai positif untuk lensa cembung/konvergen, dan negatif untuk lensa cekung/divergen).

Contoh Soal Lensa:

Sebuah benda diletakkan 30 cm di depan lensa cembung yang memiliki jarak fokus 20 cm. Di mana letak bayangan terbentuk?

Penyelesaian:
\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'} \implies \frac{1}{20} = \frac{1}{30} + \frac{1}{s'} \] \[ \frac{1}{s'} = \frac{1}{20} - \frac{1}{30} = \frac{3}{60} - \frac{2}{60} = \frac{1}{60} \] \[ s' = 60\ \text{cm} \] Jawaban: Bayangan terbentuk 60 cm di belakang lensa. (Karena positif, sifat bayangannya adalah nyata dan terbalik).

Cermin Cekung dan Cembung

Pada cermin cekung atau cembung, digunakan persamaan umum yang sama persis dengan lensa. Selain itu, jari-jari kelengkungan cermin (\(R\)) besarnya adalah dua kali jarak fokus (\(R = 2f\)).

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

Contoh Soal Cermin:

Sebuah benda diletakkan 40 cm di depan cermin cekung dengan fokus 15 cm. Di manakah bayangan terbentuk?

Penyelesaian:
\[ \frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'} \implies \frac{1}{15} = \frac{1}{40} + \frac{1}{s'} \] Samakan penyebutnya (KPK dari 15 dan 40 adalah 120): \[ \frac{1}{s'} = \frac{1}{15} - \frac{1}{40} = \frac{8}{120} - \frac{3}{120} = \frac{5}{120} \] \[ \frac{1}{s'} = \frac{1}{24} \implies s' = 24\ \text{cm} \] Jawaban: Bayangan terbentuk 24 cm di depan cermin (nyata dan terbalik).

Fenomena sudut kritis dan refleksi internal total sangat penting dalam perkembangan teknologi serat optik modern dan transmisi data internet. Sementara itu, lensa dan cermin memainkan peran vital dalam pembentukan bayangan yang digunakan dalam mikroskop, kamera DSLR, kacamata, hingga alat optik kedokteran lainnya.

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

Share this post