Pembiasan cahaya

Indeks bias dan kecepatan gelombang

Indeks bias didefinisikan n = c/v. n yang lebih besar berarti cahaya merambat lebih lambat di medium itu. Pada batas yang diam, frekuensi dari sumber tetap kontinu sehingga perubahan kecepatan diikuti perubahan panjang gelombang. Semua sudut diukur dari garis normal: masuk ke n lebih tinggi membelokkan sinar mendekati normal; masuk ke n lebih rendah menjauhinya.

Hukum Snell

n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂, dengan kedua sudut diukur dari normal. Jika n₂ > n₁, θ₂ biasanya lebih kecil. Pada datang normal θ₁ = 0, kecepatan dan panjang gelombang dapat berubah tanpa perubahan arah. Saat cahaya bergerak dari n tinggi ke n rendah, ada kondisi ketika tidak ada sudut transmisi nyata; itulah pemantulan internal total.

Apa yang tidak berubah di batas

Pada batas yang diam, cahaya yang diteruskan memiliki frekuensi sama dengan cahaya datang karena medan elektromagnetik di batas harus merespons dengan frekuensi waktu yang sama. Dari v = fλ, jika kecepatan turun maka panjang gelombang turun dengan rasio yang sama. Gelombang pantul tetap di medium pertama sehingga kecepatan dan panjang gelombangnya di sana sama dengan gelombang datang.

Dispersi dan bahan nyata

Indeks bias bahan nyata biasanya sedikit bergantung pada panjang gelombang, disebut dispersi. Karena itu cahaya putih dapat terurai menjadi warna dalam prisma dan lensa dapat mengalami aberasi kromatik. Nilai n tunggal dalam tabel selalu terkait dengan panjang gelombang atau rentang tertentu. Hukum Snell tetap berlaku, tetapi gunakan n untuk panjang gelombang yang sedang dikaji.

Pisahkan pertanyaan arah, kecepatan, dan panjang gelombang

Pisahkan tiga langkah: hukum Snell menentukan arah; n = c/v menentukan kecepatan; lalu v = fλ dengan f tetap menentukan panjang gelombang. Ini mencegah kesalahan umum bahwa pembiasan mengubah frekuensi cahaya. Perhatikan juga acuan sudut: 20° terhadap permukaan berarti 70° terhadap garis normal.

Contoh terarah

1. Udara ke kaca

n₁ = 1,00, n₂ = 1,50, dan θ₁ = 30°. Tentukan θ₂.

2. Kecepatan cahaya dalam air

Air memiliki n = 1,33; ambil c = 3,00 × 10⁸ m·s⁻¹.

3. Panjang gelombang dalam kaca

Cahaya 600 nm di udara masuk kaca dengan n = 1,50.