Pemantulan Sempurna: Definisi, Syarat, Rumus Sudut Kritis, Penerapan, Pola Soal Dan Pembahasan

Tahukah kalian mengapa berlian tampak berkilauan ketika cahaya jatuh pada permukaannya? Fenomena ini merupakan salah satu pola tanda-tanda fisika yang berafiliasi dengan pemantulan tepat atau pemantulan total. Lalu tahukah kalian apa itu pemantulan sempurna? Bagaimana sanggup terjadi pemantulan sempurna? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi berikut ini. Selamat belajar.

Pengertian Pemantulan Sempurna

Tentu kalian sudah mengetahui bahwa pada insiden pembiasan cahaya, jikalau sinar tiba dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Jika sudut sinar tiba kita perbesar, maka sudut bias akan semakin besar pula. Suatu saat, sudut bias akan sama dengan 90°. Hal ini berarti sinar dibiaskan sejajar dengan bidang batas antarmedium.

Jika sudut tiba kita perbesar lagi, maka sinar tiba tidak lagi dibiaskan, akan tetapi dipantulkan. Peristiwa inilah yang kita sebut dengan pemantulan total atau pemantulan sempurna. Coba kalian amati jalannya sinar pada pembiasan cahaya oleh beling berikut ini.

Ketika sudut tiba sama dengan nol, sudut biasnya juga nol ibarat ditunjukkan oleh sinar 1. Kemudian, sinar tiba dengan sudut i akan dibiaskan dengan sudut bias r (sinar 2). Jika sudut sinar tiba diperbesar hingga i = θ, maka sinar akan dibiaskan sejajar dengan permukaan kaca (karena sudut tiba θ menghasilkan sudut bias 90°, maka θ disebut sudut kritis) ibarat yang ditunjukkan oleh sinar 3. Jika sudut sinar tiba lebih besar daripada sudut kritis (sudut batas), maka sinar akan dipantulkan seluruhnya oleh permukaan beling kembali ke dalam beling (sinar 4).

Dengan demikian, sudut kritis adalah sudut tiba yang menghasilkan sudut bias sebesar 90°. Jika sudut tiba diperbesar lagi melebihi sudut kritis, cahaya tidak akan dibiaskan melainkan dipantulkan secara sempurna. Artinya, cahaya tidak akan keluar dari medium kaca, ibarat yang ditunjukkan oleh sinar 4. Peristiwa inilah yang disebut pemantulan sempurna.

Syarat Terjadinya Pemantulan Sempurna

Berdasarkan proses terjadinya pemantulan tepat ibarat yang telah dijelaskan di atas, maka sanggup disimpulkan bahwa pemantulan tepat atau pemantulan total hanya akan terjadi apabila memenuhi dua syarat sebagai berikut.

■ Cahaya tiba dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat atau dengan kata lain, indeks bias medium pertama harus lebih besar dari indeks bias medium kedua (n1 > n2).

■ Sudut tiba harus lebih besar daripada sudut kritis. Misalnya, jikalau sudut tiba ialah i dan sudut kritis ialah ik maka pada pemantulan tepat berlaku i > ik.

Dengan demikian, pada insiden pemantulan tepat tidak berlaku Hukum Pembiasan Cahaya alasannya ialah memang tidak terjadi refraksi atau pembiasan cahaya. Lalu aturan apa yang berlaku? Tentu saja Hukum Pemantulan cahaya. Masih ingatkah kalian perihal Hukum Pemantulan Cahaya? Jika sudah lupa, berikut gambar dan bunyinya.

1. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

2. Sudut tiba sama dengan sudut pantul. Secara matematis, persamaan sudut tiba dan sudut pantul dituliskan dalam bentuk rumus berikut.

θi = θr

3. Sinar tiba tegak lurus cermin akan dipantulkan kembali.

Lalu bagaimana menjelaskan fenomena berlian yang berkilauan memakai konsep pemantulan cahaya dalam hal ini pemantulan sempurna? Untuk menjawab pertanyaan ini, perhatikan gambar berikut.

Ketika sinar cahaya tiba dari udara masuk ke dalam berlian, maka sinar di dalam berlian akan menuju batas permukaan berlian. Apabila sinar tersebut membentuk sudut tiba yang nilainya lebih besar dari sudut kritis (i > ik) maka sinar tersebut tidak akan dibiaskan keluar menuju udara, melainkan akan dipantulkan di dalam ruang berlian.

Dalam hal ini, cahaya terperangkap di dalam ruang berlian. Sinar yang terperangkap tersebut akan terus bergerak menuju batas permukaan berlian yang lain, dan jikalau sudut tiba yang dibuat lebih besar dari sudut kritis maka akan terjadi pemantulan tepat berulang-ulang. Sehingga akan nampak bahwa berlian tersebut terlihat berkilauan. Hal ini terjadi alasannya ialah sebagian besar cahaya dipantulkan di dalam berlian bukan dibiaskan.

Rumus Sudut Kritis

Jika sudut sinar tiba dari medium pertama mempunyai sudut bias 90° disebut sudut kritis (sudut batas) dan ditulis ik, maka berdasarkan Hukum Snellius untuk pembiasan cahaya, berlaku persamaan berikut.

n1 sin ik = n2 sin r

n1 sin ik = n2 sin 90°

n1 sin ik = n2 (1)

n1 sin ik = n2

sin ik	=	n2
		n1

ik	=	sin-1	n2
			n1

Keterangan:

ik = sudut kritis (sudut batas)

n1 = indeks bias medium pertama

n2 = indeks bias medium kedua

n1 > n2

Penerapan Konsep Pemantulan Sempurna

Prinsip pemantulan tepat dimanfaatkan dalam teknologi komunikasi, yakni pada serat optik (fiber optic), ibarat yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Serat optik ialah suatu serat halus terbuat dari plastik atau beling yang dipakai untuk menyalurkan cahaya atau gelombang elektromagnetik. Serat optik terdiri atas pecahan inti dan pecahan luar sebagai pembungkusnya. Bagian inti terbuat dari beling yang mempunyai indeks bias tinggi dan berkualitas baik. Indeks bias yang tinggi akan menimbulkan sudut kritis kecil sehingga sinar tiba dengan sudut tiba yang tidak terlalu besar akan mengalami pemantulan sempurna.

Bagian luar yang merupakan pembungkus, terbuat dari plastik atau material lain yang berfungsi melindungi pecahan inti. Oleh alasannya ialah cahaya atau gelombang elektromagnetik yang masuk ke dalam serat optik mengalami pemantulan sempurna, pada ketika keluar dari serat optik, energi cahaya tidak banyak yang hilang. Berdasarkan hal itu, jikalau yang dikirim ialah sinyal-sinyal komunikasi dalam bentuk gelombang cahaya, pada ketika diterima di daerah tujuan sinyal tersebut hingga secara utuh tanpa banyak kehilangan energi.

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Hitunglah sudut kritis berlian yang mempunyai indeks bias mutlak 2,417 pada ketika diletakkan di udara.

Jawab:

Diketahui:

n2 = 1 (udara)

n1 = 2,417 (berlian)

Maka sudut kritisnya sanggup dihitung dengan rumus berikut.

ik	=	sin-1	1
			2,417

ik

=

sin-1 (0,414)

ik

=

24,4°

Jadi, sudut kritis berlian tersebut ialah 24,4°.

2. Seberkas sinar tiba dari medium beling yang indeks biasnya 1,50 menuju ke medium air yang indeks biasnya 1,33. Tentukanlah sudut kritisnya.

Jawab:

Diketahui:

n2 = 1,33 (air)

n1 = 1,50 (kaca)

Maka sudut kritisnya sanggup dihitung dengan rumus berikut.

ik	=	sin-1	1,33
			1,55

ik

=

sin-1 (0,887)

ik

=

62,5°

Jadi, sudut kritis beling tersebut ialah 62,5°.