Hukum Snell menjelaskan bagaimana cahaya dibelokkan ketika melewati media dengan kepadatan berbeda, seperti dari udara ke air atau kaca. Pembengkokan (pembiasan) inilah yang menyebabkan sedotan di dalam air tampak bengkok dan mengapa lensa memfokuskan cahaya. Memahami refraksi sangat penting untuk optik, desain lensa, dan memahami fenomena seperti fatamorgana dan pelangi.
Rumusnya
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
Di mana:
- n₁ = indeks bias medium pertama
- θ₁ = sudut datang (dari garis normal)
- n₂ = indeks bias medium kedua
- θ₂ = sudut bias (dari garis normal)
Sudut selalu diukur dari garis normal (tegak lurus) terhadap permukaan, bukan dari permukaan itu sendiri.
Indeks Bias Umum
| Sedang | Indeks Bias |
|---|---|
| Kekosongan | 1.0 |
| Udara | 1,0003 ≈ 1,0 |
| Air | 1.33 |
| Kaca | 1,5 – 1,9 |
| Berlian | 2.42 |
Indeks bias yang lebih tinggi berarti cahaya merambat lebih lambat dalam medium tersebut.
Contoh yang Berhasil
Cahaya merambat dari udara (n=1,0) ke dalam air (n=1,33) dengan sudut datang 45°.
1.0 × sin(45°) = 1.33 × sin(θ₂)
sin(θ₂) = sin(45°) / 1.33 = 0.707 / 1.33 = 0.531
θ₂ = arcsin(0.531) = 32.1°
Cahaya dibelokkan ke arah garis normal ketika memasuki medium yang lebih rapat. Sinar bias lebih mendekati garis normal (32,1°) dibandingkan sinar datang (45°).
Sudut Kritis dan Refleksi Internal Total
Ketika cahaya merambat dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat (misalnya kaca ke udara), terdapat sudut kritis yang di luarnya cahaya tidak dibiaskan melainkan dipantulkan kembali seluruhnya. Ini adalah refleksi internal total:
sin(θc) = n₂ / n₁
Untuk kaca (n=1.5) ke udara (n=1.0):
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
Sudut datang yang lebih besar dari 41,8° menyebabkan pemantulan internal total. Prinsip ini memungkinkan serat optik untuk memerangkap cahaya.
Aplikasi
Lensa: Bentuk lensa dan indeks bias bekerja sama untuk memfokuskan atau menyebarkan cahaya. Pembiasan yang lebih kuat (n lebih tinggi) berarti lensa yang lebih tipis dapat mencapai panjang fokus yang sama.
Prisma: Pembiasan pada panjang gelombang berbeda (dispersi) memisahkan cahaya putih menjadi sebuah spektrum.
Fiber Optik: Refleksi internal total berisi sinyal cahaya di dalam kabel serat optik.
Kiat
Selalu ukur sudut dari garis normal, bukan dari permukaan. Ketika cahaya memasuki medium yang lebih rapat, cahaya dibelokkan ke arah garis normal. Saat keluar dari medium yang lebih padat, ia membelok dari garis normal. Asimetri inilah yang menyebabkan kolam renang terlihat lebih dangkal dibandingkan aslinya.
Gunakan Kalkulator Refraksi Hukum Snell untuk menemukan sudut bias secara instan.