Efek pencahayaan khas yang sering ditemui setiap orang dalam kehidupan sehari-hari adalah refleksi dan refraksi. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan kasus ketika kedua efek memanifestasikan dirinya dalam proses yang sama, kita akan berbicara tentang fenomena refleksi total internal.
Refleksi cahaya
Sebelum mempertimbangkan fenomena pemantulan total internal cahaya, Anda harus mengenal efek pemantulan dan pembiasan biasa. Mari kita mulai dengan yang pertama. Untuk mempermudah, kita hanya akan mempertimbangkan cahaya, meskipun fenomena ini adalah karakteristik dari gelombang alam apapun.
Pemantulan dipahami sebagai perubahan satu lintasan bujursangkar, di mana sinar cahaya bergerak, ke lintasan bujursangkar lainnya, ketika menemui rintangan di jalan. Efek ini dapat diamati saat mengarahkan laser pointer ke cermin. Munculnya gambar langit dan pepohonan saat melihat ke permukaan air juga merupakan hasil dari pantulan sinar matahari.
Hukum berikut berlaku untuk pemantulan: sudutkejadian dan refleksi terletak pada bidang yang sama tegak lurus dengan permukaan pantul dan sama satu sama lain.
Pembiasan cahaya
Efek pembiasan mirip dengan pemantulan, hanya saja hal itu terjadi jika hambatan di jalur berkas cahaya adalah media transparan lain. Dalam hal ini, sebagian dari berkas awal dipantulkan dari permukaan, dan sebagian lagi diteruskan ke medium kedua. Bagian terakhir ini disebut sinar bias, dan sudut yang dibentuknya dengan tegak lurus antarmuka disebut sudut bias. Sinar bias terletak pada bidang yang sama dengan sinar pantul dan sinar datang.
Contoh kuat refraksi adalah patahnya pensil dalam segelas air atau kedalaman danau yang menipu ketika seseorang melihat ke bawah.
Secara matematis, fenomena ini dijelaskan menggunakan hukum Snell. Rumus yang sesuai terlihat seperti ini:
1 sin (θ1)=n2 sin (θ 2).
Di sini sudut datang dan bias masing-masing dilambangkan sebagai 1 dan 2. Besaran n1, n2 mencerminkan kecepatan cahaya di setiap medium. Mereka disebut indeks bias media. Semakin besar n, semakin lambat cahaya merambat dalam bahan tertentu. Misalnya, di air kecepatan cahaya 25% lebih kecil daripada di udara, jadi untuk itu indeks biasnya adalah 1,33 (untuk udara adalah 1).
Fenomena refleksi internal total
Hukum pembiasan cahaya mengarah ke satuhasil yang menarik ketika sinar merambat dari medium dengan n besar. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci apa yang akan terjadi pada balok dalam kasus ini. Mari kita tulis rumus Snell:
1 sin (θ1)=n2 sin (θ 2).
Kami akan menganggap bahwa n1>n2. Dalam hal ini, agar persamaan tetap benar, 1 harus lebih kecil dari 2. Kesimpulan ini selalu valid, karena hanya sudut dari 0o hingga 90o yang dipertimbangkan, di mana fungsi sinus terus meningkat. Jadi, ketika meninggalkan media optik yang lebih rapat ke media optik yang kurang rapat (n1>n2), berkas lebih menyimpang dari normal.
Sekarang mari kita tingkatkan sudut 1. Alhasil, akan tiba saatnya 2 sama dengan 90o. Sebuah fenomena menakjubkan terjadi: sinar yang dipancarkan dari media yang lebih padat akan tetap berada di dalamnya, yaitu, antarmuka antara dua bahan transparan akan menjadi buram.
Sudut kritis
Sudut 1, yang disebut 2=90o kritis bagi pasangan media yang dipertimbangkan. Setiap sinar yang mengenai antarmuka pada sudut yang lebih besar dari sudut kritis dipantulkan sepenuhnya ke dalam medium pertama. Untuk sudut kritis c seseorang dapat menulis ekspresi yang langsung mengikuti rumus Snell:
sin (θc)=n2 / n1.
Jikamedium kedua adalah udara, maka persamaan ini disederhanakan menjadi bentuk:
sin (θc)=1 / n1.
Misalnya, sudut kritis untuk air adalah:
θc=arcsin (1 / 1, 33)=48, 75o.
Jika Anda menyelam ke dasar kolam dan melihat ke atas, Anda dapat melihat langit dan awan mengalir di atasnya hanya di atas kepala Anda sendiri, di permukaan air lainnya hanya dinding kolam yang akan terlihat.
Dari alasan di atas, jelas bahwa, tidak seperti pembiasan, pemantulan total bukanlah fenomena reversibel, hanya terjadi ketika bergerak dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat, tetapi tidak sebaliknya.
Refleksi total di alam dan teknologi
Mungkin efek paling umum di alam, yang tidak mungkin tanpa refleksi total, adalah pelangi. Warna-warna pelangi adalah hasil dari dispersi cahaya putih dalam tetesan air hujan. Namun, ketika sinar melewati dalam tetesan ini, mereka mengalami refleksi internal tunggal atau ganda. Itulah mengapa pelangi selalu muncul ganda.
Fenomena refleksi total internal digunakan dalam teknologi serat optik. Berkat serat optik, gelombang elektromagnetik dapat ditransmisikan tanpa kehilangan jarak jauh.
