Mengapa dasar air yang jernih terlihat lebih dangkal dari aslinya

Gambar 1. Danau yang airnya sangat jernih, hingga terlihat dasarnya

Sesekali pergilah ke sungai atau kolam yang airnya jernih, maka dasarnya akan terlihat lebih dangkal. Akan tetapi jika kita memasukinya maka terasa lebih dalam dari yang kita duga sebelumnya. Tahukah kalian mengapa hal ini dapat terjadi? Mari ikuti pembahasan di bawah ini untuk memahami fenomena ini.

cahaya merupakan salah satu materi yang diujikan dalam ujian nasional seperti soal ujian nasional (UN) fisika tahun 2018 dan soal ujian nasional (UN) fisika tahun 2019 Salah satu ciri cahaya adalah cahaya dapat dibiaskan yakni ketika melewati dua medium yang berbeda. Hal ini dijelaskan lebih detail pada hukum Snellius tentang pembiasan cahaya yakni :

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

­­gambar 2. Proyeksi sinar datang dan sinar bias

Ket :

i : sudut datang (∠AON) “sudut antara sinar datang dan garis normal”

r : sudut bias (∠BON) “sudut antara sinar bias dan garis normal”

indeks “1” medium sinar datang

indeks “2” medium sinar bias.

Berdasarkan perbedaan indeks bias ini, ada beberapa fenomena yang dapat kita ketahui bahwa

a. sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat akan dibiaskan menjauhi garis normal

b. sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat akan dibiaskan mendekati garis normal

Gambar 3. Pembiasan cahaya

Cahaya yang dibiaskan akan mengalami perubahan cepat rambat dan panjang gelombang cahaya tersebut akan tetapi frekuensinya tetap. Semakin rapat suatu medium (indeks bias semakin besar) maka cepat rambat gelombangnya akan semakin kecil (cahaya bergerak semakin lambat).

Pada saat kita melihat dasar danau atau benda-benda di dalamnya, terjadi pembiasan cahaya dari air ke udara sampai akhirnya masuk ke mata kita. Perbedaan indeks bias ini mengakibatkan perubahan cepat rambat cahayanya dari yang semula lambat (di air) menjadi lebih cepat (di udara) sehingga sinar bias akan menjauhi garis normal. Selain itu akibat dari pembiasan ini adalah dasar danau dan benda-benda di dalamnya akan terlihat lebih lebih dekat ke mata kita. Hal ini disebut dengan “kedalaman semu” yakni kedalaman yang terlihat karena adanya proses pembiasan cahaya. Seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar 4. Kedalaman semu dan nyata

Gambar 5. Analisis kedalaman semu dan nyata

h' : kedalaman semu (m)

h : kedalaman nyata (m)

nu = n2 : indeks bias medium pengamat (medium sinar bias)

na = n1 : indeks bias medium benda (medium sinar datang)

Perhatikan kembali persamaan (2) dan (3) indeks bias udara (nu) < indeks bias air (na), maka secara matematis kedalaman semu (h’) < kedalaman nyata (h). Tinjauan fisis dari hal ini menunjukkan bahwa kolam atau benda yang di dalam kolam terlihat lebih dekat ke pengamat yang berada di atasnya.

Contoh soal 1

Seorang anak berdiri di tepi kolam sambil memandang ke dalam kolam. Seekor ikan tampak berenang tepat di bawahnya. Menurut pengamatan anak tersebut ikan tersebut berada pada kedalaman 70 cm. jika indeks bias air 1,33 dan indeks bias udara 1 sedangkan tinggi anak tersebut adalah 150 cm. tentukan kedalaman ikan sebenarnya menurut anak dan ketinggian anak menurut ikan!

Pembahasan :

Diketahui:

nu : 1

na : 1,33

karena ikan tepat terletak di bawah anak tersebut maka kita dapat menggunakan persamaan (3)

jadi kedalaman ikan yang sesungguhnya adalah 93,1 m

jadi tinggi anak menurut ikan adalah 199,5 cm

Contoh soal 2

a. ikan dilihat pengamat secara tegak lurus

b. ikan dilihat pengamat dengan sudut antara mata dan garis normal sebesar 300

Pembahasan :

Diketahui :

h = 5 m

na = 4/3

nu = 1

ditanya:

a. h’ ketika θ = 00

b. h’ ketika r = 300 (sudut antara mata dengan garis normal dalam hal ini adalah sudut bias)