Pensel yang sebahagiannya terendam di dalam air boleh kelihatan seperti bengkok pada permukaan air. Cahaya daripada bahagian pensel di dalam air berubah arah apabila melintasi sempadan air dan udara sebelum sampai ke mata. Perubahan arah sinar apabila kelajuannya berubah antara medium dikenali sebagai pembiasan.
Indeks biasan berkait dengan kelajuan cahaya
Indeks biasan n bagi sesuatu medium ditakrifkan sebagai nisbah kelajuan cahaya dalam vakum c kepada kelajuan cahaya dalam medium v, iaitu n = c/v. Nilai n yang lebih besar bermaksud cahaya bergerak lebih perlahan dalam medium tersebut. Indeks biasan juga bergantung sedikit pada panjang gelombang, sebab itu warna berbeza boleh dibiaskan pada sudut yang sedikit berbeza. Frekuensi cahaya tidak berubah ketika melintasi sempadan, tetapi kelajuan dan panjang gelombangnya berubah. Fenomena pergantungan indeks biasan pada panjang gelombang ini dipanggil serakan dan membantu menerangkan bagaimana prisma memisahkan cahaya putih kepada spektrum warna.
Hukum Snell menghubungkan dua sudut
Bagi dua medium dengan indeks biasan n1 dan n2, Hukum Snell ditulis n1 sin θ1 = n2 sin θ2. Sudut θ1 ialah sudut tuju dan θ2 ialah sudut biasan; kedua-duanya diukur daripada garis normal yang berserenjang dengan sempadan. Apabila cahaya memasuki medium berindeks lebih tinggi, sinar biasanya membengkok menghampiri normal. Apabila memasuki medium berindeks lebih rendah, sinar membengkok menjauhi normal. Sebagai contoh, indeks biasan air bagi cahaya tampak sekitar 1.33, manakala udara hampir 1.00. Apabila cahaya datang tepat sepanjang normal, sudut tujunya sifar dan arah sinar tidak membelok walaupun kelajuannya berubah. Oleh itu, perbezaan indeks biasan sahaja tidak menjamin sinar kelihatan membengkok; geometri sudut tuju juga penting.
Sudut besar boleh menghasilkan pantulan dalaman penuh
Apabila cahaya bergerak dari medium berindeks lebih tinggi ke medium berindeks lebih rendah, sudut biasan bertambah apabila sudut tuju bertambah. Pada sudut genting, sinar biasan berada sepanjang sempadan. Bagi sudut tuju yang lebih besar daripada sudut genting, cahaya dipantulkan kembali ke medium pertama. Fenomena pantulan dalaman penuh ini digunakan dalam gentian optik.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Dari manakah sudut tuju dan sudut biasan diukur?