Apabila cahaya bergerak dari medium tumpat seperti kaca menuju medium kurang tumpat seperti udara, ia membias menjauhi garis normal. Jika sudut di dalam ditambah melepasi nilai tertentu, iaitu sudut genting, cahaya tidak lagi dapat terlepas dan dipantulkan sepenuhnya kembali ke dalam kaca. Inilah pantulan dalam penuh.
Gentian optik ialah benang kaca nipis yang direka supaya cahaya yang masuk di satu hujung sentiasa mengenai dindingnya pada sudut lebih besar daripada sudut genting. Cahaya melantun menuruni gentian melalui pantulan dalam penuh berulang, kehilangan hampir tiada tenaga, dan keluar dengan jelas di hujung jauh walaupun melalui selekoh yang landai.
Ini membawa isyarat telefon dan internet merentasi negara sebagai denyut cahaya, dan membolehkan doktor melihat ke dalam badan menggunakan endoskop.
Dalam SPM, anda patut mengaitkan pantulan dalam penuh dengan sudut genting dan menerangkan gentian optik serta aplikasi seumpamanya.
Salah faham biasa
- Cahaya dipandu oleh salutan cermin di dalam gentian -> Ia dipandu oleh pantulan dalam penuh pada permukaan kaca, tiada cermin diperlukan.
- Pantulan dalam penuh berlaku pada mana-mana sudut -> Ia hanya berlaku apabila sudut di dalam melebihi sudut genting.
- Cahaya boleh dipantulkan dalam penuh ketika bergerak dari udara ke kaca -> Ia hanya berlaku ketika bergerak dari medium lebih tumpat menuju yang kurang tumpat.
Fizik di sebaliknya
Pantulan dalam penuh dikawal oleh sudut genting, iaitu sudut tuju di dalam medium lebih tumpat yang menyebabkan sinar terbias meluncur tepat di sepanjang sempadan pada 90°. Sudut genting C ditetapkan oleh indeks biasan n bahan itu melalui sin C = 1/n.
Indeks biasan ialah nisbah tanpa unit, manakala sudut genting diukur dalam darjah.
Bagi gentian kaca biasa dengan n = 1.50, sin C = 1 ÷ 1.50 = 0.667, jadi C = 41.8°. Sebarang sinar yang mengenai dinding gentian pada sudut lebih besar daripada 41.8° dipantulkan sepenuhnya kembali ke dalam, kerana pembiasan keluar dari kaca menjadi mustahil.
Dua syaratnya ialah cahaya mesti bergerak dalam medium yang lebih tumpat secara optik dan sudut tuju mesti melebihi C. Teras yang lebih tumpat menaikkan n dan merendahkan C, jadi julat sudut sinar yang lebih luas kekal terperangkap, sebab itu teras kaca gentian dibuat lebih tumpat daripada penyalut di sekelilingnya.
Melihatnya di pasar malam
Anda boleh menyaksikan pantulan dalam penuh di pasar malam tanpa sebarang radas makmal. Lampu hiasan gentian optik ialah seberkas benang plastik halus dengan mentol berwarna kecil di tapaknya; cahaya yang disalurkan di bahagian bawah melantun di sepanjang setiap benang dan hanya terlepas di hujung yang dipotong, jadi hujungnya bersinar seperti bintang kecil sementara sisinya kekal gelap.
Versi dapur yang mudah menggunakan pancutan air yang mengalir tetap dari botol dengan lampu suluh menyinar dari belakang: cahaya mengikut lengkungan air dan menerangi tempat pancutan itu jatuh ke dalam sinki, kerana ia terus terpantul pada permukaan dalam air. Kesan yang sama menyebabkan gelas kaca berukir atau pembaris plastik jernih menyala terang di sepanjang tepi yang digilap apabila lampu menyinar ke satu hujungnya.
Dalam setiap kes, cahaya bukan ditahan oleh sebarang salutan perak; ia hanya mengenai permukaan terlalu curam untuk keluar, sama seperti di dalam gentian komunikasi yang ditanam di sepanjang lebuh raya di Malaysia.
Bagaimana ini diuji dalam SPM
Dalam Kertas 2, idea ini terletak dalam bab Cahaya dan Optik dan diuji dengan kata perintah seperti takrifkan, nyatakan, terangkan, huraikan dan kaitkan. Anda mungkin diminta mentakrifkan sudut genting dan pantulan dalam penuh, menyatakan dua syarat yang diperlukan, atau mengaitkan sudut genting dengan indeks biasan menggunakan sin C = 1/n.
Soalan terangkan dan huraikan sering meminta bagaimana segulung gentian optik membawa isyarat atau bagaimana endoskop membolehkan doktor melihat ke dalam badan, jadi jawapan anda patut menjejaki pantulan berulang di sepanjang teras.
Topik ini bersambung terus dengan subtopik jiran dalam bab yang sama: pembiasan cahaya dan maksud indeks biasan, yang anda perlukan sebelum sudut genting dapat difahami, serta pembentukan imej oleh kanta yang menyusul. Ia juga berkait dengan fenomena semula jadi dalam bab ini, seperti bayang fatamorgana yang berkelip di jalan raya Malaysia yang panas, dijelaskan oleh cahaya membias dalam udara berketumpatan berubah.
Berlatih menghubungkan idea-idea ini bersama, bukan secara berasingan.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)