Cahaya bergerak lebih perlahan dalam air berbanding udara. Apabila sinar meninggalkan air pada suatu sudut, perubahan laju ini menyebabkannya membias menjauhi laluan asalnya, kesan yang dipanggil pembiasan.
Cahaya yang datang dari bahagian penyedut di dalam air dibias semasa keluar dari permukaan. Tetapi otak anda menganggap cahaya bergerak dalam garis lurus, jadi ia menjejak sinar itu lurus kembali ke satu titik yang lebih tinggi daripada kedudukan sebenar penyedut. Bahagian yang tenggelam justeru kelihatan terangkat dan teranjak, dan penyedut seolah-olah patah pada paras air.
Pembiasan yang sama menjadikan kolam renang kelihatan lebih cetek daripada sebenarnya, dan syiling dalam mangkuk air kelihatan naik. Inilah sebabnya menikam ikan memerlukan latihan, kerana ikan tidak tepat di tempat ia kelihatan.
Dalam SPM, anda patut menerangkan pembiasan melalui perubahan laju antara medium dan menggunakan gambar rajah sinar untuk menunjukkan anjakan ketara.
Salah faham biasa
- Penyedut benar-benar bengkok dalam air -> Penyedut itu lurus; hanya laluan cahaya yang membias, jadi ia kelihatan bengkok.
- Cahaya membias kerana air lebih berat daripada udara -> Ia membias kerana lajunya berubah antara dua medium, bukan kerana berat.
- Kolam itu sememangnya lebih cetek daripada kelihatan -> Pembiasan menjadikannya kelihatan lebih cetek; kedalaman sebenar lebih dalam.
Fizik di sebaliknya
Pembiasan ialah perubahan arah cahaya apabila ia melalui dua medium yang lajunya berbeza. Indeks biasan n membandingkan laju ini, n = c/v, dengan c ialah laju cahaya dalam vakum, kira-kira 3.0 × 10⁸ m s⁻¹, dan v ialah lajunya dalam medium itu.
Air mempunyai n ≈ 1.33.
Daripada ini, laju cahaya dalam air ialah v = c/n = 3.0 × 10⁸ m s⁻¹ ÷ 1.33 ≈ 2.26 × 10⁸ m s⁻¹, jelas lebih perlahan daripada dalam udara. Apabila sinar melintasi permukaan pada suatu sudut, perubahan laju ini membiaskannya, mengikut n = sin i / sin r, dengan i dan r ialah sudut tuju dan sudut biasan.
Indeks yang sama mengawal kedalaman ketara. Objek di dalam air kelihatan pada kedalaman yang diberi oleh kedalaman ketara = kedalaman sebenar / n.
Seekor ikan yang sebenarnya 40 cm di bawah permukaan kelihatan pada 40 cm ÷ 1.33 ≈ 30 cm. Mata anda, yang menganggap cahaya bergerak lurus, meletakkan bahagian penyedut dalam air lebih cetek dan teranjak, jadi penyedut kelihatan patah pada paras air.
Lihat dalam kehidupan seharian
Di kedai ikan atau tangki hidup restoran, ikan tidak pernah berada tepat di tempat ia kelihatan. Ikan yang berehat dekat dasar kelihatan lebih hampir dengan kaca dan lebih tinggi daripada kedudukan sebenarnya, kerana cahaya daripadanya membias menjauhi normal ketika keluar dari air, dan otak anda menjejak sinar itu kembali dalam garis lurus ke satu titik yang lebih cetek.
Cuba capai untuk menangkap ikan di tempat anda melihatnya, dan tangan anda tiba terlalu tinggi dan terlalu hampir, iaitu perangkap yang sama dipasang oleh pembiasan. Pembiasan lebih besar bagi sinar yang keluar pada sudut curam, jadi ikan yang dilihat dari sisi tangki kelihatan lebih teranjak berbanding yang dilihat dari atas terus.
Ilusi yang sama menjadikan sungai jernih atau longkang yang dipenuhi air kelihatan lebih cetek daripada sebenarnya, dan ini amaran keselamatan yang benar: airnya lebih dalam daripada yang ditunjukkan mata. Sesiapa yang menilai kedalaman dengan penglihatan semata-mata boleh tersilap agak secara teruk kerana pembiasan di permukaan.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2, idea ini diuji dengan kata perintah seperti terangkan, huraikan, hubungkaitkan dan takrifkan. Anda mungkin diminta mentakrifkan indeks biasan, menerangkan pembiasan menggunakan perubahan laju, atau menghubungkaitkan kedalaman sebenar dan kedalaman ketara dalam pengiraan.
Dalam bab Cahaya dan Optik yang sama, pembiasan membawa terus kepada pantulan dalam penuh, di mana sinar di dalam medium lebih tumpat dipantulkan dan bukan dibias sebaik melebihi sudut genting. Ia juga menjadi asas cara kanta membentuk imej, kerana kanta berfungsi dengan membiaskan cahaya pada permukaan lengkungnya.
Satu tugasan kerap ialah menghuraikan sinar yang melalui udara ke dalam blok kaca dan mengira n daripada sudut yang diukur menggunakan n = sin i / sin r, atau mencari kedalaman ketara. Lukiskan normal pada permukaan, tandakan sudut tuju dan sudut biasan dengan jelas, dan bawa unit sepanjang pengiraan laju atau kedalaman supaya kerja anda kekal konsisten.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)