Toolyard

Simulator Pembiasan dan Pemantulan Internal Total

Persamaan dalam simulasi ini

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
n₁Bahan tempat cahaya berawal (n₁)indeks bias: berapa kali lebih lambat cahaya merambat di sana dibanding di ruang hampa
n₂Bahan yang dimasuki (n₂)pada panjang gelombang yang dipilih, jadi sedikit berubah dengan warna
θ₁Sudut datang θ₁ (°)diukur dari garis normal, garis putus-putus yang tegak lurus permukaan, bukan dari permukaan
θ₂sudut biaslebih kecil dari θ₁ saat masuk ke bahan yang lebih rapat (sinar membelok mendekati normal), lebih besar saat keluar darinya

Dengan nilai saat ini:

v = c ÷ n
vkecepatan cahaya di bahan keduac = 299.792 km/s; titik-titik yang bergerak melambat dengan faktor ini, dan perubahan kecepatan inilah yang membelokkan sinar

Dengan nilai saat ini:

sin θ_c = n₂ ÷ n₁
θ_csudut kritishanya ada saat berpindah dari bahan yang lebih rapat ke yang kurang rapat (n₁ lebih besar dari n₂); melewatinya tidak ada cahaya yang tembus dan semuanya dipantulkan

Dengan nilai saat ini:

tan θ_B = n₂ ÷ n₁
θ_Bsudut Brewstercahaya yang terpolarisasi pada bidang datang sama sekali tidak dipantulkan di sini, jadi pantulannya terpolarisasi penuh; kacamata hitam polarisasi memanfaatkan ini

Dengan nilai saat ini:

R = ½ (r_s² + r_p²), r_s = (n₁ cos θ₁ − n₂ cos θ₂) ÷ (n₁ cos θ₁ + n₂ cos θ₂), r_p = (n₂ cos θ₁ − n₁ cos θ₂) ÷ (n₂ cos θ₁ + n₁ cos θ₂)
Rbagian cahaya yang dipantulkanpersamaan Fresnel, untuk cahaya tak terpolarisasi; sisanya, T = 1 − R, diteruskan. Grafik menampilkannya terhadap sudut

Dengan nilai saat ini:

n(λ) = A + B ÷ λ²
λPanjang gelombang λ (nm)rumus Cauchy: cahaya ungu mengalami indeks yang lebih besar daripada merah, jadi lebih dibelokkan, sebab itulah prisma membentuk spektrum

Dengan nilai saat ini:

n₂ ÷ n₁ = sin((A + δ_min) ÷ 2) ÷ sin(A ÷ 2)
ASudut puncak prisma A (°)sudut di puncak prisma
δdeviasiseberapa jauh berkas diputar dari arah semula; paling kecil, δ_min, saat sinar melintasi prisma secara simetris

Dengan nilai saat ini:

NA = √(n₂² − n₁²) = n₁ sin θ_max
θ_maxsudut penerimaan seratcahaya yang masuk ke ujung serat dengan sudut lebih besar dari ini terhadap sumbunya mengenai dinding di bawah sudut kritis dan bocor keluar

Dengan nilai saat ini:

Cara memakai simulator pembiasan

  1. Pilih bahan tempat cahaya berawal dan bahan yang dimasukinya, lalu atur sudut datang. Berkas membelok di batas menurut hukum Snellius, berkas pantul yang redup kembali, dan titik-titik putih memperlihatkan cahaya melambat di bahan yang lebih rapat. Garis putus-putus adalah garis normal, tempat semua sudut diukur.
  2. Mulailah di air, kaca, atau intan, masuk ke udara, lalu perbesar sudutnya. Berkas bias makin rebah ke permukaan dan makin redup, dan setelah sudut kritis lenyap: semua cahaya dipantulkan. Centang Ayunkan sudut bolak-balik untuk melihatnya, dan ikuti bagian yang dipantulkan di grafik, yang juga menandai sudut Brewster, tempat cahaya yang terpolarisasi pada bidang datang sama sekali tidak dipantulkan.
  3. Beralihlah ke prisma dan centang Cahaya putih untuk menguraikan berkas menjadi warna-warnanya, atau ke serat optik untuk melihat cahaya terperangkap oleh pemantulan internal total dan bocor ketika masuk terlalu miring. Untuk lensa dan cermin, Simulator Lensa dan Cermin menggambar diagram sinar.

Pertanyaan umum

Apa itu hukum Snellius?

n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂: indeks bias dikali sinus sudut terhadap garis normal sama di kedua sisi batas. Indeks n menyatakan berapa kali lebih lambat cahaya merambat dalam bahan dibanding di ruang hampa, 1,33 untuk air dan sekitar 1,5 untuk kaca, jadi cahaya yang masuk ke kaca dari udara membelok mendekati normal.

Apa itu sudut kritis?

Sudut datang yang membuat cahaya tidak bisa lagi keluar dari bahan yang lebih rapat: sin θ_c = n₂ ÷ n₁. Nilainya 48,6° dari air ke udara, sekitar 41° dari kaca, dan 24,4° dari intan, yang sudut kritisnya kecil sehingga cahaya terperangkap di dalam batu yang diasah dan membuatnya berkilau. Melewatinya, semua cahaya dipantulkan: pemantulan internal total.

Mengapa prisma menguraikan cahaya putih?

Indeks bias kaca sedikit lebih tinggi untuk cahaya ungu daripada merah (dispersi), sehingga ungu lebih banyak dibelokkan di setiap permukaan. Pada kaca kron indeksnya sekitar 1,531 pada 400 nm sampai 1,513 pada 700 nm, cukup untuk menyebarkan keluaran prisma 60° sekitar 2°. Simulasi memakai rumus Cauchy n = A + B ÷ λ² untuk setiap bahan.

Bagaimana serat optik menghantarkan cahaya?

Dengan pemantulan internal total: cahaya merambat di inti kaca yang dikelilingi bahan berindeks lebih rendah dan selalu mengenai dinding melewati sudut kritis, sehingga tidak ada yang lolos. Cahaya harus masuk dalam sudut penerimaan, yang ditentukan oleh apertur numerik NA = √(n_inti² − n_selubung²). Serat sungguhan memiliki selubung dengan indeks hanya sekitar 1% lebih rendah dari inti, sehingga sudut penerimaannya sekitar 12°.

Katanya WebGL dimatikan.

Tampilan 3D memerlukan WebGL, yang dimiliki semua browser terkini. WebGL bisa nonaktif jika akselerasi perangkat keras dimatikan di pengaturan browser, atau karena driver grafis yang sangat lama. Nyalakan akselerasi perangkat keras, atau coba browser lain.

Apakah ada yang diunggah?

Tidak. Simulasi digambar oleh browser Anda sendiri dengan WebGL; tidak ada yang dikirim ke mana pun, dan simulasi tetap berjalan offline setelah halaman dimuat.

Simulasi sains lainnya

Kalkulator dan alat terkait

Panduan