Pemantulan, Pembiasan & Difraksi Gelombang — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa membedakan tiga perilaku dasar gelombang — pemantulan, pembiasan, dan difraksi — serta menjelaskan syarat terjadinya masing-masing.

Lihat pantulan wajahmu di cermin, sedotan yang tampak patah di gelas air, atau bunyi yang terdengar menembus pojok ruangan — ketiganya adalah perilaku gelombang yang berbeda. Saat gelombang bertemu rintangan atau batas medium, ia bisa memantul, membelok, atau melentur menyebarkan diri. Tiga perilaku inilah yang menjelaskan begitu banyak fenomena sehari-hari. Coba seret sinar di bawah dan lihat bagaimana sudut-sudutnya berubah.

Seret titik sinar datang dan amati sudut pantulnya — keduanya selalu sama besar terhadap garis normal.

Tiga perilaku dasar gelombang

Gelombang yang merambat kerap berpapasan dengan rintangan atau batas medium. Saat itu terjadi, gelombang bisa berperilaku dalam tiga cara pokok: memantul (pemantulan), membelok (pembiasan), atau melentur menyebarkan diri (difraksi). Kadang ketiganya terjadi serentak — sinar cahaya yang mengenai kaca sebagian dipantulkan dan sebagian dibiaskan masuk.

Pemantulan adalah kembalinya gelombang setelah mengenai batas medium. Pembiasan adalah pembelokan arah gelombang saat menembus medium berbeda cepat rambat. Difraksi adalah pelenturan gelombang saat melewati celah atau pinggiran rintangan.

Ketiganya bisa dijelaskan dengan satu alat bantu: garis normal, yaitu garis tegak lurus permukaan batas di titik datang. Sudut antara sinar dan garis normal inilah yang dijadikan acuan untuk mengukur perilaku gelombang.

Pemantulan: hukum sudut datang sama sudut pantul

Pemantulan terjadi saat gelombang mengenai permukaan keras yang tidak ditembus — seperti cahaya pada cermin atau bunyi pada dinding tebal. Sinar datang dan sinar pantul berada di sisi berlawanan garis normal, dan kedua sudutnya selalu sama besar. Inilah hukum pemantulan.

$\theta_i = \theta_r$

Arti tiap simbol: $\theta_i$ = sudut datang terhadap garis normal, $\theta_r$ = sudut pantul terhadap garis normal. Keduanya diukur dari garis normal, bukan dari permukaan.

Bayangkan bola yang kamu lempar ke lantai licin. Bola itu memantul menjauhi titik jatuh dengan sudut yang sama seperti saat datang. Gelombang berperilaku serupa — sinar datang dan pantul simetris terhadap garis normal, seperti bayangan cermin dari satu sama lain.

Pada segitiga sinar di bawah, dua sisi mewakili sinar datang dan sinar pantul; sisi mendatar adalah permukaan cermin. Seret titik ujung sinar datang dan amati kedua sudut terhadap titik pantul — keduanya selalu identik.

Pembiasan: sinar dibelokkan di batas medium

Pembiasan terjadi saat gelombang menembus medium dengan cepat rambat berbeda. Saat sinar masuk miring, arahnya dibelokkan karena salah satu sisi muka gelombang lebih dulu memasuki medium baru dan berubah kelajuannya. Hukum Snellius merangkum hubungannya.

$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$

Arti tiap simbol: $n_1$ , $n_2$ = indeks bias medium 1 dan 2 (semakin padat, $n$ makin besar), $\theta_1$ = sudut datang terhadap garis normal, $\theta_2$ = sudut bias terhadap garis normal. Dari medium kurang padat ke lebih padat, sinar dibelokkan mendekati garis normal.

Pada segitiga di bawah, satu sisi adalah sinar datang di medium kurang padat (misalnya udara), sisi lainnya adalah sinar bias di medium lebih padat (misalnya kaca), dan sisi mendatar adalah batas kedua medium. Seret sinar datang dan amati sinar bias selalu lebih curam (mendekati garis normal).

Sudut kritis dan pemantulan menyeluruh

Hal menarik terjadi ketika sinar berusaha keluar dari medium lebih padat (misalnya air) ke medium kurang padat (udara). Pada sudut tertentu, sinar bias tidak lagi bisa keluar — ia memantul seluruhnya kembali ke dalam. Sudut batas ini disebut sudut kritis, dan fenomenanya disebut pemantulan menyeluruh (total internal reflection).

Inilah prinsip serat optik: cahaya dipaksa memantul terus di dalam serat kaca yang sangat tipis, tidak pernah keluar karena selalu melewati sudut kritis. Sinyal internet yang mengalir lewat kabel bawah laut memanfaatkan fenomena yang sama.

Pada segitiga di bawah, seret sinar datang dari dalam medium padat (kiri bawah) menuju batas. Pada sudut landai (mendekati tegak lurus), sinar bias keluar; bila kamu membuat sinar makin landai terhadap batas, sinar bias menghilang dan terjadi pemantulan menyeluruh.

Difraksi: gelombang melentur melewati celah

Difraksi adalah kemampuan gelombang untuk melentur menyebarkan diri saat melewati celah sempit atau pinggiran rintangan. Gelombang tidak merambat lurus saja — di tepi rintangan ia menyebar ke samping seakan “membelokkan sudut”. Makin sempit celah dibandingkan panjang gelombang, makin kuat pelenturannya.

Kenapa kamu bisa mendengar suara dari ruang sebelah walau pintu hanya sedikit terbuka? Karena gelombang bunyi terdifraksi melewati celah pintu dan menyebar ke seluruh ruanganmu. Cahaya juga berdifraksi, tapi celahnya harus sangat sempit (seorde panjang gelombangnya, ~0,0005 mm) agar lenturannya terlihat.

Pada geometri di bawah, dua sisi segitiga mewakili arah perambatan awal gelombang dan arah lenturan setelah melewati celah. Sudut antara keduanya menggambarkan besar difraksi — makin sempit celah, makin besar sudut lenturan.

Pemantulan, pembiasan, dan difraksi termasuk cakupan TKA Fisika, elemen gelombang (kerangka TKA 045/H/AN/2025). Soal sering menguji: (1) hukum pemantulan $\theta_i = \theta_r$ , (2) hukum Snellius $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$ , dan (3) syarat difraksi (celah seorde panjang gelombang). Jebakan klasik: mengukur sudut dari permukaan, padahal harus dari garis normal.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sinar cahaya datang dari udara ( $n_1 = 1$ ) menuju kaca ( $n_2 = 1{,}5$ ) dengan sudut datang 30° terhadap garis normal. Berapa sudut biasnya?

$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$ . Yang diketahui: $n_1 = 1$ , $\theta_1 = 30°$ , $n_2 = 1{,}5$ .

$1 \cdot \sin 30° = 1{,}5 \cdot \sin\theta_2$ . Karena $\sin 30° = 0{,}5$ , maka $0{,}5 = 1{,}5 \sin\theta_2$ .

$\sin\theta_2 = 0{,}5/1{,}5 = 1/3 \approx 0{,}333$ . Maka $\theta_2 = \arcsin(0{,}333) \approx 19{,}5°$ . Sudut bias lebih kecil dari sudut datang karena sinar masuk ke medium lebih padat — dibelokkan mendekati garis normal.

Jebakan: mengukur sudut dari permukaan, bukan dari garis normal. Yang benar: dalam hukum pemantulan dan Snellius, semua sudut diukur dari garis normal (tegak lurus permukaan). Kalau soal menyebut “sudut terhadap permukaan”, konversi dulu: sudut terhadap normal = 90° − sudut terhadap permukaan.

Jebakan: mengira pembiasan selalu membelokkan sinar mendekati normal. Yang benar: pembelokan mendekati normal hanya terjadi saat masuk medium lebih padat; keluar dari medium padat, sinar justru menjauhi normal. Arah pembelokan bergantung perubahan indeks bias.

Jebakan: mengira difraksi hanya milik cahaya. Yang benar: semua gelombang bisa berdifraksi — bunyi, gelombang air, bahkan gelombang elektron. Yang menentukan kuatnya adalah perbandingan lebar celah dengan panjang gelombang, bukan jenis gelombangnya.

Tiga perilaku dasar gelombang: pemantulan, pembiasan, dan difraksi.
Pemantulan: $\theta_i = \theta_r$ (sudut dari garis normal).
Pembiasan: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$ ; masuk medium padat → mendekati normal.
Sudut kritis memicu pemantulan menyeluruh (TIR) — dasar serat optik.
Difraksi melenturkan gelombang melewati celah; makin sempit celah, makin kuat.
Semua sudut dalam hukum gelombang diukur dari garis normal.