Kalkulator Hukum Snell

Kategori: Fizik
- 30 Mei 2025
| |

Hukum Snell menerangkan bagaimana cahaya membias apabila melalui antara media yang berbeza, seperti udara ke air atau kaca ke udara. Hukum ini menyatakan bahawa nisbah sinus sudut kejadian dan pembiasan adalah sama dengan nisbah kelajuan fasa dalam kedua-dua media, atau dengan kata lain, kepada nisbah terbalik indeks pembiasan.

Kalkulator ini membolehkan anda menentukan sudut pembiasan, sudut kritikal, dan sifat optik lain menggunakan Hukum Snell.

Apa yang ingin anda kira?

? Indeks pembiasan medium pertama (tempat cahaya datang). Untuk udara dalam keadaan standard, gunakan kira-kira 1.000.
? Indeks pembiasan medium kedua (tempat cahaya masuk). Untuk air, gunakan kira-kira 1.333.
darjah
? Sudut antara sinar kejadian dan normal kepada permukaan (0-90 darjah).

Opsyen Paparan

? Menunjukkan bagaimana indeks pembiasan dan sudut berbeza dengan panjang gelombang (kesan dispersi). Perlu diingat bahawa ini adalah model anggaran.

About Hukum Snell

Hukum Snell (juga dikenali sebagai hukum pembiasan) menerangkan hubungan antara sudut kejadian dan pembiasan apabila cahaya melalui sempadan antara dua media isotropik yang berbeza, seperti udara, kaca, atau air.

Ekspresi Matematik:

Hukum Snell dinyatakan secara matematik sebagai:

n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂)

Di mana:

  • n₁ adalah indeks pembiasan medium pertama
  • n₂ adalah indeks pembiasan medium kedua
  • θ₁ adalah sudut kejadian (diukur dari normal)
  • θ₂ adalah sudut pembiasan (diukur dari normal)
Sudut Kritikal dan Refleksi Dalaman Penuh:

Apabila cahaya melalui dari medium dengan indeks pembiasan yang lebih tinggi ke satu dengan indeks yang lebih rendah (n₁ > n₂), terdapat sudut kritikal kejadian (θc) di mana cahaya yang dibias akan bergerak sepanjang sempadan antara dua media.

Untuk sudut kejadian yang lebih besar daripada sudut kritikal, semua cahaya akan dipantulkan kembali ke dalam medium pertama - fenomena yang dipanggil refleksi dalaman penuh.

Sudut kritikal diberikan oleh:

θc = arcsin(n₂/n₁)
Indeks Pembiasan Bahan Biasa:
Bahan Indeks Pembiasan (anggaran)
Vakuum 1.0000 (tepat)
Udara (pada STP) 1.0003
Air 1.333
Ethanol 1.36
Kaca Mahkota 1.52
Kaca Flint 1.62
Berlian 2.42

Nota: Indeks pembiasan berbeza dengan panjang gelombang cahaya.

Aplikasi Utama:
  • Sistem Optik: Lensa, prisma, serat optik, dan komponen optik lain dalam kamera, mikroskop, dan teleskop.
  • Gemologi: Kecemerlangan berlian dan batu permata lain adalah disebabkan oleh indeks pembiasan yang tinggi.
  • Komunikasi Serat Optik: Refleksi dalaman penuh mengekalkan isyarat cahaya di dalam serat optik.
  • Pencitraan Perubatan: Endoskop dan instrumen optik perubatan lain menggunakan prinsip pembiasan.
  • Optik Atmosfera: Ilusi, pelangi, dan berkelipnya bintang semua berkaitan dengan pembiasan.

Apa itu Kalkulator Hukum Snell?

Kalkulator Hukum Snell adalah alat yang membantu anda menentukan bagaimana cahaya membengkok apabila ia bergerak antara bahan yang berbeza. Ia menggunakan Hukum Snell, prinsip asas dalam fizik, untuk mengira sudut di mana cahaya membias atau memantul.

Cahaya mengubah arah apabila ia bergerak dari satu medium ke medium lain, seperti dari udara ke air atau dari kaca ke udara. Pembengkokan ini berlaku kerana bahan yang berbeza mempunyai indeks bias yang berbeza, yang mempengaruhi kelajuan cahaya.

Dengan kalkulator ini, anda boleh mengira:

  • Sudut bias apabila cahaya memasuki medium baru.
  • Sudut kejadian yang diperlukan untuk menghasilkan bias tertentu.
  • Sudut kritikal di mana pantulan dalaman total berlaku.
  • Indeks bias bahan berdasarkan tingkah laku cahaya.

Formula yang Digunakan dalam Kalkulator

Hukum Snell dinyatakan secara matematik sebagai:

n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)

Di mana:

  • n₁ – Indeks bias medium pertama.
  • n₂ – Indeks bias medium kedua.
  • θ₁ – Sudut kejadian (sudut di mana cahaya memasuki medium).
  • θ₂ – Sudut bias (sudut di mana cahaya membengkok dalam medium baru).

Untuk kes di mana pantulan dalaman total berlaku, sudut kritikal (θc) dikira sebagai:

θc = arcsin(n₂ / n₁)

Di sini, pantulan dalaman total berlaku apabila cahaya bergerak dari medium yang lebih padat ke medium yang kurang padat (di mana n₁ > n₂).

Bagaimana Menggunakan Kalkulator

Ikuti langkah-langkah ini untuk menggunakan Kalkulator Hukum Snell dengan berkesan:

  1. Pilih apa yang anda ingin kira. Pilih dari sudut bias, sudut kejadian, sudut kritikal, atau indeks bias.
  2. Masukkan indeks bias. Masukkan indeks bias medium pertama dan kedua. Anda juga boleh memilih pasangan bahan biasa dari senarai dropdown.
  3. Berikan sudut yang diperlukan. Bergantung pada jenis pengiraan anda, masukkan sama ada sudut kejadian atau sudut bias.
  4. Klik "Kira". Alat ini akan segera mengira hasil berdasarkan Hukum Snell.
  5. Semak hasilnya. Kalkulator akan memaparkan nilai yang dikira, termasuk sudut dan indeks bias. Jika pantulan dalaman total berlaku, hasilnya akan menunjukkan perkara itu.

Kenapa Hukum Snell Berguna?

Hukum Snell adalah penting dalam pelbagai bidang, termasuk:

  • Optik dan Lensa: Membantu merancang cermin mata, mikroskop, dan kamera.
  • Komunikasi Serat Optik: Digunakan dalam menghantar data dengan cekap melalui serat optik.
  • Pencitraan Perubatan: Penting untuk teknologi seperti endoskop yang menggunakan bias cahaya.
  • Gemologi: Menjelaskan mengapa berlian berkilau kerana indeks biasnya yang tinggi.
  • Astronomi: Membantu memahami bias atmosfera dan ilusi optik seperti fatamorgana.

Soalan Lazim (FAQ)

1. Apa itu indeks bias?

Indeks bias (n) sesuatu bahan adalah ukuran seberapa banyak cahaya melambatkan apabila bergerak melaluinya. Udara mempunyai indeks bias sekitar 1.0003, air sekitar 1.333, dan kaca bervariasi antara 1.5 dan 1.6.

2. Apa yang berlaku jika sudut kejadian lebih besar daripada sudut kritikal?

Jika sudut kejadian melebihi sudut kritikal, cahaya tidak membias ke dalam medium kedua. Sebaliknya, ia mengalami pantulan dalaman total dan kekal dalam medium pertama.

3. Bolehkah kalkulator ini mengendalikan panjang gelombang cahaya yang berbeza?

Ya, alat ini membolehkan anda memasukkan kesan yang bergantung kepada panjang gelombang. Indeks bias berubah sedikit berdasarkan warna cahaya, yang mempengaruhi sudut bias.

4. Kenapa cahaya membengkok apabila memasuki medium baru?

Cahaya membengkok kerana kelajuannya berubah apabila bergerak antara bahan dengan ketumpatan optik yang berbeza. Indeks bias yang lebih tinggi bermakna cahaya melambat lebih banyak, menyebabkan ia membengkok ke arah normal.

5. Apa contoh dunia nyata bagi bias?

Bias dapat dilihat dalam:

  • Straw yang kelihatan bengkok dalam segelas air.
  • Cara lensa dalam cermin mata dan kamera memfokuskan cahaya.
  • Pelangi yang terbentuk akibat cahaya membengkok melalui titisan hujan.
  • Kesan berkilau di jalan panas yang disebabkan oleh bias atmosfera.

Kesimpulan

Kalkulator Hukum Snell adalah alat yang mudah dan berkuasa untuk memahami bagaimana cahaya membengkok semasa ia bergerak melalui bahan yang berbeza. Sama ada anda sedang belajar fizik, bekerja dengan sistem optik, atau hanya ingin tahu bagaimana lensa dan prisma berfungsi, alat ini menyediakan pengiraan yang cepat dan tepat berdasarkan Hukum Snell.