Percobaan Pembiasan Cahaya: Lampu Botol Matahari

Percobaan Pembiasan Cahaya: Lampu Botol Matahari

Pendahuluan

Lebih dari 10 tahun yang lalu, seorang penduduk yang sangat pintar dan inventif dari favela menemukan bahwa ia dapat menghasilkan cahaya tanpa listrik. Sekarang lampu matahari menyebar di seluruh dunia.

Kembali pada tahun 2002, mekanik Brasil Alfredo Moser datang dengan cara menerangi rumahnya di siang hari tanpa listrik. Sebagai gantinya, solusi Moser hanya menggunakan botol plastik penuh air. Inovasi, yang menggunakan fenomena pembiasan atau refraksi, kini telah menyebar ke seluruh dunia dan diharapkan akan menerangi lebih dari 1 juta rumah hingga kini.

Pembiasan

Contoh yang sering kita jumpai dalam pembiasan adalah sedotan dalam segelas air, sedotan tampaknya bengkok atau putus. Ini terjadi karena air secara optikal lebih padat dari udara sehingga cahaya bergerak lebih lambat di dalam air daripada diudara. Perubahan kecepatan membengkokkan cahaya ketika ia berpindah dari satu substansi ke substansi lain, adalah sebuah fenomena yang disebut sebagai pembiasan. Dalam pembiasan, dua hal berbeda yang penting adalah, sudut cahaya yang menyentuh antarmuka antara dua bahan, yang disebut sudut sinar datang, dan sifat spesifik dari masing-masing dua bahan yang terlibat, yang disebut indeks bias. Secara umum, bahan yang lebih padat memiliki indeks bias yang lebih tinggi karena bahan yang lebih padat memperlambat lebih banyak cahaya.

Sebagai contoh sebuah mobil berjalan dengan cepat di jalan tetapi akan melambat saat berjalan di jalan yang berlumpur. Pembiasan tidak terjadi ketika sinar cahaya menghantam antarmuka antara dua media transparan pada sudut yang tepat, seperti halnya mengemudi ke bidang berlumpur langsung akan memperlambat mobil, tetapi masih akan mengemudi ke arah yang sama. Namun, jika kita datang di jalan pada sudut, roda yang menabrak lumpur pertama akan melambat dan mobil akan berputar. Dengan cara yang sama, jika sinar menyerang permukaan dengan sudut tertentu, sinar cahaya akan berubah arah. Arah itu tergantung pada indeks bias dari dua media yang terlibat

Hukum pembiasan Snellius

Dalam fisika, hukum Snellius digunakan untuk menggambarkan pembiasan dan sifat-sifatnya. Hukum Snell menyatakan bahwa kecepatan cahaya sinar datang dibagi dengan sinus sudut sinar datang sama dengan kecepatan cahaya bias  dibagi dengan sinus sudut cahaya bias, (v1 / (sinθ1)) = (v2 / sinθ2). Ini berarti bahwa ketika cahaya beralih dari substansi dengan kerapatan optik yang lebih rendah ke substansi dengan kerapatan optik yang lebih tinggi, kecepatan menurun, sinar cahaya ditekuk ke arah normal batas antara kedua media. Inilah yang terjadi ketika sinar cahaya di udara memasuki air. Dalam kasus yang berlawanan, ketika sinar cahaya memasuki media indeks yang lebih rendah, misalnya pergi dari air ke udara, itu akan menekuk menjauh dari normal.

Hukum Snellius juga dapat ditulis dalam hal indeks bias, atau seberapa padat media tersebut. Indeks bias medium, n, didefinisikan sebagai rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa, c, terhadap kecepatan cahaya v dalam medium, n = c / v. Itu juga berarti bahwa hukum Snell dapat ditulis sebagai sinθ1 n1 = sinθ2 n2.

Karena kecepatan cahaya dalam ruang hampa selalu 3 x 10⁸ ms-1, mudah untuk menghitung indeks bias untuk media selama kita tahu kecepatan cahaya dalam media tertentu. Secara praktis, bahan padat memiliki indeks bias yang lebih tinggi karena bahan padat lebih lambat.

Lampu Botol Matahari
Setelah memahami pembiasan, kita dapat menunjukkan bagaimana bohlam tenaga surya mengeksploitasinya ke ruangan dan rumah dengan cahaya sebanyak 50-60 Watt bohlam pijar. Hanya dengan botol plastik penuh air, orang dapat menerangi kamar dan gubuk mereka. Konsep asli Moser telah dikembangkan lebih lanjut oleh badan amal untuk menghadirkan pencahayaan yang berkelanjutan dan terjangkau bagi masyarakat di Afrika, Filipina, India, dan negara-negara Asia Tenggara lainnya tanpa menggunakan listrik. 

Cara membuat
1. Gunting lubang di langit-langit kardus: ukuranya harus cukup besar sehingga botol dapat melewatinya. Kemudian potong bukaan seperti jendela di samping sehingga kita bisa melihat ke sekitar lubang atasnya.

2. Potong 15x15cm persegi dari karton.

3. Gambar dua lingkaran konsentris di tengah persegi dengan stensil.

4. Gunting lingkaran bagian dalam

6. Letakkan lubang kardus di atas leher botol  dan isi botol dengan air.

7. Masukkan lampu botol ini di lubang langit-langit kardus dan berikan cahaya matahari pada leher botol

8. Amati lampu matahari ini melalui lubang samping kardus.

Apa yang terjadi?
Botol Lampu bergantung pada prinsip refraksi. Karena cahaya dari matahari beralih dari media indeks rendah (udara) ke media indeks tinggi (air), sinar cahaya membengkok di dalam air, maka ketika cahaya keluar, cahaya itu menyebar ke seluruh ruangan. Agar hal ini terjadi, leher botol harus tersangkut di atap kardus, sementara penyebaran sinar bias dilakukan oleh bagian utama botol yang menggantung dari langit-langit,  seperti bola lampu umumnya. Keuntungan besar dari pasokan cahaya ini adalah keberlanjutan dan keamanannya. Tidak ada risiko bahaya kebakaran dengan “lampu” jenis ini dan harganya murah untuk dibuat dan dipasang. Dalam praktiknya, klorin ditambahkan ke air untuk menjaga air tetap jernih dan bebas dari ganggang dan mikroba, dan bola lampu disegel ke atap untuk membuat segel tahan cuaca.

Demikian Percobaan Pembiasan Cahaya: Lampu Botol Matahari