Mengenal Cahaya Dalam Fisika

Apa sih sebenarnya yang menarik dari cahaya?

Buat yang sudah belajar tentang dasar gelombang, kalian tahu kalau cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

Yakni gelombang yang tidak memerlukan medium atau perantara dalam perambataannya.

Memang deskripsi tersebut cukup menarik, bagaimana suatu gelombang tidak memerlukan perambatan.

Namun kali ini kita gak berfokus kesana, yang menjadi daya tarik kita saat ini yaitu, karakteristik cahaya. Maksudnya karakteristik seperti apa?

Jadi, cahaya itu punya sifatnya tersendiri untuk berinteraksi dengan objek-objek disekitar. Akan dibahas di bagian selanjutnya.

Sekarang gini, coba kalian bayangkan atau ingat kembali saat di malam hari dan kondisi rumah sedang mati lampu, apa yang terjadi?

Tentu kita sulit sekali atau bahkan tidak bisa melihat apa-apa, lantas apa yang perlu dicari pertama kali? Kalau gak senter pasti lilin.

Tujuannya adalah untuk mendapatkan cahaya. Pertanyaan lagi, apakah ada hubungan antara cahaya dengan mata kita?

Justru apa yang manusia lihat selama ini merupakan pantulan cahaya suatu benda.

Kursi, meja, pintu yang kita lihat merupakan pantulan cahaya oleh objek tersebut.

Secara gak langsung tadi disebutkan bahwa ada pantulan cahaya, nah pantulan ini merupakan salah satu sifat cahaya.

Pantulan itu terjadi ketika cahaya menabrak suatu permukaan. Adakah sifat yang lainnya?

Selaras dengan pemaparan sebelumnya, sifat pertama cahaya yakni dapat dipantulkan atau refleksi.

Jadi, bayangin ada suatu cahaya dipantulkan terhadap suatu permukaan yang datar.

Nah sudut yang dibentuk antara garis normal dengan cahaya saat datang besarnya sama seperti setelah dipantulkan.

Garis normal: Yaitu garis tegak lurus terhadap permukaan. Ditunjukkan oleh garis putus-putus pada gambar.

Jika sudut cahaya datang adalah sebesar α dan sudut pantulnya adalah β, maka:

Apabila cahaya mencapai permukaan yang tidak rata, maka yang terjadi tidak hanya pemantulan, melainkan ada juga pembauran yang terjadi.

Yang kedua, pernah gak kalian ngelihat suatu benda yang sebagiannya tercelup dan sebagiannya lagi di atas permukaan air?

Ada fenomena di mana benda tersebuh seolah-olah terlihat patah. Hal ini terjadi karena sifat cahaya yang dinamakan sebagai refraksi atau pembiasan.

Contoh lainnya yaitu pada ikan di dalam akuarium. Saat melihat posisinya dari atas akan berbeda dengan posisi aslinya.

Pembiasan sendiri terjadi karena adanya perubahan cepat rambat gelombang cahaya pada dua medium yang berbeda.

Suatu medium mempunyai nilai yang mengukur seberapa besar pengaruh medium tersebut terhadap kelajuan cahaya di ruang hampa. Ukuran tersebut merupakan indeks bias.

Jika kelajuan cahaya pada ruang hampa adalah c, kemudian apabila pada suatu medium cepat rambatnya adalah v, maka indeks bias pada medium tersebut adalah n. Yang besarnya:

Perhatikan bahwa indeks bias tidak mempunyai satuan.

Hubungan antara indeks bias, kelajuan cahaya, dengan panjang gelombang cahaya pada dua medium diatur oleh hukum yang bernama hukum Snellius.

Sebut saja medium 1 dan medium 2, hukum tersebut dieskpresikan secara matematis seperti berikut:

Keterangan variabel:

• v_i merupakan kelajuan cahaya pada medium ke-i.
• λ_i panjang gelombang pada medium ke-i.
• n_i indeks bias pada medium ke-i.

Untuk yang ketiga, ada yang menarik nih, kalian pernah kan melihat warna-warni pada pelangi?

Atau bisa juga pada sebuah gelembung busa dan piringan CD?

Kedua fenomena tersebut merupakan hasil dari sifat cahaya yang bernama dispersi atau penguraian.

Makna penguraian sendiri seolah-olah seperti ada beberapa bagian pada cahaya.

Jadi sejatinya cahaya putih yang kita lihat selama ini yang berasal dari matahari terdiri dari banyak cahaya-cahaya dengan warna tunggal.

Cahaya yang warnanya bukanlah susunan dari warna lainnya, disebut sebagai cahaya monokromatik.

Sedangkan yang disusun berbagai warna disebut cahaya polikromatik, contohnya cahaya putih.

Kapan penguraian ini terjadi? Dispersi ini mirip seperti refraksi, yakni terjadi ketika ada perbedaan medium dalam perambatannya.

Yang membedakan yaitu pada pembiasan yang terjadi hubungannya yakni dengan kelajuan. Sedangkan dispersi hubungannya dengan frekuensi dari cahaya.

Selanjutnya ada sifat yang dinamakan sebagai difraksi, yakni fenomena di mana ketika suatu cahaya melewati suatu halangan.

Di mana pada halangan tersebut terdapat sebuah celah atau kisi. Yang terjadi yaitu munculnya pola gelap terang.

Pola gelap dan terang tersebut tidak lepas dari sifat gelombang yakni sifat superposisi. Di sini seolah-olah cahaya terbagi menjadi beberapa bagian, dan saling superposisi.

Bagian gelap terjadi ketika cahaya saling meniadakan, sedangkan pola terang terjadi ketika cahaya saling menguatkan.

Buat kalian yang ingin mempelajari bagaimana membuat hasil proyeksi cahaya atau bayangan terhadap cermin dan lensa.

Kalian bisa bacanya di materi fisika SMA tentang alat optik.

Di sini Tim ISENG mencoba menggaris bawahi hal apa saja yang penting dalam materi tersebut.

Yang pertama, sebelum kalian belajar bagaimana menggambarnya, teman-teman perlu mengetahui sifat-sifat dari cermin dan lensa itu sendiri.

Setiap jenis cermin dan lensa mempunyai karakteristiknya masing-masing. Hal tersebut menjadi bekal kalian guna mengilustrasikan bayangannya.

Misal saja pada cermin datar, cahaya yang datang akan dipantulkan akan simetris terhadap garis normal terhadap permukaan cermin tersebut.

Kemudian untuk cermin cekung, cahaya datang yang sejajar terhadap sumbu utama dari cermin tersebut, akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokusnya.

Ngomong-ngomong, kalian udah tahu belum perbedaan antara cermin dengan lensa?

Jadi perbedaanya berada di pemanfaatan sifat yang telah kita pelajari sebelumnya.

Pada cermin sifat pemantulan atau refleksi cahaya yang dimanfaatkan. Sedangkan pada lensa, sifat seperti pembiasan atau pembelokan yang digunakan.

Secara garis besar, lensa berupaya untuk memanipulasi citra yang akan diterima (misal oleh mata kita).

Bagaimana cara kerja lensa? Kita lanjutkan di bagian berikutnya mengenai dasar alat optik.

Seorang yang mempunyai kelainan mata, seperti rabun atau ketidakmampuan mata kita untuk melihat objek dengan jelas, tentu memerlukan alat bantu.

Tujuan utamanya agar penglihatan orang itu menjadi jelas.

Prinsip kerja dari alat bantu itu sendiri yakni memanfaatkan sifat-sifat cahaya.

Secara rinci orang yang rabun tidak bisa melihat objek dengan jelas karena, bayang yang jatuh tidak tepat berada di retina orang tersebut.

Pada rabun jauh atau miopia bayang jatuh di depan retina, sedangkan rabun dekat atau hipermetropi bayang jatuh di belakang retina.

Nah, jadi alat-alat optik seperti kacamata memanipulasi cahaya sehingga bayangan suatu objek jatuh tepat di retina seseorang.

Untuk rabun jauh jenis lensa cekung diperlukan untuk membelokkan cahaya sehingga bayangan sedikit "menyebar".

Sedangkan pada orang yang rabun dekat, diperlukan lensa cembung sehingga bayangan tidak terlalu "menyebar".

Pertanyaan terakhir, apakah lensa mempunyai suatu ukuran? Baik lensa maupun cermin, ukurannya ditentukan berdasarkan jarak titik fokusnya.