Pernahkah Anda bertanya, mengapa kita dapat melihat
benda-benda? Ya, jawabnya karena ada cahaya dari benda ke mata kita, entah
cahaya itu memang berasal dari benda tersebut, entah karena benda itu
memantulkan cahaya yang datang kepadanya lalu mengenai mata kita. Jadi, gejala
melihat erat kaitannya dengan keberadaan cahaya atau sinar.
Ada pendapat yang mengatakan, terdapat perbedaan
antara cahaya dan sinar. Cahaya berkaitan dengan gejala melihat (cahaya
tampak), sedangkan istilah sinar meliputi cahaya tampak dan cahaya tak tampak
seperti sinar X dan sinar gamma. Dalam uraian ini, keduanya dapat digunakan
untuk menyatakan maksud yang sama, yaitu meliputi cahaya tampak dan cahaya tak
tampak.
Apakah cahaya itu? Cahaya menurut Newton (1642 -
1727) terdiri dari partikel-partikel ringan berukuran sangat kecil yang
dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi.
Sementara menurut Huygens ( 1629 - 1695), cahaya adalah gelombang seperti
halnya bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang
gelombangnya saja.
Dua pendapat di atas sepertinya saling bertentangan.
Sebab tak mungkin cahaya bersifat partikel sekaligus sebagai partikel. Pasti
salah satunya benar atau kedua- duanya salah, yang pasti masing-masing pendapat
di atas memiliki kelebihan dan kekurangan.
Pada zaman Newton dan Huygens hidup, orang-orang
beranggapan bahwa gelombang yang merambat pasti membutuhkan medium. Padahal
ruang antara bintang-bintang dan planet-planet merupakan ruang hampa (vakum)
sehingga menimbulkan pertanyaan apakah yang menjadi medium rambat cahaya
matahari yang sampai ke bumi jika cahaya merupakan gelombang seperti dikatakan
Huygens. Inilah kritik orang terhadap pendapat Hygens. Kritik ini dijawab oleh
Huygens. Inilah kritik orang terhadap pendapat Huygens. Kritik ini dijawab oleh
Huygens dengan memperkenalkan zat hipotetik (dugaan) bernama eter. Zat ini
sangat ringan, tembus pandang dan memenuhi seluruh alam semesta. eter membuat
cahaya yang berasal dari bintang-bintang sampai ke bumi.
Dalam dunia ilmu pengetahuan kebenaran suatu pendapat
akan sangat ditentukan oleh uji eksperimen. Pendapat yang tidak tahan uji
eksperimen akan ditolak oleh para ilmuwan sebagai suatu teori yang benar.
Sebaiknya pendapat yang didukung oleh hasil-hasil eksperimen dan meramalkan
gejala-gejala alam.
Walaupun keberadaan eter belum dapat dipastikan di
dekade awal Abad 20, berbagai eksperimen yang dilakukan oleh para ilmuwan
seperti Thomas Young (1773 - 1829) dan Agustin Fresnell (1788 - 1827) berhasil
membuktikan bahwa cahaya dapat melentur (difraksi) dan berinterferensi. Gejala
alam yang khas merupakan sifat dasar gelombang bukan partikel. Percobaan yang
dilakukan oleh Jeans Leon Foucault (1819 - 1868) menyimpulkan bahwa cepat
rambat cahaya dalam air lebih rendah dibandingkan kecepatannya di udara.
Padahal Newton dengan teori emisi partikelnya meramalkan kebaikannya.
Selanjutnya Maxwell (1831 - 1874) mengemukakan pendapatnya bahwa cahaya
dibangkitkan oleh gejala kelistrikan dan kemagnetan sehingga tergolong
gelombang elektromagnetik. Sesuatu yang berbeda dibandingkan gelombang bunyi
yang tergolong gelombang mekanik. Gelombang elektromagnetik dapat merambat
dengan atau tanpa medium dan kecepatan rambatnyapun amat tinggi bila
dibandingkan gelombang bunyi. Gelombang elektromagnetik marambat dengan
kecepatan 300.000 km/s. Kebenaran pendapat Maxwell ini tak terbantahkan ketika
Hertz (1857 - 1894) berhasil membuktikannya secara eksperimental yang disusul
dengan penemuan-penemuan berbagai gelombang yang tergolong gelombang
elektromagnetik seperti sinar x, sinar gamma, gelombang mikro RADAR dan sebagainya.
Dewasa ini pandangan bahwa cahaya merupakan gelombang
elektromagnetik umum diterima kalangan ilmuwan, walaupun hasil eksperimen
Michelson dan Morley di tahun 1905 gagal membuktikan keberadaan eter seperti
disangkakan keberadaannya oleh Huygens dan juga Maxwell.
Di sisi lain pendapat Newton tentang cahaya sebagai
partikel tiba-tiba menjadi populer kembali setelah lebih dari 300 tahun
tenggelam di bawah populeritas pendapat Huygens. Dua fisikawan pemenang hadiah
Nobel Max Planck (1858 - 1947) dan Albert einstein mengemukakan teori mereka
tentang foton.
Berdasarkan hasil penelitiannya tentang sifat-sifat
termodinamika radiasi benda hitam, Planck menyimpulkan bahwa cahaya dipancarkan
dalam bentuk paket-paket kecil yang disebut kuanta. Gagasan Planck ini kemudian
berkembang menjadi teori baru dalam fisika yang disebut teori Kuantum. Dengan
teori ini, Einstein berhasil menjelaskan peristiwa yang dikenal dengan nama
efek foto listrik, yakni pemancaran elektron dari permukaan logam karena logam
tersebut disinari cahaya.
Jadi dalam kondisi tertentu cahaya menunjukkan sifat
sebagai gelombang dan dalam kondisi lain menunjukkan sifat sebagai partikel.
Hal ini disebut dualisme cahaya. Apa yang diceritakan di atas akan Anda
pelajari lebih jauh dalam modul-modul pelajaran fisika selanjutnya khususnya
bila Anda mengambil Jurusan IPA.
Optika Geometrik Cabang fisika yang mempelajari
cahaya yang meliputi bagaimana terjadinya cahaya, bagaiamana perambatannya,
bagaimana pengukurannya dan bagaimana sifat-sifat cahaya dikenal dengan nama
Optika. Dari sini kita kemudian mengenal kata optik yang berkaitan dengan
kacamata sebagai alat bantu penglihatan. Optika dibedakan atas optika geometri
dan optika fisik.
Pada optika geometri seperti telah dikatakan pada
pendahuluan modul ini dipelajari sifat-sifat cahaya dengan menggunakan
alat-alat yang ukurannya relatif lebih besar dibandingkan dengan panjang
gelombang cahaya. Sedangkan pada optika fisik cahaya dipelajari dengan
menggunakan alat-alat yang ukurannya relatif sama atau lebih kecil dibanding
panjang gelombang cahaya sendiri. Modul ini hanya membahas optika geometri
sebab optika fisik baru akan dipelajari di kelas tiga jurusan IPA.
Berkas Cahaya Di kelas satu telah dijelaskan bahwa
cahaya adalah gelombang, tepatnya gelombang elektromagnetik. Ciri utama dari
gelombang adalah bahwa ia tak pernah diam, sebaliknya cahaya selalu bergerak.
Benda-benda yang sangat panas seperti matahari dan filamen lampu listrik
memancarkan cahaya mereka sendiri. Begitu juga cahaya lilin atau cahaya pada
layar televisi yang dibangkitkan oleh tumbukan antara elektron berkecepatan
tinggi dengan zat yang dapat berfluoresensi (berpendar) yang terdapat pada
layar televisi. Mereka merupakan sumber cahaya.
Benda seperti bulan bukanlah sumber cahaya, ia hanya
memantulkan cahaya yang diterimanya dari matahari. Jadi selain dipancarkan
cahaya dapat dipantulkan.
Cahaya merambat lurus seperti yang dapat kita lihat
pada cahaya yang keluar dari sebuah lampu teater di ruangan yang gelap atau
Laser yang melintasi asap atau debu. Oleh karenanya cahaya yang merambat
digambarkan sebagai garis lurus berarah yang disebut sinar cahaya, sedangkan
berkas cahaya terdiri dari beberapa garis berarah seperti pada Gambar 3. Berkas
cahaya bisa paralel, divergen (menyebar) atau konvergen (mengumpul).
Gambar 3. Cahaya merambat dalam
garis lurus yang disebut sinar cahaya sedangkan berkas cahaya digambarkan
dengan beberapa garis berarah
Pemantulan Biasa Pada permukaan benda yang rata
seperti cermin datar, cahaya dipantulkan membentuk suatu pola yang teratur.
Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan cermin dipantulkan sebagai
sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapat membentuk bayangan benda.
Pemantulan semacam ini disebut pemantulan teratur atau pemantulan biasa.
Gambar 4. Pemantulan biasa pada
cermin membentuk bayangan benda
Pemantulan Baur Berbeda dengan benda yang memiliki
permukaan rata, pada saat cahaya mengenai suatu permukaan yang tidak rata, maka
sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan tersebut dipantulkan tidak
sebagai sinar-sinar sejajar. Gambar 5 memperlihatkan bagaimana sinar-sinar yang
datang ke permukaan kayu dipantulkan ke berbagai arah sehingga kita dapat
melihat kayu ini pada posisi A, B dan C. Perhatikan bahwa sinar-sinar yang
datang ke permukaan kayu merupakan sinar- sinar yang sejajar, namun sinar-sinar
pantulnya tidak. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan baur.
Gambar 5. Pemantulan baur pada
permukaan bidang yang tidak rata
Akibat pemantulan baur ini kita dapat melihat benda
dari berbagai arah. Misalnya pada kain atau kertas yang disinari lampu sorot di
dalam ruang gelap kita dapat melihat apa yang ada pada kain atau kertas
tersebut dari berbagai arah. Pemantulan baur yang dilakukan oleh
partikel-partikel debu di udara yang berperan dalam mengurangi kesilauan sinar
matahari.
Gambar 6.Pemantulan cahaya lampu
mobil di malam hari (a) jalanan kering dan kasar (b) jalanan basah karena
hujan.
Pemantulan baur juga sangat membantu pengemudi mobil
saat malam hari yang gelap. Pada saat jalanan kering di malam yang gelap sinar
lampu mobil akan dipantulkan ke segala arah oleh permukaan jalanan yang tidak
rata ke segala arah termasuk ke mata pengemudi sehingga jalanan terlihat terang
(Gambar 6.a). Namun saat jalanan basah karena hujan, permukaan jalanan menjadi
rata sehingga sinar lampu mobil hanya dipantulkan ke arah tentu saja, yakni ke
arah depan jalanan sehingga pengemudi mengalami kesulitan karena tidak dapat
melihat jalanan di depannya dengan baik seperti diperlihatkan Gambar 6.b.
Hukum Pemantulan Cahaya Pada saat sinar mendatangi
permukaan cermin datar, cahaya akan dipantulkan seperti pada Gambar 7. Garis
yang tegak lurus bidang pantul disebut garis normal. Pengukuran sudut datang
dan sudut pantul dimulai dari garis ini. Sudut datang (i) adalah sudut yang
dibentuk oleh garis normal (1) dan sinar datang (2), sedangkan sudut pantul (r)
adalah sudut yang dibentuk oleh garis normal (1) dan sinar pantul (3).
Penyelesaian:
Garis
(2) pada gambar di atas melukiskan sinar datang ke permukaan cermin sedangkan
garis (1) adalah garis normal. Sudut datang adalah sudut yang dibentuk oleh
sinar datang dan garis normal. Jadi sudut datang adalah c, sedangkan sudut pantul
dibentuk oleh garis normal (1) dan sinar pantul (3) dan besarnya sama dengan sudut
datang. Pada gambar sudut pantul adalah b.
Contoh
lain dan uraian lebih mendalam tentang pemantulan cahaya ini akan dibahas pada
kegiatan selanjutnya. Sekadar untuk mendapat gambaran awal tentang peristiwa pemantulan
cahaya, uraian di atas dirasa cukup memadai.
Hal
yang perlu Anda pahami adalah pertama ialah bahwa proses melihat pada manusiaerat
kaitannya dengan gejala pemantulan cahaya. Kedua, ada dua jenis pantulan cahaya
yaitu pemantulan baur dan pemantulan biasa. Pemantulan baur dihasilkan oleh
permukaan pantul yang tidak rata (kasar), pemantulan baur memungkinkan kita
melihat benda yang disinari dari berbagai arah, sementara pemantulan biasa
menyebabkan terbentuknya bayangan benda yang hanya dapat dilihat pada arah
tertentu saja. Pemantulan teratur pada permukaan yang rata seperti pada cermin.
Ketiga, pada peristiwa pemantulan biasa, sinar datang, garis normal dan sinar
pantul terletak pada satu bidang yang sama serta sudut datang sama dengan sudut
pantul.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar