Cahaya dan Alat Optik
A. Sifat Cahaya dan Proses Pembentukan Bayangan
1. Sifat-Sifat Cahaya
Kamu perlu mengetahui dan memahami sifat-sifat cahaya agar dapat mengenali cahaya. Cahaya memiliki beberapa sifat, yaitu merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan, dan merupakan gelombang elektromagnetik.
a. Cahaya Merambat Lurus
Pernahkah kamu menyalakan lilin atau lampu di tempat gelap? Jika lilin atau lampu dinyalakan akan dihasilkan cahaya yang dapat menerangi tempat yang gelap. Tahukah kamu bagaimanakah arah rambatan cahaya tersebut? Agar mengetahuinya lakukan kegiatan berikut!
Aktivitas 11.1 Perambatan Cahaya
Ayo, Kita Lakukan
Apa yang kamu perlukan? 1. Lampu atau lilin
2. Kertas 3. Gunting
Apa yang harus kamu lakukan?
1. Lakukan percobaan ini di tempat gelap atau remang-remang. 2. Lubangi kertas pada bagian tengahnya!
3. Susunlah set percobaan seperti pada Gambar 11.2. Mintalah bantuan temanmu untuk memegang kertas!
4. Nyalakan lampu/lilin. Amati nyala lilin tersebut dengan posisi lubang pada kedua kertas dalam satu garis lurus dengan mata seperti pada Gambar 11.2!
5. Apa yang terjadi jika kedua lubang pada kertas tersebut dan mata tidak berada dalam satu garis lurus?
Pengamat Kertas
Lilin
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.2 Set Percobaan Perambatan Cahaya Apa yang dapat kamu simpulkan?
Berdasarkan percobaan yang telah kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan?
b. Cahaya dapat Dipantulkan
Apakah kamu dapat membedakan benda-benda berdasarkan warnanya? Apa yang menyebabkan demikian? Cahaya memiliki sifat dapat dipantulkan jika menumbuk suatu permukaan bidang. Pemantulan yang terjadi dapat berupa pemantulan baur dan pemantulan teratur. Pemantulan baur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang tidak rata, seperti aspal, tembok, dan batang kayu. Pemantulan teratur terjadi jika cahaya dipantulkan oleh bidang yang rata, seperti cermin datar. Pada pemantulan baur dan pemantulan teratur, sudut pantulan cahaya besarnya selalu sama dengan sudut datang cahaya (perhatikan Gambar 11.3).
Pemantulan Baur (Difus)
Pemantulan Teratur Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.3 Pemantulan Baur dan Pemantulan Teratur
Hal tersebut adalah sesuai dengan hukum pemantulan cahaya yang dikemukakan oleh Snellius. Snellius menambahkan konsep garis normal yang merupakan garis khayal yang tegak lurus dengan bidang pantul. Garis normal berguna untuk mempermudah kamu menggambarkan pembentukan bayangan oleh cahaya. Snellius mengemukakan bahwa:
(1) Sinar datang garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
(2) Besar sudut datang sama dengan besar sudut pantul (∠i = ∠r).
∠i ∠r
Garis normal
Sinar datang
Sinar pantul
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.4 Proses Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar
Kemampuan kamu untuk membedakan warna, tidak terlepas dari sifat cahaya. Cahaya yang mengenai benda sebagian akan dipantulkan
cahaya yang mengenai benda terlihat berwarna merah. Hal ini berarti spektrum cahaya merah akan dipantulkan oleh benda, sedangkan spektrum warna lainnya akan diserap oleh benda tersebut.
Ayo, Kita Selesaikan
1. Pada gambar di bawah ini, manakah yang menunjukkan sudut datang dan sudut pantul?
∠a
∠b ∠c
∠d
Sinar datang Garis normal Sinar pantul
Bidang pantul
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.5 Posisi Sudut Datang dan Sudut Pantul
2. Jika sudut datang sebesar 30°, berapakah besar sudut pantul yang terbentuk?
c. Cahaya dapat Dibiaskan
Bagaimana cahaya dapat dibiaskan? Untuk mengetahuinya ayo lakukan aktivitas berikut.
Aktivitas 11.2 Mengapa Sendok Terlihat Bengkok?
Ayo, Kita Lakukan
Apa yang kamu perlukan? 1. Sendok
Apa yang harus kamu lakukan? 1. Isi gelas dengan air hingga terisi 34 gelas!
2. Masukkan sendok ke dalam air dengan posisi seperti pada Gambar 11.6!
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.6 Set Percobaan Pembiasan
3. Amati bentuk sendok yang berada di atas air dan di dalam air!
Apa yang perlu kamu diskusikan?
1. Apa yang terjadi pada sendok? Mengapa peristiwa tersebut dapat terjadi? Jelaskan!
2. Mengapa cahaya dibiaskan saat melalui medium yang berbeda kerapatannya?
3. Gambarkan diagram yang dapat menjelaskan proses terjadinya pembiasan pada sendok!
Apa yang dapat kamu simpulkan?
Berdasarkan percobaan dan diskusi yang telah kamu lakukan, apa yang dapat kamu simpulkan?
Cahaya akan dibiaskan ketika melalui dua medium yang memiliki kerapatan optik yang berbeda. Kecepatan cahaya akan menurun saat dari udara memasuki air atau medium yang lebih rapat. Semakin besar perubahan kecepatan cahaya saat melalui dua medium yang berbeda, akan semakin besar pula efek pembiasan yang terjadi. Namun, pembiasan tidak akan terjadi saat cahaya masuk dengan posisi tegak lurus bidang batas kedua medium.
Kaca Udara
Sinar datang Garis normal
θ1 θ2 v2 v1 A B Sinar bias (a) (b)
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.7 (a) Pembiasan Berkas Cahaya, (b) Pembiasan pada Sendok di dalam Gelas Berisi Air
Ayo, Kita Pahami
Kamu pasti pernah melihat bayang-bayang benda. Apa sebenarnya bayang-bayang itu? Bayang-bayang terjadi sebagai akibat cahaya merambat pada garis lurus. Bayang-bayang merupakan suatu daerah gelap yang terbentuk pada saat sebuah benda menghalangi cahaya yang mengenai suatu permukaan. Jika sumber cahaya cukup besar, bayang-bayang sering terdiri atas dua bagian.
Apabila cahaya tersebut terhalang seluruhnya, terbentuklah umbra, yaitu bagian pertama bayang-bayang yang sangat gelap. Daerah di luar umbra menerima sebagian cahaya, terbentuklah penumbra, yaitu bagian kedua bayang-bayang yang terletak di luar umbra dan tampak berwarna abu-abu kabur.
d. Cahaya merupakan Gelombang Elektromagnetik
Bayangkan saat ini kamu sedang berdiri di tepi pantai. Pada saat itu kamu melihat ombak yang sangat besar sedang melaju menuju ke arah kamu. Deburan ombak tersebut hanya memindahkan sejumlah energi dengan memindahkan mediumnya (air laut) karena angin. Hal ini dibuktikan dengan terdengarnya suara ombak (energi gerak menjadi bunyi). Berbeda dengan gelombang laut, cahaya dapat mentransfer
medium. Gelombang cahaya terbentuk karena adanya perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik, sehingga merupakan gelombang elektromagnet.
Salah satu fenomena yang dapat membuktikan bahwa cahaya itu mampu mentransfer energi adalah saat lilin yang dinyalakan di sebuah ruang yang gelap dan kemudian lilin tersebut dapat menerangi ruangan. Contoh lainnya adalah matahari yang memancarkan gelombang cahayanya melalui ruang angkasa (tanpa medium). Gelombang cahaya matahari memancar ke segala arah sampai ke bumi meskipun melalui ruang hampa udara. Hal ini berarti gelombang cahaya dapat merambat pada ruang kosong (hampa udara) tanpa adanya materi. Berdasarkan frekuensinya, gelombang elektromagnetik ada bermacam-macam.
Berikut klasiikasi gelombang elektromagnetik yang dikenal dengan
spektrum elektromagnetik.
Sinar
Gamma Sinar-X Sinar UV Inframerah
Gelombang mikro Gelombang radio Cahaya tampak Panjang gelombang (nm) 380 400 500 600 700 750 10-5 nm 10-3 nm 1 nm 103 nm 106 nm 1 m 103 m Panjang gelombang semakin pendek
Energi semakin besar
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 11.8 Spektrum Elektromagnetik
Sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah bagian yang sangat kecil dari spektrum elektromagnetik. Agar mudah memahaminya, perhatikan Gambar 11.8 yang menunjukkan spektrum
gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang cahaya tampak berkisar antara 400 nm sampai 700 nm, yang besarnya seratus kali lebih kecil daripada lebar rambut manusia. Warna cahaya yang dapat kamu lihat tergantung pada panjang gelombang dari gelombang cahaya yang masuk ke mata.
Misalnya seperti cahaya hijau yang memiliki panjang gelombang sekitar 500 nm akan dapat terlihat apabila benda-benda yang berwarna hijau menyerap semua spektrum cahaya yang memiliki panjang gelombang kurang dari 500 nm dan lebih dari 500 nm, serta hanya memantulkan spektrum cahaya yang memiliki panjang gelombang 500 nm saja. Berdasarkan penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa sebuah benda hanya akan memantulkan spektrum cahaya yang warnanya sama dengan warna permukaan benda tersebut, sehingga kita dapat mengindrai dengan tepat warna-warna benda tersebut.
Ayo, Kita Selesaikan
Setelah kamu mengamati Gambar 11.8 tentang spektrum elektromagnetik, berapakah panjang gelombang cahaya merah dan biru?
