Cahaya

a. Definisi Cahaya

Pada awalnya, secara teori cahaya dianggap sebagai sesuatu yang memancar pada mata sehingga menimbulkan sensasi penglihatan. Namun seiring perkembangan ilmu pengetahuan, diperoleh fakta bahwa kita dapat milhat benda karena dua hal, yaitu: (1) benda tersebut memancarkan cahaya, (2) benda tersebut memantulkan cahaya ke mata kita sehingga bisa terlihat. Kedua fakta tersebut benar, karena benda yang memancarkan cahaya sendiri itu merupakan sumber cahaya dan jika cahaya dari sumber tersebut memancar pada suatu benda dan memantul ke mata kita, maka kita akan dapat melihat benda tersebut.

Cahaya merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat oleh mata karena memiliki panjang gelombang dan frekuensi gelombang yang sesuai dengan kemampuan tangkapan mata kita, yaitu: 7.5x10-7 m – 4x10-7m dan 4x1014 Hz – 7.5x1014 Hz. Jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki nilai panjang gelombang dan frekuensi yang kurang atau lebih dari rentang tersebut tidak bisa dilihat oleh mata kita.

Gelombang elektromagnetik sendiri adalah gabungan gelombang listrik dan gelombang magnet yang tidak memerlukan medium untuk merambat. Gelombang elektromagnetik ini terdiri dari banyak jenis gelombang yang memiliki panjang gelombang dan frekuensi berbeda-beda dan membentuk spektrum (barisan/urutan). Gambar 1 menunjukkan spektrum gelombang elektromagnetik.

Spektrum Gelombang Elektromagnetik

Dapat kita lihat dari Gambar bahwa urutan jenis gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang paling pendek ke jauh (frekuensi paling tinggi ke rendah) adalah:

(1) Sinar gamma

(2) Sinar X

(3) Ultraviolet

(4) Visible light

(5) Inframerah

(6) Gelombang mikro

(7) Gelombang radio

Gelombang elektromagnetik yang membantu penglihatan kita sehari-hari disebut cahaya tampak (visible light), karena cahaya itu dapat terlihat langsung oleh mata telanjang. Dari Gambar pun terlihat bahwa cahaya tampak terdiri dari spektrum warna yang sudah kita kenal, seperti merah bergradasi ke oranye/jingga, kuning, hijau, biru, dan ungu. Tabel menunjukkan nilai panjang gelombang dan frekuensi warna dasar yang terdapat pada spektrum cahaya tampak.

Nilai Panjang Gelombang dan Frekuensi Warna pada Spektrum Cahaya Tampak

Itulah sebabnya kita dapat membedakan warna-warna benda di sekitar kita, karena benda tersebut memantulkan cahaya tampak ke mata kita dengan panjang gelombang suatu warna tertentu.

b. Sumber-sumber Cahaya

Sumber cahaya adalah materi yang dapat memancarkan cahaya. Sumber cahaya utama di Bumi ini adalah Matahari dan banyak sumber-sumber cahaya lain yang berfungsi sebagai sumber cahaya sekunder, baik yang alami maupun buatan manusia.

Sumber cahaya alami artinya cahaya tersebut muncul secara alami dan sudah tersedia di alam, contohnya:

(1) Matahari. Seperti yang sudah disampaikan sebelumnya Matahari merupakan sumber cahaya utama bagi Bumi. Matahari adalah bola api yang sangat besar. Cahaya Matahari diperoleh dari reaksi fusi nuklir yang terjadi di pusatnya. Reaksi ini mengasilkan energi yang sangat besar dalam bentuk panas dan cahaya. Energi panas dan cahaya ini dipancarkan sampai ke Bumi dan merupakan salah satu faktor utama di balik keberlanjutan kehidupan di Bumi.

(2) Bintang lainnya selain Matahari. Bintang merupakan benda langit yang dapat memancarkan cahaya sendiri. Namun karena jaraknya yang sangat jauh dari Bumi, maka energi dan cahayanya tidak banyak yang sampai ke Bumi. Kita hanya bisa melihat cahaya bintang-bintang itu dalam bentuk kerlipan di malam hari.

(3) Bulan. Meskipun tidak memancarkan cahaya sendiri, namun bulan secara alami memantulkan cahaya Matahari ke Bumi di malam hari. Sehingga langit akan terlihat terang ketika bulan purnama terjadi.

(4) Beberapa hewan/tumbuhan pun memiliki kemampuan menghasilkan cahaya sendiri. Kemampuan ini disebut bioluminescence. Cahaya hewan/tumbuhan Ini dihasilkan dari reaksi kimia tertentu dalam organisme. Beberapa contohnya adalah: kunang-kunang, ubur-ubur, cacing bercahaya, dan tanaman laut dalam.

(5) Fenomena alam lainnya juga bisa menghasilkan cahaya seperti kilat dan lava letusan gunung berapi.

Sumber cahaya buatan adalah sumber cahaya yang muncul karena dibuat oleh manusia, contohnya antara lain lilin, api unggun, lampu pijar, senter dan layar ponsel.

Dapatkah Anda menyebutkan contoh sumber cahaya lainnya?

c. Sifat-sifat atau Karakteristik Cahaya

Kita sudah mengetahui definisi cahaya dan sumber-sumber cahaya, lalu bagaimana sifat atau karakteristik cahaya itu? Apa manfaat sifat cahaya itu dalam kehidupan kita?

1) Cahaya merambat lurus

Jika kita menggunakan lampu senter untuk melihat suatu benda, kita akan melihat sinar dari lampu senter tersebut menyorot secara lurus langsung ke arah benda. Peristiwa ini merupakan salah satu bukti cahaya merambat dalam garis lurus.

Untuk memudahkan pembahasan mengenai sifat ini, terlebih dahulu kita mengenal tentang model berkas cahaya.

Menurut Giancoli (2001), model berkas cahaya adalah model yang menganggap bahwa cahaya berjalan dalam lintasan yang berbentuk garis lurus. Lintasan garis lurus ini disebut dengan berkas cahaya.

Terdapat tiga jenis berkas cahaya, yaitu:

(a) Berkas cahaya sejajar/paralel, berkas cahaya yang sejajar satu sama lain.

(b) Berkas cahaya divergen (memancar), berkas cahaya yang berasal dari satu sumber kemudian memancar ke segala arah.

Bentuk ketiga jenis berkas cahaya dapat dilihat pada Gambar

Jenis-jenis berkas cahaya: (a) Paralel, (b) Divergen, (c) Konvergen

Berkas cahaya pada semua sumber cahaya memancar ke segala arah dan termasuk berkas cahaya divergen. Namun sampai ke mata kita dengan menempuh lintasan lurus. Contohnya lampu yang dipasang di langit-langit rumah tanpa penutup, lampu tersebut memancarkan cahaya ke seluruh penjuru ruangan, tidak hanya dibagian bawah lampu saja.

Demikian pula dengan benda yang kita lihat, benda tersebut sebenarnya memantulkan berkas cahaya ke segala arah. Meskipun berkas cahaya meninggalkan banyak titik pada benda di banyak arah, namun pantulan cahaya yang sampai ke mata kita hanya sebagian kecil saja, yaitu berkas cahaya pada bagian yang merambat lurus di hadapan kita. Jika kita berpindah tempat, maka mata kita tidak lagi bisa melihat berkas cahaya yang tadi, melainkan melihat berkas cahaya yang dipantulkan dari bagian lain. Misalnya seperti yang ditampilkan pada Gambar 3.3, kita berada di depan bola, maka berkas cahaya yang sampai ke mata kita adalah berkas cahaya dari suatu titik di bagian depan bola dan kita hanya bisa melihat bagian depan bola. Ketika kita pindah ke belakang bola, maka berkas cahaya yang sampai ke mata kita adalah berkas cahaya dari satu titik di belakang bola dan kita hanya bisa melihat bagian belakang bola tidak lagi bagian depan bola.

Berkas cahaya datang dari berbagai titik pada benda. Sebagian berkas yang meninggalkan suatu titik terlihat memasuki mata manusia. (a) posisi depan, (b) ketika pindah ke posisi belakang

Ketidakmampuan kita melihat bagian benda yang berada tidak tepat dihadapan kita itu menunjukkan bahwa cahaya hanya dapat merambat lurus (bergerak sampai ke mata dalam lintasan garis lurus).

Karena cahaya dapat merambat, maka cahaya pasti memiliki kecepatan untuk merambat. Besar- kecilnya nilai kecepatan cahaya bergantung pada nilai frekuensi cahaya tersebut.

2) Cahaya dapat menembus benda bening

Ketika cahaya melalui suatu benda, ada tiga kemungkinan yang akan terjadi, yaitu: cahaya dapat menembus benda, sebagian cahaya dapat menembus benda, atau cahaya tidak dapat menembus benda. Kondisi tersebut menyebabkan adanya penggolongan benda berdasarkan kemampuannya ditembus oleh cahaya. Penggolongan tersebut adalah sebagai berikut.

(a) Benda bening (transparent), yaitu benda-benda yang dapat ditembus cahaya tanpa terganggu seperti benda tersebut tidak ada. Contohnya: kaca bening, papan akrilik bening.

(b) Benda semi-bening (translucent atau semi-transparent), yaitu benda-benda yang dapat mnembuskan sebagian cahaya yang melewatinya, sebagian energi cahaya diserap atau dipantulkan oleh benda. Contohnya: kaca buram, plastik mika.

(c) Benda gelap atau tak tembus cahaya (opaque), yaitu benda-benda yang tidak dapat dilewati oleh cahaya. Sebagian besar benda-benda di sekitar kita merupakan benda gelap. Contohnya: buku, papan triplek, dll. Ketika cahaya tidak dapat melewati/menembus suatu benda, akan memunculkan fenomena bayangan. Bayangan adalah daerah yang tidak dilewati berkas cahaya karena tertutupi benda gelap.

perbedaan benda bening, benda semi bening, dan benda gelap ketika dilewati cahaya

Contoh Fenomena Bayangan Benda

Bayangan akan terlihat dengan jelas jika benda berada dekat dengan tembok dan akan terlihat kabur jika posisi benda berada jauh dari tembok.

3) Cahaya dapat dipantulkan

Mayoritas benda-benda yang kita lihat di sekitar kita tidak memancarkan cahaya sendiri, melainkan memancarkan kembali cahaya yang mengenai permukaan benda tersebut. Peristiwa kembalinya pancaran cahaya ke medium tempat cahaya itu datang disebut pemantulan cahaya (Hewitt, 1993).

Ilustrasi Pemantulan Cahaya

Gambar mengilustrasikan definisi pemantulan cahaya menurut Hewit. Cahaya memancar dari suatu medium, misalkan udara dan kita beri simbol m1, ke suatu benda atau zat dengan medium yang berbeda, kita beri simbol m2. Ketika cahaya dapat dipancarkan kembali ke m1 setelah mengenai m2 saat itulah terjadi proses pemantulan cahaya oleh permukaan benda.

Berdasarkan bentuk permukaan benda, terdapat dua jenis pemantulan cahaya yang dapat terjadi, yaitu:

(1) Pemantulan teratur, yaitu pemantulan yang terjadi karena cahaya mengenai permukaan benda yang rata. Arah pantulannya teratur pada satu arah.

(2) Pemantulan baur, yaitu pemantulan yang terjadi karena cahaya mengenai permukaan benda yang kasar/ bergelombang/ tidak rata. Karena permukaannya tidak rata maka arah pantulannya ke segala arah.

Ilustrasi pemantulan teratur dan pemantulan baur terlihat pada Gambar

Pemantulan Teratur dan Pemantulan Baur

Proses pemantulan cahaya memenuhi suatu hukum alam yang disebut Hukum Pemantulan Cahaya, yang isinya adalah:

(1) Sinar datang, sinar pantul dan garis normal berada pada satu bidang datar yang sama.

(2) Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Misalkan cahaya datang menuju cermin datar, maka ilustrasi Hukum Pemantulan Cahayanya terlihat pada Gambar

Ilustrasi Hukum Pemantulan Cahaya

Analisis pemantulan cahaya digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja dan proses pembentukan bayangan pada cermin, baik itu cermin datar, cekung, maupun cembung.

4) Cahaya dapat dibiaskan

Selain dapat dipantulkan, cahaya dapat pula dibiaskan. Pembiasan cahaya adalah peristiwa dibelokaannya cahaya ketika melewati medium yang berbeda kerapatan optiknya. Ilustrasi pembiasa n cahaya ditampilkan pada Gambar

Berkas Cahaya pada Proses Pembiasan Cahaya

Lalu, mengapa pembelokan itu terjadi? Karena kecepatan cahaya akan menurun ketika memasuki medium yang kerapatan optiknya lebih besar. Semakin besar nilai kerapatan optik suatu medium, maka efek pembiasan yang terjadi pun akan semakin besar dan sinar bias akan semakin mendekati garis normal.

Salah satu fenomena pembiasan cahaya dapat kita temui ketika kita melihat sedotan yang dicelupkan ke dalam gelas berisi air bening. Dari samping gelas, sedotan akan terlihat seperti terpotong. Dapatkah Anda menyebutkan contoh lain dari persitiwa pembiasan cahaya?

Contoh Peristiwa Pembiasan Cahaya. Sedotan terlihat seperti terpotong.

Analisis pembiasan cahaya digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja dan proses pembentukan bayangan pada lensa (cembung dan cekung) serta alat optik lainnya.

5) Cahaya dapat diuraikan

Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, cahaya tampak yang memberikan efek pengelihatan pada mata kita sebenarnya terdiri dari berbagai warna dengan nilai panjang gelombang dan frekuensi berbeda-beda. Munculnya efek warna pada mata kita karena cahaya tampak itu memantulkan cahaya dengan nilai panjang gelombang dan frekuensi warna tertentu ke mata kita.

Cahaya tampak secara keseluruhan terlihat oleh mata kita berwarna putih. Jika cahaya putih ini melewati medium yang lebih rapat maka cahaya putih ini akan mengalami pembiasan. Karena cahaya putih terdiri dari banyak warna, maka masing-masing warna ini akan bergerak merambat dengan kecepatan masing-masing dan akan mengalami besar pembelokan yang berbeda-beda dan menghasilkan banyak efek pembiasan. Ketika cahaya putih mengalami banyak pembelokan, perbedaan warna cahaya akan lebih mudah terlihat seperti pada prisma yang terlihat pada Gambar. Proses pemisahan cahaya putih menjadi serangkaian warna sesuai nilai frekuensinya inilah yang disebut dengan penguraian cahaya (dispersi).

Dispersi Cahaya pada Prisma Segitiga

Salah satu contoh peristiwa dispersi adalah pelangi. Syarat dapat terlihatnya pelangi adalah sinar Matahari yang tidak terlalu terik menyinari langit satu daerah dan terjadi hujan di langit daerah yang berlawanan. Jika kita berada di antara daerah tersebut dan melihat ke langit daerah hujan, maka kemungkinan besar kita akan melihat pelangi. Warna-warna indah pelangi terbentuk dari proses penguraian cahaya Matahari oleh ribuan titik-titik air yang berfungsi seperti prisma. Ilustrasi berkas cahaya pada proses pembentukan pelangi terlihat pada Gambar

Proses Penguraian Cahaya pada Peristiwa Pelangi

Mari Mengenal Cahaya