Belajar IPA "CAHAYA"

CAHAYA

A.     PENGERTIAN CAHAYA

Dalam kehidupan sehari-hari, kamu pasti telah mengenal cahaya, seperti cahaya matahari dan cahaya lampu. Cahaya penting dalam kehidupan, sebab tanpa adanya cahaya tidak mungkin ada kehidupan. Jika bumi tidak mendapat cahaya dari Matahari, maka bumi akan gelap gulita dan dingin sehingga tidak mungkin ada kehidupan. Para ahli telah meneliti cahaya untuk mengetahui sifat-sifatdan karakteristik cahaya. Ada dua pendapat mengenai cahaya, yaitu cahaya dianggap sebagai gelombang dan cahaya dianggap sebagai partikel. Setiap pendapat ini mempunyai alasan masing-masing dan keduanya telah dibuktikan secara eksperimen.

Isaac Newton menyatakan bahwa cahaya adalah partikel-partikel kecil yang disebut korpuskel. Bila suatu sumber cahaya memancarkan cahaya maka partikel-partikel tersebut akan mengenai mata dan menimbulkan kesan akan benda tersebut.

Huygens menyatakan bahwa cahaya merupakan gelombang, karena sifat-sifat cahaya mirip dengan sifat-sifat gelombang bunyi. Perbedaan antara gelombang cahaya dan gelombang bunyi terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.

Maxwell menyatakan bahwa sesungguhnya cahaya merupakan gelombang elektromagnetik karena kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya, yaitu sebesar 3 × 10⁸ m/s. Gelombang elektromagnetik tercipta dari perpaduan antara kuat medan listrik dan kuat medan magnet yang saling tegak lurus. Gelombang elektromagnetik juga termasuk gelombang transversal, yang ditunjukkan dengan peristiwa polarisasi.

Berdasarkan penelitian-penelitian lebih lanjut, cahaya merupakan suatu gelombang elektromagnetik yang dalam kondisi tertentu dapat berkelakuan seperti suatu partikel. Seperti telah dibahas pada bab sebelumnya bahwa gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium untuk merambat. Sehingga cahaya dapat merambat tanpa memerlukan medium. Oleh karena itu, cahaya matahari dapat sampai ke bumi dan memberi kehidupan di dalamnya. Cahaya merambat dengan sangat cepat, yaitu dengan kecepatan3 × 108 m/s, artinya dalam waktu satu sekon cahaya dapat menempuh jarak 300.000.000 m atau 300.000 km.

B.     SIFAT-SIFAT CAHAYA

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Karenanya cahaya memiliki sifat-sifat umum dari gelombang, antara lain:

1. Dalam suatu medium homogen (contoh: udara), cahaya merambat lurus. Perambatan cahaya disebut juga sebagai sinar. Cahaya yang dipancarkan oleh sebuah sumber cahaya merambat ke segala arah. Bila medium yang dilaluinya homogen, maka cahaya merambat menurut garis lurus. Bukti cahaya merambat lurus tampak pada berkas cahaya matahari yang menembus masuk ke dalam ruangan yang gelap. Demikian pula dengan berkas lampu sorot pada malam hari. Berkas-berkas itu tampak sebagai batang putih yang lurus.

 

1. Pada bidang batas antara dua medium (contoh: bidang batas antara udara dan air), cahaya dapat mengalami pemantulan atau pembiasan.
2. Jika melewati celah sempit, dapat mengalami lenturan.
3. Dapat mengalami interferensi.
4. Dapat mengalami polarisasi.

Setiap benda yang dapat memancarkan cahaya sendiri disebut sumber cahaya, contohnya: matahari, bintang, lampu, lilin, dan lain-lain. Sedangkan, benda-benda yang tidak dapat memancarkan cahaya disebut benda gelap.

C.     PEMANTULAN CAHAYA

Pemantulan cahaya ada dua macam, yaitu pemantulan teratur dan pemantulan baur.

Pemantulan teraturterjadi pada permukaan pantul yang mendatar atau rata. Ketika seberkas cahaya mengenai permukaan pantul yang rata, seluruh cahaya yang datang akan dipantulkan dengan arah yang teratur. Pemantulan teratur bersifat menyilaukan, namun ukuran bayangan yang terbentuk sesuai dengan ukuran benda. Pemantulan teratur biasa terjadi pada cermin. Cermin merupakan alat yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang mengenainya. Cermin ada tiga macam, yaitu cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung.

Pemantulan baurterjadi pada permukaan pantul yang tidak rata, misalnya dinding dan kayu. Ketika cahaya mengenai permukaan pantul yang tidak rata maka cahaya tersebut dipantulkan dengan arah yang tidak beraturan. Pemantulan baur dapat mendatangkan keuntungan sebagai berikut.1. Tempat yang tidak terkena cahaya secara langsung masih terlihat terang.2. Berkas cahaya pantulnya tidak menyilaukan.

1.      Pemantulan pada cermin datar

Pada cermin datar sinar datang yang sejajar garis normal akan dipantulkan dengan arah yang sama, sedangkan sinar yang datang dengan sudut i akan dipantulkan dengan sudut pantul i‘, dimana besarnya i = i‘. Sinar pantul kemudian diperpanjang sehingga saling berpotongan. Sifat bayangan yang dihasilkan oleh cermin datar adalah maya, tegak, dan sama besar. Bayangan yang terbentuk pada cermin datar bersifat maya atau semu. Disebut bayangan maya karena bayangan tersebut dibentuk melalui perpanjangan sinar-sinar cahaya. Bila bayangan tersebut dibentuk langsung oleh sinar-sinar cahaya, tanpa ada perpanjangan sinar, disebut bayangan nyata. Jadi, dapat disimpulkan bahwa sifat bayangan pada cermin datar adalah sebagai berikut:

• Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin.
• Tinggi (besar) bayang sama dengan tinggi (besar) benda
• Maya (semu)
• 

Gambar 4. Pemantulan kupu-kupu pada cermin datar

Bila kita amati suatu benda melalui sebuah cermin, maka kita akan melihat objek asli dengan bayangannya benar-benar mirip, tingginya sama, jaraknya sama hanya bagian kiri terbalik menjadi bagian kanan

2.      Pemantulan pada cermin cekung

Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen. Ketika sinar-sinar sejajar dikenakan pada cermin cekung, sinar pantulnya akan berpotongan pada satu titik. Titik perpotongan tersebut dinamakan titik api atau titik fokus (F).

Pada cermin cekung terdapat tiga sinar istimewa seperti ditunjukkan pada gambar  berikut.

1)      Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus.
2)      Sinar datang melalui titik fokus, akan dipantulkan sejajar sumbu utama.
3)      Sinar datang melalui pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan cermin
4)      Berkas sinar datang dengan arah sembarang akan dipantulkan sedemikian sehingga sudut datang sama dengan sudut pantul.

Untuk membentuk bayangan sebuah benda yang terletak di depan cermin cekung, kita cukup menggunakan dua buah berkas sinar istimewa di atas. Pembentukan bayangan benda pada cermin cekung antara lain:

1)      Benda terletak antara F dan O(ruang 1)		Sifat bayangan yang terbentuk adalah tegak, maya, diperbesar, terletak sebelum titik O(ruang 4)
2)      Benda terletak pada titik F		Tidak akan terbentuk bayangan atau bayangan ada di tak hingga.
3)      Benda terletak antara F dan P(ruang 2)		Sifat bayangan yang terbentuk adalah terbalik, nyata, diperbesar, terletak setelah titik P
4)      Benda terletak pada titik P		Sifat bayangan yang terbentuk adalah terbalik, nyata, sama besar, terletak pada titik P
5)      Benda terletak setelah titik P		Sifat bayangan yang terbentuk adalah terbalik, nyata, diperkecil, terletak antara F dan P.

3.      Pemantulan pada cermin cembung

Cermin cembung memiliki sifat yang dapat menyebarkan cahaya (divergen). Dengan demikian, jika terdapat berkasberkas cahaya sejajar mengenai permukaan cermin cembung, maka berkas-berkas cahaya pantulnya akan disebarkan dari satu titik yang sama.

Gambar 6. Cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya

Pada cermin cembung berlaku hukum pemantulan sinar istimewa, yaitu sebagai berikut:

1)      Berkas sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus (F).
2)      Berkas sinar datang menuju titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
3)      Berkas sinar datang menuju pusat kelengkungan (P) akan dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari pusat kelengkungan (P).
4)      Berkas sinar datang dengan arah sembarang akan dipantulkan sedemikian sehingga sudut datang sama dengan sudut pantul.

Untuk membentuk bayangan sebuah benda yang terletak di depan cermin cembung, kita cukup menggunakan 2 buah berkas sinar istimewa di atas. Bayangan benda pada cermin cembung selalu berada antara titik O dan F. Perhatikan gambar berikut!

Benda berada di depan cermin cembung

Sifat bayangan selalutegak, maya, diperkecil,terletak di antara titik O dan titik F

4.      Hubungan antara Jarak Benda, Jarak Bayangan, dan Jarak Fokus

Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan fokus adalah sebagai berikut:

1/f=1/s+1/s’

dengan:            s  = jarak benda ke cermin

s’ = jarak bayangan ke cermin

f   = jarak fokus

Pada cermin cekung, titik fokus (f) bernilai positif. Jika s’ yang dihasilkan bernilai negatif, maka bayangan yang terbentuk adalah maya.  Sedangkan, cermin cembung memiliki titik fokus (f) negatif.

Bayangan benda yang dibentuk oleh cermin cermin cekung dapat lebih besar atau lebih kecil dari ukuran bendanya. Sedangkan, bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung selalu lebih kecil dari ukuran bendanya. Jika ukuran bayangan yang terbentuk lebih besar dari ukuran bendanya, maka dikatakan bayangan diperbesar. Sebaliknya, jika bayangan yang terbentuk lebih kecil dari

ukuran bendanya, maka dikatakan bayangan diperkecil. Perbandingan antara tinggi bayangan dengan tinggi benda disebut perbesaran bayangan yang dirumuskan sebagai berikut:

                                        M=h’/h=s’/s

dengan:            M = perbesaran bayangan

h = tinggi benda

h’ = tinggi bayangan