Bab IV Cahaya

 Cahaya 

Cahaya merupakan energi yang berbentuk gelombang elektromagnetik. Energi tersebut merupakan energi kasat mata yang memiliki panjang gelombang 380–750 nm. Nah, gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Jadi, cahaya juga tidak memerlukan medium untuk merambat. 

Benda dikatakan sebagai sumber cahaya ketika benda-benda tersebut mampu memancarkan gelombang cahaya. Contohnya ialah matahari, api, lampu, dan lain-lain.

Selain benda yang memancarkan cahaya, ada juga benda gelap. Benda gelap merupakan benda tidak berpijar atau tidak memancarkan gelombang cahaya. Benda gelap dibagi menjadi 3 macam, yaitu benda tak tembus cahaya yang tidak dapat meneruskan cahaya, seperti dinding dan batu; benda bening yang dapat meneruskan cahaya, seperti kaca; dan benda tembus cahaya yang dapat meneruskan sebagian cahaya, seperti kertas buram dan air keruh.

Berkas cahaya digolongkan menjadi 3 macam:

1. Berkas cahaya yang menyebar (divergen) merupakan berkas cahaya yang berasal dari satu titik kemudian menyebar ke segala arah.
2. Berkas cahaya sejajar merupakan berkas cahaya yang sejajar satu sama lain.
3. Berkas cahaya mengumpul merupakan berkas cahaya yang menuju satu titik tertentu (konvergen).

Sifat-Sifat Cahaya

Cahaya memiliki beberapa sifat yang harus diketahui, yaitu:

1. Cahaya dapat merambat lurus
2. Cahaya dapat dipantulkan
3. Cahaya dapat menembus benda bening
4. Cahaya dapat dibiaskan
5. Cahaya dapat diuraikan

Sifat cahaya yang pertama ialah dapat merambat lurus. Hal ini memberikan keuntungan pada manusia sehingga manusia memanfaatkan sifat cahaya dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya ialah lampu senter dan lampu sorot kendaraan bermotor.

Sifat cahaya yang kedua ialah cahaya dapat dipantulkan. Ketika benda terkena cahaya, cahaya yang mengenai benda akan dipantulkan. Jenis pemantulan terbagi menjadi dua, yaitu pemantulan baur (pemantulan difus) dan pemantulan teratur.

Pemantulan teratur dan pemantulan baur. (Sumber: fismath.com)

Ketika cahaya mengenai permukaan rata, licin, dan mengilap, hasil pemantulannya akan teratur. Sedangkan, ketika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata, kasar, dan bergelombang, hasil pemantulannya akan baur/difus. Pemantulan cahaya dapat memberi manfaat pada manusia. Contohnya ialah manusia dapat melihat pantulan bayangannya di cermin.

Kaca yang bening dapat ditembus oleh cahaya. Ketika kaca yang bening tersebut dihalangi oleh benda lain yang tidak bening, cahaya tidak dapat menembusnya.

 Cahaya menembus benda bening. (Sumber: idschool.net)

Cahaya akan dibelokkan jika merambat melalui dua zat yang kerapatannya berbeda. Contohnya seperti udara dengan air. Peristiwa pembelokkan cahaya setelah melalui suatu medium rambat disebut dengan pembiasan cahaya.

Ilustrasi pembiasan. (Sumber: dosenpendidikan.com)

Penguraian cahaya putih menjadi berbagai cahaya berwarna disebut penguraian cahaya atau dispersi. Cahaya matahari sebenarnya tersusun atas berbagai cahaya berwarna, lho. Namun, mata kita melihat cahaya matahari berwarna putih. Contoh lain dari dispersi ialah pelangi.

A. Sifat Cahaya dan Proses Pembentukan Bayangan

1. Sifat-sifat Cahaya

Cahaya memiliki beberapa sifat, yaitu merambat lurus, dapat dipantulkan, dapat dibiaskan, dan merupakan gelombang elektromagnetik.

2. Pembentukan Bayangan pada Cermin

Salah satu kegiatan yang mungkin kamu lakukan sebelum berangkat ke sekolah adalah berdiri di depan cermin, untuk melihat apakah kamu sudah rapi atau belum. Bahkan sering kali dalam perjalanan, kamu ditemani cermin. Tahukah kamu bahwa cermin yang kamu pakai untuk berkaca setiap hari adalah sebuah cermin datar? Jika seberkas cahaya mengenai cermin datar maka cahaya tersebut dipantulkan secara teratur. Peristiwa pemantulan cahaya pada cermin datar menyebabkan pembentukan bayangan benda oleh cermin.

Bayangan pada cermin datar bersifat maya. Titik bayangan dihasilkan dari perpotongan sinar-sinar pantul yang digambarkan oleh garis putus-putus.

Hukum pemantulan yang menyatakan besar sudut datang sama dengan sudut pantul, berlaku pula untuk cermin cekung. Pada cermin cekung, garis normal adalah garis yang menghubungkan titik pusat lengkung cermin M dengan titik jatuhnya sinar. Garis normal pada cermin lengkung berubah-ubah, bergantung pada titik jatuh sinar. Misalnya, jika sinar datang dari K mengenai cermin cekung di B, maka garis normalnya adalah garis MB dan sudut datangnya adalah sudut KBM = ɑ. sesuai hukum pemantulan, maka sudut pantulan adalah sudut MBC = ɑ dan sinar pantulan adalah sinar BC.

3. Lensa

Lensa secara umum ada yang berbentuk cembung dan cekung. Jika dipegang, lensa cembung bagian tengahnya lebih tebal dari bagian pinggir. Lensa cekung bagian tengahnya lebih tipis dari bagian pinggirnya.

Pembentukan bayangan pada lensa cembung membutuhkan sekurang-kurangnya dua sinar istimewa. Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cembung bergantung pada posisi benda.

Sifat bayangan yang terbentuk pada lensa cekung bergantung pada posisi benda. Sifat bayangan pada lensa cekung dapat ditentukan melalui bantuan diagram sinar dan sinar-sinar istimewa. Selain melalui kegiatan di atas, sifat-sifat bayangan benda oleh lensa cekung juga dapat ditentukan melalui Dalil Esbach seperti pada lensa cembung.

Persamaan pada lensa cembung sama dengan persamaan pada lensa cekung. Hubungan antara jarak fokus (f), jarak bayangan (s'), dan jarak benda (s) adalah sebagai berikut.

Pembesarannya,

Pada lensa cembung, titik fokus bernilai positif (sama seperti pada cermin cekung), sedangkan pada lensa cekung, titik fokus bernilai negatif (sama seperti pada cermin cembung). Setiap lensa mempunyai kemampuan yang berbeda-beda dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar. Kemampuan lensa dalam mengumpulkan atau menyebarkan sinar disebut kuat lensa (D) dan memiliki satuan dioptri. Kuat lensa merupakan kebalikan dari panjang fokus. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut:

Dengan syarat f harus dinyatakan dalam meter (m). Jika f dalam sentimeter (cm) maka rumusnya menjadi:

B. Alat Optik dalam Kehidupan Sehari-hari

1. Kamera

Pada saat kamu mengambil gambar suatu benda dengan sebuah kamera, cahaya dipantulkan dari benda tersebut dan masuk ke lensa kamera. Kamera memiliki diafragma dan pengatur cahaya (shutter) untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam lensa. Dengan jumlah cahaya yang tepat akan diperoleh foto atau gambar yang jelas. Sementara itu, untuk memperoleh foto yang tajam dan tidak kabur perlu mengatur fokus lensa. Cahaya yang melalui lensa kamera tersebut memfokuskan bayangan benda pada film foto. Bayangannya nyata, terbalik, dan lebih kecil dari benda aslinya. Perhatikan prinsip kerja kamera sederhana ini dengan diagram cahaya lensa cembung. Ukuran bayangan tersebut bergantung pada panjang fokus lensa, dan jarak lensa itu pada flm tersebut. Jika  diperhatikan, bagian-bagian dari kamera memiliki kemiripan dengan mata.

2. Kaca Pembesar (Lup)

Seberapa besar suatu objek terlihat dengan mata, dan seberapa jelas kita dapat melihat bagian-bagian kecil pada objek tersebut? Hal ini bergantung pada ukuran bayangan objek pada retina. Ukuran bayangan bergantung pada sudut pada mata (lup) yang berhadapan dengan objeknya. Agar mata tidak mudah lelah saat menggunakan lup, letakkan benda tepat di titik fokus lup, sehingga mata tidak berakomodasi.

3. Mikroskop

Jika kamu akan melihat sel, jaringan pada penampang melintang batang tumbuhan, organisme mikroskopis seperti bakteri, alat apa yang akan kamu gunakan? Kamu pasti akan menggunakan mikroskop bukan? Tahukah kamu bagaimana prinsip kerja mikroskop? Mikroskop memiliki dua lensa utama, yaitu lensa okuler dan lensa objektif. Lensa okuler adalah lensa yang posisinya dekat dengan mata pengamat. Lensa objektif adalah lensa yang posisinya dekat dengan objek/benda yang sedang diamati.

Baik lensa okuler maupun lensa objektif merupakan lensa cembung yang memiliki fokus yang berbeda. Benda yang diamati ditempatkan pada sebuah kaca objek dan disinari dari bawah. Cahaya melalui lensa objektif dan membentuk bayangan nyata dan diperbesar. Bayangan itu diperbesar, sebab benda itu terletak di antara satu dan dua jarak fokus lensa objektif. Selanjutnya, bayangan nyata diperbesar lagi oleh lensa okuler untuk menghasilkan bayangan maya dan diperbesar. Susunan lensa seperti ini memungkinkan menghasilkan bayangan ratusan kali lebih besar dari objek aslinya.

4. Teleskop

Kamu tentunya pernah melihat bulan pada malam hari. Apakah kamu dapat melihat secara jelas permukaan bulan dengan menggunakan mata telanjang? Dengan menggunakan sebuah teleskop, kamu akan dapat melihat kawah dan ciri-ciri lain di permukaan bulan secara jelas. Teleskop dirancang untuk mengumpulkan cahaya dari benda-benda yang jauh. Teleskop dapat berupa teleskop bias dan teleskop pantul.

 Sumber: https://latiseducation.com/artikel/217/Cahaya-dan-Alat-Optik-IPA-Kelas-8

https://www.ruangguru.com/blog/mengenal-macam-macam-sifat-cahaya