CAHAYA DAN OPTIKA
CAHAYA DAN OPTIKA
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut foton. Kedua definisi tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indra penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.
Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fase cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris(en:geometrical optics) dan optika fisis (en:physical optics).
Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan memicu serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar katode, tahun 1859 dengan teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit, teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E.
Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang.
Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.
Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.
Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang antara 4 x 10-7 m hingga 7,6 x 10-7 m. Menurut Maxwell, cahaya adalah rambatan gelombang dari hasil kombinasi medan magnetik dan medan listrik yang disebut gelombang elektromagnetik. Jenis gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal karena arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya. Sifat-sifat cahaya dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Cahaya dapat merambat pada ruang hampa
Cahaya matahari sampai ke bumi melewati ruang hampa. Oleh harena itu kita bisa merasakan panasnya matahari. Seandainya cahaya tidak bisa merambat pada ruang hampa, tentu di bumi akan kedinginan dan tidak ada kehidupan.
2. Cahaya mengikuti garis lurus atau merambat lurus
Pada saat kita menyalakan lampu senter, maka lampu senter tersebut akan mengarah lurus. Hal ini dimanfaatkan pada sinar laser. Pada senjata yang dilengkapi dengan sinar laser merah, sinar laser tersebut diarahkan kepada lawan. Fungsi sinar laser merah tersebut berfungsi sebagai penentu arah tembak senjata.
3. Cahaya dapat menembus benda bening
Pada saat senter yang telah kita nyalakan diarahkan pada plastik yang bening, maka cahaya terlihat tembus. Demikian juga lampu pada akuarium, kita akan melihat dengan jelas ikan yang di akuarium. Jika cahaya mengenai benda yang hitam atau tidak tembus cahaya maka akan timbul bayangan. Misalnya pada waktu siang hari berjalan, maka kita akan melihat bayangan kita.
4. Cahaya dapat dipantulkan (refleksi)
Cahaya bisa dipantulkan secara teratur dan tidak teratur. Ketika cahaya mengenai benda yang permukaannya datar dan mengkilap, maka cahaya akan dipantulkan secara teratur. Contohnya cahaya mengenai kaca, maka akan dipantulkan secara teratur. Sudut datang cahaya sama dengan sudut pantul cahaya. Pemantulan tidak teratur sering disebut dengan pemantulan baur atau difus. Pemantulan tidak teratur terjadi ketika cahaya mengenai benda yang permukaannya kasar, bergelombang, dan tidak mengkilap. Contohnya cahaya mengenai permukaan aspal, pemukaan air, dan permukaan batu.
5. Cahaya memiliki energi dalam bentuk radiasi.
Cahaya matahari yang mengenai tubuh, maka akan terasa panas. Demikian juga pada waktu siang hari di rumah kita akan terasa panas. Itulah radiasi panas dari cahaya matahari
6. Cahaya dapat dibiaskan
Cahaya dapat dibiaskan ketika cahaya tersebut melewati dua medium yang berbeda. Misalnya pada kasus sebatang pensil yang dicelupkan di dalam gelas yang berisi air. Dari samping, akan terlihat pensil patah. Padahal pensil tidak patah. Kemudian contoh pembiasan pada kolam renang yang dalam akan terlihat dangkal. Jika cahaya merambat dari medium yang kurang rapat (udara) menuju medium yang lebih rapat (contohnya air) maka akan dibiaskan mendekati garis normal.
7. Cahaya dapat diuraikan
Cahaya matahari merupakan cahaya polikromatik yang artinya banyak warna, jika cahaya matahari tersebut melewati sebuah prisma segitiga maka cahaya matahari akan diuraikan menjadi warna seperi warna pelangi yaitu MEJIKUHIBINIU. Misalnya warna merah atau warna kuning tersebut warna monokromatik. Warna monokromatik tidak dapat diuraikan lagi menjadi warna cahaya lainnya. Contoh penguraian cahaya dalam kehidupans sehari-hari adalah terjadi pelangi. Titik-titik air yang sangat banyak ketika setelah hujan akan terkena cahaya sehingga cahaya tersebut melewati titik-titik air seperti melewati prisma raksasa. Dan terbentuklah warna pelangi yang sangat indah.
8. Cahaya termasuk gelombang transversal
Bentuk gelombang cahaya sama dengan gelombang transversal pada tali yang digeraka-gerakan.
Cermin merupakan suatu benda yang sangat halus dan mampu memantulkancahaya. Cermin adalah benda yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang datang. Cermin terdiri dari 3 jenis yaitu cermin datar, cermin cembung, dan cermin cekung.
Cermin datar, adalah cermin yang permukaan pantulnya berupa bidang datar. Permukaan cermin datar sangat halus dan memiliki permukaan yang datar pada bagian pemantulannya, biasanya terbuat dari kaca. Di belakang kaca dilapisi logam tipis mengilap sehingga tidak tembus cahaya.
Cermin cembung, merupakan cermin konveks atau cermin negative. Pada cermin cembung, bagian mukanya berbentuk seperti kulit bola, tetapi bagian muka cermin cembung melengkung ke luar. Titik fokus cermin cembung berada di belakang cermin sehingga bersifat maya dan bernilai negatif. Cermin cembung memiliki sifat menyebarkan sinar(divergen). Jika sinar-sinar pantul pada cermin cembung diperpanjang pangkalnya, sinar akan berpotongan di titik fokus (titik api) di belakang cermin. Pada perhitungan, titik api cermin cembung bernilai negatif karena bersifat semu.
Cermin cekung, merupakan cermin konkaf atau cermin positif. Cermin cekung memiliki permukaan pemantul yang bentuknya melengkung atau membentuk cekungan. Garisnormal pada cermin cekung adalah garis yang melalui pusat kelengkungan, yaitu di titik M atau 2F. Sinar yang melalui titik ini akan dipantulkan ke titik itu juga. Cermin cekung bersifat mengumpulkan sinar pantul atau konvergen. Ketika sinar-sinar sejajar dikenakan pada cermin cekung, sinar pantulnya akan berpotongan pada satu titik. Titik perpotongantersebutdinamakan titik api atau titik fokus (F). Ketika sinar-sinar datang yang melalui titik focus mengenai permukaan cermin cekung, ternyata semua sinar tersebut akan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama. Akan tetapi, jika sinar datang dilewatkan melalui titik M (2F), sinar pantulnya akan dipantulkan ke titik itu juga.
Lensa adalah benda tembus cahaya yag terdiri atas dua bidang lengkung atau satu bidangdatar dan satu bidang lengkung. Lensa cembung ( positif ) = konves, macam-macamnya:
1. Cembung cembung (bikonveks)
2. Cembung datar (plankonveks)
3, Cembung cekung (konkaf-konveks)
Lensa cekung (negative) = konkaf, macam-macamnya:
1. Cekung cekung (bikonkaf)
2. Cekung datar (plankonkaf)
3. Cekung cembung (konveks-konkaf)
Perbedaan antara lensa dan cermin adalah dari segi sifatnya terhadap cahaya ataupun bayangan. Cermin bersifat memantulkan cahaya (reflector) sedangkan lensa bersifat membiaskan atau meneruskan cahaya (refactor)
Untuk memahami lebih lanjut silahkan baca referensi-referensi yang ada atau modul tentang cahaya dan optika pada link berikut:
Tugas 14 (kelompok):
Tugas 14 (individu):
Selamat Mengerjakan, Semoga Sukses