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.
2) Pada bidang batas antara dua medium (contoh: bidang batas antara udara dan air), cahaya dapat mengalami pemantulan atau pembiasan.
3) Jika melewati celah sempit, dapat mengalami lenturan.
4) Dapat mengalami interferensi.
5) 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.
A. Pemantulan Cahaya
Pemantulan cahaya oleh permukaan suatu benda bergantung pada keadaan permukaan benda tersebut. Benda dengan permukaan yang rata (contoh: cermin), memantulkan cahaya dengan teratur. Sedangkan, benda dengan permukaan yang tidak rata atau kasar, memantulkan cahaya dengan tidak teratur atau baur.
Pemantulan cahaya pada permukaan rata diamati pertama kali oleh seorang ilmuwan Belanda yang bernama Willebrord Snellius. Kita dapat melakukan pengamatan serupa dengan menggunakan sumber cahaya dan cermin datar yang diletakkan di atas selembar kertas putih polos. Sinar yang keluar dari sumber cahaya disebut sinar datang, sinar yang dipantulkan oleh cermin datar disebut sinar pantul, dan garis yang tegak lurus dengan cermin disebut garis normal.
Dari pengamatan, kita peroleh hukum pemantulan cahaya, yaitu:
1) Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
2) Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r).
Untuk selanjutnya, setiap ditemukan kata ‘pemantulan’, maka yang dimaksud adalah pemantulan teratur yang memenuhi hukum pemantulan cahaya.
Benda gelap yang dapat memantulkan hampir seluruh cahaya yang diterimanya adalah cermin. Berdasarkan bentuk permukaannya, ada dua jenis cermin, yaitu cermin datar dan cermin lengkung.
Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar
Sifat bayangan pada cermin datar adalah sebagai berikut:
a) Bersifat semu (maya), karena bayangan yang terbentuk berada di belakang cermin. Bayangan semu (maya), yaitu bayangan yang terjadi karena pertemuan perpanjangan sinar-sinar cahaya. Sedangkan, bayangan nyata adalahbayangan yang terjadi karena pertemuan langsung sinar-sinar cahaya (bukan perpanjangannya).
b) Tegak dan menghadap ke arah yang berlawanan terhadap cermin.
c) Tinggi benda sama dengan tinggi bayangan dan jarak benda terhadap cermin sama dengan jarak bayangan terhadap cermin.
Jika dua buah cermin diletakkan sedemikian rupa sehingga membentuk sudut tertentu dan diletakkan sebuah benda di antara kedua cermin tersebut, maka bayangan yang dibentuk oleh cermin satu merupakan benda bagi cermin yang lain.
2. Pemantulan Cahaya pada Cermin Lengkung
Cermin lengkung adalah cermin yang permukaan pantulnya berupa bidang lengkung. Cermin lengkung dibagi menjadi dua jenis, yaitu cermin cekung (cermin konkaf atau cermin positif) yang permukaan pantulnya merupakan bidang cekung, dan cermin cembung (cermin konveks atau cermin negatif) yang permukaan pantulnya merupakan bidang cembung. Berbeda dengan cermin datar, pada cermin lengkung, bayangan yang terbentuk bisa merupakan bayangan maya atau nyata. Selain itu, bayangan yang terbentuk dapat mengalami perbesaran. Jika perbesarannya antara 0 dan 1, maka bayangannya menjadi makin kecil. Namun, jika perbesarannya lebih dari 1, maka bayangannya menjadi makin besar.
a. Cermin Cekung
Cermin cekung memiliki sifat yang dapat mengumpulkan cahaya (konvergen). Dengan demikian, jika terdapat berkas- berkas cahaya sejajar mengenai permukaan cermin cekung, maka berkas-berkas cahaya pantulnya akan melintasi satu titik yang sama.
Seperti halnya pada cermin datar, pada cermin lengkung berlaku hukum pemantulan cahaya. Pada cermin cekung berlaku hukum pemantulan sinar istimewa, yaitu sebagai berikut:
1) Berkas sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus (F).
2) B erkas sinar datang melalui titik fokus (F) akandipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
3) Berkas sinar datang melalui pusat kelengkungan (P) akan dipantulkan kembali melalui 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 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
Sifat bayangan yang terbentukadalah tegak, maya, diperbesar, terletak sebelum titik O
2) Benda terletak pada titik F
Tidak akan terbentuk bayangan atau bayangan ada di tak hingga.
3) Benda terletak antara F dan P
Sifat bayangan yang terbentuk adalah terbalik, nyata, diperbesar, terletak setelah titik P
4) Benda terletak pada titik P
Sifat bayangan yang terbentuk adalahterbalik, 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.

b. Cermin Cembung
Cermin cembung memiliki sifat yang dapat menyebarkan cahaya (divergen). Dengan demikian, jika terdapat berkas- berkas cahaya sejajar mengenai permukaan cermin cembung, maka berkas-berkas cahaya pantulnya akan disebarkan dari satu titik yang sama.
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) B erkas sinar datang menuju titik fokus (F) akandipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
3) B erkas 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.


B. Pembiasan Cahaya
Sebagai gelombang elektromagnetik, cahaya akan dipantulkan atau dibiaskan saat melewati bidang batas antara dua medium. Saat cahaya dari udara melewati bidang batas antara air dan udara, maka sebagian kecil dari cahaya akan dipantulkan dan sisanya akan diteruskan. Karena terdapat perbedaan kerapatan optik antara udara dan air, maka arah berkas cahaya yang datang dari udara tidak akan sama dengan arah berkas cahaya di dalam air. Karena hal tersebut, maka cahaya akan dibelokkan. Peristiwa ini disebut pembiasan. Sedangkan, rapat optik adalahsifat dari medium tembus cahaya (zatoptik) dalam melewatkan cahaya.
Kerapatan optik yang berbeda pada dua medium, menyebabkan cepat rambat cahaya pada kedua medium tersebutberbeda. Perbandingan antara cepat rambatcahaya pada medium 1 dan medium 2disebut indeks bias. Jika medium 1 adalah ruang hampa, maka perbandingan antara cepat rambat cahaya di ruang hampa dan di sebuah medium disebut indeks biasmutlak medium tersebut.
1. Hukum P embiasan
Selain pemantulan, Willeboard Snellius juga melakukan eksperimen-eksperimen tentang pembiasan cahaya dan ia menemukan hubungan antara sinar datang dan sinar bias yang kemudian dikenal dengan Hukum Snellius, yaitu:
1) Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.
2) a) Jika sinar datang dari medium lebih rapat menuju medium yang kurang rapat, maka sinar akandibiaskan menjauhi garis normal.
b) Jika sinar datang dari medium kurang rapatmenuju medium yang lebih rapat, maka sinar akandibiaskan mendekati garis normal.
3) Perbandingan sinus sudut datang (i) dengan sinus sudutbias (r) merupakan suatu bilangan tetap. Bilangan tetap inilah yang sebenarnya menunjukkan indeks bias.
2. Pemantulan Total
Jika sinar datang dari medium lebih rapat menuju medium kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. Jika sudut sinar datang kita perbesar, maka sudut bias akan makin besar pula. Suatu saat, sudut bias akan sama dengan 90º. Hal ini berarti sinar dibiaskan sejajar dengan bidang antarmedium. Jika sudut sinar datang kita perbesar lagi, maka sinar datang tidak lagi di biaskan, akan tetapi dipantulkan. Peristiwa ini yang kita sebut dengan pemantulan total atau pemantulan sempurna.
Sinar datang dengan sudut i akan dibiaskan dengan sudut bias r. Jika sudut sinar datang diperbesar sampai i = θ, maka sinar akan dibiaskan sejajar dengan permukaan air (karena sudut datang θ menghasilkan sudut bias 900, maka θ disebut sudut batas). Jika sudut sinar datang lebih besar daripada sudut batas, maka sinar akan dipantulkan seluruhnya oleh permukaan air kembali ke dalam air. Contoh terjadinya pemantulan total adalah kemilau berlian, fatamorgana, dan serat optik.


3. Pembiasan pada Benda Optik
B enda optik adalah benda gelap yang meneruskan hampir seluruh cahaya yang mengenainya. Contoh benda optik yang istimewa adalah kaca planpararel, prisma, dan lensa.
a. Pembiasan pada Kaca Planparalel
Kaca planparalel adalah benda optik yang dibatasi oleh dua bidang yang rata dan sejajar.
Berkas sinar datang dari udara dengan indeks bias N
menuju kaca dengan indeks bias n dan membentuk sudut i, kemudian berkas sinar dibelokkan mendekati garis normal dengan sudut r. Sinar lalu diteruskan menuju udara kembali dengan membentuk sudut i’ dan dibiaskan menjauhi garis normal dengan sudut r’. Telihat bahwa berkas sinar yang datang dan berkas sinar yang keluar dari kaca planparalel sejajar.