Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Gelombang Cahaya: Pengertian, Gejala, dan Sifat-sifatnya

Secara umum cahaya diartikan sebagai gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat dengan mata manusia. Gelombang cahaya termasuk gelombang transversal. Gelombang cahaya memiliki frekuensi antara 4.10¹⁴ hertz (Hz) sampai dengan 7,5.10¹⁴ hertz (Hz). Sementara itu, panjang gelombang cahaya dituliskan dalam satuan nanometer (nm) karena nilainya yang sangat kecil. 

1 nm = 0,000000001 meter = 10⁻⁹ m 

Panjang gelombang cahaya tampak (visible light) di dalam ruang hampa, maupun di udara berkisar antara 750 nm (cahaya merah frekuensi rendah) sampai 400 nm (cahaya biru frekuensi tinggi).

Gambar 1. Cahaya tampak dalam spektrum gelombang elektromagnetik

Berdasarkan Gambar 1. terdapat dua hal penting yang perlu diingat, bahwa: 
  • Perbedaan warna cahaya tampak menunjukkan perbedaan frekuensi cahaya tersebut.
  • Cahaya putih merupakan gabungan semua frekuensi dalam spektrum cahaya tampak.
Di ruang hampa, cahaya memiliki kecepatan 300 juta m/s atau 3.10⁸ m/s yang disebut juga kecepatan cahaya (diberi lambang c). Perbedaan frekuensi cahaya, menyebabkan panjang gelombangnya berbeda juga. Semakin besar frekuensi cahaya, maka semakin kecil panjang gelombangnya. Besarnya panjang gelombang atau λ (dibaca lambda), dituliskan sebagai:$$\large \boxed {\mathrm{ \lambda} = \frac{c}{f}}$$
dengan:
f= frekuensi (hertz) 
c= kecepatan cahaya di ruang hampa (3.10⁸ m/s) 

Cahaya dihasilkan oleh sumber cahaya. Sumber cahaya misalnya api, lampu, matahari, atau tubuh hewan seperti kunang-kunang.
Gambar 2. Lampu sebagai sumber cahaya
Gelombang cahaya seperti halnya gelombang pada umumnya, dapat digambarkan dalam bentuk muka gelombang (wavefronts) dan sinar (rays). Misalnya, cahaya lampu pijar memiliki muka gelombang dengan bentuk speris mengarah keluar. Lihat Gambar 3(a) berikut.
Gambar 3. (a) Muka gelombang cahaya; (b) Sinar cahaya
Sementara itu, sinar cahaya ditunjukkan dengan garis panah yang menunjukkan arah cahaya merambat. Pada lampu pijar, sinar cahaya mengarah keluar menuju ke segala arah (Gambar 3(b)). Perhatikan gambar berikut. Apakah sifat cahaya yang teramati dari pemandangan ini?

Gambar 4. Perambatan cahaya

Pemantulan Cahaya

Apabila kita cermati, ketika kita berada di tepi sebuah kolam atau pantai air yang mengenai tepi pantai ternyata kembali lagi ke arah datangnya gelombang air tersebut. Ini merupakan contoh pemantulan pada gelombang air. Hal yang sama terjadi pada gelombang cahaya ketika menumbuk suatu permukaan benda. Selain merambat pada garis lurus, cahaya juga dapat dipantulkan. 

Ketika sinar matahari memasuki Bumi, sinar tersebut mengalami pemantulan oleh awan dan atmosfer Bumi. Begitu pula ketika cahaya matahari mengenai permukaan suatu benda maka benda tersebut memantulkannya hingga sampai pada mata kita. Pemantulan adalah kembalinya gelombang ke arah datangnya gelombang setelah gelombang menumbuk suatu penghalang. Pada peristiwa pemantulan, berlaku hukum pemantulan yang menyatakan bahwa: 
sudut datang = sudut pantul
i = r

Hukum pemantulan cahaya digambarkan dengan seberkas sinar seperti pada gambar berikut.
Gambar 5. Pemantulan cahaya pada bidang datar
Untuk memudahkan pengukuran sudut datang dan sudut pantul, maka dibuat garis normal. 
Garis normal merupakan garis imajiner yang tegak lurus dengan permukaan pantulnya. Sudut datang diukur dari sinar datang dan garis normal. Sedangkan sudut pantul diukur dari sinar pantul dan garis normal. 

Permukaan benda yang memantulkan cahaya sangat menentukan karakteristik pemantulannya. Jika cahaya datang pada permukaan yang datar maka cahaya akan dipantulkan secara sempurna. Namun, jika cahaya datang permukaan yang tidak rata maka, cahaya akan dipantulkan ke berbagai arah, sehingga menjadi tidak teratur. Pemantulan ini dinamakan pemantulan baur. Perhatikan perbedaan keduanya pada gambar berikut.
Gambar 6. (a) Pemantulan teratur, (b) pemantulan baur

Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar 

Pemantulan teratur dapat terjadi pada sebuah cermin datar. Ketika kita berdiri dan bercermin di depan cermin datar, kita dapat melihat secara utuh diri kita pada cermin tersebut. Bukankah besar dan tingginya pun sama? Proses pembentukan bayangan pada cermin datar dapat kita lihat pada Gambar 7. sebuah anak catur disimpan di depan sebuah cermin datar.
Gambar 7. Sinar datang yang mengenai cermin datar akan dipantulkan sesuai dengan hukum pemantulan.

Hukum pemantulan pada cermin datar yaitu: 
  • Sinar datang akan dipantulkan dengan besar sudut pantul sama dengan sudut datang. 
  • Sinar yang datang tegak lurus cermin akan dipantulkan tegak lurus cermin. 
Bayangan benda terbentuk dari perpanjangan sinar-sinar yang dipantulkan oleh cermin. Perpanjangan sinar-sinar ini bertemu di satu titik seolah-olah di belakang cermin. Namun, sebenarnya di belakang cermin tidak ada bayangan. Bayangan seperti ini dinamakan bayangan maya. Bayangan yang terbentuk pada cermin datar sifatnya yaitu sama besar, tegak, arah bayangan berkebalikan, maya, dan jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin. 

Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung

Cermin cembung adalah cermin yang bentuknya melengkung ke luar. Cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya (divergen). Dalam cermin cembung, ada tiga sinar istimewa yang dapat membantu dalam menentukan sifat bayangan yang terbentuk, yaitu: 
  • Sinar yang datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan seolah-olah berasal dari titik fokus. 
  • Sinar yang datang seolah-olah menuju titik fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama. 
  • Sinar yang datang menuju pusat kelengkungan cermin, akan dipantulkan seolah-olah berasal dari pusat kelengkungan yang sama.
Ketiga sinar istimewa ini diperoleh dari penerapan hukum pemantulan cahaya. 

Gambar 8. Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung
Bayangan yang terbentuk merupakan perpotongan dari sinar pantul atau perpanjangan sinar pantul. Cermati pembentukan bayangan benda yang terletak jauh di depan cermin cembung berikut. 
Gambar 9. Pembentukan bayangan pada cermin cembung

“Bayangan nyata adalah bayangan yang terbentuk dari perpotongan 
sinar-sinar pantul.” 
“Bayangan maya adalah bayangan yang terbentuk dari perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul.”
Jarak fokus cermin cembung ditentukan dengan persamaan:$$\large \boxed {\mathrm{f} = \frac{1}{2}\:R}$$
dimana: R adalah jari-jari kelengkungan cermin

Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung 

Cermin cekung adalah cermin yang bentuknya melengkung seperti cermin cembung, namun melengkungnya ke dalam, seperti kita melihat bola sepak yang dibelah dan dilihat dari bagian dalamnya. Cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya (konvergen). Pada cermin cekung terdapat tiga sinar istimewa, yaitu: 
  • Sinar datang sejajar sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus.
  • Sinar datang melalui titik fokus, akan dipantulkan sejajar sumbu utama. 
  • Sinar datang melalui pusat kelengkungan akan dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan cermin. 
Ketiga sinar-sinar istimewa diperoleh dari penerapan hukum pemantulan.

Gambar 10. Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung
Cermati contoh pembentukan bayangan pada cermin cekung berikut.
Gambar 11. Pembentukan bayangan pada cermin cekung
Jarak fokus cermin cekung ditentukan dengan persamaan:$$\large \boxed {\mathrm{f} = \frac{1}{2}\:R}$$

dimana: R adalah jari-jari kelengkungan cermin, tanda negatif (-) menunjukkan bahwa cerminnya adalah cermin cekung.

Semoga bermanfaat.

Bang Regar
Bang Regar Mentor - Educator - Writer

Posting Komentar untuk "Gelombang Cahaya: Pengertian, Gejala, dan Sifat-sifatnya"