Cahaya

CAHAYA : OPTIK GEOMETRI

            Mula – mula secara teori cahaya dianggap sebagai sesuatu yang memancar dari mata. Kemudian disadari bahwa cahaya pastilah muncul dari obyek – obyek yang terlihat dan memasuki mata sehingga menyebabkan sensasi penglihatan. Pertanyaan tentang apakah cahaya terdiri dari sebuah sorotan dari partikel – partikel atau semacam gerakan gelombang adalah yang paling menarik dalam sejarah sains. Tokoh yang paling berpengaruh dalam teori partikel cahaya adalah Newton. Memakai teori tersebut, newton dapat menjelaskan hukum- hukum refleksi dan refraksi. Newton menurunkan hukum refraksi berdasarkan asumsi bahwa cahaya berjalan dalam air atau gelas lebih cepat dari pada di udara, sebuah asumsi yang akhirnya terbukti salah. Tokoh – tokoh utama dari teori gelombang cahaya adalah Christian Huygens dan robert Hooke. Memakai teori perambatan gelombang, Huygens dapat menjelaskan refleksi dan refraksi dengan asumsi cahaya berjalan di gelas atau air lebih lambat daripada di udara. Newton sudah mengerti ada baiknya teori gelombang cahaya, terutama dalam menjelaskan warna – warna yang dibentuk oleh film – film tipis, seperti yang sudah dipelajarinya secara luas.tetapi ia menolak teori tersebut berdasarkan kenyataan yang terlihat bahwa perambatan cahaya adalah garis lurus. Pada saat itu, pembelokan cahaya di sekitar penghalang; yang disebut difraksi, belum diamati. Karena reputasi dari otoritasnya, penolakan Newton terhadap teori gelombang cahaya sangat mempengaruhi pengikutnya. Bahkan sesudah bukti dari difraksi tersedia, pengikut Newton mencari – cari penjelasannya seakan – akan difraksi adalah hamburan partikel- partikel cahaya dari tepi celah.

            Teori partikel Newton diterima selama lebih dari seabad kemudian, pada tahun 1801, Thomas Young menghidupkan kembali teori gelombang cahaya. Ia adalah salah seorang yang pertama kali memperkenalkan ide interferensi sebagai fenomena gelombang yang terjadi pada cahaya dan suara. Hasil pengamatannya tentang interferensi adalah penjelasan tentang sifat alami cahaya sebagai gelombang.[1]

A.  Model berkas cahaya

Banyak bukti yang menunjukkan bahwa cahaya berjalan menempuh garis lurus pada berbagai keadaan. Sebagai contoh, sebuah sumber cahaya titik seperti matahari menghasilkan bayangan, dan sinar lampu senter tampak merupakan garis lurus. Kenyataannya, kita menentukan posisi benda di lingkungan kita dengan menganggap bahwa cahaya bergerak dari benda tersebut ke mata kita dengan lintasan garis lurus. Seluruh orientasi kita mengenai dunia fisik berdasarkan atas anggapan ini.

Anggapan yang masuk akal ini mengarah ke model berkas dari cahaya. Model ini menganggap bahwa cahaya berjalan dalam lintasan yangberbentuk garis lurus yang disebut berkas cahaya. Sebenarnya, berkas merupakan idealisasi; dimaksudkan untuk mempresentasikan sinar cahaya yang sangat sempit. Ketika kita melihat sebuah benda, menurut model berkas, cahaya mencapai mata kita dari setiap titik pada  benda; walaupun berkas cahaya meninggalkan setiap titik dengan banyak arah, biasanya hanya satu kumpulan kecil dari berkas - berkas ini yang dapat memasuki mata si peneliti.

Cahaya dapat dianggap sebagai gelombang elektromagnetik. Walaupun model berkas cahaya tidak menangani aspek cahaya namun model berkas telah berhasil dalam mendeskripsikan banyak aspek cahaya seperti pantulan, pembiasan, dan pembentukan bayangan oleh cermin dan lensa. Karena penjelasam – penjelasan ini melibatkan berkas lurus dengan berbagai sudut, topik ini disebut optik geometri.

·         pantulan

Ketika cahaya menimpa permukaan benda, sebagian cahaya dipantulkan. Sisanya diserap oleh benda (dan diubah menjadi energi panas) atau, jika benda tersebut transparan seperti kaca atau air, sebgaian diteruskan. Untuk benda – benda yang sangat mengkilat seperti cermin berlapis perak, lebih dari 95 persen cahaya bisa dipantulkan.

Bunyi hukum pantulan “ berkas sinar datang dan pantul berada pada bidnag yang sama dengan garis normal permukaan dan sudut datang sama dengan sudut pantul”. Hukum pemantulan berlaku untuk semua jenis gelombang. [2]

θ_{r =} θ₁

pecahan energi cahaya yang dipantulkan pada sebuah bidang batas seprti misalnya pada permukaan udara kaca dngan cara rumit bergantung pada sudut datang, orientasi vektor medan listrik yang berhubungan dengan gelombang dan laju cahaya relatif di dalam medium pertama (udara) dan di dalam medium kedua ( kaca). Laju cahaya di dalam medium seperti misalnya kaca, air atau udara ditentukan oleh indeks bias n, yang didefinisikan sebagai perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa c terhadap laju tersebut dalam medium v:[3]

n =

·         Pembiasan

Ketika cahaya melintas dari suatu medium ke medium lainnya, sebagian cahaya datang dipantulkkan pada perbatasan. Sisanyan lewat ke medium yang baru. Jika seberkas cahaya datang dan membentuk sudut terhadap permukaan (bukan hanya tegak lurus) , berkas tersebut dibelokkan pada waktu memasuki medium yang baru. Pembelokan ini disebut pembiasan. [4]Hukum snellius:

1.      Sinar datang, sinar bias, dan garis normal berpotongan pada suatu titik dan terletak pada satu bidang datar.

2.      Hubungan sudut datang dan sudut bias dinyatakan :

n₁. sin θ_{1 =} n₂ . sin θ₂

---

[1] Paul A. Tipler, FISIKA, Ed.3, Cet.1 - Jakarta : Erlangga, hlm. 433.

[2] Douglas C. Giancoli, FISIKA, Jakarta : Erlangga, Hlm. 243.

[3] FISIKA, Ed.3, Cet.1, Hlm. 442.

[4] FISIKA, Hlm. 257.