Gelombang Cahaya

Pengertian Cahaya. Cahaya merupakan salah satu jenis dari gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang terbentuk dari gejala fenomena kelistrikan dan kemagnetan. Cahaya dapat dihasilkan oleh bermacam- macam benda.

Benda benda yang dapat memancarkan cahaya sendiri disebut sebagai sumber cahaya. Contoh sumber cahaya ini adalah matahari dan nyala lilin.

Sedangkan Benda -benda yang tidak dapat memancarkan cahayanya sendiri disebut sebagai benda gelap. Benda gelap dapat dikelompokkan menjadi tiga macam jenis.

  • Benda tidak tembus cahaya, yaitu suatu benda yang tidak dapat meneruskan sinar yang diterimanya. Contoh benda tidak tembus cahaya adalah logam, kayu, dan tembok.
  • Benda tembus cahaya, yaitu benda yang dapat meneruskan sebagian sinar yang diterimanya. Contoh benda tembus cahaya adalah plastik, kaca, air, dan lensa.
  • Benda bening, yaitu benda yang dapat meneruskan hamper seluruh sinar yang diterimanya. Contoh benda bening adalah kaca bening, plastic bening, dan air jernih.

Sifat Sifat Sinar Cahaya

Sifat sifat yang dimiliki oleh Cahaya adalah:

  1. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sehingga dapat merambat di ruang hampa;
  2. Cahaya dapat dipantulkan, dibiaskan, berpolarisasi, dan melentur;
  3. Cahaya merupakan salah satu bentuk energi.

Sinar yang dipancarkan sumber cahaya merupakan berkas atau sekumpulan cahaya yang dapat digolongkan menjadi:

  1. Berkas cahaya sejajar, misalnya berkas cahaya lampu senter;
  2. Berkas cahaya mengumpul atau konvergen, misalnya berkas cahaya yang difokuskan oleh cermin cekung;
  3. Berkas cahaya menyebar atau divergen, misalnya berkas cahaya lampu neon, pijar, dan tempel.

Bukti Rambatan Sinar Cahaya Lurus

Adapun Beberapa bukti bahwa cahaya merambat secara lurus, diantaranya adalah:

  1. Terjadinya bayang- bayang di belakang benda tidak tembus cahaya. Jika sumber cahaya berbentuk sebuah titik maka hanya terjadi bayang- bayang gelap (inti). Akan tetapi, jika sumber cahaya adalah sebuah benda maka di samping bayang bayang inti (umbra) terjadi juga bayang- bayang tambahan (penumbra).
  2. Terjadinya gerhana matahari maupun gerhana bulan. Gerhana, yaitu terhalangnya sinar matahari oleh bulan atau bumi sehingga daerah yang seharusnya terang menjadi gelap.

Pemantulan Sinar Cahaya

Sinar yang dipantulkan oleh sebuah permukaan benda akan mengikuti suatu aturan yang disebut dengan hukum pemantulan. Hukum pemantulan cahaya berbunyi

  1. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang datar;
  2. Sudut datang cahaya (i) sama dengan sudut pantulnya (r).

Jenis Pemantulan Sinar Cahaya

Jenis pemantulan cahaya yang terjadi pada benda tidak tembus cahaya dapat dibagai menjadi dua macam yaitu

Pemantulan Reguler.

Pemantulan beraturan atau biasa disebut dengan pemantulan reguler. Pemantulan beraturan terjadi pada benda yang memiliki permukaann rata, seperti pada cermin datar. Berkas cahaya sejajar yang datang menuju cermin datar dipantulkan secara sejajar.

Pemantulan Diffuse.

Pemantulan baur atau biasa disebut sebagai pemantulan diffuse. Pemantulan baur terjadi pada benda yang permukaannya tidak rata. Berkas cahaya sejajar yang mengenai permukaan tidak teratur akan dipantulkan baur.

Pemantulan beraturan akan menyebabkan penglihatan mata menjadi silau, sedangkan pemantulan baur akan membuat penglihatan mata menjadi lebih nyaman.

Berdasarkan bentuk permukaannya, ada dua jenis cermin, yaitu cermin datar dan cermin lengkung.

Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar

Cermin adalah benda gelap yang dapat memantulkan seluruh berkas cahaya yang jatuh pada permukaannya. Sebuah benda yang terletak di depan cermin akan membentuk bayangan.

Cermin yang biasa digunakan di dalam kamar dan dipakai untuk berhias termasuk sebagai cermin datar, yaitu cermin yang permukaan pantulnya merupakan bidang datar. Proses pembentukan bayangan pada cermin datar menggunakan hukum pemantulan cahaya.

Sifat Bayangan Cermin Datar

Adapun sifat sifat Bayangan yang terjadi pada cermin datar diantaranya adalah

  1. 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 adalah bayangan yang terjadi karena pertemuan langsung sinar- sinar cahaya (bukan perpanjangannya).
  2. Tegak dan menghadap ke arah yang berlawanan terhadap cermin.
  3. Tinggi benda sama dengan tinggi bayangan dan jarak benda terhadap cermin sama dengan jarak bayangan terhadap cermin.

Perbesaran bayangan pada cermin datar dapat diformulasikan dengan menggunakan rumus persamaan berikut.

M = h0/h1

Dengan Keterangan:

M = perbesaran

h0 = tinggi benda

h1 = tinggi bayangan

Karena tinggi benda ho sama dengan tinggi bayangan hi maka perbesaran bayangan yang terjadi adalah satu kali.

Jenis Jenis Bayangan

Jenis bayangan yang terbentuk dapat dibagi menjadi dua macam bayangan, yaitu bayangan nyata dan bayangan semu.

Bayanagn Nyata

Bayangan nyata biasa disebut sebagai bayangan sejati atau riil adalah bayangan yang dapat ditangkap layar. Hal ini terjadi jika sinar- sinar pantul langsung berpotongan, misalnya gambar pada layar gedung bioskop. Bayangan nyata dapat dilihat jika menggunakan layar (penerima).

Bayangan Semu.

Bayangan semu biasa disebut sebagai bayangan maya atau virtual  adalah bayangan yang tidak dapat ditangkap layar. Hal ini terjadi jika sinar- sinar pantul tidak langsung berpotongan, tetapi berpotongan di perpanjangannya, misalnya bayangan benda pada cermin datar. Bayangan maya dapat langsung dilihat tanpa menggunakan layar.

Bayangan Pada Cermin Bersudut

Jika dua cermin datar diletakkan sedemikian sehingga membentuk sudut tertentu maka diperoleh cermin sudut. Jika sebuah benda diletakkan di depan cermin sudut maka bayangan dibentuk oleh cermin I.

Bayangan ini merupakan benda untuk cermin II. Bayangan dari cermin II merupakan benda untuk cermin I dan seterusnya sehingga akan terbentuk banyak bayangan.

Banyaknya bayangan yang terbentuk oleh dua cermin bersudut dapat diformulasikan dengan menggunakan rumus persamaan berikut.

n = (360/α) – 1

n = banyaknya bayangan yang terjadi

α = sudut antara dua cermin

Contoh Soal Perhitungan Jumlah Bayangan Cermin Bersudut

Jika dua buah cermin datar diletakkan sedemikian sehingga kedua cermin tersebut membentuk sudut α 90o, berapa banyak bayangan yang terbentuk jika sebuah benda diletakkan di antara kedua cermin tersebut?

Pembahasan

Diketahui:

Sudut α = 90o

Ditanya:

banyak bayangan yang terjadi (n) = …?

Jawab

 n = (360/α) – 1

n = (360/90) – 1

n = (4) – 1

n = 3

Jadi, banyaknya bayangan yang terbentuk oleh dua cermin yang bersudut α 900 adalah 3 buah bayangan.

Pemantulan Sinar Cahaya Pada Cermin Cekung

Cermin cekung merupakan cermin yang permukaan bidang pantulnya berbentuk cekungan yang memiliki lengkungan ke arah dalam seperti mangkuk. Cermin cekung memiliki sifat mengumpulkan cahaya. Cermin cekung disebut sebagai cermin konvergen atau cermin positif.

Dengan demikian, jika terdapat berkas berkas cahaya sejajar mengenai permukaan cermin cekung, maka berkas- berkas cahaya pantulnya akan melintasi satu titik yang sama.

P adalah titik pusat kelengkungan cermin. O adalah titik potong sumbu utama dengan cermin cekung. F adalah titik fokus cermin yang berada di tengah tengah antara titik P dan titik O. Jika R adalah jari-jari kelengkungan cermin, yaitu jarak dari titik P ke titik O dan f adalah jarak fokus cermin, yaitu jarak dari titik fokus cermin (F) ke titik O, maka berlaku hubungan:

f = R/2

Posisi objek benda dan bayangan pada cermin cekung.

Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak focus pada cermin cekung dapat diformulasikan dengan menggunakan rumus persamaan berikut.

1/f = 1/So +1/Si atau

2/R =1/So +1/Si

Dengan keterangan:

f = jarak titik api (atau fokus) cermin

So= jarak benda

R = jari- jari cermin

Si= jarak bayangan

Perbesaran bayangan pada cermin cekung dirumuskan seperti berikut ini.

M=Si/So=hi/ho

Dengan keterangan:

M = perbesaran bayangan

ho= tinggi benda

hi= tinggi bayangan

Karena M merupakan bilangan positif maka seluruh bilangan variabel dalam rumus diberi tanda harga mutlak.

Nilai f dan R selalu positif karena pusat kelengkungan berada di depan cermin.

Jika objek benda nyata, maka nilai Sopositif dan jika benda maya, maka nilai Sonegatif.

Jika bayangan nyata, maka nilai Sipositif dan jika bayangan maya, maka nilai Sinegatif.

Pada cermin cekung berlaku istimewa, yaitu sebagai berikut:

Untuk menggambarkan bayangan sebuah benda yang terjadi pada cermin cekung digunakan hukum pemantulan sinar- sinar istimewa seperti berikut ini.

  1. Berkas sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan melalui titik fokus (F).
  2. Berkas sinar datang melalui titik fokus (F) akan dipantulkan 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.

Contoh Soal Perhitungan Rumus Cermin Cekung

Panjang sebuah benda 3 cm dan terletak 30 cm di depan sebuah cermin cekung dengan jari- jari 120 cm. Bagaimana letak bayangan, panjang bayangan, sifat, dan kedudukannya?

Pembahasan

Diketahui:

R = 120 cm

f = 60 cm

So = 30 cm

ho= 3 cm

Ditanya:

Si = …?

hi = …?

Sifat dan kedudukannya = …?

Gambarkan = …?

Jawab:

1/f = 1/So + 1/Si

1/Si =1/f + 1/So

1/Si = 1/60 – 1/30

1/Si = -60 cm

M=Si/So=hi/ho

hi = (ho x Si)/So

hi = (3x 60)/30

hi = 6

Sifat bayangan yang dihasilkan dari cermin cekung adalah: maya, tegak, diperbesar.

Gambar objek benda dan bayangan pada cermin cekung adalah:

Pemantulan Sinar Cahaya Pada Cermin Cembung

Cermin cembung merupakan cermin yang permukaan bidang pantulnya berbentuk cembung yang memiliki arah lengkungan keluar. Cermin cembung memiliki sifat menyebarkan sinar sehingga disebut juga sebagai cermin divergen atau cermin negatif. Bayangan yang dibentuk cermin cembung selalu maya dengan dimensi yang lebih kecil.

Dengan demikian, jika terdapat berkas berkas cahaya sejajar mengenai permukaan cermin cembung, maka berkas- berkas cahayanya akan dipantulnya dari satu titik yang sama.

Pada cermin cembung berlaku hukum pemantulan sinar istimewa yang dapat digunakan untuk melukiskan pembentukan bayangan, yaitu sebagai berikut:

  • Berkas sinar datang sejajar dengan sumbu utama akan dipantulkan seolah- olah berasal dari titik fokus (F).
  • Berkas sinar datang menuju titik fokus (F) akan dipantulkan sejajar dengan sumbu utama.
  • Berkas sinar datang menuju pusat kelengkungan (P) akan dipantulkan kembali seolah-olah berasal dari pusat kelengkungan (P).
  • Berkas sinar datang dengan arah sembarang akan dipantulkan sedemikian sehingga sudut datang sama dengan sudut pantul.

Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, dan jarak fokus cermin cembung dirumuskan sebagai berikut.

1/f = 1/So +1/Si atau

2/R =1/So +1/Si

f = jarak titik api (fokus) cermin

So= jarak benda

R = jari-jari cermin

Si= jarak bayangan

Perbesaran bayangan pada cermin cembung dirumuskan sebagai berikut

M=Si/So=hi/ho

M = perbesaran bayangan

ho= tinggi benda

hi= tinggi bayangan

Dengan Keterangan

Nilai f dan R selalu negatif karena pusat kelengkungan berada di belakang cermin. Dalam perhitungan, untuk benda nyata nilai Siselalu negatif. Itu artinya bayangannya selalu semu/maya.

Contoh Soal Perhitungan Rumus Sinar Cahaya Cermin Cembung,

Sebuah benda terletak 30 cm di depan sebuah cermin cembung yang berjari- jari 40 cm. Bagaimanakah letak, sifat, dan kedudukan bayangan? Lukiskan pembentukan bayangan tersebut?

Pembahasan

Diketahui:

R = -40 cm

f = -20 cm

So = 30 cm

Ditanya:

Si, sifat bayangan, dan lukisan = …?

Jawab:

1/f = 1/So +1/Si atau

1/Si =1/f – 1/So

1/Si = -1/20 – 1/30)

1/Si = – 5/60

1/Si = – 1/12

Si = 12 cm

M=Si/So

M=12/30

M = 2/5 kali

Sifat bayangan yang dihasilkan dari cermin cembung adalah maya, tegak, diperkecil.

Daftar Pustaka:

  1. Ganijanti Aby Sarojo, 2002, “Seri Fisika Dasar Mekanika”, Salemba Teknika,  Jakarta.
  2. Giancoli, Douglas, 2001, “Fisika Jilid 1, Penerbit Erlangga, Jakarta.
  3. Sears, F.W – Zemarnsky, MW , 1963, “Fisika untuk Universitas”, Penerbit Bina Cipta, Bandung,
  4. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang, Jenis Gelombang, Sifat-sifat Gelombang, Contoh Gelombang, Manfaat fungsi gelombang,
  5. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Third Edition. New Jersey, Prentice Hall.
  6. Halliday, David, Robert Resnick, Jearl Walker. 2001. Fundamentals of Physics, Sixth Edition. New York, John Wiley & Sons.
  7. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  8. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  9. Ardra.Biz, 2019, “Pengertian Gelombang Cahaya, Sifat Rumus Contoh Soal  Gelombang Cahaya, Rambatan Sinar Cahaya, Jenis bentik gelombang cahaya, Contoh sumber cahaya, Contoh benda gelap, Contoh Benda tidak tembus cahaya, Contoh Benda tembus cahaya,
  10. Ardra.Biz, 2019, “Contoh Benda bening, Sifat Sinar Cahaya, satu bentuk energi Cahaya, Bukti Rambatan Sinar Cahaya Lurus, bayang-  bayangan gelap (inti) gelombag gelap.  Akan tetapi, bayangan inti (umbra), bayangan tambahan (penumbra), Pemantulan Sinar Cahaya, Hukum pemantulan cahaya,
  11. Ardra.Biz, 2019, “Jenis Pemantulan Sinar Cahaya, Pemantulan Reguler Sinat Cahaya, Pemantulan Diffuse Sinat Cahaya, Pemantulan beraturan Cahaya, pemantulan baur cahaya, Pemantulan Cahaya Pada Cermin Datar, Sifat Bayangan Cermin Datar, bayangan sifat semu (maya), Rumus Perbesaran bayangan cermin datar, Jenis Jenis Bayangan,
  12. Ardra.Biz, 2019, “Contoh Bayangan Nyata, Contoh Bayangan Semu, Contoh  bayangan maya atau virtual , Bayangan Pada Cermin Bersudut, Rumus bayangan cermin bersudut,  Contoh Soal Perhitungan Jumlah Bayangan Cermin Bersudut, Pemantulan Sinar Cahaya Pada Cermin Cekung, gambar cermin konvergen, cermin positif, Bagian cermin cekung,
  13. Ardra.Biz, 2019, “pembagian ruang cermin cekung, Posisi objek benda bayangan pada cermin cekung, Hubungan antara jarak benda bayangan, jarak focus pada cermin cekung, Rumus jarak bayangan cermin cekung, Rumus Perbesaran bayangan cermin cekung,
  14. Ardra.Biz, 2019, “Contoh Soal Perhitungan Rumus Cermin Cekung, Gambar objek benda dan bayangan pada cermin cekung, Sifat Pemantulan Sinar Cahaya Pada Cermin Cembung, cermin divergen atau cermin negative, Contoh cermin cembung, hukum pemantulan sinar istimewa, Rumus Cermin Cembung,
  15. Ardra.Biz, 2019, “Rumus Banyangan Cermin Cembung, Rumus Perbesaran bayangan pada cermin cembung, Contoh Soal Perhitungan Rumus Cahaya Cermin Cembung,