Dalam kehidupan sehari-hari, manusia tentu tidak terlepas dari cahaya. Setiap harinya manusia membutuhkan cahaya untuk menunjang aktivitasnya. Cahaya atau dalam ilmu pengetahuan alam disebut sebagai gelombang cahaya dapat bergetar untuk merambatkan energi dari satu tempat ke tempat lain.
Pengertian Gelombang Cahaya
Cahaya adalah gelombang energi yang dapat merambat tanpa membutuhkan medium penghantar sehingga dikategorikan sebagai gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu, cahaya yang berasal dari matahari dapat merambat hingga sampai ke bumi meskipun medium penghantarnya tidak ada.
Antara bumi dan matahari terdapat ruang hampa udara sehingga tidak terdapat medium apapun di sana untuk merambat. Jika dilihat dari arah rambatnya, gelombang cahaya termasuk gelombang transversal karena arah rambatnya tegak lurus terhadap arah getaran.
Cahaya terdiri dari berbagai paket cahaya atau spektrum yang kategorisasinya dipersepsikan secara visual menggunakan indera penglihatan manusia dan disebut sebagai warna. Spektrum cahaya tampak atau spektrum optik adalah spektrum cahaya yang mana gelombang elektromagnetik terlihat sebagai cahaya.
Spektrum cahaya tampak yang bisa dilihat manusia sebagai warna berada pada rentang panjang gelombang 400 hingga 700 nm.
Ketika gelombang cahaya mengenai medium yang berbeda, seperti air, padat dan gas, maka gelombang cahaya akan diteruskan.
Sifat Gelombang Cahaya
Seperti yang sudah diketahui bahwa gelombang cahaya terdiri dari berbagai spektrum yang dibedakan berdasarkan panjang gelombangnya. Namun, meskipun terdiri dari berbagai spektrum cahaya, namun gelombang cahaya memiliki beberapa sifat umum sebagai berikut:
- Merambat dengan Arah Lurus
Untuk membuktikan apakah cahaya merambat dengan arah lurus atau bengkok, maka bisa dilakukan dengan melihat cahaya yang memasuki suatu lubang kecil di ruang gelap. Cahaya tersebut tentu akan keluar dari lubang kecil dalam satu garis lurus.
Karena sifat cahaya yang merambat dengan arah lurus, maka benda yang tidak tembus oleh cahaya yakni benda permukaan padat seperti tubuh manusia, pohon, buku dan lainnya akan membentuk suatu bayangan ketika terkena cahaya.
- Memiliki Sifat Refleksi atau Memantul
Sebagai sebuah gelombang, cahaya memiliki karakteristik dapat dipantulkan tatkala mengenai suatu bidang baik bidang yang rata ataupun tidak. Bulan adalah contoh benda di luar angkasa yang memantulkan cahaya dari matahari.
Meski begitu, banyak orang yang salah mengira bahwa bulan memiliki cahayanya sendiri. Sifat cahaya yang memantul memiliki manfaat dalam kehidupan sehari-hari yakni agar manusia bisa melihat benda yang ada di sekitar.
Oleh karena itu, ketika malam hari tidak ada penerangan sama sekali, manusia tidak bisa melihat benda apapun di sekitarnya karena tidak ada cahaya yang memantul pada benda. Pemantulan cahaya sendiri dibedakan menjadi dua yakni pemantulan baur dan pemantulan teratur.
- Pembiasan Cahaya (Refraksi)
Ketika cahaya bergerak melalui dua buah medium yang berbeda nilai indeks biasnya maka cahaya tersebut akan berbelok. Pembelokan cahaya ini disebut sebagai fenomena refraksi yakni perubahan arah cahaya datang dari medium A dengan cahaya yang dibiaskan di medium B.
Pembiasan terjadi karena cahaya yang melalui medium lebih rapat akan memiliki kecepatan lebih rendah dibandingkan kecepatan cahaya yang melalui medium kurang rapat. Dikarenakan perbedaan kecepatan cahaya inilah menyebabkan cahaya menjadi membelok.
Perbandingan antara laju cahaya dari satu medium ke medium lain disebut indeks bias yang disimbolkan dengan n. Sementara cahaya yang merambat melalui udara bisa disamakan sebagai cahaya yang merambat melalui ruang hampa udara.
Untuk menghitung indeks bias suatu medium bisa menggunakan persamaan matematis berikut:
n = c/v
Keterangan:
n = indeks bias mutlak
v = kelajuan cahaya dalam medium (m/s)
c = kelajuan cahaya dalam ruang hampa udara (m/s)
Sementara jika medium satunya bukanlah udara atau ruang hampa udara, maka nilai indeks bias yang dihitung adalah indeks bias relatif atau perbandingan laju cahaya relative. Jika seberkas cahaya merambat dari medium A dengan kelajuan VA kemudian memasuki medium B dengan kelajuan VB.
Maka indeks bias relative dari medium B terhadap medium A adalah:
Keterangan:
VA = kelajuan di medium A
VB = kelajuan di medium B
- Dispersi Cahaya atau Penguraian Cahaya
Sifat cahaya berikutnya adalah dapat terpisah atau terurainya (dispersi) cahaya polikromatik atau cahaya putih menjadi cahaya monokromatik yang memiliki panjang gelombang berbeda-beda setelah sebelumnya cahaya melewati suatu medan pembias.
Medan pembias yang dapat menguraikan cahaya contohnya adalah prisma yang dibuat dari bahan gelas bening. Contoh fenomena alam terjadinya dispersi cahaya atau penguraian cahaya adalah fenomena terbentuknya pelangi setelah hujan.
Pelangi terbentuk karena air hujan membiaskan cahaya matahari. Cahaya matahari tersebut kemudian terdispersi menjadi bermacam-macam cahaya tampak yang dikenal sebagai pelangi.
- Polarisasi Cahaya
Sifat polarisasi pada cahaya adalah penurunan intensitas cahaya karena menurunnya komponen gelombang cahaya. Sifat polarisasi hanya dialami pada jenis gelombang transversal. Terjadinya polarisasi pada gelombang cahaya dikarenakan adanya pembiasan, hamburan, pemantulan dan absorpsi.
- Absorpsi atau Penyerapan Cahaya
Sifat cahaya selanjutnya adalah cahaya dapat diserap atau diabsorpsi ketika melewati suatu material atau bahan yang transparan. Oleh karena itu bisa dijumpai fenomena tatkala cahaya melewati benda transparan maka energi cahaya yang keluar dari benda tersebut akan berkurang atau terdisipasi.
Hal ini karena sebagian energi cahaya akan diserap benda transparan menjadi energi panas. Fenomena alam absorpsi yang mudah ditemukan adalah pada mata. Mata akan menyerap sebagian cahaya untuk melihat warna di lingkungannya.
- Interferensi Cahaya
Cahaya memiliki sifat interferensi yakni terjadinya penjumlahan superposisi dari dua buah gelombang cahaya maupun lebih yang akan menghasilkan gelombang lain. Interferensi cahaya terdiri dari interferensi selaput tipis dan interferensi celah ganda.
Sifat interferensi ada dua macam yakni sifat membangun atau konstruktif dan sifat merusak atau destruktif. Oleh karena itu, terdapat dua pola yang terbentuk oleh interferensi cahaya yakni pola terang dan pola gelap. Pola gelap terbentuk dari sifat destruktif sementara pola terang terbentuk dari sifat konstruktif.
Rumus Gelombang Cahaya
Cahaya tidak hanya berperan sebagai gelombang elektromagnetik namun juga sebagai partikel berbentuk foton yang memiliki energi berbentuk gelombang. Energi yang dimiliki oleh cahaya ini diketahui dibawa oleh foton yang ditemukan oleh Max Planck.
Untuk menghitung jumlah energi yang dimiliki oleh foton gelombang cahaya menggunakan rumus Max Planck berikut:
E = (h . c)/λ
Keterangan:
E = Energi foton cahaya (J)
c = kelajuan cahaya (m/s)
h = konstanta Planck (6,63 x 10ˉ³⁴ J.s)
λ = panjang gelombang
Contoh Soal Gelombang Cahaya
Sinar dengan panjang gelombang 5000 Å, dengan kecepatan cahaya 3 x 10⁸ m/s memiliki tetapan planck 6,6 x 10ˉ³⁴ Js. Tentukan energi sinar tersebut?
Jawab:
E = (h . c)/λ
E = 3,96 x 10ˉ¹⁹ Joule
Gelombang cahaya termasuk ke dalam jenis gelombang elektromagnetik karena dapat merambat tanpa membutuhkan medium apapun. Cahaya memiliki beberapa sifat yang membuatnya dapat dilihat oleh mata telanjang seperti memiliki sifat memantul (refleksi) dan pembiasan (refraksi).