Materi Sains Pembiasan Cahaya dan Kaitannya dengan Peristiwa Terbentuknya Pelangi

Artikel ini membahas mengenai pembiasan cahaya dan kaitannya dengan terjadinya fenomena alam yang pernah kamu jumpai, yaitu pelangi.

--

Pelangi pelangi

Alangkah indahmu

Merah kuning hijau

Di langit yang biru

Pelukismu agung

Siapa gerangan

Pelangi pelangi

Ciptaan Tuhan

Hayooo… Siapa yang bacanya sambil nyanyi?

Kamu pasti pernah dong ngeliat pelangi. Yap, persis seperti lirik lagu di atas, pelangi terdiri dari berbagai macam warna. Ada merah, kuning, juga hijau. Warna-warna itulah yang membuat pelangi jadi indah bila dipandang. Waahhh… keren banget, ya! Tuhan bisa menciptakan pelangi. Jangan lupa bersyukur ya akan kebesaran-Nya.

Eits! Tapi, kamu tahu nggak sih gimana pelangi bisa terjadi? Nah, ternyata, fenomena alam yang satu ini terjadi karena adanya peristiwa pembiasan cahaya, lho! Wah, apa tuh pembiasan cahaya? Oke, kalau gitu, langsung aja yuk kita simak penjelasannya pada artikel berikut ini!

Sebelumnya, kamu sudah belajar mengenai pemantulan cahaya dan macam-macamnya, ya. Ternyata, selain cahaya dapat dipantulkan, cahaya juga dapat dibelokkan, lho. Peristiwa pembelokan cahaya inilah yang disebut dengan pembiasan cahaya. Menurut definisinya, pembiasan cahaya merupakan peristiwa pembelokan arah rambat cahaya karena melewati dua medium dengan kerapatan optik yang berbeda.

Hmm... Maksudnya gimana, sih?

Oke, coba kamu perhatikan gambar di atas. Pada gambar tersebut, cahaya melewati dua medium dengan tingkat kerapatan yang berbeda, yaitu udara dan air. Udara memiliki susunan partikel yang lebih renggang, sehingga molekulnya dapat bergerak dengan bebas. Berbeda dengan air, ia  memiliki susunan partikel yang lebih padat, sehingga molekulnya tidak mudah bergerak dengan bebas. Oleh karena itu, udara memiliki kerapatan yang lebih rendah dibandingkan dengan air.

Perbandingan kerapatan molekul antara air (liquid) dan udara (gas)

(sumber: FuseSchool via YouTube)

Besar kerapatan optik suatu medium dihubungkan dengan indeks bias (n). Semakin besar indeks bias suatu medium, artinya semakin besar pula kerapatan optik medium tersebut. Akibatnya, cahaya yang melewati medium dengan indeks bias lebih besar (tingkat kerapatan yang besar) akan memiliki arah belok yang semakin besar pula. Besar kecilnya arah belok cahaya ini diukur dari bidang batas antara dua mediumnya, ya.

Lalu, bagaimana jika suatu medium memiliki kerapatan optik yang kecil, seperti udara misalnya. Nah, hal ini berarti berlaku kebalikannya. Medium dengan kerapatan optik yang kecil, berarti indeks bias medium tersebut juga kecil. Akibatnya, cahaya yang melewati medium tersebut akan memiliki arah belok yang juga semakin kecil dari bidang batas antara dua medium.

Gimana? Paham nggak, nih? Kalau masih belum paham, coba deh kamu perhatikan gambar berikut.

Saat cahaya dibiaskan dari udara ke air (gambar A), cahaya akan merambat dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat. Air memiliki indeks bias yang lebih besar dari udara (n2 > n1), sehingga arah belok cahaya dari bidang batas dua medium juga besar. Oleh karena itu, cahaya akan dibiaskan/dibelokkan mendekati garis normal.

Sebaliknya, saat cahaya dibiaskan dari air ke udara (gambar B), cahaya akan merambat dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat. Udara memiliki indeks bias yang lebih kecil dari air (n1 < n2), sehingga arah belok cahaya dari bidang batas dua medium juga kecil. Oleh karena itu, cahaya akan dibiaskan/dibelokkan menjauhi garis normal. Kamu dapat melihat perbedaannya pada gambar ya, kan?

Oke, sampai sini semoga kamu paham ya tentang pembiasan cahaya. Nah, berikut ini ada rumus yang bisa kamu pakai untuk mengerjakan soal yang berkaitan dengan pembiasan cahaya, loh. Perhatikan dan coba kita kerjakan beberapa soal berikut, yuk!

Penjelasannya ada di bawah ini, kok. Makanya, tetap simak, ya!

Kamu sudah baca artikel tentang macam-macam sifat cahaya belum? Kalau sudah, kamu pasti tahu salah satu dari sifat cahaya adalah dapat diuraikan. Hmm… diuraikan bagaimana maksudnya?

Oke, jadi sebenarnya, cahaya putih yang biasa kita lihat ternyata tersusun dari berbagai macam warna dan warna-warna tersebut dapat diuraikan atau dipecah-pecah. Hal ini yang menyebabkan cahaya putih disebut sebagai cahaya polikromatik, contohnya sinar matahari. Warna-warna pada cahaya putih ada banyak, lho! Ada merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Biasanya sih, kita menyingkatnya dengan mejikuhibiniu. Sama dengan warna pada pelangi, bukan?

Penguraian cahaya putih menjadi berbagai macam warna disebut dengan dispersi. Dispersi terjadi karena adanya perbedaan indeks bias tiap cahaya, sehingga saat cahaya dibiaskan pada suatu medium, cahaya tadi mengeluarkan berbagai macam warna seperti pelangi.

Contoh dispersi saat cahaya dibiaskan pada prisma segitiga (sumber: 7activestudio)

Selain gambar di atas, dispersi juga dapat terjadi saat cahaya matahari mengenai tetes-tetes air hujan. Mula-mula, cahaya matahari akan mengalami pembiasan oleh tetesan air hujan. Setelah itu, warna putih pada cahaya matahari akan diuraikan menjadi warna-warna indah di langit yang kita sebut dengan pelangi.

Pelangi terjadi karena pembiasan antara sinar matahari dengan tetesan air hujan

(sumber: It's Aumsum Time via YouTube)

Perlu kamu ketahui, pelangi tidak selalu dapat dilihat saat turun hujan, lho. Alasannya karena posisi kita berdiri akan menentukan bisa atau tidaknya kita melihat pelangi. Agar dapat melihat pelangi dengan jelas, saat hujan, kita harus berdiri membelakangi matahari. Posisi matahari juga tidak boleh terlalu tinggi. Apabila terlalu tinggi, kita tidak akan bisa melihat pelangi sama sekali. Makanya, kemungkinan terbesar pelangi akan terlihat, yaitu saat turun hujan di pagi atau sore hari. 

Nah, kamu tahu nggak, sih? Peristiwa pembiasan cahaya tidak hanya menyebabkan terjadinya pelangi saja, lho! Masih banyak contoh pembiasan cahaya yang bisa kamu temui dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya dapat kamu lihat pada gambar berikut ini.

Sekarang, sudah terjawab kan kenapa pelangi bisa terjadi. Oh iya, kamu juga bisa lho membuat pelangi sendiri. Caranya, kamu bisa mencari tempat terbuka yang terkena sinar matahari. Lalu, semprotkan air menggunakan semprotan spry di daerah yang terkena sinar matahari tersebut. Hasilnya, kamu bisa melihat warna-warni yang muncul seperti warna pelangi. Keren, nggak? Jadi, nggak harus nunggu hujan turun deh untuk melihat pelangi.

Sumber: https://blog.ruangguru.com