1. Sejarah Penemuan
Mula-mula secara teori cahaya dianggap sebagai sesuatu yang memancar dari mata. Kemudian disadari bahwa apakah cahaya terdiri dari sebuah sorotan dari partikel-partikel atau sama semacam gerakan gelombang. Tokoh yang paling berpengaruh dalam teori partikel cahaya adalah Issac Newton. yang menjelaskan hukum-hukum refleksi dan refraksi berdasarkan asumsi bahwa cahaya berjalan dalam air atau gelas levih cepat daripada di udara, sebuah asumsi yang akhirnya terbukti salah. Tokoh-tokoh utama dari teori gelombang cahaya adalah Christian Huygens dan Robert Hooke. Menggunakan teori perambatan gelombang , Huygens dapat menjelaskan refleksi dari refraksi asumsi cahaya berjalan di gelas atau air lebih lambat daripada di udara. Teori tersebut ditolak oleh Newton karena berdasarkan kenyataanya yang terlihat bahwa perambatan cahaya adalah garis lurus.
Teori partikel-partikel Newton diterima selama lebih dari seabad kemudian pada tahun 1801, Thomas Young menghidupkan kembali teori gelombang cahaya 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. Fisikawan yang bisa membuat teori gelombang cahaya dapat diterima dan berhasil adalah fisikawan Perancis Augustin Fresnel (1788-1827). Ia melakukan eksperimen secara luas tentang interferensi dan difraksi serta meletakkan teori gelombang dalam dasar matematis. Ia menjelaskan bahwa perambatan cahaya yang terlihat lurus itu adalah sebuah hasil dari cahaya tampak yang memiliki panjang gelombang yang pendek.
Pada tahun 1860, James Clerk Maxwell mempublikasikan teori matematisnya tentang elektromagnetisme, yang memprediksikan keberadaan gelombang-gelombang elektro-magnetik yang merambat dengan laju yang sudah dihitung dari hukum-hukum kelistrikan dan kemagnetan bernilai 3 x 105 m/s, yang berarti sama dengan laju cahaya. Maxwell didukung oleh Hertz yang pada tahun 1887 dengan menggunakan sirkuit untuk mendeteksinya. Dalam percobaan tahun 1887 yang terkenal mendukung teori gelombang Maxwell, Hertz juga menemukan efek foto listrik. yang dapat dijelaskan dengan sebuah model partikel cahaya, seperti yang ditunjukkan oleh Einstein hanya beberapa tahun sesudahnya. Dengan demikian sebuah model partikel cahaya diperkenalkan kembali. Partikel-partikel cahaya disebut foton .
Sumber
Hani, Ahmad Ruslan. 2010. Teori dan Aplikasi Fisika Kesehatan. Yogyakarta : Penerbit Nuha Medika.
2. Pengertian Cahaya
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata. Cahaya memiliki kecepatan 3x108 m/s berdasarkan eksperimen, Thomas Young dapat mengukur panjang gelombang cahaya, panjang gelombang yang sangat pendek sekitar 380ā750 nm. Max planck menyatakan cahaya yang bertindak sebagai paket-paket cahaya tersebut dikenal sebagai foton, mampu memindahkan energi. Cahaya merupakan radiasi elektromagnetik sehingga ia memiliki sifat seperti gelombang, yaitu memiliki arah rambatan yang lurus. Secara natural, arah rambatan sebuah berkas cahaya akan cenderung lurus. Arah rambat cahaya akan berubah ketika ada gangguan dari medium rambat, pergerakan sumber cahaya.
Sumber
Beiser, Arthur. 2003. Concepts Of Modern Phyisics Sixth edition. United States: McGraw-Hill Companies, Inc.
3. Jenis Cahaya
Secara jenis penggolongan warna, cahaya dapat dibedakan menjadi cahaya monokromatik dan cahaya polikromatik.
-
Cahaya monokromatik karena cahaya tersebut hanya terdiri atas warna tungga dalam spektrum panjang gelombang tertentu. Cahaya monokromatik pada dasarnya hanya memiliki rentang panjang gelombang yang pendek. Artinya panjang gelombang yang dimiki oleh cahaya monokromatik tidak serta merta hanya terdiri dari panjang gelombang tunggal yang spesifik, seperti hanya memiliki panjang gelombang 700 nm.
-
Cahaya polikromatik merupakan cahaya yang terdiri atas banyak warna dalam spektrum panjang gelombang banyak. Artinya cahaya polikromatik merupakan sekumpulan cahaya yang memiliki beragam frekuensi dan panjang gelombang. Dalam dunia optic, cahaya polikromatik ini bisa dipisahkan masing-masing cahaya penyusunnya dengan menggunakan prisma, peristiwa ini dikenal sebagai proses disperse atau penguraian. Contoh paling sederhana untuk cahaya polikromatik adalah cahaya warna putih dan cahaya matahari. Kedua cahaya tersebut apabila didispersikan maka akan menghasilkan cahaya-cahaya baru dengan banyak warna. Kemudian untuk cahaya monokromatik dapat dicontohkan seperti cahaya pada laser dan cahaya lampu LED non putih. Ketika cahaya tersebut direfraksikan maka tidak akan menghasilkan cahaya baru dengan warna yang berbeda, namun tetap akan menghasilkan warna yang sama dengan warna asli.
Sumber
Chang, W S C. 2005. Principles of Lasers and Optics . Cambridge: University of Cambridge Press.
4. Sifat Cahaya
Gelombang cahaya memiliki beberapa sifat. Berikut merupakan 4 sifat utamanya, yaitu:
-
Refleksi atau Pemantulan Cahaya
Pemantulan (refleksi gelombang) adalah peristiwa pengembalian seluruh atau sebagian dari suatu berkas partikel atau gelombang bila berkas tersebut bertemu dengan bidang batas antara dua medium suatu garis atau permukaan dalam medium dua atau tiga dimensi yang dilewati gelombang disebut muka gelombang. Hukum pemantulan cahaya berbunyi sudut kejadian sama dengan sudut pantulan atau refleksi.
-
Refraksi atau Pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya berdasarkan hukum pembiasan, jika sinar datang dengan sudut i dari medium 1 (indeks bias n1) dan dibiaskan dengan sudut bias r pada medium 2 (indeks bias n2). Pembiasan yang terjadi pada bidang batas antara ruang hampa dan suatu medium tertentu. Jika cahaya datang dari ruang hampa ke medium itu (nā=1 dan nā>1), maka sinar bias dibelokkan mendekati garis normal dan jika sinar datang dari medium ke ruang hampa, sinar biasnya dibelokkan menjauhi garis normal.
-
Dispersi
Dispersi merupakan peristiwa penguraian cahaya polikromatik menjadi warna warna penyusunnya yang merupakan cahaya monokromatik. Dispersi terjadi saat cahaya putih (polikromatik) melewati medium pembias yang berupa Prisma atau kotak cahaya yang terbuat dari gelas bening. Pembiasan cahaya hanya terjadi jika pembias adalah transparan dengan suatu kemiringan, tidak bisa bila cahaya bergerak dalam garis tegak lurus.
Difraksi Fresnel, terjadi apabila letak sumber cahaya, celah, dan layar pengamatan berdekatan. Celah yang digunakan lebar dan bertepi Lancip di bagian pinggirnya. Karena jarak yang dekat, muka gelombang yang masuk ke celah tidak berbentuk datar tetapi melengkung titik pola difraksi pada layar memiliki intensitas yang berubah dari pusat hingga ke tepi. Difraksi Fraunhofer, terjadi apabila letak sumber cahaya, telah, dan layar pengamatan berada pada jarak yang jauh titik bentuk muka gelombang yang masuk ke celah berbentuk datar
-
Interferensi
Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama yang dapat menghasilkan suatu pola gelombang baru. Syarat terjadinya interferensi adalah gelombang-gelombang cahaya berasal dari sumber yang koheren sehingga amplitudo, panjang gelombang, dan frekuensinya sama serta beda fase selalu tetap. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun (interferensi konstruktif) jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut yang saling menguatkan dengan fase yang sama sehingga menghasilkan amplitudo yang besar. Bersifat merusak (interferensi destruktif) jika beda fasenya adalah 180Ā°, gelombang tersebut sebagian atau sepenuhnya akan saling meniadakan karena fase nya yang berbeda.
Sumber
Hect, Eugene. 2016 . Optic, Global Edition 5ed . London : Pearson Education Limited.
5. Spektrum Cahaya
Spektrum cahaya adalah grafik yang mewakili intensitas cahaya pada frekuensi yang berbeda. Spektrum cahaya terbagi berdasarkan atas range (batasan wilayah) panjang gelombang. Perbedaan panjang gelombang dan frekuensi pada gelombang akan mengakibatkan cahaya yang tampak memiliki warnanya berbeda. Jika kita lihat, warna ungu dan merah tentu merupakan cahaya yang berbeda warnanya. Warna merah merupakan warna yang memiliki panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) dan ungu merupakan warna dengan panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Salah satu contoh spektrum cahaya adalah ketika kita melihat pelangi. Pelangi terbentuk setelah hujan, ketika cahaya matahari dibiaskan oleh tetesan air hujan. Tetesan air itu hujan bertindak sebagai prisma yang menyerakkan cahaya matahari menjadi tujuh warna . Hal ini dikarenakan cahaya matahari terdiri dari tujuh warna yang berbeda, semua warna tersebut dipisahkan untuk menghasilkan susunan warna berurutan yang disebut spektrum cahaya dan ketika menyatu akan menjadi cahaya putih.
Sumber
Beiser, Arthur. 2003. Concepts Of Modern Phyisics Sixth edition. United States: McGraw-Hill Companies, Inc.
