Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
28Cahaya Merambat Lurus
Berkas matahari menyerong menembus kabut pagi di antara pepohonan — lurus seperti tali yang teregang, tiap-tiapnya. Sebuah senter di loteng berdebu melemparkan bilah cahaya yang tepinya lurus. Kamu dapat mendengar seorang teman memanggil dari balik tikungan, tetapi kamu tidak dapat melihatnya di sana. Semua itu adalah satu hukum yang mengenakan pakaian berbeda-beda — hukum cahaya yang paling tua.
28.1 Hukum garis lurus
Proposisi 28.1 (Cahaya merambat menurut garis lurus)
Di udara (juga di dalam air, kaca, atau ruang hampa), cahaya merambat menurut garis lurus. Ia tidak melengkung mengitari tikungan, tidak melayang seperti asap, tidak membelok untuk menemukanmu di balik dinding. Di tempat yang tidak dapat dicapai garis lurus dari sumbernya, tidak ada cahaya dari sumber itu yang tiba.
Definisi 28.2 (Sinar cahaya)
Untuk menggambar cahaya, para fisikawan memakai sinar cahaya: sebuah garis lurus dengan anak panah, yang menunjukkan satu helai cahaya dan arah larinya. Berkas senter digambar sebagai kipas sinar; berkas laser yang tipis sebagai satu sinar tunggal. Seperti anak panah gaya, sinar adalah gambar kecil yang membawa sebuah hukum di dalamnya: jalan cahaya lurus seperti penggaris.
Contoh 28.3 (Tempat hukum itu menampakkan diri)
Begitu kamu mengenal hukumnya, kamu melihatnya di mana-mana: berkas matahari yang lurus menembus kabut atau kisi jendela; tepi lurus yang tajam pada berkas senter di udara berdebu; helai penunjuk laser yang lurus sekali; dan setiap mercusuar yang menyapukan bilah cahaya lurus melintasi laut malam. Cahaya yang bengkok tidak pernah terlihat — air mancur dan hutan boleh melengkung, cahaya tidak.
28.2 Membuktikannya dengan tiga kartu
Metode 28.4 (Percobaan tiga kartu)
- Lubangi bagian tengah tiga kartu yang kaku dengan lubang kecil, pada tinggi yang sama;
- tegakkan ketiga kartunya berderet, berjarak sejengkal, dan sebatang lilin yang menyala (atau senter) di seberang kartu yang terakhir;
- gerakkan kepalamu sampai kamu melihat nyala apinya lewat ketiga lubang — hanya mungkin ketika ketiga lubang dan nyala apinya berdiri pada satu garis lurus (periksalah: benang yang tegang lewat ketiga lubang itu sampai ke nyala apinya);
- sekarang geserlah kartu yang tengah ke samping, cukup selebar jari.
Nyala apinya lenyap. Cahaya yang seandainya dapat berkelok — lewat lubang pertama, membelok sedikit ke samping, lewat lubang yang digeser, lalu terus ke matamu — ternyata tidak: tanpa garis lurus, tanpa cahaya.
Contoh 28.5 (Bayang-bayang akhirnya terjelaskan)
Sekarang bayang-bayang dari tahun pertama sekolahmu menyerahkan rahasianya. Sinar berlari lurus dari lampunya; bola menghentikan sinar yang mengenainya; sinar yang lewat tepat di sisi tepinya berlari lurus terus. Di belakang bolanya terhampar tepat ruang yang tidak dapat dicapai sinar lurus mana pun — itulah bayang-bayangnya, dengan tepi tajam yang digambar oleh sinar terakhir yang lolos. Sinar yang lurus, bayang-bayang yang tajam: cahaya yang bengkok akan mengaburkan setiap bayang-bayang menjadi kabut.
28.3 Melihat berarti menerima cahaya
Proposisi 28.6 (Cara kerja penglihatan)
Kamu melihat sebuah benda ketika cahaya dari benda itu merambat menurut garis lurus masuk ke matamu — cahayanya sendiri kalau ia sebuah sumber, atau cahaya matahari maupun cahaya lampu yang dipantulkannya kalau bukan. Tidak ada apa pun yang keluar dari matamu untuk meraih dunia: melihat adalah menerima, menangkap sinar seperti jaring menangkap bola.
Contoh 28.7 (Di balik tikungan)
Temanmu memanggil dari balik tikungan sekolah: kamu mendengarnya, tetapi tidak dapat melihatnya. Bunyi menyebar seperti riak kolam dan menyapu mengitari sudut tikungannya; cahaya bertahan pada jalan lurusnya, dan tidak ada garis lurus yang menghubungkan wajah temanmu dengan matamu menembus batu batanya. Untuk melihat di balik tikungan, kamu harus melipat jalannya — berilah sinarnya permukaan keras yang mengkilap untuk dipantuli. Tipuan itu disebut cermin, dan ia memiliki bab cahaya pertama tahun depan.
Catatan 28.8 (Sang juara lari)
Bunyi, seperti kita ukur, berlari tiap sekon. Cahaya di jalan lurusnya berada di kelas yang sama sekali lain: ia menyeberangi seluruh langit lebih cepat daripada yang dapat ditangkap hitungan mana pun — itulah sebabnya kilatnya tiba “seketika” dan guruhnya terseok beberapa sekon di belakangnya. Seberapa cepat tepatnya? Bilangannya begitu keterlaluan sehingga kita simpan untuk tahun yang lebih tinggi — bersama kisah tipuan cerdik yang diperlukan untuk mengukurnya.
28.4 Latihan
Latihan 28.1 ★
Nyatakan hukum dalam bab ini. Sebutkan dua penampakannya di luar rumah.
Latihan 28.2 ★
Apa itu sinar cahaya, dan dua hal apa yang ditunjukkan gambarnya?
Latihan 28.3 ★
Pada percobaan tiga kartu, tepat kapan kamu dapat melihat nyala apinya? Satu gerakan apa yang membuatnya lenyap, dan mengapa?
Latihan 28.4 ★
Bagaimana hukum garis lurus menjelaskan tepi tajam sebuah bayang-bayang?
Solusi
Solusi Latihan 28.4.
Sinar berlari lurus dari lampunya; penghalangnya menghentikan sebagian, dan sinar yang lewat tepat di sisi tepinya berlari lurus terus. Batas antara tanah yang tercapai dan yang tidak tercapai digambar oleh garis lurus — karena itulah tepinya tajam.
Latihan 28.5 ★
Kamu sedang melihat buku ini. Ceritakan perjalanan cahaya yang memungkinkannya, dari sebuah lampu sampai ke matamu.
Solusi
Solusi Latihan 28.5.
Cahaya meninggalkan lampunya, berlari lurus ke halaman ini, memantul dari kertasnya, lalu berlari lurus dari halaman ini masuk ke matamu — dan matamu menerimanya. Dua ruas lurus dengan satu pantulan di antaranya.
Latihan 28.6 ★
Mengapa kamu dapat mendengar seorang teman di balik tikungan tetapi tidak dapat melihatnya? Apa yang dilakukan tiap pengembara — bunyi dan cahaya — di tikungan itu?
Solusi
Solusi Latihan 28.6.
Bunyi menyebar seperti riak kolam dan menyapu mengitari sudut tikungannya sampai ke telingamu. Cahaya bertahan pada jalan lurusnya, dan tidak ada garis lurus yang menghubungkan wajah temanmu dengan matamu menembus batu bata — sehingga suaranya tiba dan pemandangannya tidak.
Latihan 28.7 ★
Sebuah lubang kunci, ruangan terang di seberangnya, dan matamu: dari tempat mana di lorong yang gelap kamu dapat melihat lampunya lewat lubang kunci itu? Jawablah dengan sebuah garis lurus.
Solusi
Solusi Latihan 28.7.
Hanya dari tempat yang membuat sebuah garis lurus lewat lubang kunci itu sampai ke lampunya — mata, lubang kunci, dan lampu sejajar. Bergeserlah sedikit dan garisnya patah pada daun pintu.
Latihan 28.8 ★
Dari kembang api yang jauh, mana yang tiba lebih dahulu, dentumannya atau kilatannya? Hukum mana dan pengukuran mana dari tahun ini yang menjelaskan selisihnya?
Solusi
Solusi Latihan 28.8.
Kilatannya: perjalanan cahaya terhitung seketika, sementara dentumannya berlari menyeberang dengan tiap sekon — tiga sekon sunyi untuk tiap kilometer jarak.
Latihan 28.9 ★
“Ketika aku memandang sebuah bintang, ada sesuatu yang menyembur keluar dari mataku untuk menyentuhnya.” Perbaikilah kepercayaan lama ini dengan Proposisi 28.6 — apa yang merambat, dan ke arah mana?
Latihan 28.10 ★★
Rancanglah, dengan gambar sinar, sebuah cara mengamati lorong dari dalam kamarmu memakai tipuan cermin yang disinggung pada Contoh 28.7: di mana permukaan yang mengkilap itu harus berdiri di ambang pintu, dan apa yang dilakukannya terhadap jalan sinarnya? (Kapal selam memakai persis cara ini, ditumpuk dua kali, untuk melihat di atas ombak.)
Solusi
Solusi Latihan 28.10.
Tegakkan permukaan yang mengkilap itu di ambang pintu, dimiringkan setengah sudut siku-siku terhadap lorongnya. Sinar yang berlari menyusuri lorong mengenai cermin yang miring itu dan jalannya melipat: ia membelok di tikungan lalu berlari lurus lewat ambang pintu masuk ke kamarmu sampai ke matamu. Dua lipatan seperti itu, satu di atas yang lain, membentuk periskop kapal selam.
Latihan 28.11 ★★
Pada pagi yang berkabut, berkas matahari mengipas di antara pepohonan dalam garis yang jelas lurus — namun temanmu berkata: “Kita melihat berkasnya, jadi cahaya pasti zat yang terlihat dan menggantung di udara.” Apa yang sebenarnya kalian berdua lihat ketika sebuah “berkas” tampak di kabut atau debu, dan seperti apa berkas itu di udara yang bersih sempurna?
Solusi
Solusi Latihan 28.11.
Kamu tidak sedang melihat cahaya yang sedang terbang — kamu sedang melihat butir air dan bintik debu yang tak terhitung banyaknya yang ditumbuk berkas itu di sepanjang jalannya, dan masing-masingnya memantulkan sedikit cahaya ke matamu. Di udara yang bersih sempurna tidak ada apa pun untuk ditumbuk, dan berkasnya tidak terlihat dari samping: hanya bintik terang di tempat ia mendarat yang membocorkannya.