Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
3Cahaya dan Bayang-bayang
Matikan lampu di ruangan tanpa jendela: semuanya lenyap. Nyalakan lagi: ruangan itu kembali. Melihat memerlukan cahaya. Dan di mana ada cahaya, di situ ada bayang-bayang — kembaran gelapmu yang setia mengikutimu di setiap trotoar yang terkena matahari. Mari kita cari tahu dari mana cahaya datang, dan bagaimana bayang-bayang terbentuk.
3.1 Dari mana cahaya datang
Definisi 3.1 (Sumber cahaya)
Sebuah sumber cahaya adalah benda yang membuat cahaya sendiri: Matahari, lampu, nyala lilin, kunang-kunang. Benda lain — buku, bola, dinding, dirimu — tidak membuat cahaya sendiri: kita hanya melihat benda-benda itu ketika cahaya dari sebuah sumber jatuh padanya.
Contoh 3.2 (Sumber atau bukan?)
Matahari, senter, korek api yang menyala, dan layar televisi semuanya membuat cahaya: itulah sumber. Bulan, cermin, dan dinding putih bisa tampak sangat terang, tetapi tidak membuat cahaya sendiri — benda-benda itu hanya memantulkan kembali cahaya yang sampai padanya. Matikan lampunya, dan cermin yang paling terang pun menjadi gelap.
Contoh 3.3 (Cobalah: ruangan gelap)
Pada malam hari, tutuplah daun jendela atau tirai sebuah ruangan, matikan semua lampu, dan tunggulah sambil menghitung pelan sampai . Apa yang kamu lihat? Mula-mula hampir tidak ada apa-apa — tanpa sumber, tidak ada cahaya untuk melihat. Lalu bukalah pintunya sedikit: satu iris cahaya yang tipis sudah cukup untuk mengembalikan meja, kursi, dan mainan.
Catatan 3.4 (Jangan pernah menatap Matahari)
Matahari adalah sumber cahaya terkuat yang pernah kita temui. Jangan pernah menatapnya langsung, walau sekejap, apalagi lewat teropong atau kaca pembesar: cahayanya begitu kuat sehingga dapat merusak matamu untuk selamanya. Matahari dinikmati dari samping — lewat cahaya yang ia lemparkan ke segala benda lain.
3.2 Bagaimana bayang-bayang terbentuk
Definisi 3.5 (Bayang-bayang)
Sebuah bayang-bayang adalah daerah gelap yang muncul di belakang benda yang menghalangi cahaya. Cahaya tidak dapat menembus tubuhmu, sehingga di belakangmu tanah tidak menerima cahaya Matahari: daerah gelap berbentuk dirimu itulah bayang-bayangmu.
Metode 3.6 (Membuat bayang-bayang yang tajam)
- Gelapkan ruangan — bayang-bayang bersembunyi kalau cahaya datang dari mana-mana;
- nyalakan satu lampu atau senter;
- pegang sebuah mainan di antara lampu dan dinding;
- lihatlah dinding: di situ ada bayang-bayangnya, di sisi mainan yang jauh dari lampu.
Dekatkan mainan itu ke lampu: bayang-bayangnya membesar. Dekatkan ke dinding: bayang-bayangnya menyusut sampai sebesar mainannya sendiri.
Contoh 3.7 (Cobalah: bayang-bayang binatang)
Dengan lampu pada Metode 3.6, taruhlah tanganmu di dalam cahaya, bukan mainan: dua jari tegak menjadi telinga kelinci, dua ibu jari bersilang menjadi burung terbang. Dinding menampilkan bentuk yang digunting tanganmu dari cahaya — bayang-bayang selalu menyimpan bentuk penghalangnya, dilihat dari lampu.
Catatan 3.8 (Bayang-bayang bukan benda)
Kamu tidak bisa memungut bayang-bayang, melipatnya, atau menyimpannya di dalam kotak. Bayang-bayang tidak terbuat dari apa pun: ia adalah tempat yang kehilangan cahaya. Itulah sebabnya ia lenyap seketika saat lampu padam — tidak ada apa pun di sana yang bisa tertinggal.
3.3 Bayang-bayang mengikuti cahaya
Contoh 3.9 (Bayang-bayang ada di sisi mana?)
Pada pagi hari, Matahari berada di satu sisimu dan bayang-bayangmu terbaring di sisi yang lain. Hadapkan wajahmu ke Matahari: bayang-bayangmu bersembunyi di belakangmu. Balikkan punggungmu ke Matahari: bayang-bayangmu memanjang di depan. Bayang-bayang selalu berada tepat berseberangan dengan sumbernya.
Contoh 3.10 (Cobalah: kapur di sekeliling bayang-bayang)
Pada pagi yang cerah, berdirilah diam di halaman bermain sementara seorang teman menggambar garis kapur di sekeliling bayang-bayangmu. Kembalilah sesudah makan siang dan berdirilah di tempat yang sama: bayang-bayangmu sudah keluar dari garis kapurnya dan berubah panjangnya! Matahari berpindah tempat di langit — dan bayang-bayang mengikutinya. Bab berikutnya mengikuti Matahari sepanjang harinya.
3.4 Latihan
Latihan 3.1 ★
Kelompokkan menjadi sumber cahaya dan bukan sumber: nyala lilin; Bulan; kunang-kunang; cermin; senter; dinding putih.
Solusi
Solusi Latihan 3.1.
Sumber: nyala lilin, kunang-kunang, senter. Bukan sumber: Bulan, cermin, dinding putih — ketiganya hanya memantulkan kembali cahaya yang jatuh padanya.
Latihan 3.2 ★
Mengapa kamu tidak dapat melihat apa pun di ruangan tertutup tanpa jendela dan tanpa lampu? Apa yang tidak ada di sana?
Latihan 3.3 ★
Sebutkan tiga hal yang diperlukan untuk membuat bayang-bayang pada dinding, dan urutkan ketiganya pada sebuah garis.
Solusi
Solusi Latihan 3.3.
Sebuah sumber cahaya, sebuah penghalang, dan sebuah dinding (atau layar, atau tanah) — berurutan begitu pada satu garis lurus: sumber menyinari, penghalang menghalangi, dinding menampilkan daerah gelapnya.
Latihan 3.4 ★
Matahari berada di sebelah kirimu. Bayang-bayangmu ada di sebelah mana? Kamu berbalik seluruhnya — sekarang ada di mana?
Solusi
Solusi Latihan 3.4.
Bayang-bayangmu ada di sebelah kanan — berseberangan dengan Matahari. Sesudah berbalik seluruhnya, Matahari ada di sebelah kananmu, sehingga bayang-bayang terbaring di sebelah kirimu: selalu di sisi yang jauh dari Matahari.
Latihan 3.5 ★
Dengan Metode 3.6, buatlah bayang-bayang mainan yang sama mula-mula besar sekali, lalu kecil. Apa yang kamu pindahkan, dan ke arah mana?
Solusi
Solusi Latihan 3.5.
Memindahkan mainan mendekat ke lampu membuat bayang-bayangnya besar sekali; memindahkannya mendekat ke dinding menyusutkan bayang-bayang kembali sebesar mainannya.
Latihan 3.6 ★
Dapatkah bayang-bayang dipungut dan dimasukkan ke saku? Jelaskan apa sebenarnya bayang-bayang itu, dengan Catatan 3.8.
Solusi
Solusi Latihan 3.6.
Tidak. Bayang-bayang bukan benda yang terbuat dari apa pun — ia adalah tempat yang kehilangan cahaya karena sebuah penghalang menahan cahaya itu. Karena tidak ada apa-apa di sana, tidak ada yang dapat dipungut.
Latihan 3.7 ★
Mengapa kamu tidak boleh menatap Matahari, padahal menatap lampu hanya menyilaukan sedikit?
Solusi
Solusi Latihan 3.7.
Matahari adalah sumber yang jauh lebih kuat daripada lampu mana pun: cahayanya begitu kuat sehingga dapat merusak mata untuk selamanya, bukan sekadar menyilaukannya sesaat.
Latihan 3.8 ★
Pada tengah hari Matahari tergantung tinggi; pada sore hari ia tergantung rendah. Kapan bayang-bayangmu lebih panjang? Gambarlah dua bayang-bayang sebuah pohon, satu untuk tiap saat itu.
Solusi
Solusi Latihan 3.8.
Pada sore hari, ketika Matahari tergantung rendah. Gambarnya harus menunjukkan bayang-bayang pendek di kaki pohon pada tengah hari dan bayang-bayang panjang yang memanjang pada sore hari, keduanya menjauh dari Matahari.
Latihan 3.9 ★★
Mia berkata: “Bayang-bayangku tadi ada di depanku, dan sesudah aku berbalik ia ada di belakangku — jadi bayang-bayang itu ikut berbalik.” Sam berkata bayang-bayang itu sama sekali tidak bergerak. Ingat Contoh 3.9: siapa yang benar, dan mengapa tampaknya bayang-bayang itu ikut berbalik?
Solusi
Solusi Latihan 3.9.
Sam benar. Bayang-bayang itu tetap berseberangan dengan Matahari sepanjang waktu. Mia yang berbalik, sehingga bayang-bayang berubah tempat terhadap depan dan belakang dirinya sendiri — tetapi di tanah ia tidak pernah bergerak.