Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
32Cermin dan Pemantulan
Cahaya, seperti kita buktikan, tidak pernah membelok mengitari tikungan — namun setiap pagi ada salinan dirimu yang memandang keluar dari dinding kamar mandi, dan tahun lalu kita menjanjikan tipuan untuk melihat di balik tikungan. Tipuannya bukan membengkokkan jalannya melainkan melipatnya. Segalanya melipat pada satu permukaan yang luar biasa: cermin.
32.1 Pantulan
Definisi 32.1 (Pemantulan)
Ketika cahaya menumbuk sebuah permukaan lalu melenting kembali alih-alih menembusnya atau mati di sana, kita menyebutnya pemantulan: cahayanya dipantulkan. Sebuah cermin adalah permukaan yang begitu halus sehingga memantulkan cahaya dengan cara yang tertib sempurna — logam yang dipoles di belakang kaca, air yang tenang, sendok yang berkilau.
Proposisi 32.2 (Aturan pantulan)
Sinar cahaya memantul dari cermin seperti bola sempurna memantul dari dinding: ia pergi persis securam ia datang, di sisi yang lain. Datang lurus — kembali lurus. Datang menyerong — pergi menyerong dengan kecondongan yang sepadan. Kedua sudutnya, ketika datang dan ketika pergi, selalu sama besar.
Contoh 32.3 (Membidikkan pantulan)
Karena pantulannya begitu tertib, ia dapat dibidikkan: dengan cermin kecil di bawah sinar matahari kamu dapat melemparkan bintik cahaya ke dinding mana pun yang kamu pilih — miringkan cerminnya, dan bintiknya menurut. Pelaut dan pendaki yang dalam kesulitan memakai persis cara ini: kilatan cermin yang dibidikkan ke kapal atau helikopter yang jauh adalah isyarat yang terlihat sampai berkilo-kilometer, seluruhnya bertenaga Matahari.
Contoh 32.4 (Mengapa dinding bukan cermin)
Dinding putih memantulkan banyak cahaya — kalau tidak, ruangannya akan suram — jadi mengapa ia tidak menampilkan bayangan? Dari dekat, permukaannya adalah bentang alam berbukit-bukit mungil: tiap sinar yang datang menuruti aturan pantulan pada lerengnya sendiri yang kecil, dan pasukan sinar yang tertib itu terhambur ke segala arah. Kilap cermin menjaga lerengnya tetap datar, pasukannya tetap seirama, dan gambarnya selamat melewati pantulan. Ketertiban, bukan kilap saja, itulah yang membuat sebuah bayangan.
32.2 Sosok di balik kaca
Proposisi 32.5 (Aturan bayangan)
Cermin datar menampilkan setiap benda sebagai bayangan yang berdiri di belakang kacanya, tepat sejauh benda itu berdiri di depannya, sama besar dengannya, titik demi titik. Mundurlah, dan bayanganmu ikut mundur; dunia cermin adalah salinan dunia kita yang setia dan terlipat.
Contoh 32.6 (Mengapa bayangannya tinggal di belakang)
Matamu berjiwa sederhana: ia menganggap setiap sinar berjalan lurus. Sinar yang memantul itu memang datang dari lilinnya lewat cermin — tetapi mata memanjangkannya mundur menembus kacanya, sampai ke tempat sinar itu seolah-olah bermula. Semua sinar yang memantul sepakat tentang titik awal hantu itu: sinar sebanyak satu lilin, satu lilin hantu yang tajam. Tentu saja tidak ada apa pun yang berdiri di balik dinding — bayangan adalah tipuan cahaya yang paling meyakinkan.
Contoh 32.7 (Dunia yang tertukar)
Hadapkan selembar tulisan ke cermin: hurufnya kembali terbalik, kiri dan kanan bertukar. Itulah sebabnya kata AMBULANS dicat terbalik-cermin di bagian depan mobil ambulans: pengemudi di depannya, yang melirik ke kaca spionnya, melihatnya berbalik menjadi tulisan biasa — lalu menepi. Dua cermin dapat membatalkan pertukaran itu: pantulan ganda membalik pembalikannya.
32.3 Melipat jalannya dengan sengaja
Metode 32.8 (Membuat periskop)
Peneropong tikungan yang dijanjikan, kini diserahkan:
- ambillah kotak yang tinggi dan sempit; guntinglah jendela di dekat puncak salah satu sisinya dan satu lagi di dekat dasar sisi yang berseberangan;
- pasanglah cermin kecil di dalam, di belakang tiap jendela, masing-masing dimiringkan setengah sudut siku-siku, dan kedua kemiringannya sejajar satu sama lain;
- arahkan jendela atasnya melewati dinding (atau mengitari tikungan), lalu tengoklah ke jendela bawahnya.
Jalan cahayanya melipat dua kali: turun di dalam kotak di antara kedua cerminnya, lalu keluar ke matamu. Awak kapal selam mengamati ombak lewat persis alat ini — yang dibuat panjang dan kedap air.
Catatan 32.9 (Sendok rumah hantu)
Tengoklah ke dalam cekungan sendok yang dipoles: kamu tergantung terbalik. Baliklah sendoknya: kamu tegak lagi, tetapi terentang. Cermin melengkung tetap menuruti aturan pantulan di setiap titik — tetapi lerengnya ikut berputar bersama lengkungnya, sehingga pantulan yang tertib itu berkumpul atau memencar, dan bayangannya menyusut, membesar, atau berjungkir balik. Cermin melengkung juga memusatkan cahaya: sebuah piring melengkung berisi sinar matahari dapat memasak sepanci — ingat kompor surya pada bab energi. Hukumnya yang persis milik tahun yang lebih tinggi; sendok itu pratinjaunya yang jujur.
32.4 Latihan
Latihan 32.1 ★
Nyatakan aturan pantulan. Apa yang dilakukan sinar yang datang tegak lurus?
Latihan 32.2 ★
Dinding putih memantulkan banyak cahaya. Mengapa ia tidak menampilkan bayangan, sementara cermin yang dipoles menampilkannya?
Solusi
Solusi Latihan 32.2.
Permukaan dindingnya adalah bentang alam berbukit-bukit mungil: tiap sinar menuruti aturan pantulan pada lerengnya sendiri yang kecil, sehingga sinarnya terhambur ke segala arah dan gambarnya larut. Kilap cermin menjaga semua pantulannya seirama — ketertiban terjaga, bayangannya pun terjaga.
Latihan 32.3 ★
Kamu berdiri di depan cermin datar. Di mana bayanganmu, dan seberapa jauh jaraknya darimu?
Solusi
Solusi Latihan 32.3.
Di balik kaca, sedalam — jadi dari dirimu.
Latihan 32.4 ★
Kamu berjalan mendekati bayanganmu di cermin dengan langkah pelan. Apa yang dilakukan bayangannya, dan secepat apa jarak di antara kalian menutup?
Solusi
Solusi Latihan 32.4.
Bayangannya berjalan ke arahmu dengan langkah pelan yang sama, dan tetap sedalam kamu berdiri di depan kaca. Jaraknya menutup dua kali lebih cepat daripada langkahmu — satu langkahmu ditambah satu langkah bayangannya.
Latihan 32.5 ★
Mengapa kata AMBULANS dicat terbalik di bagian depan mobil ambulans? Bagi siapa tulisan itu terbaca benar, dan lewat apa?
Latihan 32.6 ★
Pada periskop, berapa kali jalan cahayanya melipat, dan apa yang dilakukan tiap lipatan? Pada kemiringan berapa cerminnya berdiri?
Latihan 32.7 ★
Bagaimana seorang pendaki berbekal cermin saku dapat memberi isyarat kepada helikopter yang jauh? Dua gagasan bab yang mana yang sedang bekerja — sebutkan aturan yang membidikkan kilatannya dan penyimpan yang menenagainya.
Solusi
Solusi Latihan 32.7.
Miringkan cerminnya sampai berkas matahari yang memantul mendarat pada sasarannya — aturan pantulan membuat kilatannya dapat dibidikkan; Matahari adalah penyimpan energinya, yang mengantarkan cahayanya dengan cuma-cuma. Kilatan sebesar saku dapat terlihat sampai berkilo-kilometer.
Latihan 32.8 ★
Air yang tenang mencerminkan pegunungan; angin mengeriputkan danaunya dan gambarnya pecah menjadi kerlip. Jelaskan kedua keadaan itu dengan Contoh 32.4.
Solusi
Solusi Latihan 32.8.
Air yang tenang adalah satu permukaan yang halus: pantulannya tetap seirama, dan gambar pegunungannya selamat — itulah cermin. Angin memecah permukaannya menjadi bercak miring yang tak terhitung banyaknya; tiap bercak memantul menurut aturannya pada kemiringannya sendiri, pasukannya kehilangan irama, dan bayangannya pecah menjadi kerlip yang menari.
Latihan 32.9 ★★
Mata “memanjangkan sinar ke belakang”. Pakailah hal itu untuk menjelaskan mengapa bayanganmu berdiri di belakang dinding tempat cermin itu tergantung — di tempat yang pasti tidak ditempati siapa pun. Semua sinar yang memantul dari hidungmu sepakat tentang apa?
Solusi
Solusi Latihan 32.9.
Tiap sinar yang memantul mencapai mata dari cerminnya, tetapi mata memanjangkannya lurus ke belakang, menembus kacanya. Semua sinar yang memantul dari hidungmu, kalau dipanjangkan ke belakang, berpotongan pada satu tempat yang sama di balik dinding — sehingga mata membangun hidung hantu di sana, dan titik hantu demi titik hantu, seluruh dirimu yang hantu. Kesepakatan di antara sinarnya itulah yang membuat tipuannya tajam.
Latihan 32.10 ★★
Sebuah toko ingin agar pembeli di pintu dapat melihat mengitari tikungan buta ke dalam lorong raknya. Satu cermin datar harus dipasang di tempat kedua lorong bertemu. Bagaimana cermin itu harus dimiringkan, dan mengapa pemasangan yang sama membuat lorong raknya dapat melihat pintunya? (Jalan cahaya bekerja dua arah.)
Solusi
Solusi Latihan 32.10.
Pasanglah pada setengah sudut siku-siku terhadap kedua lorongnya (dimiringkan melintang di tikungan, seperti cermin periskop). Sinar dari lorong rak melipat di cerminnya lalu berlari ke pintu — dan karena jalan cahaya bekerja dua arah, sinar dari pintu melipat menyusuri jalan yang sama kembali ke lorong raknya: tiap ujung melihat ujung yang lain di kaca yang sama.
Latihan 32.11 ★★
Tulisan cermin kembali terbalik; pantulan ganda “membalik pembalikannya”. Jelaskan mengapa periskop pada Metode 32.8, dengan kedua cerminnya, menampilkan pemandangannya dengan arah yang benar dan bukan terbalik-cermin.