Fisika Sekolah Menengah Atas · Grades 10–12

11Warna dan Sumber Cahaya

Tanyalah kepada seorang fisikawan apa warna sebuah tomat dan kamu akan menerima pertanyaan balik: di bawah cahaya yang mana? Tomat itu hanya menghamburkan apa yang diberikan kepadanya, lampunya hanya memberikan apa yang termuat pada spektrumnya, dan mata memampatkan apa pun yang tiba menjadi tiga bilangan. Warna adalah perundingan antara sumber, benda dan mata — bab ini menyidik ketiga pihaknya satu per satu.

11.1 Melihat dalam tiga bilangan

Definisi 11.1 (Sel kerucut dan penglihatan trikromatik)

Retina (Bab 10) membawa dua keluarga sel yang peka cahaya: sel batang, yang menanggapi cahaya redup tetapi tidak menghiraukan panjang gelombang (penglihatan malam, berwarna kelabu), dan sel kerucut, yang terdiri atas tiga jenis dan paling peka di dekat $420\,\mathrm{nm}$ (biru), $530\,\mathrm{nm}$ (hijau) dan $560\,\mathrm{nm}$ (merah). Penglihatan warna manusia bersifat trikromatik: apa pun spektrumnya, otak hanya menerima tiga tanggapan sel kerucut, dan warna adalah apa yang dibuatnya dari ketiga bilangan itu.

Definisi 11.2 (Warna sebagai tanggapan indra)

Karena itu warna adalah sebuah tanggapan indra, bukan sifat cahaya semata: spektrum menyebutkan intensitas pada setiap panjang gelombang, sedangkan mata hanya menyimpan tiga bilangan. Cahaya yang spektrumnya berbeda tetapi tanggapan ketiga sel kerucutnya sama tampak benar-benar serupa: keduanya disebut metamer.

Contoh 11.3 (Dua warna kuning)

Garis $589\,\mathrm{nm}$ sebuah lampu natrium merangsang sel kerucut merah dan hijau hampir sama kuatnya: otak berkata kuning. Sebuah layar yang menyalakan subpiksel merahnya ( $610\,\mathrm{nm}$ ) dan hijaunya ( $540\,\mathrm{nm}$ ) memberikan kuning yang sama tanpa cahaya apa pun di dekat $589\,\mathrm{nm}$ . Prisma memisahkan keduanya seketika; mata tidak akan pernah bisa.

11.2 Menjumlahkan cahaya

Definisi 11.4 (Perpaduan aditif)

Menumpangkan berkas cahaya pada layar putih berarti menjumlahkan spektrumnya: itulah perpaduan aditif. Tiga cahaya yang dipilih dengan baik, merah, hijau dan biru — yaitu warna primer aditif — bercampur menjadi hampir setiap warna yang dapat ditangkap indra: R $+$ G $=$ kuning, R $+$ B $=$ magenta, G $+$ B $=$ sian, dan R $+$ G $+$ B $=$ putih.

Proposisi 11.5 (Warna komplementer)

Dua cahaya yang jumlahnya ditangkap sebagai putih disebut saling komplementer. Ketiga pasangannya kuning/biru, sian/merah dan magenta/hijau saling komplementer.

Bukti. Kuning adalah R $+$ G; menambahkan biru melengkapi ketiganya menjadi putih. Kedua pasangan yang lain memakai alasan yang sama, satu warna primer setiap kali. ∎

Contoh 11.6 (Layar)

Tiap piksel layar telepon terdiri atas tiga subpiksel — merah, hijau, biru, dengan lebar di bawah $0.1\,\mathrm{mm}$ — yang terlalu rapat untuk dipisahkan mata, sehingga cahayanya berjumlah pada retina: kuning berarti R dan G menyala, jingga berarti R menyala penuh dan G separuh, putih berarti ketiganya menyala. Sebuah kaca pembesar di atas daerah yang putih menyingkap muslihatnya: tidak ada putih di mana pun, hanya R, G, B.

Perpaduan aditif berkas cahaya yang bertindihan (kiri) dan perpaduan subtraktif filter yang bertumpuk di bawah cahaya putih (kanan).

11.3 Mengurangkan dari cahaya putih

Definisi 11.7 (Perpaduan subtraktif)

Sebuah filter (kaca berwarna, lembar gel, lapisan tinta atau cat) meneruskan sebagian spektrum yang diterimanya dan menyerap sisanya. Menghasilkan warna dengan membuang pita dari cahaya putih disebut perpaduan subtraktif. Warna primernya, yang komplementer terhadap warna primer aditif, masing-masing mengurangkan satu pita: sian $=$ putih $-$ R, magenta $=$ putih $-$ G, kuning $=$ putih $-$ B. Filter yang bertumpuk mengurangkan bersama-sama: sian $+$ kuning akan menyisakan hijau, sian $+$ magenta menyisakan biru, lalu magenta $+$ kuning menyisakan merah, sedangkan ketiganya menyisakan hitam. Percetakan dan lukisan bekerja dengan cara ini, dengan memakai tinta C, M, Y.

Metode 11.8 (Pembukuan spektrum)

Untuk meramalkan warna melalui rangkaian sumber, filter dan benda apa pun, ikutilah ketiga pita primernya: tulislah cahaya sumbernya sebagai kandungan R, G, B-nya; pada tiap filter atau permukaan, hapuslah pita yang terserap; lalu sebutkan warna dari apa yang bertahan (tidak ada yang tersisa $=$ hitam).

Contoh 11.9 (Rangkaian filter)

Cahaya putih $(R, G, B)$ melewati filter kuning: pita birunya terserap dan menyisakan $(R, G)$ — kuning. Sebuah filter sian kemudian menyerap pita merahnya dan menyisakan $(G)$ : hijau. Menukar urutan filternya tidak mengubah apa pun: masing-masing menyerap pitanya sendiri tanpa menghiraukan urutannya.

11.4 Warna sebuah benda

Definisi 11.10 (Penghamburan dan warna benda)

Benda tak tembus cahaya menyerap sebagian cahaya yang diterimanya lalu menghamburkan sisanya — memancarkannya kembali ke segala arah, di antaranya ke mata kita. Warna sebuah benda adalah warna cahaya yang dihamburkannya di bawah penerangan yang diberikan: bendanya menyumbangkan kebiasaan menyerapnya, sumbernya menyumbangkan bahan mentahnya. Gantilah lampunya, gantilah warnanya.

Contoh 11.11 (Kemeja merah)

Sebuah kemeja tampak merah di bawah cahaya siang: kemeja itu menyerap pita hijau dan birunya lalu menghamburkan pita merahnya. Di bawah cahaya hijau murni tidak ada pita merah untuk dihamburkan: kemeja itu menyerap semuanya lalu tampak hitam. Di bawah cahaya magenta $(R, B)$ kemeja itu menghamburkan pita merahnya saja: tetap merah. Benda putih menghamburkan setiap pita yang diterimanya (di bawah cahaya hijau ia tampak hijau); benda hitam menyerap semuanya di bawah cahaya apa pun — dan itu pula sebabnya pakaian hitam menjadi panas di bawah matahari.

Kemeja merah yang sama di bawah dua penerangan: kemeja itu hanya dapat menghamburkan pita merah — yang ada pada cahaya putih dan tidak ada pada cahaya hijau.

11.5 Sumber cahaya dan suhu warna

Definisi 11.12 (Sumber pijar)

Sumber yang bercahaya karena panas — nyala api, kawat pijar, bintang — bersinar melalui pemijaran. Spektrumnya adalah spektrum termal kontinu pada Bab 2, dan puncaknya menaati hukum Wien (Proposisi 2.7),

\lambda_{\max} \times T = 2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K},

mulai sekarang menjadi perkakas berangka kita: puncaknya terukur, suhunya diketahui.

Contoh 11.13 (Lampu yang sangat tidak efisien)

Kawat pijar wolfram pada $T = 2700\,\mathrm{K}$ memuncak pada $\lambda_{\max} = 2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/2700\,\mathrm{K} = 1.07 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 1070\,\mathrm{nm}$ , jauh di daerah inframerah: sebagian besar daya listriknya pergi sebagai radiasi yang tak terlihat, hanya sekitar $5\%$ sebagai cahaya — bohlam pijar pada dasarnya sebuah pemanas.

Spektrum termal pada 6000\, K dan 3000\, K, dengan puncak _ bergaris putus-putus pada 483 dan 967\, nm; kurva yang lebih dingin, diperbesar dua belas kali, kalau tidak akan merapat ke sumbunya. — Spektrum termal pada $6000\,\mathrm{K}$ dan $3000\,\mathrm{K}$ , dengan puncak $\lambda_{\max}$ bergaris putus-putus pada $483$ dan $967\,\mathrm{nm}$ ; kurva yang lebih dingin, diperbesar dua belas kali, kalau tidak akan merapat ke sumbunya.

Definisi 11.14 (Lampu spektrum dan laser)

Sebuah lampu spektrum — gas bertekanan rendah yang dieksitasi oleh lucutan listrik: natrium, raksa, neon — memancarkan spektrum garis (Bab 2): beberapa panjang gelombang terpencil, dan tidak ada apa pun di antaranya. Sebuah laser melangkah lebih jauh: satu panjang gelombang tunggal, cahaya monokromatik, di dalam satu berkas yang sempit.

Definisi 11.15 (LED)

Sebuah dioda pemancar cahaya (LED) memancarkan pita kuasi-monokromatik selebar beberapa puluh nanometer: cukup sempit untuk tampak berwarna tertentu, jauh lebih lebar daripada garis sebuah laser. LED putih adalah LED biru (puncaknya di dekat $450\,\mathrm{nm}$ ) yang dilapisi fosfor, yaitu bahan yang menyerap sebagian birunya lalu memancarkannya kembali sebagai pita kuning yang lebar: karena biru dan kuning saling komplementer (Proposisi 11.5), campurannya terbaca sebagai putih.

Definisi 11.16 (Suhu warna)

Suhu warna sebuah sumber yang keputihan adalah suhu benda pijar yang rona cahayanya sepadan dengan cahaya sumber itu: lilin $1800\,\mathrm{K}$ , bohlam pijar $2700\,\mathrm{K}$ , halogen $3400\,\mathrm{K}$ , matahari tengah hari $5500\,\mathrm{K}$ , cahaya siang yang mendung $6500\,\mathrm{K}$ . Suhu warna adalah label warna, bukan bacaan termometer — LED $6500\,\mathrm{K}$ bekerja pada suhu ruangan — dan kosakatanya berjalan terbalik: suhu warna yang rendah terbaca jingga “hangat”, yang tinggi kebiruan “sejuk”.

Skala suhu warna sumber yang lazim: rona jingga yang “hangat” berada pada T yang rendah, rona kebiruan yang “sejuk” pada T yang tinggi. — Skala suhu warna sumber yang lazim: rona jingga yang “hangat” berada pada $T$ yang rendah, rona kebiruan yang “sejuk” pada $T$ yang tinggi.

11.6 Latihan

Latihan 11.1 ★

Sebutkan warna yang tertangkap indra ketika sebuah layar putih menerima secara serentak: (a) cahaya merah dan hijau; (b) cahaya hijau dan biru; (c) ketiga warna primernya. Cahaya mana yang komplementer terhadap biru?

Solusi

Solusi Latihan 11.1.

(a) kuning; (b) sian; (c) putih. Komplementer terhadap biru: kuning (biru $+$ kuning $=$ biru $+$ merah $+$ hijau $=$ putih).

Latihan 11.2 ★

Subpiksel yang mana (R, G, B) yang dinyalakan sebuah layar untuk menampilkan: kuning, magenta, putih, hitam, jingga?

Solusi

Solusi Latihan 11.2.

Kuning: R, G. Magenta: R, B. Putih: R, G, B. Hitam: tidak ada. Jingga: R pada daya penuh, G pada daya yang dikurangi.

Latihan 11.3 ★

Cahaya putih melewati filter magenta. Pita yang mana yang terserap, dan warna apa yang muncul? Sebuah filter sian lalu ditambahkan di belakangnya: apa yang muncul sekarang?

Solusi

Solusi Latihan 11.3.

Magenta menyerap pita hijaunya: yang muncul $(R, B)$ , yaitu cahaya magenta. Filter sian lalu menyerap pita merahnya: hanya $(B)$ yang bertahan — biru.

Latihan 11.4 ★

Di bawah cahaya putih sebuah bendera menampilkan jalur kuning. Pita yang mana yang dihamburkannya, dan yang mana yang diserapnya? Apa warnanya di bawah (a) cahaya merah; (b) cahaya biru?

Solusi

Solusi Latihan 11.4.

Jalur kuning: menghamburkan R dan G, menyerap B. (a) Di bawah cahaya merah ia menghamburkan R: merah. (b) Di bawah cahaya biru ia menyerap semuanya: hitam.

Latihan 11.5 ★

Spektrum kontinu sebuah bintang memuncak pada $\lambda_{\max} = 580\,\mathrm{nm}$ . Hitunglah suhu permukaannya.

Solusi

Solusi Latihan 11.5.

$T = \dfrac{2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}}{5.80 \times 10^{-7}\,\mathrm{m}} = 5000\,\mathrm{K}$ .

Latihan 11.6 ★★

Nyala sebuah lilin berada pada sekitar $1800\,\mathrm{K}$ . (a) Hitunglah $\lambda_{\max}$ dan sebutkan daerahnya. (b) Nyalanya toh tampak jingga: jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 11.6.

(a) $\lambda_{\max} = 2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/1800\,\mathrm{K} = 1.61 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 1610\,\mathrm{nm}$ : inframerah.

(b) Spektrumnya kontinu: ekor tampaknya kecil tetapi bukan nol, dan ujung birunya memudar lebih dahulu — yang tersisa terlihat sebagian besar merah-jingga, dan itulah warna nyalanya.

Latihan 11.7 ★★

Seorang pengendara sepeda memakai jaket merah dan sarung tangan sian. Dengan memakai Metode 11.8, sebutkan warna tampak tiap barangnya di bawah (a) cahaya putih; (b) cahaya merah; (c) cahaya hijau.

Solusi

Solusi Latihan 11.7.

Jaketnya (menghamburkan R): (a) merah; (b) merah; (c) hitam. Sarung tangannya (menghamburkan G dan B, menyerap R): (a) sian; (b) hitam; (c) hijau.

Latihan 11.8 ★★

Sebuah jalan tua diterangi lampu natrium bertekanan rendah (satu garis tunggal pada $589\,\mathrm{nm}$ ). (a) Jenis spektrum apa itu, dan warna apa saja yang dapat diambil benda mana pun di bawahnya? (b) Sebuah mobil tampak hitam di bawah lampu itu dan biru di bawah cahaya siang: jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 11.8.

(a) Sebuah spektrum garis emisi. Setiap benda hanya dapat menghamburkan $589\,\mathrm{nm}$ atau tidak sama sekali: jalannya berona kuning-jingga dan hitam.

(b) Mobil birunya hanya menghamburkan pita biru. Cahaya siang memuat pita itu: mobilnya biru. Garis natrium tidak membawa biru sama sekali: semuanya terserap, dan mobil itu tampak hitam.

Latihan 11.9 ★★

Sebuah penunjuk laser hijau memancar pada $532\,\mathrm{nm}$ . (a) Berkasnya melewati sebuah prisma: bandingkan hasilnya dengan hasil bagi berkas putih, lalu sebutkan sifat yang diperagakannya. (b) Berkas itu kemudian menemui filter merah: apa yang keluar?

Solusi

Solusi Latihan 11.9.

(a) Berkas putihnya terkipas menjadi pelangi; berkas lasernya dibelokkan tetapi tetap satu berkas berwarna hijau yang sama: berkas itu monokromatik — satu panjang gelombang, dan tidak ada yang perlu disusun prisma.

(b) Filter merahnya hanya meneruskan pita merah dan menyerap $532\,\mathrm{nm}$ : nyaris tidak ada yang keluar; bercaknya lenyap.

Latihan 11.10 ★★

Lukiskan spektrum sebuah LED putih (dioda biru ditambah fosfor), lalu jelaskan mengapa cahayanya ditangkap sebagai putih. Mengapa benda berwarna merah tua tampak lebih kusam di bawah LED putih yang murah daripada di bawah cahaya siang?

Solusi

Solusi Latihan 11.10.

Spektrumnya: satu puncak biru yang sempit di dekat $450\,\mathrm{nm}$ ditambah pita kuning yang lebar milik fosfornya (kira-kira $500$ – $700\,\mathrm{nm}$ ). Biru dan kuning saling komplementer, sehingga ketiga tanggapan sel kerucutnya terbaca putih. Pitanya memudar ke arah merah tua, sehingga benda merah tua hanya menerima sedikit yang dapat dihamburkannya: benda itu tampak lebih kusam daripada di bawah cahaya siang, yang spektrum kontinunya menyuapinya sepenuhnya.

Latihan 11.11 ★★

Hitunglah $\lambda_{\max}$ untuk benda pijar pada (a) suhu warna sebuah lilin ( $1800\,\mathrm{K}$ ); (b) suhu warna cahaya siang yang mendung ( $6500\,\mathrm{K}$ ). Cahaya yang mana dari keduanya yang disebut “hangat”? Berikan ulasanmu.

Solusi

Solusi Latihan 11.11.

(a) $\lambda_{\max} = 2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/1800\,\mathrm{K} = 1610\,\mathrm{nm}$ , inframerah; (b) $2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/6500\,\mathrm{K} = 446\,\mathrm{nm}$ , biru-ungu. Cahaya lilinlah yang disebut “hangat” — yaitu sumber yang suhunya lebih rendah: kosakatanya berjalan berlawanan dengan skala kelvin.

Latihan 11.12 ★★★

Sebuah lampu natrium ( $589\,\mathrm{nm}$ ) dan sebuah layar yang menampilkan kuning (subpikselnya pada $610\,\mathrm{nm}$ dan $540\,\mathrm{nm}$ ) tampak berwarna persis sama. (a) Kedua cahaya semacam itu disebut apa, dan apa yang dibuktikan keberadaannya tentang warna? (b) Usulkan dua percobaan yang berbeda untuk membedakan keduanya, lalu ramalkan hasil masing-masing.

Solusi

Solusi Latihan 11.12.

(a) Metamer. Keberadaannya membuktikan bahwa warna adalah tanggapan indra — tiga tanggapan sel kerucut — dan bukan spektrumnya sendiri: spektrum yang tak terhingga banyaknya dipetakan ke ketiga bilangan yang sama.

(b) Prisma atau spektroskop: satu garis pada $589\,\mathrm{nm}$ berbanding dua pita pada $540$ dan $610\,\mathrm{nm}$ . Filter merah: filter itu menyerap $589\,\mathrm{nm}$ sehingga bercak natriumnya menjadi gelap, sementara subpiksel $610\,\mathrm{nm}$ pada layarnya bertahan — bercak layarnya berubah menjadi merah.

Latihan 11.13 ★★★

Sebuah lampu sorot halogen panggung bekerja pada $3200\,\mathrm{K}$ . (a) Hitunglah $\lambda_{\max}$ : apakah cahaya ini lebih hangat atau lebih sejuk daripada cahaya siang? (b) Untuk menirukan cahaya siang, lampu sorot itu ditutup dengan gel biru pucat. Apa yang dibuang gel itu, dan mengapa panggungnya menjadi lebih redup? (c) Jelaskan mengapa tidak ada gel yang justru dapat menguatkan ujung biru spektrum lampu sorot itu.

Solusi

Solusi Latihan 11.13.

(a) $\lambda_{\max} = 2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/3200\,\mathrm{K} = 906\,\mathrm{nm}$ . Suhu warnanya $3200\,\mathrm{K} < 6500\,\mathrm{K}$ : lebih hangat (lebih jingga) daripada cahaya siang.

(b) Gelnya menyerap sebagian kelebihan merah-jingganya untuk menyeimbangkan kembali spektrumnya ke arah biru; karena filter hanya membuang cahaya, daya seluruhnya di panggung pun turun.

(c) Filter bersifat pasif: ia dapat menyerap pada tiap panjang gelombang tetapi tidak pernah memancarkan, sehingga tidak ada gel yang sanggup menaikkan intensitas birunya melampaui apa yang sudah dihasilkan lampu sorot itu.

Latihan 11.14 ★★★

Seorang tukang daging menerangi etalase dagingnya dengan LED bersuhu warna $2700\,\mathrm{K}$ ; penjual ikan di sebelahnya memakai $6500\,\mathrm{K}$ . (a) Lukiskan rona tiap penerangannya dan akibatnya pada daging merah dan pada ikan yang putih. (b) Adakah salah satu pedagang itu mengubah dagangannya? Sebutkan dengan tepat di mana perubahannya terjadi (Definisi 11.10).

Solusi

Solusi Latihan 11.14.

(a) $2700\,\mathrm{K}$ : cahaya hangat yang kaya merah — pita merah dagingnya tersuapi dengan baik, sehingga dagingnya tampak segar memerah. $6500\,\mathrm{K}$ : putih kebiruan yang sejuk — ikannya menghamburkan ketiga pitanya lalu tampak putih cemerlang, seperti baru diberi es.

(b) Tidak seorang pun mengubah dagangannya: kebiasaan menyerap milik daging dan ikan tidak tersentuh. Yang berubah adalah penerangannya, sehingga cahaya yang dihamburkannya pun berubah — warna sebuah benda hanya terdefinisi di bawah penerangan tertentu.

Latihan 11.15 ★★★

Sebuah kota di samping sebuah observatorium harus menerangi kembali jalannya dan ragu antara lampu natrium bertekanan rendah dan LED putih berspektrum lebar. (a) Pilihan yang mana yang lebih disukai para astronom, dan mengapa? (Pikirkanlah apa yang dapat dibuang satu filter dari citra mereka.) (b) Pilihan yang mana yang lebih disukai pengemudi dan pejalan kaki? Berikan alasannya dengan warna benda. (c) Usulkan jalan tengahnya, yang dinyatakan dengan suhu warna.

Solusi

Solusi Latihan 11.15.

(a) Natrium: seluruh pendar kotanya duduk pada satu garis di $589\,\mathrm{nm}$ , yang dapat dibuang satu filter sempit dari citra teleskopnya. Spektrum LED yang lebar tidak dapat disaring keluar tanpa membuang cahaya bintangnya juga.

(b) Pengemudi dan pejalan kaki lebih menyukai LED: di bawah spektrumnya yang penuh, benda tetap memiliki warna yang dapat dibedakan (mantel merah tetap merah), sedangkan cahaya natrium membuat segala sesuatu kuning-jingga atau hitam.

(c) LED putih hangat, sekitar $2700\,\mathrm{K}$ : penampilan warnanya masih dapat diterima untuk jalan, dan spektrumnya miskin pada ujung biru, yaitu bagian yang paling mencemari langit malam.

11.7 Soal: Merekayasa warna

Soal 11.1

Soal akhir pekan — lampu panggung, jalan bernatrium dan LED putih: bagaimana warna direkayasa, dari tiga lampu sorot yang dapat melukiskan rona apa pun sampai keping yang menyalakan halaman ini

Seorang penata cahaya hanya memiliki lampu sorot merah, hijau dan biru; seorang perekayasa jalan memiliki lampu yang memancarkan satu panjang gelombang tunggal; seorang pembuat keping memiliki dioda yang hanya bersinar biru. Ketiganya menjual warna. Soal ini menjalankan pekerjaan mereka satu per satu — pencampuran aditif di panggung, penghematan monokrom di jalan, ilmu sihir fosfor di dalam kepingnya — lalu berakhir dengan memilih cahaya untuk sebuah kamar tidur dan untuk etalase seorang pengasah permata.

Bagian I — Panggung: melukis dengan tiga lampu sorot.

Ketiga lampu sorot itu bertindihan pada latar putih. Sebutkan warna tiap tindihan berpasangan dan warna tindihan ketiganya.
Bagaimana penata cahaya itu membuat jingga? Dan merah muda yang pucat? (Lukiskan daya tiap lampu sorotnya secara kualitatif.)
Seorang penari berdiri di depan latar itu, disinari lampu sorot merah dan hijau saja. Muncul dua bayang-bayang berwarna: apa warna masing-masing? Jelaskan.
Latarnya dicat ulang menjadi biru tua. Bagaimana tampaknya di bawah lampu sorot merah saja? Dan di bawah ketiganya?
Mengapa tiga lampu sorot dapat menghasilkan kembali “hampir setiap” warna? Bagian tubuh yang mana yang menetapkan angka tiga itu?

Bagian II — Kostum: pengurangan sedang bekerja.

Sebuah kostum berwarna kuning di bawah cahaya putih. Pita yang mana yang diserap zat warnanya?
Ramalkan warnanya di bawah lampu sorot merah, lampu sorot hijau, dan lampu sorot biru.
Penata cahaya itu ingin kostumnya berbalik dari terang menjadi hitam dengan sekali sentak sakelar. Ke lampu sorot yang mana sentakan itu berpindah?
Sebuah gel magenta diselipkan di depan lampu sorot putih yang menyinari kostum kuning itu. Ikutilah pitanya (Metode 11.8): apa warna kostumnya?
Mengapa gel panggung tersedia dalam warna sian, magenta dan kuning dan bukan merah, hijau dan biru? (Apa yang akan dilakukan gel merah terhadap daya sebuah lampu sorot putih?)

Bagian III — Jalan bernatrium: penghematan monokrom.

Lampu natrium bertekanan rendah pada dasarnya memancarkan satu garis pada $589\,\mathrm{nm}$ . Jenis spektrum apa itu, dan bagaimana seluruh jalannya tampak di bawahnya?
Di bawah lampu itu, sebutkan warna tampak sebuah dinding putih, marka jalan kuning, mobil merah, dan mobil biru.
Mengapa para astronom menyukai lampu semacam itu? (Apa yang dapat dilakukan satu filter terhadap seluruh pendar kotanya?)
Sebagai gantinya diusulkan bohlam jalan berkawat wolfram pada $2700\,\mathrm{K}$ . Hitunglah $\lambda_{\max}$ -nya: ke mana sebagian besar dayanya pergi?
Lampu natrium itu mengubah sekitar $30\%$ daya listriknya menjadi cahaya tampak, sedangkan bohlam wolframnya sekitar $5\%$ . Berapa watt cahaya yang diserahkan masing-masing tiap $100\,\mathrm{W}$ daya?

Bagian IV — LED putih dan pemilihan sebuah cahaya.

LED putih adalah dioda biru ( $450\,\mathrm{nm}$ ) di bawah lapisan fosfor kuning. Jelaskan, dengan warna komplementer, mengapa keluarannya terbaca sebagai putih.
Lukiskan spektrumnya lalu bandingkan dengan spektrum kontinu cahaya siang. Pita yang mana yang kurang terwakili?
Simpulkan benda yang mana yang ditampilkan LED semacam itu dengan buruk, lalu kaitkan dengan tukang daging pada Latihan 11.14.
Sebuah bohlam LED dijual sebagai “ $2700\,\mathrm{K}$ ”. Adakah sesuatu di dalamnya yang bersuhu $2700\,\mathrm{K}$ ? Apa yang dijanjikan labelnya? Hitunglah $\lambda_{\max}$ benda pijar yang ditirukannya.
Penutup — pilihlah, masing-masing dengan satu kalimat alasan, sebuah suhu warna untuk lampu kamar tidur dan sebuah lagi untuk etalase seorang pengasah permata; lalu nyatakan hukum warna bab ini dalam satu baris.

Solusi

Solusi Soal 11.1.

1. R $+$ G $=$ kuning, R $+$ B $=$ magenta, G $+$ B $=$ sian; tindihan ketiganya putih.

2. Jingga: merahnya pada daya penuh, hijaunya pada daya sebagian, birunya mati. Merah muda pucat: ketiganya menyala (dasar putih) dengan merahnya sedikit lebih menguasai.

3. Bayang-bayang yang dilemparkan lampu sorot merah hanya menerima lampu sorot hijau: bayang-bayangnya hijau; secara setangkup bayang-bayang yang lain merah.

4. Cat biru tua hanya menghamburkan B. Di bawah lampu sorot merah saja: hitam. Di bawah ketiganya: ia menghamburkan pita birunya — biru.

5. Mata memampatkan spektrum apa pun menjadi tiga tanggapan sel kerucut; menyamakan ketiga bilangan itu sudah cukup untuk menyamakan warnanya. Ketiga jenis sel kerucutlah yang menetapkan banyaknya lampu sorot.

6. Kuning $=$ putih $-$ biru: zat warnanya menyerap pita biru.

7. Lampu sorot merah: menghamburkan R — merah. Lampu sorot hijau: menghamburkan G — hijau. Lampu sorot biru: menyerap semuanya — hitam.

8. Sinarilah panggungnya dengan lampu sorot biru saja; sentakannya dari putih $\to$ biru. Kostum kuning itu menghamburkan R dan G tetapi menyerap B: terang di bawah putih, hitam di bawah biru.

9. Gel magenta: $(R, G, B) \to (R, B)$ . Kostumnya menghamburkan R dan G dari apa yang diterimanya: jadi ia menghamburkan R dan menyerap B — kostumnya merah.

10. Gel merah hanya menyimpan satu pita dari tiga dan membuang dua pertiga daya lampu sorot putihnya; tiap gel C, M, Y membuang satu pita saja, menyimpan dua pertiganya, dan menumpuk dua di antaranya masih menghasilkan warna primer apa pun.

11. Sebuah spektrum garis emisi. Jalannya menjadi dunia monokrom: setiap permukaan berwarna kuning-jingga, lebih redup atau lebih terang, atau hitam.

12. Dinding putih: kuning-jingga (menghamburkan garisnya). Marka kuning: kuning-jingga yang terang. Mobil merah: gelap — garis $589\,\mathrm{nm}$ terletak di luar pita yang dihamburkannya. Mobil biru: hitam.

13. Satu filter sempit yang berpusat pada $589\,\mathrm{nm}$ membuang seluruh pendar kotanya dari sebuah citra sambil mengorbankan nyaris tidak ada apa pun dari spektrum bintang yang lebar.

14. $\lambda_{\max} = 2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/2700\,\mathrm{K} = 1.07 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 1070\,\mathrm{nm}$ : puncaknya, dan sebagian besar dayanya, terletak di daerah inframerah — kalor, bukan cahaya.

15. Natrium: $0.30 \times 100\,\mathrm{W} = 30\,\mathrm{W}$ cahaya tampak; wolfram: $0.05 \times 100\,\mathrm{W} = 5\,\mathrm{W}$ . Enam kali lebih banyak cahaya untuk tagihan yang sama.

16. Fosfornya mengubah sebagian birunya menjadi pita kuning yang lebar; biru dan kuning saling komplementer, sehingga biru $+$ kuning melengkapi ketiga bilangannya: putih.

17. Satu lonjakan biru yang sempit ditambah gundukan kuning yang lebar — berbanding kesinambungan cahaya siang yang rata. Ujung merah tuanya (beserta lekuk di antara biru dan kuning) kurang terwakili.

18. Benda merah tua ditampilkan kusam dan kecokelatan. Dari sinilah LED hangat $2700\,\mathrm{K}$ milik tukang daging itu, yang kandungan merahnya diperkuat sehingga dagingnya tetap segar memerah.

19. Tidak ada apa pun di dalamnya yang bersuhu $2700\,\mathrm{K}$ : kepingnya bekerja mendekati suhu ruangan. Labelnya hanya menjanjikan rona sebuah benda pijar $2700\,\mathrm{K}$ , yang puncaknya akan berada pada $2.90 \times 10^{-3}\,\mathrm{m}\,\mathrm{K}/2700\,\mathrm{K} = 1.07 \times 10^{-6}\,\mathrm{m} = 1070\,\mathrm{nm}$ .

20. Kamar tidur: sekitar $2700\,\mathrm{K}$ — cahaya hangat yang miskin biru untuk beristirahat. Pengasah permata: $5500$ – $6500\,\mathrm{K}$ — putih seperti cahaya siang, sehingga yang putih terbaca putih dan batunya mengembalikan setiap pita. Hukumnya: warna yang tertangkap indra $=$ spektrum sumbernya $\times$ penyerapan bendanya, yang dibaca melalui tiga sel kerucut.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 393 istilah di glosarium