Topik Refleksi dan Refraksi (Pemantulan dan Pembiasan) adalah bagian dari Optika Geometri yang pada gilirannya merupakan bagian dari Optika Klasik dalam Fisika.
Sedikit penyegaran teoretis:
Optika Klasik dibagi menjadi dua cabang utama:
1. Optika Geometri (Optika Sinar)
2. Optika Fisik (Optika Gelombang)
Dalam Optika Geometri, cahaya dianggap merambat lurus, sedangkan dalam Optika Fisik, cahaya dianggap sebagai gelombang elektromagnetik.
Optika Geometri menggambarkan perambatan cahaya dalam pengertian "sinar" yang merambat dalam garis lurus, dengan jalur yang diatur oleh hukum pemantulan dan pembiasan pada antarmuka di antara berbagai medium. Hukum-hukum yang ditemukan secara empiris sejak 984 M ini telah digunakan dalam desain komponen dan instrumen optik hingga saat ini.
Hukum pemantulan dan pembiasan bisa diringkas sebagai berikut:
Ketika seberkas cahaya mengenai batas antara dua bahan transparan, cahaya itu terbagi menjadi sinar yang dipantulkan dan sinar yang dibiaskan.
Hukum pemantulan mengatakan bahwa sinar pantul terletak pada bidang datang, dan sudut pantul sama dengan sudut datang.
Hukum pembiasan mengatakan bahwa sinar bias terletak pada bidang datang, dan sinus sudut datang dibagi dengan sinus sudut bias adalah sebuah konstanta.
Mengapa dan Bagaimana Cahaya Dibiaskan?
Cahaya dibiaskan ketika merambat dari satu medium ke medium lain. Perambatan itu tidak terus pada arah yang sama seperti sebelumnya tetapi harus keluar secara miring.
Berikut adalah ilustrasi yang sangat sederhana dan instruktif untuk menunjukkan bagaimana cahaya dibiaskan.
Lipat taplak meja Anda dan letakkan di atas meja seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Miringkan bagian atas meja sedikit, kemudian letakkan beberapa pasang roda berporos di atas meja.
Tidak ada pembiasan ketika jalur roda berada pada sudut siku-siku ke lipatan kain, karena Hukum Optika menyatakan bahwa cahaya yang jatuh tegak lurus pada batas antara dua medium yang berbeda tidak tertekuk. Tetapi ketika jalur roda itu miring ke lipatan taplak meja, arahnya berubah pada titik ini. Batas antara 2 medium yang berbeda menimbulkan perubahan kecepatan.
Ketika melewati bagian meja itu, di mana ketika kecepatannya lebih besar (bagian yang tidak tertupi taplak meja) ke bagian di mana kecepatannya lebih kecil (bagian yang tertutupi taplak meja), arah ("sinar") lebih dekat ke "bidang datang" normal. Ketika bergulir ke arah sebaliknya, arah itu lebih jauh dari "bidang datang" normal.
Ini menjelaskan pembiasan sebagai akibat perubahan kecepatan cahaya dalam medium baru. Semakin besar selisih kecepatan itu, semakin lebar pula sudut biasnya, karena "indeks bias" yang menunjukkan seberapa besar perubahan arah, tidak lain adalah rasio dari dua kecepatan.
Jika indeks bias dalam melewati medium udara ke air adalah 4/3, itu berarti bahwa cahaya merambat melalui udara kira-kira 1,33 kali lebih cepat daripada melalui air.
Ini membawa kita ke aspek instruktif lain dari perambatan cahaya. Pada saat dipantulkan, cahaya mengikuti jalur terpendek, dan pada saat dibiaskan, cahaya mengikuti jalur tercepat. Tidak ada rute lain yang akan membawa cahaya ke "tujuan" lebih cepat dari jalan yang bengkok ini.
Istana Fatamorgana
Sensasi seperti apa yang akan kita alami jika kita menjadi cebol seukuran pecahan kaca dan menyelinap ke dalam kaleidoskop? Orang-orang yang mengunjungi Pameran Dunia Paris pada 1900 memiliki kesempatan yang luar biasa ini.
Apa yang disebut "Istana Fatamorgana" adalah daya tarik utama pameran ini, tempat yang sangat mirip dengan bagian dalam kaleidoskop besar yang kaku.
Bayangkan sebuah aula heksagonal, di mana masing-masing dari 6 temboknya adalah cermin besar yang dipoles dengan indah. Di setiap sudutnya ada hiasan arsitektur, kolom dan penghias di atas tembok yang menyatu dengan hiasan pahatan langit-langit.
Tiap pengunjung mengira bahwa dia bukan salah satu dari kerumunan orang yang penuh sesak, karena semuanya tampak sama, dan memenuhi barisan aula berkolom tak berujung yang membentang di setiap sisi sejauh mata memandang.
Aula yang diarsir secara horizontal pada gambar di atas adalah hasil pemantulan tunggal, 12 aula berikutnya diarsir tegak lurus, hasil pemantulan ganda, dan 18 aula berikutnya lagi diarsir miring, hasil pemantulan rangkap 3.
Aula berlipat ganda jumlahnya dengan setiap pemantulan ganda baru, tergantung, tentu saja, pada seberapa sempurna cermin yang digunakan dan apakah cermin-cermin itu ditempatkan pada paralel yang tepat. Sebenarnya, orang hanya bisa melihat 468 aula hasil pantulan ke-12.
Semua orang yang akrab dengan hukum yang mengatur pantulan cahaya akan menyadari bagaimana ilusi itu dihasilkan. Karena di sini kita memiliki 3 pasang cermin sejajar dan 10 pasang cermin yang saling membentuk sudut, tidak heran jika pantulannya begitu banyak.
Ilusi optik yang dihasilkan oleh Istana Fatamorgana di Pameran Dunia Paris lebih mengherankan lagi. Di sini pantulan tak berujung digabungkan dengan perubahan cepat dalam dekorasi. Dengan kata lain, itu adalah kaleidoskop besar namun tampak bergerak, dengan penonton di dalamnya. Hal ini dicapai dengan menggunakan cermin berengsel dengan sudut yang berputar mirip panggung putar.
Gambar di atas menunjukkan bahwa 3 perubahan, sesuai dengan sudut 1, 2 dan 8, bisa dilakukan. Misalkan 6 sudut pertama didekorasi sebagai hutan tropis, 6 sudut berikutnya sebagai interior istana syekh, dan 6 sudut terakhir sebagai kuil India.
Satu putaran dari mekanisme tersembunyi itu akan cukup untuk mengubah hutan tropis menjadi kuil atau Istana. Seluruh trik didasarkan pada fenomena fisika yang begitu sederhana, yaitu pantulan cahaya.
Kepustakaan:
1. Perelman, Y., Physics for Entertainment, Book 1, Shkarovsky, A. (Transl.), Foreign Language Publishing House, Moscow, 1936.
2. Diary Johan Japardi
3. Berbagai sumber daring.
Jonggol, 28 Juli 2021
Johan Japardi
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
