Cahaya adalah bagian dari spektrum elektromagnetik, yang berkisar dari gelombang radio hingga sinar gamma. Gelombang radiasi elektromagnetik, seperti namanya adalah fluktuasi medan listrik dan magnet, yang dapat mengangkut energi dari satu lokasi ke lokasi lain.
Cahaya tampak secara inheren tidak berbeda dari bagian lain dari spektrum elektromagnetik dengan pengecualian bahwa mata manusia dapat mendeteksi gelombang yang terlihat.
Radiasi elektromagnetik juga dapat dijelaskan dalam hal aliran foton yang merupakan partikel tak bermassa yang masing-masing bergerak dengan sifat mirip gelombang dengan kecepatan cahaya.
Foton adalah jumlah terkecil (kuantum) energi yang dapat diangkut dan itu adalah kesadaran bahwa cahaya bepergian dalam kuanta diskrit yang merupakan asal-usul Teori Kuantum.
Bukan kebetulan bahwa manusia bisa ‘melihat’ cahaya. Deteksi cahaya adalah alat yang sangat kuat untuk menyelidiki alam semesta di sekitar kita. Ketika cahaya berinteraksi dengan materi, ia dapat diubah dan dengan mempelajari cahaya yang berasal atau berinteraksi dengan materi, banyak sifat dari materi itu dapat ditentukan.
Melalui studi cahaya, misalnya kita dapat memahami komposisi bintang-bintang cahaya beberapa tahun ke depan atau menyaksikan proses yang terjadi dalam sel hidup ketika mereka terjadi.
Materi terdiri dari atom, ion, atau molekul dan merupakan interaksi cahaya dengan materi yang memunculkan berbagai fenomena yang dapat membantu kita memahami sifat materi.
Atom, ion, atau molekul telah menentukan tingkat energi yang biasanya dikaitkan dengan tingkat energi yang dapat dimiliki elektron dalam materi. Cahaya dapat dihasilkan oleh materi atau foton cahaya dapat berinteraksi dengan tingkat energi dalam beberapa cara.
Apa itu Cahaya?
Cahaya adalah radiasi elektromagnetik yang memiliki sifat gelombang. Spektrum elektromagnetik dapat dibagi menjadi beberapa pita berdasarkan panjang gelombang. Seperti yang telah kita bahas sebelumnya, cahaya tampak mewakili sekelompok panjang gelombang sempit antara 380 nm dan 730 nm.
Sifat dari Cahaya adalah:
- Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik, yang tidak memerlukan media untuk bergerak.
- Cahaya cenderung bergerak dalam garis lurus.
- Cahaya memiliki sifat ganda yaitu gelombang serta partikel.
- Cahaya membetuk bayangan
- Kecepatan cahaya maksimum dalam vakum. Nilainya 3 × 10 pangkat 8 meter persekon.
- Ketika cahaya jatuh di permukaan, hal berikut mungkin terjadi: (i) Refleksi,(ii) Pembiasan, (iii) Penyerapan
Kecepatan Cahaya dan Indeks Bias
Energi cahaya terkait dengan frekuensi dan kecepatannya sebagai berikut:
E = hν = hC / λ
di mana E = energi
h = Konstanta Planck, 6.62517 x 10^-27 erg.sec
ν = frekuensi
C = kecepatan cahaya = 2.99793 x 10^10 cm / detik
λ = panjang gelombang
Kecepatan cahaya, C, dalam ruang hampa adalah 2,99793 x 10^10cm / detik. Cahaya tidak dapat bergerak lebih cepat dari ini, tetapi jika ia bergerak melalui suatu zat, kecepatannya akan berkurang. Perhatikan bahwa dari persamaan yang diberikan di atas-
C = νλ
Frekuensi getaran, ν, tetap konstan ketika cahaya melewati suatu zat. Jadi, jika kecepatannya, C, dikurangi pada lintasan melalui suatu zat, panjang gelombang, λ, juga harus berkurang.
Kita di sini mendefinisikan indeks bias, n, dari suatu bahan atau zat sebagai rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa, C, dengan kecepatan cahaya dalam bahan yang dilaluinya, Cm.
n = C / Cm
Refleksi dan Pembiasan Cahaya
Ketika cahaya menumbuk permukaan antara dua zat dengan indeks bias yang berbeda, dua hal terjadi. Sinar datang yang mengenai permukaan pada sudut, i, diukur antara garis tegak lurus terhadap bidang permukaan dan arah rambat sinar datang, akan dipantulkan dari permukaan pada sudut yang sama, i. Dengan kata lain sudut refleksi sama dengan sudut insidensi.
Jika zat kedua transparan terhadap cahaya, maka sinar cahaya akan memasuki zat dengan indeks bias yang berbeda, dan akan dibiaskan, atau ditekuk, pada sudut r, sudut bias. Sudut refraksi bergantung pada sudut insidensi dan indeks bias bahan di kedua sisi permukaan menurut Hukum Snell:
ni sin (i) = nr sin (r)
Dispersi Cahaya
Fakta bahwa indeks bias berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya menghasilkan efek yang disebut dispersi. Ini bisa dilihat dengan menyinari seberkas cahaya putih ke dalam prisma segitiga yang terbuat dari kaca. Cahaya putih yang memasuki prisma seperti itu akan dibiaskan dalam prisma dengan sudut yang berbeda tergantung pada panjang gelombang cahaya.
Indeks bias untuk panjang gelombang lebih panjang (merah) lebih rendah daripada indeks untuk panjang gelombang lebih pendek (ungu). Ini menghasilkan sudut refraksi yang lebih besar untuk panjang gelombang yang lebih panjang daripada untuk panjang gelombang yang lebih pendek.
Ketika cahaya keluar dari sisi lain prisma, kita melihat panjang gelombang yang berbeda tersebar yang menunjukkan warna spektrum yang berbeda.
Absorptsi Cahaya
Ketika cahaya memasuki bahan transparan, sebagian energinya dihamburkan sebagai energi panas, dan karenanya kehilangan sebagian intensitasnya. Ketika penyerapan energi ini terjadi secara selektif untuk panjang gelombang cahaya yang berbeda, mereka cahaya yang ditransmisikan melalui materi hanya akan menunjukkan panjang gelombang cahaya yang tidak diserap.
Panjang gelombang yang ditransmisikan kemudian akan dilihat sebagai warna, yang disebut warna absorpsi bahan.
Polarisasi Cahaya
Cahaya normal bergetar secara merata ke segala arah tegak lurus terhadap jalur rambatnya. Jika cahaya dibatasi untuk bergetar hanya di bidang, kita katakan bahwa itu adalah cahaya terpolarisasi bidang. Arah bahwa cahaya bergetar disebut arah getaran, yang untuk saat ini akan tegak lurus terhadap arah datang.
