Ringkas Cahaya SMP — Fisika Penyegaran SMP

Setelah ini kamu bisa menjelaskan hukum pemantulan pada cermin datar, dan mendeskripsikan pembiasan cahaya secara kualitatif.

Kamu menatap cermin lalu melihat bayangan dirimu. Mengapa cahaya memantul sedemikian rupa sehingga kamu tampak berdiri di balik kaca? Lalu, coba celupkan pensil ke gelas berisi air — pensilnya seakan patah di permukaan air. Dua gejala itulah inti pelajaran cahaya SMP: pemantulan dan pembiasan. Coba lihat sendiri di bawah.

Geser titik sinar di bawah, lalu amati sudut datang dan sudut pantul yang selalu sama besar.

Sifat cahaya yang bergerak lurus

Di SMP kamu mengenal cahaya sebagai gelombang yang merambat lurus dari sumbernya. Karena merambat lurus, kamu bisa menggambarnya sebagai garis lurus bernama sinar cahaya. Saat sinar mengenai sebuah permukaan, ada tiga kemungkinan: dipantulkan, dibiaskan masuk ke medium lain, atau diserap. Dua yang pertama inilah yang kamu pelajari di SMP.

Sinar cahaya adalah garis yang menunjukkan arah rambat cahaya. Garis normal adalah garis lurus tegak lurus terhadap permukaan di titik datang sinar.

Pemantulan dan hukum cermin datar

Ketika sinar cahaya mengenai cermin, ia memantul. Hubungan antara sinar datang dan sinar pantul dirumuskan dalam hukum pemantulan: sudut datang sama dengan sudut pantul, keduanya diukur terhadap garis normal. Bayangan pada cermin datar bersifat maya (tidak dapat ditangkap layar), tegak, dan sama besar dengan bendanya.

$i = r$

Arti tiap simbol: $i$ sudut datang terhadap garis normal (derajat), $r$ sudut pantul terhadap garis normal (derajat).

Pada alat di bawah, dua segitiga sinar saling berhadapan di satu titik pada cermin. Geser titiknya dan perhatikan bahwa kedua segitiga tetap simetris terhadap garis normal — itulah bukti visual hukum pemantulan.

Membaca grafik sudut pantul

Karena $i = r$ , grafik sudut pantul terhadap sudut datang berupa garis lurus dengan kemiringan satu — naik sempurna melalui titik asal. Geser slider sudut datang di bawah dan amati titik yang bergerak di sepanjang garis y = x; setiap nilai sudut datang memetakan ke sudut pantul yang sama persis.

Pembiasan: pensil yang tampak patah

Saat cahaya berpindah dari satu medium ke medium lain (mis. udara ke air), arah rambatnya bisa berbelok. Gejala ini disebut pembiasan. Karena pembiasan, pensil yang dicelup sebagian ke gelas air tampak patah atau bergeser di permukaan air. Secara kualitatif: cahaya dari udara ke air dibiaskan mendekati garis normal, sehingga bayangan pensil di dalam air tampak pada posisi yang berbeda dari yang sebenarnya.

Bayangkan kamu berlari dari trotoar (cepat) ke rumput (lambat) menyudut. Kakimu yang lebih dulu menginjak rumput melambat, sehingga arah larimu berbelok. Cahaya mengalami hal serupa saat pindah medium — kecepatannya berubah, arahnya pun berbelok.

Pada alat di bawah, segitiga menampilkan sinar datang dari atas (udara) dan sinar bias di bawah permukaan (air). Garis normal adalah sisi tegak di tengah; sinar bias membentuk sudut berbeda terhadap normal. Seret titik untuk merasakan bagaimana pembelokan terjadi.

Pada cermin dan lensa yang kamu pakai sehari-hari, kedua sifat ini bekerja sama: cermin memantulkan cahaya membentuk bayangan maya, sementara lensa membiaskan cahaya untuk mengumpulkan atau menyebarkan berkasnya. Di kelas 11 kamu akan mempelajari cermin lengkung dan lensa secara kuantitatif dengan rumus.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah sinar cahaya mengenai cermin datar dengan sudut datang 35 derajat terhadap garis normal. (a) Berapa sudut pantulnya? (b) Jika sinar datang didekati menjadi tegak lurus (0 derajat), ke mana sinar pantulnya pergi?

Hukum pemantulan menyatakan $i = r$ . Karena sudut datang $i = 35$ derajat, maka sudut pantul $r = 35$ derajat juga, diukur dari garis normal.

Bila $i = 0$ derajat (sinar datang sepanjang garis normal), maka $r = 0$ derajat juga. Sinar pantul memantul kembali sepanjang garis normal yang sama, menuju sumbernya.

(a) Sudut pantul $= 35$ derajat. (b) Bila tegak lurus, sinar pantul kembali sepanjang garis normal (tidak membelok).

Jebakan: mengukur sudut datang dan sudut pantul terhadap permukaan cermin. Yang benar: kedua sudut itu diukur terhadap garis normal (tegar lurus permukaan), bukan terhadap permukaan itu sendiri. Salah acuan membuat sudut terlihat salah padahal hukumnya tetap i = r.

Jebakan: mengira pembiasan dan pemantulan adalah hal yang sama. Yang benar: pemantulan memantulkan sinar kembali ke medium asalnya; pembiasan meneruskan sinar ke medium berbeda dengan arah yang berbelok. Pensil patah karena pembiasan, cermin memantulkan karena pemantulan.

Jebakan: menganggap bayangan di cermin datar adalah benda nyata yang bisa disentuh. Yang benar: bayangan pada cermin datar bersifat maya — sinar seolah datang dari balik cermin, tetapi tidak ada cahaya sungguhan di sana. Itu sebabnya bayangan tidak dapat ditangkap layar.

Cahaya merambat lurus; digambarkan sebagai garis sinar.
Garis normal = garis tegak lurus permukaan di titik datang.
Hukum pemantulan: sudut datang $i$ = sudut pantul $r$ terhadap garis normal.
Bayangan cermin datar bersifat maya, tegak, dan sama besar dengan bendanya.
Pembiasan membelokkan arah cahaya saat pindah medium (mis. pensil tampak patah di air).