Cahaya

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari

Cahaya (Jawi: چهاي) merupakan tenaga berbentuk gelombang dan membantu kita melihat. Cahaya juga merupakan asas kepada ukuran meter dimana 1 meter bersamaan dengan jarak dilalui cahaya melalui vakum pada 1/299,792,458 saat. Kelajuan cahaya ditakrifkan pada kelajuan 299,792,458 meter sesaat.

Cahaya diperlukan dalam kehidupan seharian. Matahari adalah sumber cahaya yang utama. Tumbuhan hijau memerlukan cahaya untuk membuat makanan. Tumbuhan hijau ini akan menjadi makanan kepada haiwan lain yang akan menjadi makanan kepada haiwan lain pula. Ini membentuk rantaian makanan. Haiwan yang makan tumbuhan sahaja dikenali sebagai haiwan maun. Haiwan yang makan daging sahaja dikenali sebagai haiwan maging. Haiwan yang makan tumbuhan dan daging dikenali sebagai haiwan maserba.

Sifat-sifat cahaya ialah, cahaya bergerak lurus ke semua arah. Buktinya adalah kita dapat melihat sebuah mentol yang menyala dari sebarang penjuru dalam sebuah bilik gelap. Apabila cahaya terhalang, bayang akan terhasil disebabkan cahaya yang bergerak lurus tidak dapat melencong. Bagaimanapun, cahaya dapat dipantulkan. Keadaan ini disebut sebagai pantulan cahaya.

Cahaya dipesongkan apabila bergerak secara serong melalui medium yang berbeza seperti melalui udara melalui kaca melalui air. Keadaan ini disebut sebagai pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui air. Cahaya juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak secara serong dipesongkan apabila melalui dua medium yang berbeza. Cahaya yang bergerak lurus melalui medium yang berbeza tidak dibiaskan.

Pembiasan cahaya[sunting | sunting sumber]

Cahaya dipesongkan apabila bergerak secara serong melalui medium yang berbeza ketumpatan seperti melalui udara melalui kaca melalui air. Keadaan ini disebut sebagai pembiasan cahaya. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui air. Cahaya juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak secara serong dipesongkan apabila melalui dua medium yang berbeza. Cahaya yang bergerak lurus melalui medium yang berbeza tidak dibiaskan.

Pantulan cahaya[sunting | sunting sumber]

Pantulan cahaya lebih baik dan teratur pada permukaan yang rata. Pantulan cahaya berselerak pada permukaan yang tidak rata. Dengan itu, cermin dan permukaan air yang jernih serta tenang adalah pemantul cahaya yang baik. Ini membolehkan kita dapat melihat wajah dan badan kita di dalam cermin.

Pantulan cahaya bergantung kepada jenis permukaan

Pembiasan cahaya menyebabkan penyedut minuman kelihatan bengkok dan lebih besar di dalam air, dan juga dasar kolam kelihatan lebih cetek dari kedalaman sebenarnya. Cahaya yang jatuh pada permukaan yang rata dipantulkan secara teratur dan selari. Cahaya yang jatuh pada permukaan yang tidak rata dipantulkan secara berselerak. Imej dapat dilihat di dalam cermin kerana ada pantulan cahaya. Cahaya yang di pantulkan oleh cermin bergerak ke arah mata kita.

Alat-alat yang berfungsi berdasarkan prinsip pembiasan cahaya ialah:

  1. Kanta pembesar
  2. Mikroskop
  3. Teleskop

Warna-warna dalam cahaya matahari[sunting | sunting sumber]

Rajah spektrum cahaya

Cahaya putih matahari terdiri daripada tujuh warna iaitu:

  1. Merah
  2. Jingga
  3. Kuning
  4. Hijau
  5. Biru
  6. Biru nila (indigo)
  7. Ungu

Apabila ketujuh-tujuh warna ini bercampur, cahaya putih dihasilkan. Warna-warna dalam cahaya putih matahari boleh dipecahkan dengan menggunakan prisma menjadi jalur warna. Jalur warna ini dikenali sebagai spektrum. Pemecahan cahaya putih kepada spektrum ini dikenali sebagai penyerakan cahaya. Pelangi ialah spektrum yang terbentuk secara semula jadi. Pelangi terbentuk selepas hujan, apabila cahaya matahari dibiaskan oleh titisan air hujan. Titisan air hujan bertindak sebagai prisma yang menyerakkan cahaya matahari kepada tujuh warna.

Penyerakan Cahaya Putih Matahari

Spektrum warna terbentuk kerana cahaya yang berlainan warna terbias pada sudut yang berlainan. Cahaya ungu terbias dengan paling banyak. Cahaya merah terbias dengan paling sedikit. Warna-warna spektrum boleh digabungkan semula bagi menghasilkan cahaya putih dengan menggunakan dua prisma.

Teori tentang cahaya[sunting | sunting sumber]

Teori kurun ke-10[sunting | sunting sumber]

Saintis Abu Ali Hasan Ibn Al-Haitham (965-c.1040), juga dikenali sebagai Alhazen, mengasaskan teori umum yang menjelaskan tentang penglihatan, menggunakan geometri dan anatomi, yang menyatakan bahawa setiap titik pada kawasan yang disinari atau objek, memancarkan sinaran cahaya ke semua arah, tetapi hanya satu sinaran dari setiap titik, yang mengenai mata pada sudut tepat, dapat dilihat. Sinaran-sinaran lain yang mengenai mata pada sudut yang berbeza tidak dapat dilihat. Dia menggunakan contoh daripada kamera lubang jarum, yang menghasilkan imej songsang, untuk menyokong hujahnya. Alhazen menganggap bahawa sinaran cahaya ialah arus zarah-zarah seni yang bergerak pada kelajuan terhad. Dia memperbaiki teori Ptolemy berkenaan pembiasan cahaya. Hasil kerja Alhazen tidak diketahui di Eropah sehingga lewat kurun ke-16.

Teori Zarah[sunting | sunting sumber]

Isaac Newton mencadangkan dalam bukunya Hypothesis of Light pada 1675 yang cahaya adalah terdiri daripada zarah halus (partikel jirim) yang mana memancar pada semua arah dari sumbernya. Teori ini boleh digunakan untuk menghujahkan pantulan cahaya, tetapi cuma boleh menerangkan pembiasan dengan secara tidak sebetulnya menganggap yang cahaya menjadi lebih laju semasa memasuki medium yang lebih tumpat kerana daya tarikan graviti adalah lebih kuat.--

Teori Gelombang (Ray)[sunting | sunting sumber]

Christiaan Huygens mencadangkan dalam abad ke-17 yang cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai siri-siri gelombang. Pandangan ini menggantikan teori zarah halus. Ini disebabkan oleh kerana gelombang tidak diganggu oleh graviti, ia telah dianggap yang gelombang menjadi perlahan ketika memasuki medium yang lebih tumpat. Teori gelombang ini menghujahkan yang gelombang cahaya akan berinterferens dengan gelombang cahaya yang lain, seperti juga gelombang bunyi (seperti yang disebut oleh Thomas Young pada kurun ke-18), dan cahaya boleh dikutubkan. Kelemahan teori ini adalah gelombang cahaya, seperti juga gelombang bunyi, memerlukan medium untuk merambat. Satu kandungan hipotesis yang dipanggil luminiferous aether telah dicadangkan, tetapi kemudiannya tidak dipersetujui.

Teori Elektromagnet[sunting | sunting sumber]

Dalam tahun 1845 Michael Faraday mendapati bahawa sudut pengutuban sinaran cahaya yang melalui bahan pengutub boleh diubah menggunakan medan magnet. Ini merupakan bukti pertama bahawa cahaya berkait dengan keelektromagnetan. Faraday mengusulkan, pada tahun 1847, bahawa cahaya ialah getaran elektromagnet frekuensi tinggi yang boleh merambat, malahan dalam ketiadaan medium seperti eter (aether).

Teori ini dicadangkan oleh James Clerk Maxwell pada pengakhiran abad ke-19, memperkatakan yang gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnet jadi ia tidak memerlukan medium untuk merambat. Pada permukaannya dianggap yang gelombang cahaya disebarkan melalui rangka rujukan yang tertentu, seperti ether, tetapi relativiti khas manggantikan anggapan ini. Teori elektromagnet menunjukkan yang sinaran boleh lihat adalah sebahagian daripada spektrum elektromagnet. Teknologi penghantaran radio dicipta berdasarkan teori ini dan masih lagi menggunakannya.

Kelajuan cahaya malar yang diramalkan dalam persamaan Maxwell adalah bertentangan dengan hukum mekanikal pergerakan yang tidak pernah disanggah semenjak zaman Galileo, yang menyatakan bahawa semua kelajuan adalah relatif kepada kelajuan pemerhati. Penyelesaian kepada pertentangan ini akan dijumpai oleh Albert Einstein.

Teori Kuantum[sunting | sunting sumber]

Ia telah dibangunkan pada kurun ke-19 oleh Max Planck, yang mencadangkan pada tahun 1900 yang sinaran cahaya adalah terdiri daripada paket (kuantum) tenaga yang dikenali sebagai foton. Jawatankuasa Nobel menghadiahkan Planck Anugerah Fizik pada 1918 untuk kerja-kerja beliau dalam penemuan teori kuantum, walaupun beliau bukannya orang yang pertama memperkenalkan prinsip asas partikel cahaya.

Teori Kembaran Zarah-Gelombang[sunting | sunting sumber]

Teori kembaran zarah-gelombang menggabungkan tiga teori yang sebelumnya, dan mencadangkan bahawa cahaya adalah zarah dan gelombang. Ini merupakan teori moden yang menerangkan bukan sahaja tentang sifat cahaya, malahan semua zarah. Ia diterangkan oleh Albert Einstein pada awal 1900, berdasarkan hasil kerjanya berkenaan kesan fotoelektrik, dan juga hasil kajian Planck. Einstein menunjukkan bahawa tenaga foton berkadar langsung dengan frekuensinya. Secara amnya, teori tersebut menyatakan bahawa setiap benda mempunyai sifat zarah, dan sifat gelombang, dan pelbagai eksperimen boleh dijalankan untuk menunjukkan sifat-sifat tersebut. Sifat zarah lebih mudah dikesan sekiranya objek tersebut memiliki jisim yang besar, oleh sebab itu hanya pada 1924 dalam eksperimen yang dijalankan oleh Louis de Broglie, bahawa elektron dijumpai memiliki sifat kembaran gelombang-zarah. Einstein menerima Hadiah Nobel pada 1921 untuk hasil kerjanya berkenaan kembaran gelombang-zarah bagi zarah foton, dan de Broglie pula menerimanya pada tahun 1929 untuk penyambungan kajian bagi zarah-zarah lain.

Panjang gelombang nampak[sunting | sunting sumber]

Cahaya nampak adalah sebahagian daripada spektrum yang mempunyai panjang gelombang antara lebih kurang 400 nanometer (kependekannya ialah nm) dan 800 nm (dalam udara). Cahaya boleh dipecahkan oleh frekuensinya. Frekuensi dan panjang gelombang adalah berkadar terus.

Kelajuan cahaya[sunting | sunting sumber]

Lihat Halaju cahaya. Walaupun beberapa orang berkata tentang "halaju cahaya", perkataan halaju sepatutnya ditinggalkan untuk kuantiti vektor (dikaitkan dengan arah). Kelajuan cahaya adalah kuantiti skalar (ia tidak mempunyai arah), oleh itu kelajuan adalah istilah yang lebih tepat.

Formula-kelajuan-cahaya[sunting | sunting sumber]

v = \lambda f,

Dimana λ adalah panjang gelombang, f adalah frekuensi, v adalah kelajuan cahaya. Kalau cahaya bergerak di dalam vakum, jadi v = c, jadi

c = \lambda f,

di mana c adalah kelajuan cahaya. Kita boleh menerangkan v sebagai

v = \frac{c}{n}

di mana n adalah pemalar (indek biasan) yang mana adalah sifat bahan yang dilalui oleh cahaya.

Perubahan dalam kelajuan cahaya[sunting | sunting sumber]

Semua cahaya bergerak pada kelajuan yang terhingga. Walaupun seseorang pemerhati bergerak dia akan sentiasa mendapati kelajuan cahaya adalah c, kelajuan cahaya dalam vakum, adalah c = 299,792,458 meter per saat (186,282.397 batu per saat); walau bagaimanapun, apabila cahaya melalui objek yang boleh ditembusi cahaya seperti udara, air dan kaca, kelajuannya dikurangkan , dan ia mengalami pembiasan. Iaitu n=1 dalam vakum dan n>1 di dalam jirim.

Sejarah pengukuran kelajuan cahaya[sunting | sunting sumber]

Kelajuan cahaya telah diukur banyak kali oleh ahli fizik. Pengukuran awalan yang paling baik adalah dilakukan oleh Olaus Roemer (ahli fizik Denmark), dalam 1676. Beliau telah mencipta kaedah mengukur kelajuan cahaya. Beliau mendapati dan telah mencatatkan pergerakan planet Musytari dan satu daripada bulannya dengan menggunakan teleskop. Adalah mungkin untuk mengira masa kitaran bulan tersebut disebabkan oleh digerhanakan oleh Musytari pada masa kitaran yang biasa. Roemer telah mendapati yang bulan tersebut mengorbit Musytari sekali setiap 42-1/2 jam apabila Bumi adalah paling hampir dengan Musytari. Masalahnya adalah apabila Bumi dan Musytari berjauhan, putaran orbit bulan tersebut kelihatan bertambah. Ini menunjukkan cahaya memerlukan lebih masa untuk samapai ke Bumi. Kelajuan cahaya dikira dengan menganalisa jarak antara planet pada masa masa tertentu. Roemer mencapai kelajuan 227,000 kilometer sesaat (sekitar 141,050 batu sesaat).

Albert A. Michelson memperbaiki hasil kerja Roemer pada tahun 1926. Dia menggunakan cermin berputar untuk mengukur masa yang di ambil cahaya untuk pergi balik dari Gunung Wilson ke Gunung San Antonio di California. Ukuran jitu menghasilkan kelajuan 186,285 batu/sesaat (299,796 kilometer/sesaat). Dalam penggunaan harian, jumlah ini dibundarkan kepada 186,000 batu/sesaat dan 300,000 kilometer/sesaat.

Optik[sunting | sunting sumber]

Kajian mengenai cahaya dan interaksi cahaya dengan jirim dikenali sebagai optik. Pemerhatian dan kajian mengenai fenomena optik seperti pelangi menyumbangkan pelbagai maklumat sifat semulajadi cahaya serta keseronokan.

Warna dan panjang gelombang[sunting | sunting sumber]

Panjang gelombang yang berbeza-beza diinterpretasikan oleh otak manusia sebagai warna, daripada merah bagi panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) hingga ke ungu bagi panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Frekuensi-frekuensi perantaraan dilihat sebagai jingga, kuning, hijau, biru, dan, secara konvensionalnya, indigo. Frekuensi-frekuensi sejurus selepas julat penglihatan manusia dikenali sebagai ultraungu (UV) pada penghujung frekuensi tinggi dan inframerah (IR) pada yang rendah. Walaupun manusia tidak dapat melihat IR, namun kita dapat mengesannya melalui reseptor-reseptor kulit sebagai haba. Kamera yang mengesan IR dan menukarnya kepada cahaya nampak adalah dipanggil kamera night-vision. Sinaran UV tidak dapat dikesan oleh manusia kecuali dalam cara yang agak lambat, iaitu dedahan berlebihan kulit terhadap cahaya UV boleh menyebabkan kulit terbakar, atau barah kulit. Sesetengah jenis binatang, seperti lebah, boleh melihat sinaran UV manakala ular kapak boleh melihat IR menggunakan lubang-lubang yang terdapat pada kepalanya.

Pengukuran cahaya[sunting | sunting sumber]

Kuantiti-kuantiti dan unit-unit berikut digunakan untuk mengukur cahaya

Juga lihat: Fotometri

Sumber cahaya[sunting | sunting sumber]

Gelombang cahaya[sunting | sunting sumber]

Glmbgcahaya.png
Gelombang cahaya boleh dipecahkan kepada dua komponen; medan elektrik dan magnetik.

Medan elektrik dan medan magnetik cahaya adalah berseranjang antara satu sama lain.

Lihat juga[sunting | sunting sumber]

Prinsip Huygens, Suhu warna, Pencahayaan, International Commission on Illumination, Kembaran zarah-gelombang, Pencemaran cahaya, photic sneeze reflex