Menyingkap Konsep Fisika pada Keindahan Pelangi

Keindahan Pelangi di Pegunungan (sumber: shutterstock)

Pelangi merupakan salah satu fenomena alam yang paling menakjubkan dan sering dijadikan simbol keindahan, harapan, dan keajaiban alam. Terlihat sebagai busur berwarna-warni di langit, pelangi menggabungkan berbagai konsep fisika yang kompleks. Artikel ini akan menjelaskan bagaimana pelangi terbentuk dan konsep-konsep fisika yang mendasarinya, sehingga kita dapat lebih memahami dan menghargai keindahan alam ini.

Pembentukan Pelangi

Pelangi terbentuk ketika cahaya matahari berinteraksi dengan tetesan air di atmosfer. Proses pembentukan pelangi melibatkan tiga fenomena utama: pembiasan, pemantulan internal, dan dispersion.

Pembiasan Cahaya

Ketika cahaya matahari memasuki tetesan air, cahaya mengalami pembiasan, yaitu perubahan arah ketika memasuki medium dengan kerapatan berbeda. Dalam hal ini, cahaya berpindah dari udara (dengan kerapatan rendah) ke air (dengan kerapatan tinggi). Indeks bias air lebih tinggi dibandingkan dengan indeks bias udara, sehingga cahaya melambat dan berubah arah saat memasuki tetesan air.

Dispersion

Dispersion adalah pemisahan cahaya putih menjadi spektrum warna komponennya. Cahaya putih matahari terdiri dari berbagai panjang gelombang yang berasosiasi dengan warna yang berbeda. Setiap warna dibelokkan pada sudut yang berbeda saat memasuki tetesan air karena panjang gelombang yang berbeda. Warna merah, yang memiliki panjang gelombang terpanjang, dibelokkan pada sudut yang lebih kecil dibandingkan warna ungu, yang memiliki panjang gelombang terpendek. Proses dispersion ini menghasilkan spektrum warna yang kita lihat dalam pelangi.

Pemantulan Internal

Setelah mengalami pembiasan pertama, cahaya mencapai bagian dalam tetesan air dan mengalami pemantulan internal. Cahaya dipantulkan kembali dari permukaan dalam tetesan air dan kemudian keluar dari tetesan setelah mengalami pembiasan kedua. Kombinasi dari dua kali pembiasan dan satu kali pemantulan internal inilah yang menciptakan pola warna pelangi.

Sudut Pandang dan Busur Pelangi

Pelangi terlihat sebagai busur karena sudut kritis untuk melihat pelangi utama adalah sekitar 42 derajat dari arah berlawanan dengan matahari. Ini berarti bahwa jika matahari berada di belakang kita, pelangi akan muncul di depan kita pada sudut tersebut. Busur ini adalah hasil dari kombinasi sudut pembiasan dan pemantulan yang terjadi di dalam tetesan air.

Jenis Pelangi

Selain pelangi utama yang biasa kita lihat, ada beberapa jenis pelangi lainnya yang bisa terbentuk dalam kondisi tertentu:

Pelangi Ganda: Terbentuk ketika cahaya mengalami dua kali pemantulan internal dalam tetesan air, menghasilkan dua pelangi dengan urutan warna yang terbalik. Pelangi kedua ini lebih redup dan muncul di luar pelangi utama.

Pelangi Supernumerary: Pelangi dengan busur tambahan yang lebih kecil dan lebih dekat ke pelangi utama, disebabkan oleh interferensi cahaya.

Pelangi Refleksi: Terbentuk ketika cahaya dipantulkan dari permukaan air sebelum masuk ke tetesan air, menghasilkan pelangi yang posisinya lebih rendah dari pelangi utama.

Prinsip Fisika di Balik Keindahan Pelangi

Indeks Bias dan Pembiasan Cahaya

Indeks bias adalah ukuran seberapa banyak cahaya melambat dan berubah arah saat memasuki medium. Air memiliki indeks bias sekitar 1,33, yang lebih tinggi daripada indeks bias udara (sekitar 1,00). Pembiasan terjadi karena perbedaan indeks bias ini, menyebabkan cahaya putih terurai menjadi spektrum warna yang berbeda.

Hukum Snellius

Pembiasan cahaya dapat dijelaskan dengan Hukum Snellius, yang menyatakan bahwa perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah konstan dan sama dengan perbandingan indeks bias kedua medium. Hukum ini membantu menjelaskan sudut pembiasan yang berbeda untuk setiap panjang gelombang cahaya, menghasilkan dispersion.

Interferensi Cahaya

Pada pelangi supernumerary, pola interferensi cahaya yang terjadi ketika gelombang cahaya bertemu dan berinterferensi satu sama lain menciptakan busur tambahan di dekat pelangi utama. Interferensi ini disebabkan oleh perbedaan fase antara gelombang cahaya yang keluar dari tetesan air.

Pelangi adalah bukti nyata bagaimana alam dapat menunjukkan prinsip-prinsip fisika yang mendasar melalui fenomena yang sederhana namun menakjubkan. Dengan memahami konsep fisika seperti pembiasan, dispersion, dan pemantulan internal, kita dapat lebih menghargai dan mengagumi keindahan yang ditawarkan oleh pelangi. Fenomena ini tidak hanya mempesona mata, tetapi juga memperkaya pemahaman kita tentang dunia fisika dan alam semesta.

Referensi

Greenler, R. (1980). Rainbows, Halos, and Glories. Cambridge University Press. ISBN 978-0521296853.

Lynch, D. K., & Livingston, W. (2001). Color and Light in Nature. Cambridge University Press. ISBN 978-0521775044.

Minnaert, M. (1993). Light and Color in the Outdoors. Springer-Verlag. ISBN 978-0387979359.

Bohren, C. F., & Huffman, D. R. (1998). Absorption and Scattering of Light by Small Particles. Wiley-VCH. ISBN 978-0471293408.

Born, M., & Wolf, E. (1999). Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light. Cambridge University Press. ISBN 978-0521642223.