Sahabat
Fisika, mari kita belajar mengenal jenis bayangan umbra dan penumbra dan
sekaligus kita belajar sudut maksimum antar berkas cahaya yang dihasilkan dari
suatu sumber cahaya. Menurut saya ini
sangat bagus dan dapat membantu pelajar-pelajar yang sedang mempelajari bagaimana
gerhana matahari dan gerhana bulan terjadi.
Ini juga bisa menjadi penjelasan tambahan yang mungkin belum dijelaskan
dalam buku-buku pelajaran. Selamat
mempelajari….
Sudut
maksimum sebaran berkas cahaya
Sifat
cahaya adalah menyebar ke segala arah dalam ruang. Sebuah benda yang berada di
sekitar sumber cahaya akan mendapatkan cahaya sumber dari berbagai arah.
Perhatikan ilustrasi di atas. Sebuah objek
akan mendapatkan cahaya sumber dari berbagai arah.
Sudut maksimum yang dibentuk oleh sebaran berkas
cahaya bisa kita hitung dengan rumus tangen.
Misalnya sumber cahaya berbentuk bola.
Perhatikan ilustrasi di bawah ini.
Sudut
maksimum yang dibentuk oleh sesama berkas cahaya adalah arctan jarak tempuh
cahaya dibagi diameter sumber.
Misalnya sebuah sumber cahaya berbentuk bola
dengan diameter 10 cm berapakah sudut maksimum yang dibentuk antar berkas cahaya
pada jarak 50 cm?
Jawab
Ɵ = arctan (10/50) = 11,3°
Jadi
sudut maksimum yang dibentuk oleh sesama berkas cahaya berdiameter 10 cm pada
jarak 50 cm adalah 11,3°. Mohon
diperhatikan ini adalah sudut maksimum, artinya sudut yang dibentuk oleh sekian
banyaknya berkas cahaya yang berasal dari sumber adalah dari 0° sampai 11,3°.
Semakin jauh jarak tempuh cahaya maka sudut maksimumnya akan
berkurang. Dan pada jarak yang
sangat-sangat jauh berkas cahaya bisa dianggap sejajar.
Bayangan
Sebuah
objek yang berada di sekitar sumber cahaya akan memiliki dua jenis bayangan
yang terbentuk di belakang benda. Dua
bayangan itu adalah umbra dan penumbra.
Perhatikan ilustrasi di bawah ini,
Bayangan
umbra adalah bayangan gelap yang terjadi di belakang objek akibat sumber cahaya
terhalang sama sekali. Sedangkan
bayangan penumbra adalah bayangan yang tidak terlalu gelap karena walaupun
tertutup objek namun masih ada berkas cahaya dari arah lain.
Jarak
bayangan umbra untuk objek yang lebih besar dari pada sumber adalah tak
berhingga, artinya seluruh ruang di belakang objek sampai jarak berapapun akan
terjadi bayangan umbra. Namun untuk
objek yang lebih kecil dari pada sumber, bayangan umbra hanya akan mencapai
jarak tertentu. Rumus untuk menentukan
jarak bayangan umbra adalah sebagai berikut. Perhatikan gambar di bawah ini,
Bisa kita gunakan rumus pendekatan sebagai
berikut;
Tan Ɵ = d / (x+ a) = b / x
xd =
xb + ab
x(d-b) = ab
Jadi jarak bayangan umbra bisa dirumuskan
seperti di bawah ini.
x = ab/(d-b)
d = Diameter sumber
b = Diameter objek
a = Jarak sumber ke objek (pusat ke pusat)
x = Jarak bayangan umbra
Misalnya sebuah sumber cahaya berbentuk bola
dengan diameter 10 cm, pada jarak 50 cm ada kelereng dengan diameter 1 cm
(diukur dari pusat ke pusat). Berapakah
jarak bayangan umbra kelereng?
Jawab
d = 10
cm, b = 1 cm, a = 50 cm
x = ab/(d-b)
x = 50 x 1 / (10 – 1) cm
x = 5,6 cm
Jadi jarak bayangan umbra terjauh yang
terjadi adalah 5,6 cm dari pusat kelereng.
Semua
objek yang dapat kita lihat adalah akibat pantulan cahaya dari objek yang
sampai ke mata kita. Jadi kita juga bisa
menganggap objek-objek yang ada di sekitar kita sebagai sumber cahaya. Pada contoh kasus di atas bila kita mengganti
sumber cahaya dengan bola berdiameter 10 cm maka kenampakan bola akibat
tertutup kelereng juga mengikuti rumus di atas.
Mata kita tidak akan melihat bola pada jarak kurang dari 5,6 cm dari
kelereng akibat tertutup secara penuh oleh kelereng. Jika kita menjauh dan jaraknya lebih dari 5,6
cm maka kita akan melihat bola berbentuk cincin karena bagian tengahnya
tertutup kelereng.
Di
surat tanggapan terbuka untuk kepala LAPAN yang dibuat oleh penggagas bumi
datar FE101 ada kebingungan bagaimana bola raksasa berdiamater 4 meter tertutup
oleh kelereng 1 cm. Melalui penjelasan
tersebut di atas semoga tidak ada lagi kebingungan dan berubah menjadi pemahaman. Amat lucu, memperdebatkan bentuk alam semesta
sementara hal sepele semacam ini saja tidak mengerti. Kalah telak sama teman
kecil saya si Kliwon. Silakan baca
artikel di seri ke-25 buat sahabatku (kisah Kliwon).
Ketidakfahaman
penggemar bumi datar pada sains memang sudah amat parah. Hal ini sudah dinyatakan oleh Kepala LAPAN
seperti yang saya kutip di media online
berikut.
"Mereka
tidak paham dan tidak mau tahu fisika sehingga fenomena yang sederhana pun
tidak bisa dipahami," ujar Thomas kepada VIVA.co.id, Kamis, 19 Oktober 2017.
Silakan
lihat berita lengkapnya
Dan yang membuat kita
merasa sedih adalah sikap para penggemar bumi datar yang tidak mau belajar
bahkan malah terus membantah dengan ketidakfahamannya. Ditambah
pula dengan banyaknya hal yang tidak terpuji yang dilakukan oleh
penggemar bumi datar, baik di video maupun di forum mereka. Sudah banyak web
atau blog yang mengupas kebohongan, kecurangan keculasan yang ada di video bumi
datar. Sungguh amat disayangkan!!!
Sudut
datang Matahari dan Gerhana
Satu lagi kebingungan yang melanda penggemar
bumi datar, saya kutip dari forum bumi datar.
Kepada yang merasa menulis, mohon maaf ini untuk pembelajaran agar kita
menjadi faham.
=====Awal Kutipan======
1.
Jika memang sinar matahari tegak lurus ke bumi dan bayangan terbentuk karena
lengkung bumi... Bagaimana mungkin bayangan ini bisa dijadikan acuan untuk
menunjukkan secara tepat lokasi tertentu berdasarkan arah bayangan...??
Misalnya, metode klasik penentuan arah kiblat
2.
Jika sinar matahari dianggap sebagai gelombang bidang (planar)/tegak lurus
datang ke bumi, bagaimana menjelaskan sinar yang terjadi pada gerhana matahari
(model GE; silakan lihat gambar, arah sinar tidak tegak lurus ke bumi)....??
=====Akhir Kutipan======
Sahabat
mari kita bantu sahabat yang masih kebingungan memahami sudut datang cahaya
matahari dan peristiwa terjadinya gerhana.
Walaupun
sangat jauh, berkas cahaya matahari tidaklah benar-benar sejajar.
Jika kita hitung dengan dengan rumus yang sudah diterangkan di atas bisa
kita peroleh bahwa sudut maksimum cahaya matahari yang sampai ke bumi adalah
0,53°. Angka ini diperoleh dari arctan
diameter matahari dibagi jarak matahari ke bumi. Diameter matahari sekitar 1,39 juta km
sementara jarak dari bumi 150 juta km.
Ɵ = arc tan (1,39/150) = 0,53°.
Sudut
maksimum sebesar 0,53° ini sangatlah kecil.
Untuk pemakaian praktis bisa kita anggap seluruh berkas cahaya matahari
yang sampai ke bumi adalah sejajar.
Seperti ilustrasi berikut ini.
Dengan
mengerti bahwa seluruh berkas cahaya matahari yang sampai ke bumi bisa dianggap
sejajar maka kita dengan mudah bisa menentukan arah suatu lokasi di bumi dari
melihat bayangan benda. Misalnya untuk
menentukan arah kiblat bisa kita menentukan dengan cara menunggu saat matahari
tepat berada di atas Ka’bah maka semua bayangan benda akan menjauhi Ka’bah. Silakan lihat ilustrasi di bawah ini.
Perhatikan
saat matahari tepat berada di atas Ka’bah maka sudut datang matahari akan
berbeda-beda di setiap tempat. Sudah
saya jelaskan pada seri ke-15 Ayo kitabelajar lagi. Saat matahari di atas
Papua ketinggian matahari bagi Papua adalah 90°, bersamaan dengan itu di
Jakarta ketinggian matahari adalah 60°.
Lengkung bumi menyebabkan ketinggian matahari berbeda-beda di setiap
tempat. Seperti ilustrasi berikut ini.
Jika
memang cahaya matahari yang sampai ke bumi dianggap sejajar, mengapa cahaya
matahari digambarkan menyudut saat terjadi gerhana, seperti bantahan penggemar bumi datar di atas?
Seperti
yang sudah dijelaskan di atas bahwa sebenarnya cahaya matahari yang sampai ke
bumi memiliki sudut maksimum sebesar 0,53°.
Sudut sekecil ini ternyata memiliki pengaruh saat terjadi gerhana.
Misalnya
gerhana bulan terjadi ketika bulan memasuki bayangan umbra bumi. Mari kita hitung berapa jarak bayangan umbra
bumi.
Diameter
matahari, d = 1,39 juta km
Diameter
bumi, b = 6.400 km
Jarak
matahari bumi, a = 150 juta km
Jarak bayangan umbra bumi;
x = ab/(d-b)
x = 150 juta x 6400 / (1,39 juta – 6.400)
x = 691.144
km
Atau bisa juga dihitung menggunakan rumus sudut
maksimum berkas cahaya matahari yang sampai ke bumi 0,53°.
x =
b / tan (0,53°)
x = 6.400 / 0,00925
x = 691.891 km
Jadi
bayangan umbra bumi berjarak sekitar 691 ribu km. Jarak bumi dengan bulan adalah sekitar 362.600 km sampai 405.400
km sehingga bisa dimungkinkan bulan masuk ke umbra bumi dan terjadilah gerhana
bulan. Cahaya matahari yang menuju bulan
akan terhalang oleh bumi. Silakan lihat
ilustrasi berikut ini.
Bagaimana
dengan gerhana matahari?
Gerhana matahari terjadi ketika ada
wilayah di bumi yang masuk ke bayangan umbra dan penumbra bulan. Wilayah
yang masuk ke umbra bulan akan mengalami gerhana total sementara wilayah yang
masuk ke penumbra bulan akan mengalami gerhana sebagian.
Jarak bayangan umbra bulan bisa kita
hitung dengan rumus di atas dan hasilnya jarak bayangan umbra bulan sekitar 375
ribu km. Karena jarak bumi bulan sekitar
362 ribu km sampai 405 ribu km berarti
masih dimungkinkan terjadi gerhana matahari total dan sebagian. Ilustrasi gerhana matahari silakan lihat
gambar pada kutipan dari penggemar bumi datar seperti di bawah ini.
Perhatikan gambar di atas, ada
wilayah di bumi yang masuk ke bayangan umbra dan bayangan penumbra bulan. Di wilayah tersebutlah akan terjadi gerhana
matahari total dan sebagian.
Jika ada penggemar bumi datar yang
masih meributkan siklus saros, mari saya beri pencerahan. Siklus Saros hanya bisa memprediksi tanggal
terjadinya gerhana. Sementara astronom saat
ini sudah bisa menentukan wilayah-wilayah mana saja yang mengalami gerhana,
kapan waktu tepatnya dan berapa lama gerhana terjadi. Apakah hal tersebut ada dalam siklus
Saros? Tentu saja tidak ada! Itu adalah hasil dari perhitungan astronomi saat
ini yang berdasar pada bentuk bumi yang bulat, berotasi dan mengelilingi
matahari.
Kita lihat sendiri bukan beberapa
hari atau minggu sebelum terjadi gerhana sudah ada berita akan terjadi gerhana,
wilayah-wilayah mana saja yang mengalami gerhana total maupun sebagian, berapa lama waktu terjadinya dan
sebagainya. Dan ternyata itu semua
terbukti benar. Ini membuktikan bahwa
bentuk bumi yang bulat, berotasi dan mengelilingi matahari terbukti benar dengan
adanya fenomena gerhana yang dapat diperkirakan dengan tepat dalam model alam
semesta seperti sekarang ini.
Sekarang mari kita meminta kepada
para penggemar bumi datar untuk memprediksi kapan terjadinya gerhana (silakan
gunakan siklus Saros), wilayah mana saja yang mengalami gerhana total dan
sebagian, berapa lama terjadinya gerhana.
Tentunya harus dihitung berdasarkan bumi datar berkubah. Silakan tanyakan pada penggagas bumi datar
yang paling ‘pinter’ sedunia itu.
Semoga
semakin menambah pemahaman.
Sumber Blog FISIKA DI SEKITAR KITA
Tidak ada komentar:
Posting Komentar