fenomena optik

Fenomena Optik : Fatamorgana

Fatamorgana merupakan sebuah fenomena di mana optik yang biasanya terjadi di tanah lapang yang luas seperti padang pasir atau padang es. Fatamorgana adalah pembiasan cahaya melalui kepadatan yang berbeda, sehingga bisa membuat sesuatu yang tidak ada menjadi seolah ada.

Fenomena ini biasa dijumpai di tempat panas dan Gunung Brocken di Jerman.

Seringkali di gurun pasir, fatamorgana menyerupai danau atau air atau kota. Ini sebenarnya adalah pantulan daripada langit yang dipantulkan udara panas. Udara panas ini berfungsi sebagai cermin.

Kata 'Fatamorgana' diambil dari bahasa Italia yang juga merupakan nama dari saudari Raja Arthur, yaitu Faye le Morgana, seorang peri yang bisa berubah-ubah rupa.

Dalam peristiwa fatamorgana terdapat suatu konsep Fisika yang kadang terlupakan yaitu konsep pembiasan.

Fatamorgana sering terjadi di gurun pasir, jalan-jalan beraspal, dan lautan. Dalam kajian fisika, prinsip terjadinya fatamorgana berawal dari proses pembiasan yang terjadi pada dua medium melalui lapisan-lapisan udara yag memiiki perbedaan suhu. 

Proses terjadinya fatamorgana berawal dari adanya perbedaan kerapatan antara udara dingin dan udara panas. Udara dingin memiliki kerapatan lebih pekat dan lebih berat dibandingkan udara panas.

Dalam kenyataannya, lapisan udara yang panas yang ada di dekat tanah terperangkap oleh lapisan udara yang lebih dingin di atasnya. Cahaya dibiaskan ke arah garis horisontal pandangan dan akhirnya berjalan ke atas karena pengaruh internal total.

Pemantulan internal total (total internal reflection) adalah proses pemantulan seberkas cahaya pada permukaan batas antara satu medium dengan medium yang lain yang indeks biasnya lebih kecil, jika sudut datang ke medium kedua melebihi suatu sudut kritis tertentu.

Dengan demikian, cahaya berjalan di dalam medium yang memiliki indeks bias yang tinggi seperti air, kaca, dan plastik ke medium yang memiliki indeks bias lebih rendah seperti udara. Akibatnya gambar dengan sifat semu dan terbalik akan membentuk fatamorgana.

Pada siang hari, sinar Matahari sangat terik sehingga membuat jalan beraspal yang hitam menjadi sangat panas. Aspal yang panas itu akan meradiasikan panas sehingga udara di sekitar jalan menjadi sangat panas. Udara panas tersebut akan memantulkan bayangan langit biru dan awan-awan seperti halnya kolam berisi air. Inilah fatamorgana. Hal yang sama juga terjadi di gurun pasir.

Sekarang pertanyaannya, kenapa udara panas dapat membentuk bayangan langit?

Jawabannya, karena ada proses pembiasan (pembelokan cahaya). Akibat panas aspal atau gurun pasir, udara di atasnya berlapis-lapis.

Tiap lapisan suhunya berbeda, makin dekat dengan aspal atau gurun pasir makin panas. Sinar yang berasal dari langit atau awan akan mengalami pembiasan berantai (sinarnya dibelokkan) oleh lapisan-lapisan itu, sampai akhirnya sinar ini berbalik ke atas (orang sering menyebutnya sebagai pemantulan total). Ketika sinar itu mengenai mata orang, maka orang akan melihatnya sebagai sesuatu yang kebiruan muncul dari aspal atau gurun pasir (seperti kolam air).

Agar lebih jelas silahkan perhatikan gambar-gambar ilustrasi berikut :

Fatamorgana adalah peristiwa mirage.

Mirage itu adalah suatu ilusi atau kekeliruan penglihatan.

Gambar diatas memperlihatkan pengaruh dari suhu udara

yang tidak seragam pada lintasan cahaya di udara

Gambar diatas menunjukkan tentang mirage

yang umum terpantau dan disebut inferior mirage

karena mirage-nya tampak dibawah benda yang sebenarnya

Terjadinya inferior mirage ataupun superior mirage

disebabkan oleh kecepatan perubahan suhu yang tinggi dari udara

Jadi, fatamorgana bukan karena mata kelelahan. Fenomena ini nyata dan dapat difoto. Yang jadi masalah adalah kesalahan interpretasi di otak kita.

Fakta-fakta tentang Bintang yang mungkin belum diketahui

Kawan, langit merupakan hal yang paling menarik untuk diamati. Banyak inspirasi yang muncul dari pengamatan langit, dan manusia tidak perbah kehabisan ide untuk melakukan eksplorasi langit, setiap hari selalu saja ditemukan pengetahuan baru. Tidak akan ada habisnya ilmu pengetahuan tentang langit, mungkin selama kehidupan manusia di bumi, kita akan selalu mencari rahasia-rahasia langit yang belum terungkap.

Tentang rahasia langit dan benda-benda yang terkandung di dalamnya, ada benda langit yang paling sering diamati manusia yaitu bintang. Di semesta ini terdapat bermilyar bintang yang seperti matahari kita. Namun ukuran dan sifat-sifatnya banyak yang memiliki perbedaan dan ciri-ciri khusus. Setelah mengumpulkan dari berbagai sumber, kali ini saya punya beberapa fakta menarik tentang Bintang yang akan saya coba uraikan disini.

 Fakta-fakta tersebut adalah :

1. Sebenarnya hanya sedikit sekali jumlah bintang yang dapat kita lihat dengan mata telanjang, selebihnya tidak dapat kita lihat karena jaraknya jauh dan tidak cukup cerah. Dari seluruh bintang yang terlihat ternyata berukuran lebih besar dan lebih terang dari matahari. Lebih dari 5.000 bintang memiliki cahaya yang lebih terang yaitu skala lebih dari magnitudo 6, hanya segelintir bintang yang sangat samar memiliki ukuran yang sama dengan kecerahan matahari, sisanya semua lebih besar dan lebih cerah. Hanya 50 bintang yang paling terang yang terlihat oleh mata manusia dari Bumi, dan bintang yang paling cerah adalah bintang Alpha Centauri, 1,5 kali lebih cemerlang dari Matahari kita.

2. Bila ada yang mengatakan pada Anda bahwa ia telah menghitung jutaan bintang hanya melihat dengan mata telanjang, segeralah tinggalkan dia, karena apa yang dikatakannya itu suatu kebohongan. Faktanya, Anda tidak mungkin dapat melihat jutaan bintang di malam yang gelap sempurna sekalipun. Anda tidak dapat melihat satu juta bintang di permukaan mana saja di bumi. Pada malam yang benar-benar luar biasa cerah tanpa awan, tanpa bulan dan tanpa cahaya pengganggu sama sekali, seseorang dengan penglihatan yang sangat baik, mungkin hanya dapat melihat 2000-2500 bintang pada satu waktu. 

3. Mitos warna merah dari sebuah api adalah warna area yang paling panas, ternyata salah. Warna merah merupakan suhu terendah di mana benda dipanaskan dapat bersinar dalam cahaya tampak. Bila panas terus ditingkatkan perubahan warna menjadi putih dan akhirnya menjadi biru. Jadi bintang merah yang Anda lihat di langit yang terkesan "keren" adalah bintang yang paling tidak panas, bintang-bintang biru adalah bintang yang terpanas.

4. Pada dasarnya semua bintang adalah benda hitam. Secara fisika, sebuah benda hitam adalah obyek yang menyerap 100 persen dari semua radiasi elektromagnetik (cahaya, gelombang radio dan sebagainya). Seperti sebuah oven bata dengan interior yang dicat hitam dan hanya memiliki sebuah jendela kecil. Semua cahaya yang bersinar melalui jendela diserap oleh interior oven dan tidak tercermin di luar oven. Ini adalah penyerap sempurna. Definisi ini sesuai dengan kondisi bintang yang sempurna memiliki sebuah peredam bintang yang sangat baik. Namun, jumlah energi yang diserap oleh bintang tidak sebanding dengan jumlah energi yang dipancarkan. Artinya, bintang adalah sebuah benda hitam yang bersinar dengan kecemerlangan yang besar. Dalam perbandingan terbalik terjadi pada Black hole sun, jumlah energi yang diserap adalah lebih besar, hal tersebut karena bobot bintang sangat masif.

5. Tidak ada bintang hijau, meskipun ada klaim dari pengamat bintang yang tampak hijau, termasuk Beta Librae (Zuben Eschamali). Sebagian besar pengamat tidak lah melihat hijau kecuali sebagai efek optik teleskop. Secara fisika ini dapat dijelaskan dengan teori spektrum yang melalui optik. Faktanya bahwa, bintang memiliki warna umum, dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi, yaitu merah, oranye, kuning, putih dan biru. Jadi tidak ada bintang hijau.

6. Matahari adalah bintang "kerdil". Bagi kita yang terbiasa berpikir Matahari sebagai bintang "normal", mulailah berubah. Namun kabar baiknya adalah, bahwa matahari kita masih berusia muda. Secara umum ukuran bintang berdasarkan usia dimulai dari "kerdil," "raksasa" dan "super-raksasa" (supergiants). Tahapan selanjutnya adalah meluruh, supernova dan bintang mati. Jadi secara teknis, Matahari adalah bintang kerdil, yang terus mengembang.

7. Lubang hitam tidak "menghisap"?? Banyak orang sering menggambarkan lubang hitam sebagai sebuah lubang yang menghisap dan memakan segala hal berada di sekitarnya. Dan itu merupakan kekhawatiran umum bagi manusia, menganggap Lubang hitam sebagai ancaman bagi keberadaan bumi nantinya bila berada terlalu dekat dengannya. Namun faktanya, untuk sejumlah alasan, lubang hitam pada umumnya tidak "mengisap." Ini bukan hanya perbedaan definisi, seperti dalam cara kerja sebuah penyedot debu, tidak sama dengan bagaimana lubang hitam menarik materi. Dalam penyedot debu, kipas menghasilkan vakum sehingga tekanan udara luar menjadi lebih besar, mendorong udara ke dalamnya, membawa bersama kotoran longgar dan debu. Dalam kasus lubang hitam, tidak ada proses hisap yang terlibat. Sebaliknya, materi ditarik ke dalam lubang hitam dengan daya tarik gravitasi yang sangat kuat. Dalam satu cara untuk memvisualisasikan itu, seperti jatuh ke dalam lubang. Gravitasi adalah kekuatan fundamental Alam dan semua materi memiliki itu. Ketika sesuatu ditarik ke dalam lubang hitam, proses ini lebih seperti ikan yang ditarik oleh pemancing. Perbedaannya mungkin terlihat sepele, tetapi dari sudut pandang fisika, hal tersebut merupakan hal yang fundamental. Jadi lubang hitam tidak mengisap.  

Fenomena Tegangan Permukaan dan Viskositas

Beberapa observasi menunjukkan bahwa permukaan zat cair berprilaku seperti membran yang teregang karena tegangan. Sebagai contoh setetes air di ujung keran menetes atau air yang tergantung dari dahan kecil pada embun pagi hari yang membuat bentuk hampir bulat seperti balon kecil yang berisi air. 

Pada gambar diatas, permukaan zat cair berperilaku seakan-akan mengalami tegangan, dan tegangan ini yang bekerja sejajar dengan permukaan yang muncul dari gaya tarik antar molekul. Efek ini dikarenakan adanya tegangan permukan. Tegangan Permukaan zat cair adalah kecendrungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh suatu lapisan elastis. Untuk lebih jelas lihat videony disini.

Viskositas merupakan ukuran kekentalan fluida yang menyatakan besar kecilnya gesekan di dalam fluida. Semakin besar viskositas (kekentalan) fluida, maka semakin sulit suatu fluida untuk mengalir dan juga menunjukkan semakin sulit suatu benda bergerak di dalam fluida tersebut. Di dalam zat cair, viskositas dihasilkan oleh gaya kohesi antara molekul zat cair. Sedangkan dalam gas, viskositas timbul sebagai akibat tumbukan antara molekul gas. Zat cair lebih kental (viskositasnya) daripada gas, sehingga untuk mengalirkan zat cair diperlukan gaya yang lebih besar dibandingkan dengan gaya yang diberikan untuk mangalirkan gas.

Untuk lebih jelasnya lihat videonya disini

Fenomena pada Ular

Banyak orang percaya bahwa ular menyuntikkan bisa beracun ke dalam tubuh korbannya menggunakan taring berlubang. Faktanya, sebagian besar ular dan reptil berbisa lainnya tak mempunyai gigi taring berlubang. Kini para fisikawan mengetahui trik yang digunakan binatang itu untuk memasukkan bisa beracunnya ke dalam kulit korbannya.

Selama bertahun-tahun, Leo von Hemmen, ahli biofisika di TU Muenchen, dan Bruce Young, ahli biologi di University of Massachusetts Lowell, telah meneliti indra pendengaran ular. Ketika mendiskusikan toksisitas ular, mereka menyadari bahwa hanya sedikit ular yang menginjeksikan bisanya ke tubuh korban menggunakan taring berlubang. Meski sebagian besar reptil berbisa tak memiliki taring berlubang, mereka adalah predator efektif.

Hanya sekitar sepertujuh dari seluruh ular berbisa, seperti ular derik, mengandalkan trik taring berlubang. Ular lainnya mengembangkan sistem lain, seperti ular mangrove pit viper (Boiga dendrophila). Menggunakan taring kembarnya, ular Boiga melubangi kulit korbannya. Bisa mengalir masuk ke luka di antara gigi dan jaringan. Namun ada cara lain yang lebih mudah, banyak taring mempunyai lekukan untuk mengalirkan bisa ke dalam luka. 

Para ilmuwan penasaran bagaimana metode sederhana seperti itu bisa sangat berhasil dari sudut pandang evolusioner. Bulu burung, misalnya, dapat dengan mudah mengibaskan bisa yang mengalir sepanjang lekukan terbuka. Untuk mengungkap misteri itu, mereka menyelidiki tegangan permukaan dan kekentalan berbagai bisa ular. Pengukuran tersebut memperlihatkan bahwa bisa ular sangatlah kental.

Tegangan permukaan bisa ular cukup tinggi, hampir sama dengan air. Hal itu menyebabkan energi permukaan menarik tetesan bisa ke lekukan taring, lalu menyebar. Dalam perjalanan evolusi, ular beradaptasi terhadap mangsanya menggunakan kombinasi geometri lekukan taring optimal dan viskositas bisa. Ular yang memangsa burung mengembangkan lekukan yang lebih dalam agar cairan bisa kental tak tersapu oleh bulu burung.

Para ilmuwan juga menemukan jawaban bagaimana ular memasukkan bisanya ke kulit mangsanya dan memicu timbulnya efek mematikan. Dalam soal ini, ular mengembangkan trik dalam evolusinya. Ketika ular menyerang, lekukan taring dan jaringan di sekitarnya membentuk sebuah kanal. Jaringan akan menyerap bisa lewat kanal tersebut. 

Bisa ular memiliki struktur khusus untuk mendukung efek tersebut. Sama seperti saus tomat, yang menjadi lebih cair ketika dikocok, tekanan yang muncul dari isapan itu menyebabkan kekentalan bisa berkurang, membuatnya dapat mengalir dengan mudah melewati kanal dengan cepat karena pengaruh tegangan permukaan.

Von Hemmen menyebut karakteristik substansi ini sebagai cairan non-Newtonian. Trik ini sangat praktis bagi ular. Selama tak ada mangsa yang terlihat, bisa dalam lekukan taring akan tetap kental dan lengket. Ketika ular menyerang, cairan beracun akan mengalir sepanjang lekukan taring, memasuki luka, dan menimbulkan efek mematikan.

 

pengantar fisika (physics introduction)

Berdasarkan pengamatan saya sewaktu SMA sampai sekarang, fisika merupakan salah satu mata pelajaran yang paling tidak disukai oleh kebanyakan orang. Ini disebabkan karena fisika berhubungan dengan banyak sekali rumus-rumus fisika yang sulit, rumit, dan cukup membingungkan. Untuk itu, saya berharap melalui postingan2 saya dalam blog seputar fisika ini, penghuni antifisika akan berkurang.. :)
Now, the first problem is, apa itu fisika???

Dalam kamus besar bahasa Indonesia, fisika adalah ilmu tentang zat dan energi.(seperti panas, cahaya, dan bunyi). Dengan kata lain, fisika merupakan ilmu yang mempelajari benda-benda yang ada di alam, fenomena-fenomena dalam alam semesta, gejala-gejalanya dan hukum-hukumnya, serta interaksi dari benda-benda di alam secara fisik, yang kemudian merumuskannya secara matematis sehingga dapat dimengerti secara pasti oleh manusia untuk dimanfaatkan oleh manusia. Benda diam maupun benda yang bergerak, duduk, berdiri, olahraga, memasak, dan bekerja apa saja tidak pernah terlepas dari hukum fisika. Misaknya pada saat kita duduk, kita mengalami gaya gravitasi, pada saat kita berjalan ada gaya gesek, dll. Disiplin ilmu apa saja, terutama bidang exacta, terkait dan didasari dengan Fisika. Sehingga, tidak mustahil jika Teknologi, Kedokteran, Kefarmasian, Ilmu Olah Raga, Kimia, maupun Biologi memerlukan materi Fisika, minimal sebagai keilmuan dasar. Jadi, fisika mempelajari sesuatu yang konkret dan dapat dibuktikan secara metematis dengan menggunakan persamaan-persamaan yang dihasilkan oleh penelitian-penelitian dan terus dikembangkan oleh para fisikawan. 

Karena fisika merupakan bagian dari IPA atau sains, maka hakekat fisika  sama dengan hakekat IPA atau sains. Jadi hakekat fisika adalah sebagai produk (“a body of knowledge”), fisika sebagai proses (“a way of investigating”) dan fisika sebagai sikap (“a way of thinking”).

1. Fisika sebagai produk 

a. Fakta 

       Fakta adalah hasil dari observasi, dimana observasi itu adalah cara untuk mengetahui sesuatu dengan menggunakan panca indera. Jadi, fakta merupakan keadaan atau kenyataan yang sesungguhnya dari segala peristiwa yang terjadi di alam sehingga dapat dilihat dan dapat didemonstrasikan kapan saja.

b. Prinsip dan hukum

       Istilah prinsip dan hukum sering digunakan secara bergantian karena dianggap sebagai sinonim. Prinsip adalah generalisasi tentang hubungan diantara konsep dan gabungan atau kumpulan dari fakta-fakta yang menjelaskan keterkaitan antar fakta-fakta tersebut. Sementara hukum adalah prinsip-prinsip yang kebenarannya sudah diterima. 

c. Teori

       Teori disusun untuk menjelaskan sesuatu yang tersembunyi atau tidak dapat langsung diamati, misalnya teori atom, teori kinetik gas, teori relativitas. Hawking (1988) yang dikutip oleh Collette dan Chiappetta (1994) menyatakan bahwa “kita tidak dapat membuktikan kebenaran suatu teori meskipun banyak hasil eksperimen mendukung teori tersebut, karena kita tidak pernah yakin bahwa pada waktu yang akan datang hasilnya tidak akan kontradiksi dengan teori tersebut, sedangkan kita dapat membuktikan ketidakbenaran suatu teori cukup dengan hanya satu bukti yang menyimpang. Jadi, teori memiliki fungsi yang berbeda dengan fakta, konsep maupun hukum”
d. Konsep

       Konsep adalah abstraksi dari berbagai kejadian, objek, fenomena dan fakta. Menurut Bruner, Goodnow dan Austin (collette dan chiappetta: 1994) konsep memiliki lima elemen atau unsur penting yaitu nama, definisi, atribut, nilai (value), dan contoh. Yang dimaksud dengan atribut itu misalnya adalah warna, ukuran, bentuk, bau, dan sebagainya.

2. Fisika sebagai proses 

       IPA sebagai proses atau juga disebut sebagai “a way of investigating” memberikan gambaran mengenai bagaimana para ilmuwan bekerja melakukan penemuan-penemuan. Jadi IPA sebagai proses memberikan gambaran mengenai pendekatan yang digunakan untuk menyusun pengetahuan. Dalam IPA dikenal banyak metoda yang menunjukkan usaha manusia untuk menyelesaikan masalah. Jadi pemahaman fisika sebagai proses adalah pemahaman mengenai bagaimana informasi ilmiah dalam fisika diperoleh, diuji, dan divalidasikan. Pemahaman fisika sebagai proses sangat berkaitan dengan kata-kata kunci fenomena, dugaan, pengamatan, pengukuran, penyelidikan, dan publikasi. 

3. Fisika sebagai sikap

      Dari penjelasan mengenai hakekat fisika sebagai produk dan hakekat fisika sebagai proses di atas, tampak terlihat bahwa penyusunan pengetahuan fisika diawali dengan kegiatan-kegiatan kreatif seperti pengamatan, pengukuran dan penyelidikan atau percobaan, yang kesemuanya itu memerlukan proses mental dan sikap yang berasal dan pemikiran. Jadi dengan pemikirannya orang bertindak dan bersikap, sehingga akhirnya dapat melakukan kegiatan-kegiatan ilmiah itu. Pemikiran-pemikiran para ilmuwan yang bergerak dalam bidang fisika itu menggambarkan, rasa ingin tahu dan rasa penasaran mereka yang besar, diiringi dengan rasa percaya, sikap objektif, jujur dan terbuka serta mau mendengarkan pendapat orang lain. Sikap-sikap itulah yang kemudian memaknai hakekat fisika sebagai sikap atau “a way of thinking”. Oleh para ahli psikologi kognitif, pekerjaaan dan pemikian para ilmuwan IPA termasuk fisika di dalamnya, dipandang sebagai kegiatan kreatif, karena ide-ide dan penjelasan-penjelasan dari suatu gejala alam disusun dalam pikiran.