Tahukah adik-adik, berapa kecepatan cahaya? Cahaya melaju dengan kecepatan kurang lebih 300.000 km/detik dalam vakum, tepatnya 299.792.458 meter/detik. Sebagai gambaran, cahaya membutuhkan waktu hanya 0,14 detik untuk mengitari Bumi. Cepat sekali bukan!
Namun, dari mana angka ini didapatkan? Apakah kecepatan cahaya yang super cepat ini diukur seperti kita mengukur kecepatan orang berlari (mengukur jarak dengan meteran dan waktu tempuh dengan stopwatch)? Jika kita ingin mengukur kecepatan cahaya demikian, cahaya terlampau cepat. Stopwatch kita kurang presisi dan Bumi tempat tinggal kita tidak cukup luas.
Gambar 1. Percobaan Galileo untuk mengukur kecepatan cahaya. Galileo ingin mengukur kecepatan cahaya dengan mengukur jarak dan beda waktu sejak lentera pertama dibuka sampai ia melihat cahaya dari asistennya. Namun, cahaya terlampau cepat sehingga Galileo tidak merasa adanya perbedaan waktu.
Salah satu solusinya adalah mengamati bintang yang berada di luar angkasa. Posisi bintang berubah-ubah dalam satu tahunnya. Hal ini dikarenakan cahaya yang merambat dari bintang ke mata sedikit bergeser akibat revolusi Bumi terhadap Matahari. Dengan mengukur sudut pergeseran ini dan mengetahui kecepatan revolusi Bumi, kita dapat menghitung kecepatan cahaya.
Gambar 2. Prinsip pengukuran kecepatan cahaya (James Bradley, 1728). Ketika hujan, orang akan merasa bahwa hujan menerjang dia jika orang tersebut berlari meski hujan tersebut hanya jatuh tegak lurus terhadap Bumi. Demikian juga dengan cahaya dari bintang. Arah datangnya cahaya berubah karena revolusi Bumi sehingga posisi bintang terlihat bergeser.
Selain pengamatan benda angkasa, kecepatan cahaya dapat diukur dengan pengamatan di Bumi. Pengukuran cahaya ini pertama kali dilakukan oleh seorang Fisikawan Prancis, Fizeau. Ia mengukurnya dengan cara melewatkan cahaya melalui roda gigi yang berputar. Cahaya ini kemudian dipantulkan balik oleh cermin dan diamati.
Gambar 3. Teknik pengukuran kecepatan cahaya oleh Fizeau (1849). Fizeau menghitung bahwa kecepatan cahaya adalah 313.300 km/s.
Fizeau kemudian mempercepat putaran roda gigi. Suatu ketika perputaran roda begitu cepat, membuat cahaya yang kembali terhalangi oleh gigi roda. Cahaya harus melewati celah berikutnya agar dapat kembali dan teramati. Dengan mengetahui kecepatan roda gigi saat ini, jumlah gigi, serta jarak antara roda gigi dengan cermin, kecepatan cahaya dapat dihitung.
Kemajuan teknologi membuat kecepatan cahaya dapat diukur lebih akurat, misalnya dengan menggunakan laser dan prinsip interferensi.
Tahukah adik-adik bahwa cahaya adalah gelombang? Saat dua atau lebih gelombang bertemu, gelombang akan berpadu. Perpaduan ini dapat memperbesar atau memperkecil gelombang. Pada cahaya, perpaduan dapat menghasilkan cahaya terang bahkan kegelapan! Terdengar aneh bukan? Cahaya dipadukan dengan cahaya, hasilnya malah kegelapan. Perpaduan ini disebut interferensi. Alat yang menggunakan prinsip ini untuk mengukur sesuatu disebut interferometer.
Gambar 4. Interferensi cahaya pada interferometer. Perbedaan jarak tempuh sepanjang seperempat panjang gelombang menyebabkan interferensi destruktif. Interferensi konstruktif mengakibatkan terang pada pusat pola gelap terangi nterferensi (kiri),interferensi destruktif mengakibatkan gelap pada pola (kanan).
Frekuensi sinar laser sudah diketahui dari karakteristik sinar laser; dan dengan interferometer, kita dapat mengukur panjang gelombang sinar laser. Kecepatan cahaya pun kemudian dapat dihitung dengan mengalikan kedua besaran ini.
Meski terdengar rumit, prinsip ini dapat dilakukan di rumah untuk mengukur kecepatan cahaya. Alatnya pun sederhana: oven microwave dan coklat besar! Caranya adalah dengan menaruh coklat dalam oven sebentar; namun coklat harus diatur agar tidak berputar selama oven menyala (detail percobaan dapat ditemukan di sini). Sebaiknya juga, segelas air dimasukkan ke dalam oven untuk mengurangi pemantulan gelombang.
Gambar 5. Coklat setelah di-oven selama beberapa saat. Hanya bagian tertentu saja yang meleleh. Sisanya masih padat.
Nantinya akan terbentuk „lelehan-lelehan“ pada coklat dengan jarak tertentu. Jarak ini merupakan setengah dari panjang gelombang microwave. Sementara itu, frekuensi microwave bergantung dari oven yang digunakan, dan biasanya tertulis di bagian belakang oven atau di buku manual-nya.
Selamat mencoba!
Sumber gambar (dengan modifikasi):
Penulis: Jane C. Arifin adalah seorang fisikawan. Ia meraih gelar magister dalam bidang photonics dari Abbe School of Photonics, Friedrich Schiller University di Jena, Jerman, pada tahun 2013.
0 comments:
Post a Comment