Rabu, 13 Oktober 2010 - Mengapa pelangi tampak dalam hujan tertentu saja, tidak dalam semua hujan? Mengapa bentuknya setengah lingkaran? Dapatkah pelangi bulat? Berapa jauh sih pelangi itu – bisakah kita berjalan dari satu ujung ke ujung lainnya? Kenapa pelangi biasanya terlihat hanya pada pagi atau sore? Secara normal, kamu hanya melihat satu pelangi, namun kadang ada dua pelangi, masing-masing setengah lingkaran mengelilingi titik yang sama. Apa titik ini? Mengapa urutan warna kedua pelangi ini terbalik? Kenapa daerah di antara kedua pelangi ini gelap? Kenapa pelangi bagian atas terlihat lebih lebar dan kabur daripada yang bawah?
Mengapa kaki pelangi biasanya lebih terang dan lebih merah dari puncaknya? Apa yang menghasilkan pita tipis yang kabur yang dapat dilihat dibawah pelangi?
Kenapa warna terlihat hanya pada dua pita dan bukan diseluruh langit yang terisi hujan? Bila ada pelangi ketiga, dimana letaknya? Bisakah petir mengubah pelangi?
Jawaban
Pelangi dihasilkan saat tetesan air yang jatuh menyebarkan sinar matahari yang putih menjadi warna-warnanya, memusatkan warna-warna ini kedalam sebuah pita, dan inilah pita pelangi. Karena sinar matahari yang terang harus menyinari tetesan air, pelangi tidak terlihat saat awan tebal. Cahaya mengalami pembiasan (jalannya membengkok) saat ia masuk dan meninggalkan tetesan. Luasan pembiasan ini tergantung pada warna. Sebagai contoh, karena jalan cahaya biru lebih membengkok daripada cahaya merah, cahaya biru dan cahaya merah meninggalkan sebuah tetesan pada sudut yang sedikit berbeda.
Pelangi yang paling sering dilihat melibatkan berkas cahaya yang memasuki tetesan, terpantulkan sekali dari permukaan dalam, dan keluar ke arahmu. Pelangi ini disebut pelangi primer atau pelangi ordo pertama karena hanya ada satu pemantulan, merah lebih tinggi dari biru. Pelangi ordo kedua, yang memerlukan dua pemantulan dalam, memiliki urutan warna terbalik karena geometri yang berbeda dari berkas cahaya yang terlibat. Pantulan tambahan membuat penyebaran warna di tiap tetesan yang menyebabkan busur yang lebih lebar dan kabur. Busur ini juga kabur karena sebagian cahaya kehilangan titik pantulnya saat ia meninggalkan tetesan, sehingga sedikit cahaya yang membentuk pelangi.
Semua tetesan air yang jatuh dan disinari membiaskan cahaya dan warna-warna terpisah, namun hanya tetesan pada sudut tertentu saja yang kebetulan mengirim sinar berwarna ke arah kamu. Tetesan yang menciptakan pelangi ordo pertama harus berada sekitar 42° dari titik antisolar, yang tepat berlawanan dengan posisi matahari relatif terhadap kamu. Untuk menemukan tetesan pelangi, arahkan tanganmu yang terentang ke titik antisolar (dalam bayangan kepala kamu) dan angkat naik ke arah lain sebesar 42°. Tanganmu akan menunjuk ke arah dimana tetesan akan memberi kamu pelangi ordo pertama. Tetesan pelangi ordo kedua akan sekitar 51° dari titik antisolar.
Pelangi ordo pertama dan kedua
Karena tetesan harus berada pada sudut tertentu pada titik antisolar, pelangi berbentuk lengkungan melingkar mengelilingi titik tersebut. Dari posisi tinggi, seperti pesawat, kamu dapat melihat lingkaran penuh. Pelangi tidak punya jarak sejati dari mu – semua tetesan sepanjang sudut yang sesuai (tidak peduli berapa jaraknya darimu) dapat menghasilkan warna. Jadi, kamu tidak dapat berjalan ke ujung pelangi (untuk mencari sekarung emas). Selain itu, pelangi bersifat pribadi; orang yang berdiri disampingmu melihat warna yang datang dari tetesan-tetesan lainnya.
Pelangi biasanya terlihat hanya waktu pagi atau sore karena di waktu siang, titik antisolar jauh berada di bawah cakrawala. Walau begitu, kamu masih bisa melihat pelangi jika kamu melihat tetesan dari titik yang tinggi.
Pelangi ordo ketiga dan keempat (memerlukan tiga dan empat pemantulan internal) berada di lengkungan bulat mengelilingi matahari (bukannya titik antisolar) namun mereka terlalu kabur untuk dilihat dalam kemilau dari bagian lain langit. Ada laporan langka kalau pelangi ordo ketiga terlihat, namun warnanya lebih mungkin disebabkan oleh kristal es. Pelangi ordo kelima (lima pemantulan internal) berada di antara pelangi ordo pertama dan kedua namun sangat kabur untuk dilihat, dan begitu pula pelangi ordo yang lebih tinggi lagi.
Daerah peralihan antara pelangi ordo pertama dan kedua lebih gelap dibandingkan daerah dibawah dan diatas pelangi karena tetesan di daerah peralihan ini tidak mengarahkan berkas cahaya ke arahmu, sementara tetesan dibawah dan diatasnya mengarahkannya.
Kaki sebuah pelangi sering lebih terang dan merah daripada puncak pelangi karena beberapa faktor, salah satunya melibatkan ukuran dan bentuk tetesan. Warna pelangi harusnya lebih berbeda bila tetesannya besar, karena ada tambahan jalur cahaya dalam tetesan besar sehingga warna lebih terpisah lagi. Namun, geseran udara melempengkan tetesan yang besar saat mereka jatuh. Sepanjang kaki pelangi, cahaya melewati potongan melintang horisnotal dari tiap tetesan; potongan melintang demikian ideal untuk menghasilkan cahaya yang cerah dan nyata bedanya. Pada puncak pelangi, cahaya lewat pada potongan melintang yang tidak bulat, yang berakibat pada warna yang lebih kabur dan kosong.
Kaki pelangi juga lebih terang karena tetesan di kaki ini lebih diterangi oleh sinar matahari yang menerobos dibalik awan yang ada di atasnya. Mereka lebih merah bila cahaya kehilangan semua warna kecuali ujung merah spektrum saat ia menempuh jalan yang panjang di udara untuk mencapai tetesan tersebut.
Pita kabur yang dapat dilihat dibawah pelangi ordo pertama dan (lebih langka lagi) di atas pelangi ordo kedua disebut supernumerari. Mereka mengungkapkan kalau warna sebuah pelangi tidak dihasilkan oleh tetesan yang bertindak sebagai prisma sederhana. Namun, sebuah pelangi sesungguhnya pola interferensi yang diciptakan oleh gelombang cahaya yang lewat menembus tiap tetesan dan kemudian saling tindih. Warna yang anda lihat secara normal adalah bagian paling terang dalam pola interferensi. Sebagai contoh, merah terang terjadi saat gelombang warna merah saling menguatkan satu sama lain.
Bila tetesan ini ukurannya kurang lebih sama, kamu dapat melihat supernumerari yang kabur. Saat tetesan ini tidak sama, supernumerari saling tindih sehingga akhirnya tak terlihat, dan yang kamu lihat hanyalah warna putih yang buram.
Walaupun model pelangi sederhana bekerja bagus dengan tetesan yang lebih besar dari 0.1 milimeter, model yang lebih rumit diperlukan untuk tetesan yang lebih kecil dan masih diteliti hingga sekarang.
Petir menyebabkan tetesan air berosilasi, yang merusak atau menghilangkan warna karena gangguan bentuk tetesan. Osilasi, karena tiupan angin saat tetesan jatuh, juga dapat menghancurkan warna, terutama bila tetesan ini besar.
Referensi
Walker, J. Flying Circus of Physics. Wiley, 2007
0 Komentar