Pelangi adalah salah satu fenomena alam yang paling memukau dan sering kali menjadi objek kekaguman. Saat kita melihat pelangi, kita akan melihat sebuah spektrum warna yang terang dan indah, mulai dari merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, hingga ungu. Namun, apa yang membuat pelangi berwarna-warni? Fenomena optik ini memiliki penjelasan fisika yang mendalam, yang berhubungan dengan sifat cahaya dan cara cahaya berinteraksi dengan air. Mari kita telusuri lebih dalam bagaimana pelangi terbentuk dan mengapa ia berwarna-warni.
1. Cahaya Putih dan Spektrum Warna
Cahaya yang tampak dari Matahari, yang sering kita sebut sebagai cahaya putih, sebenarnya terdiri dari berbagai warna cahaya yang berbeda. Setiap warna cahaya memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda. Misalnya, cahaya merah memiliki panjang gelombang yang lebih panjang, sementara cahaya biru dan ungu memiliki panjang gelombang yang lebih pendek.
Namun, kita biasanya tidak bisa melihat warna-warna ini secara terpisah dalam cahaya matahari biasa, karena cahaya putih itu adalah campuran dari semua warna. Pelangi muncul ketika cahaya matahari dipisahkan menjadi komponen-komponen warnanya, sehingga kita bisa melihat spektrum warna yang terbentuk.
2. Pembiasan Cahaya oleh Air
Proses terbentuknya pelangi dimulai dengan pembiasan cahaya, yaitu pembelokan cahaya ketika melewati media yang berbeda. Dalam hal ini, cahaya matahari yang melintasi atmosfer bumi akan memasuki tetesan air hujan yang ada di udara.
Ketika cahaya matahari memasuki tetesan air, kecepatan cahaya berubah karena perbedaan kepadatan antara udara dan air. Ketika cahaya memasuki tetesan air, cahaya tersebut akan dibiaskan (terbentur dan berbelok) pada permukaan tetesan. Proses pembiasan ini menyebabkan cahaya terpisah menjadi berbagai warna karena masing-masing warna cahaya memiliki panjang gelombang yang berbeda dan dibiaskan pada sudut yang berbeda.
3. Refleksi Internal Total
Setelah cahaya dibiasakan di dalam tetesan air, cahaya tersebut akan dipantulkan ke dalam tetesan air. Proses pantulan ini terjadi ketika cahaya mengenai sisi belakang tetesan air dan terpantul kembali ke arah depan. Dalam beberapa kasus, cahaya dapat dipantulkan beberapa kali di dalam tetesan, tetapi pada akhirnya, cahaya keluar melalui sisi depan tetesan.
Pada saat cahaya keluar dari tetesan air, ia akan mengalami pembiasan lagi saat meninggalkan tetesan dan memasuki udara. Selama setiap pembiasan dan refleksi, cahaya terpisah menjadi spektrum warna yang lebih jelas. Inilah yang menciptakan pelangi yang kita lihat.
4. Sudut dan Pembiasan Warna
Setiap warna cahaya dibiaskan pada sudut yang sedikit berbeda. Ini disebabkan oleh fakta bahwa panjang gelombang cahaya yang berbeda berinteraksi secara berbeda dengan medium (dalam hal ini, air). Cahaya merah, yang memiliki panjang gelombang yang lebih panjang, dibiaskan pada sudut yang lebih kecil, sementara cahaya biru dan ungu, yang memiliki panjang gelombang lebih pendek, dibiaskan pada sudut yang lebih besar.
Sebagai hasilnya, ketika cahaya keluar dari tetesan air, warna-warna yang berbeda tersebar dan membentuk spektrum yang dapat kita lihat sebagai pelangi. Biasanya, sudut di mana pelangi terbentuk adalah sekitar 42 derajat dari garis pandang, sehingga warna-warna pelangi akan terlihat dalam urutan tertentu: merah di luar, diikuti oleh jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu di dalam.
5. Tetesan Air dan Posisi Pengamat
Jumlah tetesan air di atmosfer, serta posisi pengamat, sangat mempengaruhi pelangi yang terlihat. Untuk melihat pelangi, pengamat harus berada pada posisi tertentu, biasanya dengan matahari berada di belakang pengamat dan hujan atau tetesan air di depan. Jika sudut antara pengamat, tetesan air, dan cahaya matahari tepat, pelangi akan terlihat. Jumlah tetesan air juga memengaruhi kejelasan dan kecerahan pelangi, karena semakin banyak tetesan, semakin jelas pelanginya.
6. Pelangi Ganda dan Fenomena Lainnya
Selain pelangi utama yang kita lihat, terkadang kita juga bisa melihat pelangi ganda. Ini terjadi ketika cahaya mengalami dua kali pantulan di dalam tetesan air, yang menyebabkan pelangi kedua dengan warna yang lebih redup dan lebih terpisah. Fenomena lain yang terkait dengan pelangi adalah halo atau cincin cahaya yang terbentuk di sekitar matahari atau bulan, yang juga terjadi karena pembiasan cahaya oleh tetesan air atau kristal es di atmosfer.
Kesimpulan
Pelangi berwarna-warni karena cahaya matahari dipisahkan menjadi komponen-komponen warna yang berbeda saat melewati tetesan air di atmosfer. Proses ini melibatkan pembiasan, refleksi, dan pembiasan ulang cahaya, yang menyebabkan warna-warna dengan panjang gelombang yang berbeda dibiaskan pada sudut yang berbeda. Setiap warna yang kita lihat dalam pelangi mewakili cahaya dengan panjang gelombang tertentu, mulai dari merah dengan panjang gelombang lebih panjang hingga ungu dengan panjang gelombang lebih pendek. Fenomena ini adalah contoh yang indah dari prinsip dasar fisika optik yang terjadi setiap kali ada hujan dan cahaya matahari yang tepat.
