Bisakah udara membuat bayangan?
Daftar Isi
Ya, udara memang bisa membuat bayangan. Bayangan terjadi ketika sebuah objek dalam berkas cahaya mencegah sebagian cahaya untuk melanjutkan ke arah depan. Saat berkas cahaya mengenai dinding atau tanah, bentuk yang lebih gelap terlihat di mana lebih sedikit cahaya yang mengenai permukaan. Baik cahaya maupun bayangan, yang merupakan ketiadaan cahaya, berjalan ke permukaan dengan kecepatan cahaya. Ada tiga cara suatu benda dapat mencegah cahaya berlanjut ke arah depan:
1. Penyerapan.
Cahaya yang mengenai benda diserap dan diubah menjadi panas. Meja hitam menciptakan bayangan di dinding sebagian besar dengan menyerap cahaya yang mengenainya.
2. Cerminan.
Cahaya yang mengenai objek dipantulkan dari permukaan depan dan dialihkan ke bagian lain ruangan. Mangkuk keperakan menciptakan bayangan di dinding dengan memantulkan cahaya yang mengenai permukaan depannya.
3. Pembiasan.
Cahaya yang mengenai objek melewatinya, tetapi arah cahaya dibelokkan oleh objek. Jika arahnya cukup bengkok, cahaya yang melewati objek akan miring keluar dari sinar yang berjalan ke depan. Akibatnya, pancaran akan memiliki titik gelap; sebuah bayangan.
Sebagai pertimbangan, benda yang benar-benar transparan seperti gelas kaca, botol air, atau lensa kacamata. Meskipun objek transparan tersebut tidak menyerap atau memantulkan banyak cahaya, mereka tetap berinteraksi dengan cahaya melalui pembiasan. Pembiasan inilah yang membuat gelas transparan terlihat oleh mata kita. Pembiasan juga memungkinkan objek yang jelas menghasilkan bayangan. Lepaskan kacamata kitaa dan letakkan di atas meja pada malam hari di bawah penerangan satu lampu dan kita akan melihat bayangan berbeda yang disebabkan oleh lensa transparan.
Meskipun udara hampir transparan sempurna, ia masih dapat menghasilkan bayangan melalui pembiasan. Prinsip utama tentang pembiasan adalah bahwa cahaya dibelokkan ketika indeks pembiasan berbeda dari satu lokasi ke lokasi berikutnya. Udara dan kaca adalah bahan yang berbeda dan memiliki indeks bias yang berbeda. Oleh karena itu, cahaya membelok ketika berpindah dari udara ke kaca, seperti pada permukaan lensa kaca. Pembiasan tidak terjadi di dalam lensa kaca karena bahan di dalam lensa itu seragam. Pembiasan terjadi pada permukaan lensa kaca karena di situlah satu-satunya tempat di mana indeks biasnya berbeda. Udara seragam itu sendiri tidak dapat membiaskan cahaya dan menciptakan bayangan karena indeks bias tidak berbeda di mana pun. Namun, ketika wilayah udara yang berbeda memiliki indeks bias yang berbeda, udara memang dapat membelokkan cahaya dari arah depan dan menciptakan bayangan.
Cara paling umum untuk mendapatkan perubahan indeks bias di berbagai wilayah udara adalah dengan memanaskan udara. Saat udara memanas, ia mengembang dan indeks biasnya berubah. Kantung udara hangat yang duduk di sebelah kantung udara dingin akan membentuk daerah dengan indeks bias yang berbeda. Perbatasan antara udara dingin dan udara hangat akan membelokkan cahaya dan menyebabkan bayangan. Efek ini paling terlihat saat sinar matahari langsung yang kuat masuk ke samping melalui jendela, melewati udara ambien yang dingin dan kemudian melewati udara panas di atas pemanas. Bayangan yang diciptakan sistem udara ini di dinding seberang terdiri dari garis-garis bergelombang dan bergulung yang meniru gerakan turbulen udara panas saat naik.
Indeks bias udara juga berubah ketika tekanan dan komposisi berubah, oleh karena itu efek ini juga dapat menyebabkan bayangan udara. Misalnya, variasi tekanan yang disebabkan oleh sebuah pesawat yang bergerak di udara dapat menyebabkan bayangan. Juga, gas yang dilepaskan ke udara ambien menciptakan variasi spasial di udara, dan karena itu menyebabkan variasi indeks bias bayangan. Kemampuan udara yang tidak seragam untuk menciptakan bayangan digunakan untuk keuntungan besar dalam teknik pencitraan yang dikenal sebagai fotografi schlieren. Dalam fotografi schlieren, bayangan digunakan untuk memetakan variasi udara secara akurat, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
