Pelangi adalah salah satu karya seni alam yang paling indah dan menakjubkan. Sebagai contoh bagus dari dispersi cahaya, pelangi juga menjadi bukti bahwa cahaya tampak memang terdiri atas spektrum panjang gelombang, masing-masing terkait dengan warna tertentu. Untuk melihat pelangi, Anda harus berdiri menghadap matahari dan melihat ke sudut sekitar 40 derajat di atas tanah ke region atmosfer yang memiliki butiran air atau awan tipis. Setiap butir air sebagai prism kecil yang membagi cahaya dan merefleksikan kembali ke mata Anda. Saat Anda melihat ke langit, gelombang cahaya terkait dengan warna tertentu tiba di mata Anda dari koleksi butiran air. Efek netto dari array besar butiran air adalah bahwa pelangi berbentuk lingkaran yang terlihat di atas langit.

Bagaimana Butiran Air Membagi dan Merefleksikan Cahaya?

Butiran air dalam atmosfer berfungsi sebagai refractor cahaya. Air tersebut mewakili medium dengan optik density yang berbeda dari udara sekitarnya. Gelombang cahaya mengalami refaksi ketika melintasi batas antara dua medium. Penurunan kecepatan cahaya ketika masuk ke dalam butiran air menyebabkan perubahan arah cahaya menuju normal, dan ketika keluar dari butiran air, cahaya menjadi cepat dan berbelok menjauhi normal. Butiran air mengalami deviasi pada jalur cahaya ketika memasuki dan meninggalkan butiran.

Ada banyak jalan yang dilalui oleh sinar cahaya dari matahari melalui butir air. Setiap jalan ditandai dengan perubahan arah cahaya menuju dan menjauhi normal. Salah satu jalan yang paling penting dalam diskusi pelangi adalah jalan di mana cahaya mengalami refaksi, internal reflection, dan kemudian refaksi keluar dari butiran air. Diagram di kanan menggambarkan jalan seperti itu. Sinar cahaya dari matahari memasuki butiran air dengan sudut turun yang sedikit. Ketika cahaya mengalami refaksi dua kali, gelombang cahaya terkait dengan warna tertentu tiba di mata Anda.

Mengapa Pelangi Terlihat sebagai Lingkaran?

Lingkaran (atau separuh lingkaran) terjadi karena ada koleksi butiran air dalam atmosfer yang dapat mengumpulkan cahaya yang terbagi pada sudut deviasi 40-42 derajat relatif terhadap jalur asli cahaya dari matahari. Butiran air ini membentuk lingkaran, dengan setiap butir dalam lingkaran tersebut membagi dan merefleksikan kembali ke mata Anda. Setiap butir dalam lingkaran tersebut mengalami refaksi dan membagi spektrum cahaya tampak (ROYGBIV). Sebagai deskripsi di atas, cahaya merah mengalami refaksi keluar dari butiran air pada sudut yang lebih steep menuju tanah, sedangkan cahaya biru mengalami refaksi pada sudut yang kurang steap dan berarah ke atas.

Oleh karena itu, saat Anda melihat ke sudut yang lebih steap terhadap tanah, butiran air dalam lingkaran tersebut mengalami refaksi cahaya merah menuju mata Anda. Sedangkan cahaya biru dari butiran air yang sama berarah ke atas dan tidak terlihat. Demikian pula, saat Anda melihat ke sudut yang kurang steap, butiran air dalam lingkaran tersebut mengalami refaksi cahaya biru menuju mata Anda, sementara cahaya merah berarah ke bawah pada sudut yang lebih steap dan tidak terlihat. Diskusi ini menjelaskan kenapa cahaya merah yang terlihat di bagian atas dan tepi luar pelangi, sedangkan cahaya biru yang terlihat di bagian bawah dan tepi dalam.

Pelangi Bukan Hanya Terbatas Pada Dispersi Cahaya oleh Butiran Air

Pelangi tidak terbatas pada dispersi cahaya oleh butiran air. Gelombang air di dasar air terjun dapat menciptakan awan air yang kadang-kadang menghasilkan pelangi. Penyiraman air di halaman belakang juga menjadi sumber lainnya. Cahaya matahari terang, butiran air suspend, dan sudut penglihatan yang tepat adalah tiga komponen yang diperlukan untuk melihat salah satu karya seni alam yang paling indah dan menakjubkan.