Sabtu, 21 Oktober 2017

SERI BUMI DATAR? BAGIAN 37 : MENGENAL UMBRA PENUMBRA DAN SUDUT DATANG CAHAYA

Sahabat Fisika, mari kita belajar mengenal jenis bayangan umbra dan penumbra dan sekaligus kita belajar sudut maksimum antar berkas cahaya yang dihasilkan dari suatu sumber cahaya.  Menurut saya ini sangat bagus dan dapat membantu pelajar-pelajar yang sedang mempelajari bagaimana gerhana matahari dan gerhana bulan terjadi.   Ini juga bisa menjadi penjelasan tambahan yang mungkin belum dijelaskan dalam buku-buku pelajaran.  Selamat mempelajari….

Sudut maksimum sebaran berkas cahaya
Sifat cahaya adalah menyebar ke segala arah dalam ruang. Sebuah benda yang berada di sekitar sumber cahaya akan mendapatkan cahaya sumber dari berbagai arah.

Perhatikan ilustrasi di atas. Sebuah objek akan mendapatkan cahaya sumber dari berbagai arah.

Sudut maksimum yang dibentuk oleh sebaran berkas cahaya bisa kita hitung dengan rumus tangen.  Misalnya sumber cahaya berbentuk bola.  Perhatikan ilustrasi di bawah ini.  

Sudut maksimum yang dibentuk oleh sesama berkas cahaya adalah arctan jarak tempuh cahaya dibagi diameter sumber.

Misalnya sebuah sumber cahaya berbentuk bola dengan diameter 10 cm berapakah sudut maksimum yang dibentuk antar berkas cahaya pada jarak 50 cm?

Jawab
Ɵ = arctan (10/50) = 11,3°

Jadi sudut maksimum yang dibentuk oleh sesama berkas cahaya berdiameter 10 cm pada jarak 50 cm adalah 11,3°.  Mohon diperhatikan ini adalah sudut maksimum, artinya sudut yang dibentuk oleh sekian banyaknya berkas cahaya yang berasal dari sumber adalah dari 0°  sampai 11,3°.  Semakin jauh jarak tempuh cahaya maka sudut maksimumnya akan berkurang.  Dan pada jarak yang sangat-sangat jauh berkas cahaya bisa dianggap sejajar.

Bayangan
Sebuah objek yang berada di sekitar sumber cahaya akan memiliki dua jenis bayangan yang terbentuk di belakang benda.  Dua bayangan itu adalah umbra dan penumbra.  Perhatikan ilustrasi di bawah ini,


Bayangan umbra adalah bayangan gelap yang terjadi di belakang objek akibat sumber cahaya terhalang sama sekali.  Sedangkan bayangan penumbra adalah bayangan yang tidak terlalu gelap karena walaupun tertutup objek namun masih ada berkas cahaya dari arah lain.

Jarak bayangan umbra untuk objek yang lebih besar dari pada sumber adalah tak berhingga, artinya seluruh ruang di belakang objek sampai jarak berapapun akan terjadi bayangan umbra.  Namun untuk objek yang lebih kecil dari pada sumber, bayangan umbra hanya akan mencapai jarak tertentu.  Rumus untuk menentukan jarak bayangan umbra adalah sebagai berikut. Perhatikan gambar di bawah ini,


Bisa kita gunakan rumus pendekatan sebagai berikut;
Tan Ɵ = d / (x+ a)  = b / x
xd =  xb + ab
x(d-b) = ab

Jadi jarak bayangan umbra bisa dirumuskan seperti di bawah ini.
x = ab/(d-b)

d = Diameter sumber
b = Diameter objek
a = Jarak sumber ke objek (pusat ke pusat)
x = Jarak bayangan umbra

Misalnya sebuah sumber cahaya berbentuk bola dengan diameter 10 cm, pada jarak 50 cm ada kelereng dengan diameter 1 cm (diukur dari pusat ke pusat).  Berapakah jarak bayangan umbra kelereng?

Jawab
d = 10  cm, b = 1 cm, a = 50 cm
x = ab/(d-b)
x = 50 x 1 / (10 – 1)  cm
x = 5,6 cm

Jadi jarak bayangan umbra terjauh yang terjadi adalah 5,6 cm dari pusat kelereng.

Semua objek yang dapat kita lihat adalah akibat pantulan cahaya dari objek yang sampai ke mata kita.  Jadi kita juga bisa menganggap objek-objek yang ada di sekitar kita sebagai sumber cahaya.  Pada contoh kasus di atas bila kita mengganti sumber cahaya dengan bola berdiameter 10 cm maka kenampakan bola akibat tertutup kelereng juga mengikuti rumus di atas.  Mata kita tidak akan melihat bola pada jarak kurang dari 5,6 cm dari kelereng akibat tertutup secara penuh oleh kelereng.  Jika kita menjauh dan jaraknya lebih dari 5,6 cm maka kita akan melihat bola berbentuk cincin karena bagian tengahnya tertutup kelereng.

Di surat tanggapan terbuka untuk kepala LAPAN yang dibuat oleh penggagas bumi datar FE101 ada kebingungan bagaimana bola raksasa berdiamater 4 meter tertutup oleh kelereng 1 cm.  Melalui penjelasan tersebut di atas semoga tidak ada lagi kebingungan dan berubah menjadi pemahaman.  Amat lucu, memperdebatkan bentuk alam semesta sementara hal sepele semacam ini saja tidak mengerti. Kalah telak sama teman kecil saya si Kliwon.  Silakan baca artikel di seri ke-25 buat sahabatku (kisah Kliwon). 

Ketidakfahaman penggemar bumi datar pada sains memang sudah amat parah.  Hal ini sudah dinyatakan oleh Kepala LAPAN seperti  yang saya kutip di media online berikut.

"Mereka tidak paham dan tidak mau tahu fisika sehingga fenomena yang sederhana pun tidak bisa dipahami," ujar Thomas kepada VIVA.co.id, Kamis, 19 Oktober 2017. 

Silakan lihat berita lengkapnya

Dan yang membuat kita merasa sedih adalah sikap para penggemar bumi datar yang tidak mau belajar bahkan malah terus membantah dengan ketidakfahamannya.   Ditambah  pula dengan banyaknya hal yang tidak terpuji yang dilakukan oleh penggemar bumi datar, baik di video maupun di forum mereka. Sudah banyak web atau blog yang mengupas kebohongan, kecurangan keculasan yang ada di video bumi datar.  Sungguh amat disayangkan!!!


Sudut datang Matahari dan Gerhana

Satu lagi kebingungan yang melanda penggemar bumi datar, saya kutip dari forum bumi datar.  Kepada yang merasa menulis, mohon maaf ini untuk pembelajaran agar kita menjadi faham.

=====Awal Kutipan======
1. Jika memang sinar matahari tegak lurus ke bumi dan bayangan terbentuk karena lengkung bumi... Bagaimana mungkin bayangan ini bisa dijadikan acuan untuk menunjukkan secara tepat lokasi tertentu berdasarkan arah bayangan...?? Misalnya, metode klasik penentuan arah kiblat
2. Jika sinar matahari dianggap sebagai gelombang bidang (planar)/tegak lurus datang ke bumi, bagaimana menjelaskan sinar yang terjadi pada gerhana matahari (model GE; silakan lihat gambar, arah sinar tidak tegak lurus ke bumi)....??


=====Akhir Kutipan======


Sahabat mari kita bantu sahabat yang masih kebingungan memahami sudut datang cahaya matahari dan peristiwa terjadinya gerhana.

Walaupun sangat jauh, berkas cahaya matahari tidaklah benar-benar  sejajar.  Jika kita hitung dengan dengan rumus yang sudah diterangkan di atas bisa kita peroleh bahwa sudut maksimum cahaya matahari yang sampai ke bumi adalah 0,53°.  Angka ini diperoleh dari arctan diameter matahari dibagi jarak matahari ke bumi.  Diameter matahari sekitar 1,39 juta km sementara jarak dari bumi 150 juta km.

Ɵ = arc tan (1,39/150) = 0,53°.

Sudut maksimum sebesar 0,53° ini sangatlah kecil.  Untuk pemakaian praktis bisa kita anggap seluruh berkas cahaya matahari yang sampai ke bumi adalah sejajar.  Seperti ilustrasi berikut ini.


Dengan mengerti bahwa seluruh berkas cahaya matahari yang sampai ke bumi bisa dianggap sejajar maka kita dengan mudah bisa menentukan arah suatu lokasi di bumi dari melihat bayangan benda.  Misalnya untuk menentukan arah kiblat bisa kita menentukan dengan cara menunggu saat matahari tepat berada di atas Ka’bah maka semua bayangan benda akan menjauhi Ka’bah.  Silakan lihat ilustrasi di bawah ini.


Perhatikan saat matahari tepat berada di atas Ka’bah maka sudut datang matahari akan berbeda-beda di setiap tempat.  Sudah saya jelaskan pada seri ke-15  Ayo kitabelajar lagi.  Saat matahari di atas Papua ketinggian matahari bagi Papua adalah 90°, bersamaan dengan itu di Jakarta ketinggian matahari adalah 60°.  Lengkung bumi menyebabkan ketinggian matahari berbeda-beda di setiap tempat.  Seperti ilustrasi berikut ini.


Jika memang cahaya matahari yang sampai ke bumi dianggap sejajar, mengapa cahaya matahari digambarkan menyudut saat terjadi gerhana,  seperti bantahan penggemar bumi datar di atas?

Seperti yang sudah dijelaskan di atas bahwa sebenarnya cahaya matahari yang sampai ke bumi memiliki sudut maksimum sebesar 0,53°.  Sudut sekecil ini ternyata memiliki pengaruh saat terjadi gerhana.  

Misalnya gerhana bulan terjadi ketika bulan memasuki bayangan umbra bumi.  Mari kita hitung berapa jarak bayangan umbra bumi.

Diameter matahari,  d = 1,39 juta km
Diameter bumi,  b = 6.400 km
Jarak matahari bumi, a = 150 juta km

Jarak bayangan umbra bumi;
x = ab/(d-b)
x = 150 juta x 6400 / (1,39 juta – 6.400)
x =  691.144 km 

Atau bisa juga dihitung menggunakan rumus sudut maksimum berkas cahaya matahari yang sampai ke bumi 0,53°.
x = b / tan (0,53°)

x = 6.400 / 0,00925
x = 691.891 km 

Jadi bayangan umbra bumi berjarak sekitar 691 ribu km.  Jarak bumi dengan bulan adalah sekitar 362.600 km sampai 405.400 km sehingga bisa dimungkinkan bulan masuk ke umbra bumi dan terjadilah gerhana bulan.  Cahaya matahari yang menuju bulan akan terhalang oleh bumi.  Silakan lihat ilustrasi berikut ini.


Bagaimana dengan gerhana matahari?
Gerhana matahari terjadi ketika ada wilayah di  bumi yang  masuk ke bayangan umbra dan penumbra bulan. Wilayah yang masuk ke umbra bulan akan mengalami gerhana total sementara wilayah yang masuk ke penumbra bulan akan mengalami gerhana sebagian.  

Jarak bayangan umbra bulan bisa kita hitung dengan rumus di atas dan hasilnya jarak bayangan umbra bulan sekitar 375 ribu km.  Karena jarak bumi bulan sekitar 362 ribu km sampai  405 ribu km berarti masih dimungkinkan terjadi gerhana matahari total dan sebagian.  Ilustrasi gerhana matahari silakan lihat gambar pada kutipan dari penggemar bumi datar seperti  di bawah ini.  


Perhatikan gambar di atas, ada wilayah di bumi yang masuk ke bayangan umbra dan bayangan penumbra bulan.  Di wilayah tersebutlah akan terjadi gerhana matahari total dan sebagian.

Jika ada penggemar bumi datar yang masih meributkan siklus saros, mari saya beri pencerahan.  Siklus Saros hanya bisa memprediksi tanggal terjadinya gerhana.  Sementara astronom saat ini sudah bisa menentukan wilayah-wilayah mana saja yang mengalami gerhana, kapan waktu tepatnya dan berapa lama gerhana terjadi.  Apakah hal tersebut ada dalam siklus Saros?  Tentu saja tidak ada!  Itu adalah hasil dari perhitungan astronomi saat ini yang berdasar pada bentuk bumi yang bulat, berotasi dan mengelilingi matahari. 

Kita lihat sendiri bukan beberapa hari atau minggu sebelum terjadi gerhana sudah ada berita akan terjadi gerhana, wilayah-wilayah mana saja yang mengalami gerhana total maupun sebagian,  berapa lama waktu terjadinya dan sebagainya.  Dan ternyata itu semua terbukti benar.  Ini membuktikan bahwa bentuk bumi yang bulat, berotasi dan mengelilingi matahari terbukti benar dengan adanya fenomena gerhana yang dapat diperkirakan dengan tepat dalam model alam semesta seperti sekarang ini. 

Sekarang mari kita meminta kepada para penggemar bumi datar untuk memprediksi kapan terjadinya gerhana (silakan gunakan siklus Saros), wilayah mana saja yang mengalami gerhana total dan sebagian, berapa lama terjadinya gerhana.  Tentunya harus dihitung berdasarkan bumi datar berkubah.  Silakan tanyakan pada penggagas bumi datar yang paling ‘pinter’ sedunia itu.

Semoga semakin menambah pemahaman.

Tidak ada komentar:

SERI BUMI DATAR?

Bukti Empiris Revolusi Bumi + Pengantar
Bukti Empiris Rotasi Bumi + Pengantar
Bukti Empiris Gravitasi + Pengantar

Seri 43 : Bantahan Cerdas Penganut FE3

Seri 42 : Bantahan Cerdas Penganut FE 2
Seri 41 : Melihat Satelit ISS sedang mengorbit Bumi
Seri 40 : Bantahan Cerdas Penganut FE

Seri 39 : Arah Kiblat Membuktikan Bumi Bulat

Seri 38 : Equation Of Time

Seri 37 : Mengenal Umbra Penumbra dan Sudut Datang Cahaya

Seri 36 : Fase Bulan Bukan Karena Bayangan Bumi
Seri 35 : Percobaan Paling Keliru FE
Seri 34 : Analogi Gravitasi Yang Keliru
Seri 33 : Belajar Dari Gangguan Satelit
Seri 32 : Mengapa Horizon Terlihat Lurus?
Seri 31 : Cara Menghitung Jarak Horizon
Seri 30 : Mengapa Rotasi Bumi Tidak Kita Rasakan
Seri 29 : Observasi Untuk Memahami Bentuk Bumi
Seri 28 : Permukaan Air Melengkung
Seri 27 : Aliran Sungai Amazon
Seri 26 : Komentar dari Sahabat
Seri 25 : Buat Sahabatku (Kisah Kliwon menanggapi surat FE101 untuk Prof. dari LAPAN)
Seri 24 : Bukti Empiris Gravitasi
Seri 23 : Bukti Empiris Revolusi Bumi
Seri 22 : Bukti Empiris Rotasi Bumi
Seri 21 : Sejarah Singkat Manusia Memahami Alam Semesta

Seri 20 : Waktu Shalat 212
Seri 19 : Kecepatan Terminal
Seri 18 : Pasang Surut Air Laut
Seri 17 : Bisakah kita mengukur suhu sinar bulan?
Seri 16 : Refraksi
Seri 15 : Ayo Kita Belajar Lagi
Seri 14 : Perspektif
Seri 13 : Meluruskan Kekeliruan Pemahaman Gravitasi
Seri 12 : Teknik Merasakan Lengkungan Bumi
Seri 11 : Gaya Archimedes terjadi karena gravitasi
Seri 10 : Azimuthal Equidistant
Seri 9 : Ketinggian Matahari pada bumi datar
Seri 8 : Bintang Kutub membuktikan bumi bulat
Seri 7 : Satelit Membuktikan Bumi berotasi
Seri 6 : Rasi Bintang membuktikan bumi berputar dan berkeliling
Seri 5 : Gravitasi membuktikan bumi bulat
Seri 4 : Besi tenggelam dan Gabus terapung
Seri 3 : Gaya gravitasi sementara dirumahkan
Seri 2 : Bola Golf jadi Penantang
Seri 1 : Satelit yang diingkari