HBSC4103ISI KANDUNGANPerkara Muka surat

Pendahuluan21.0:Cahaya Matahari.21.1:Ciri-ciri fizik cahaya3(i). Cahaya putih matahari terdiri daripada 7 warna.3(ii). Cahaya bergerak secara lurus.3(iii). Cahaya boleh dipantulkan.4(iv).Cahaya boleh dibiaskan/dipesongkan.41.2:Teori gelombang cahaya 51.3:Warna dan panjang gelombang 52.0: Bagaimana langit biru terjadi?72.1:Serakan Rayleigh (Rayleigh scattering).72.2:Undang-undang Rayleigh (Rayleighs Law). 82.3:Penyebab langit kelihatan biru pada hari yang terang. 9

3.0:Matahari kelihatan kemerah-merahan pada waktu senja.10

4.0:Penutup12

Rujukan 14

Pendahuluan.Adalah menjadi sifat semula jadi murid-muird untuk bertanya tentang segala fenomena yang berlaku di hadapan mereka. Sifat semula jadi yang terdapat dalam diri muird-muird ini antara lain adalah disebabkan oleh tahap umur mereka yang masih berada pada peringkat awal pembelajaran. Semua perkara seperti bagaimana pelangi terjadi dan mengapa awan kelihatan berwarna biru ketika cuaca baik serta apakah yang menyebabkan matahari kelihatan kemerah-merahan pada waktu senja merupakan pertanyaan yang sering dikemukakan oleh murid-urid kepada guru sains mereka.Oleh yang demikian, adalah menjadi tanggung jawab guru sains untuk menerangkan dengan jelas dan logik serta berdasarkan kepada landasan sains tentang setiap kejadian alam yang berlaku kepada murid-murid. Guru sains tidak sepatutnya menidakkan pertanyaan murid-murid mereka kerana ini boleh mengurangkan minat mereka terhadap mata pelajaran sains.Tugasan ini berkisar tentang pertanyaan Ahman tentang awan berwarna biru pada hari terang dan matahari yang berwarna kemerah-merahan pada waktu petang, iaitu sewaktu matahari terbenam. Tugasan ini akan menghuraikan sebaik mungkin tentang fenomena awan berwarna biru pada waktu tengah hari yang cerah dan matahari berwarna kemerah-merahan semasa terbenam.

1.0:Cahaya matahari.Pernahkah kita terfikir, apakah yang menyebabkan langit kelihatan berwarna biru pada hari yang cerah sedangkan pada asasnya, langit sebenarnya tidak berwarna? Mengapakah langit hanya kelihatan biru semasa matahari berada pada kedudukan di atas langit dan bukannya semasa matahari terbit atau terbenam? Apakah yang mempengaruhi kecerahan warna biru langit tersebut? Sebelum kita dapat menjawab persoalan-persoalan tadi, kita perlu mempertimbangkan beberapa perkara penting yang berkaitan dengan ciri-ciri dan sifat cahaya matahari itu sendiri.

Rajah 1: Matahari.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/04/Sun_in_the_sky.jpg1.1:Ciri-ciri fizik cahaya.(i). Cahaya putih matahari terdiri daripada 7 warna.Cahaya matahari pada asasnya merupakan tenaga dalam bentuk gelombang, yang mana melalui cahaya matahari, kita dapat melihat alam di sekeliling kita. Cahaya putih matahari terdiri daripada tujuh warna sebagaimana yang terdapat pada warna pelangi iaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, indigo dan ungu. Rajah 2 merupakan contoh eksperiman yang sesuai dijalankan untuk melihat warna-warna dalam cahaya putih matahari. Dengan memancarkan cahaya putih matahari pada sebuah prisma, cahaya putih tersebut akan dibiaskan membentuk spektrum cahaya.

Rajah 2: Spektrum cahaya.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/Prism_rainbow_schema.png

(ii). Cahaya bergerak secara lurus.Cahaya matahari yang dipancarkan ke bumi bergerak lurus dan ke semua arah. Pancaran cahaya matahari tidak akan melencong atau membengkok. Ciri fizik ini membolehkan kita dapat melihat seluruh persekitaran sekeliling pada waktu siang tanpa memerlukan kita menggunakan lampu suluh. Ciri ini juga menyebabkan terbentuknya bayang-bayang apabila cahaya matahari yang dihalang oleh objek legap.

Rajah 3: Pembentukan bayang-bayang.http://www.iluvislam.com/wp-content/uploads/2011/03/150320113.jpg(iii). Cahaya boleh dipantulkan.Walaupun cahaya bergerak lurus dan pada semua arah, cahaya juga boleh dipantulkan. Keadaan ini disebut sebagai pantulan cahaya. Cahaya yang terkena pada permukaan berkilat seperti perak, akan dipantulkan. Konsep pantulan ini telah membolehkan kita mencipta cermin muka untuk melihat muka kita sendiri.

Rajah 4: Cahaya matahari yang terkena permukaan berkilat menghasilkan pantulan cahaya.http://www.berita8.com/images/berita/normal/Copy_of_jaguar24449@.jpg

(iv). Cahaya boleh dibiaskan/dipesongkan.Cahaya juga boleh dibiaskan/dipesongkan dengan syarat-syarat tertentu. Ini disebut pembiasan cahaya. Pembiasan cahaya berlaku apabila cahaya bergerak secara serong melalui dua medium yang berbeza. Sebagai contoh, cahaya bergerak melalui udara ke kaca atau air. Cahaya bergerak lebih laju melalui udara daripada melaluiair. Cahaya juga bergerak lebih laju melalui udara daripada melalui kaca. Oleh itu cahaya yang bergerak secara serong dipesongkan apabila melalui dua medium yang berbeza.

Rajah 5: Pembiasan cahaya yang berlaku menyebabkan penyedut minuman di dalam gelas yang berisi air kelihatan terpesong.http://www.nature.com/nature/journal/v455/n7211/images/455299a-f1.2.jpgSetelah mengkaji ciri-ciri cahaya, langkah seterusnya adalah memahami bahawa cahaya putih matahari yang terdiri daripada tujuh warna yang berbeza mempunyai panjang gelombang yang berbeza.

1.2: Teori gelombang cahaya.Pada abad ke-17, Christiaan Huygenstelah mencadangkan yang cahaya dipancarkan ke semua arah sebagai siri-siri gelombang. Pandangan Christiaan Huygens secara langsung telah menggantikan teori zarah halus yang dikemukakan oleh Isaac Newton sebelumnya. Menurut Isaac Newton dalam bukunya, Hypothesis of Light(1675), cahaya adalah terdiri daripada zarah halus (partikel jirim) yang mana memancar pada semua arah dari sumbernya. Pandangan Christiaan Huygens banyak dipengaruhi oleh teori yang mengatakan bahawa pancaran gelombang tidak diganggu atau dipengaruhi oleh graviti. Gelombang dianggap menjadi perlahan ketika memasuki medium yang lebih tumpat. Teori gelombang ini menghujahkan yang gelombang cahaya akan berinterferens dengan gelombang cahaya yang lain, seperti juga gelombangbunyi(seperti yang disebut oleh Thomas Youngpadakurunke-18). Christiaan juga nengatakan bahawa gelombang cahaya bolehdikutubkan. Teorikembaran zarah-gelombangmencadangkan bahawa cahaya adalah zarah dan gelombang. Ini merupakan teori moden yang menerangkan bukan sahaja tentang sifat cahaya, malahan semua zarah. Ia diterangkan olehAlbert Einsteinpada awal 1900, berdasarkan hasil kerjanya berkenaan kesan fotoelektrik, dan juga hasil kajian Planck. Einstein menunjukkan bahawa tenaga foton berkadar langsung dengan frekuensinya. Secara amnya, teori tersebut menyatakan bahawa setiap benda mempunyai sifat zarah dan sifat gelombang. Sifat zarah lebih mudah dikesan sekiranya objek tersebut memiliki jisim yang besar. Oleh sebab itu hanya pada 1924 dalam eksperimen yang dijalankan olehLouis de Broglie,elektronyang dijumpai memiliki sifat kembaran gelombang-zarah.

1.3: Warna dan panjang gelombang.Otak manusia menginterpretasikan panjang gelombang cahaya yang berbeza-beza sebagaiwarna. Panjang gelombang terpanjang (frekuensi paling rendah) diwakili oleh warna merah hingga keungubagi panjang gelombang terpendek (frekuensi paling tinggi). Frekuensi-frekuensi perantaraan dilihat sebagaijingga,kuning,hijau,biru dan indigo. Frekuensi-frekuensi yang dapat dilihat oleh manusia dikenali sebagai gelombang cahaya tampak manakala bagi frekunsi-frekunsi yang berada di luar julat penglihatan manusia dikenali sebagaiultraungu(UV) pada penghujung frekuensi tinggi daninframerah(IR) pada yang rendah (rujuk rajah 6).

Rajah 6: Warna dan panjang gelombang.http://bio3400.nicerweb.com/Locked/media/ch15/15_08-electromagnetic_spectrum.jpg

Walaupun mata manusia tidak dapat melihat IR, namun kita masih dapat mengesan kehadirannya melalui reseptor-reseptorkulitsebagai satu bentuk tenagahaba.KameraIR yang mampu mengesan IR dan menukarnya kepada cahaya nampak adalah dipanggil sebagai kamerapandang-malam (night-vision).

Rajah 7: Gambar yang dirakam menggunakan kamera IR.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3a/Thermographic_image_of_ringtailed_lemur.jpgSinaran UV tidak dapat dikesan oleh manusia kecuali dalam cara yang agak lambat. Sebagai contoh, dedahan berlebihan kulit terhadap cahaya UV boleh menyebabkankulit terbakar ataukesan yang lebih teruk, barah kulit. Sesetengah jenis binatang sepertilebah, boleh melihat sinaran UV manakalaularkapak boleh melihat IR menggunakan lubang-lubang yang terdapat pada kepalanya.

2.0: Bagaimana langit biru terjadi?

Rajah 8: Langit berwarna biru.http://wallpaper-download.net/wallpapers/nature-wallpapers-clear-blue-sky-wallpaper-30760.jpg

Warna langit yang kebiru-biruan adalah hasil daripada serakan yang dipanggil serakan Rayleigh. Serakan ini merujuk kepada penyebaran cahaya yang tidak lebih besar daripada satu per sepuluh (1/10) yang panjang gelombang cahaya.

2.1:Serakan Rayleigh (Rayleigh scattering).Istilah serakan Rayleigh diambil sempena ahli fizik British Lord Rayleigh, yang membawa maksud penyerakan elastik cahaya atau sinaran elektromagnet lain oleh zarah lebih kecil daripada panjang gelombang radiasi. Sifat serakan Rayleigh yang tidak mengubah keadaan bahan disebut sebagai satu proses berparameter. Zarah atau partikel yang dimaksudkan boleh wujud secara tunggal dalam bentuk atom atau molekul. Serakan Rayleigh boleh berlaku apabila cahaya bergerak melalui pepejal, cecair telus/jernih ataupun melalui gas. Antara ketiga-tiga sifat bahan ini, serakan Rayleigh paling ketara kelihatan apabila cahaya bergerak melalui gas/udara. Berdasarkan kajian Rayleigh, beliau membuat kesimpulan bahawa penyerakan berlaku hasil daripada zarah berpolar (bercas) elektrik. Ayunan (oscillating) medan elektrik daripada gelombang cahaya bertindak ke atas cas dalam zarah, menyebabkannya bergerak pada frekuensi yang sama. Zarah tersebut menjadi dwikutub menyebabkan sinaran cahaya kelihatan bertaburan.Serakan Rayleigh menyebabkan penyerakan cahaya matahari di atmosfera yang seterusnya menyebabkan sinaran tersebar di langit. Proses ini menyebabkan warna biru kelihatan di langit dan warna kekuning-kuningan pada matahari itu sendiri..

Rajah 9: Graf Serakan Rayleigh.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/69/Rayleigh_sunlight_scattering.png

2.2: Undang-undang Rayleigh (Rayleighs Law)Menurut undang-undang Rayleigh, keamatan cahaya yang dipancarkan adalah berkadar songsang dengan kuasa keempat panjang gelombang. Oleh kerana panjang gelombang warna biru adalah yang paling kecil dan bahawa cahaya merah adalah yang paling lama, maka taburan cahaya biru kelihatan paling banyak berbanding dengan taburan cahaya merah. Taburan cahaya biru ini menyebabkan langit kelihatan biru pada pandangan mata kita. Apabila ketiadaan atmosfera bumi, langit akan kelihatan hitam kerana tidak berlaku serakan warna. Fenomena ini menjelaskan mengapa seseorang di dalam kapal terbang melihat langit menjadi hitam di kawasan tanah tinggi.2.3:Penyebab langit kelihatan biru pada hari yang terang. Mari kita mulakan dengan matahari. Pada pandangan mata kita, cahaya dari matahari kelihatan putih tetapi cahaya putih ini sebenarnya terdiri daripada pelbagai warna yang berbeza. Kita dapat melihat warna-warna cahaya tersebut dalam pelangi atau apabila cahaya putih melalui prisma. Semasa cahaya putih dari matahari bergerak melalui atmosfera bumi, ia berlanggar dengan zarah udara. Warna-warna yang berbeza, dengan panjang gelombang yang berbeza akan diserakkan semasa pelanggaran dengan atmosfera bumi. Cahaya biru (iaitu gelombang lebih pendek) akan diserakkan lebih banyak di langit berbanding dengan cahaya merah yang mempunyai gelombang lebih panjang. Cahaya biru yang diserakkan ini akan kelihatan lebih jelas dan di langit. Jadi, apabila matahari berada di tengah/atas langit, cahaya biru bertaburan di semua arah. Ini akan menyebabkan mata manusia melihat warna biru semasa memandang di langit berbanding dengan melihat pada matahari.

Sinaran cahaya matahari dari angkasaAtmosfera bumi

Rajah 10: Warna biru diserakkan di atmosfera bumi.http://home.comcast.net/~vinelandrobotics/bluesky.gif

Langit akan kelihatan biru pada pandangan mata kita.Warna biru diserakkan oleh atmosfera di udaraCahaya putih yang dipancarkan terus dari matahari

Rajah 11: Warna biru diserakkan oleh atmosfera menyebabkan langit kelihatan biru

3.0:Matahari kelihatan kemerah-merahan pada waktu senja.Cahaya matahari yang dipancarkan menembusi atmosfera dan sampai ke mata kita melalui laluan yang tidak terganggu. Frekuensi cahaya matahari yang lebih rendah (merah, jingga, kuning) cenderung untuk mencapai mata kita sepertimana kita melihat secara langsung ke arah matahari pada waktu tengah hari. Walaupun cahaya matahari mengandungi keseluruhan julat frekuensi cahaya yang boleh dilihat, tidak semua frekuensi ini mempunyai kekuatan yang sama. Malah, cahaya matahari lebih cenderung untuk mempunyai frekuensi cahaya kuning. Oleh yang demikian, matahari kelihatan kekuningan semasa tengah hari disebabkan oleh peredaran langsung jumlah dominan frekuensi kuning melalui atmosfera kita dan terus kepada mata kita.

Rajah 12: Matahari kelihatan kuning semasa tengah hari.Kedudukan matahari akan berubah selari dengan peredaran masa dan pusingan bumi. Walaupun matahari berwarna kuning semasa tengah hari, ia akan beransur-ansur bertukar warna apabila ia terbenam. Perubahan warna ini dapat dijelaskan oleh penyerakan cahaya. Ketika matahari menghampiri garis ufuk, cahaya matahari perlu merentasi jarak yang lebih jauh melalui atmosfera kita (rujuk rajah di bawah).

AtmosferaJarak dekatJarak jauhCahaya matahari(petang)Cahaya matahari(tengah hari)

Bumi

Rajah 13: Jarak yang dilalui cahaya matahari pada waktu tengah hari dan petang.

Apabila jarak cahaya matahari melalui atmosfera semakin jauh, warna-warna pada cahaya matahari (merah, jingga, kuning, hijau, biru, indigo dan ungu) akan merentasi lebih banyak zarah atmosfera. Ini menyebabkan penyebaran jumlah yang lebih besar, terutamanya cahaya kuning. Pada waktu matahari terbenam, cahaya yang melalui atmosfera menuju ke mata kita cenderung untuk bertumpu pada warna merah dan oren. Oleh yang demikian, warna matahari semasa terbenam mempunyai warna merah-oren.

Apabila matahari terbenam, kebanyakan warna biru diserakkan ke udara, meninggalkan warna kemerah-merahan

Rajah 14: Langit kelihatan kemerah-merahan semasa matahari terbenam.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/Sunset_in_Zadar_2.jpg

Kepekatan dan ketebalan warna kemerah-merahan cahaya matahari akan lebih tinggi jika atmosfera mengandungi lebih banyak zarah. Faktor seperti kehadiran aerosol sulfur (dipancarkan sebagai pencemar industri dan oleh aktiviti gunung berapi) dalam atmosfera kita merupakan penyumbang kepada cahaya kemerah-merahan matahari.

Penutup.Kejadian langit biru pada waktu tengah hari dan matahari kelihatan kemerah-merahan pada waktu senja merupakan kejadian yang boleh dijelaskan melalui sains. Untuk menjawab pertanyaan Ahmad tentang langit berwarna biru dan matahari berwarna merah pada waktu petang, guru perlu bijak menggunakan bahan-bahan yang difikirkan sesuai yang ada di sekeliling mereka. Sebagai contoh, untuk menjelaskan kepada murid tentang spektrum cahaya, guru boleh menggunakan botol kaca yang diisi dengan air untuk menggantikan prisma. Guru juga boleh melakukan aktiviti dan eksperimen mudah serta ringkas untuk menjelaskan sifat-sifat fizik bagi cahaya. Sebagai contoh, menggunakan lampu suluh untuk menunjukkan cahaya bergerak lurus atau menunjukkan bayang-bayang sendiri untuk menjelaskan tentang pantulan cahaya.Secara ringkasnya, untuk menjawab persoalan Ahmad, guru terlebih dahulu perlu menerangkan kepada Ahmad tentang sifat-sifat cahaya. Ini diikuti dengan penjelasan bahawa cahaya matahari terdiri daripada tujuh warna yang mempunyai panjang gelombang berbeza. Setiap gelombang ini diwakili oleh warna-warna tertentu sebagaimana yang terdapat pada warna pelangi. Penjelasan serba sedikit tentang serakan cahaya juga sangat membantu dalam menjelaskan kepada Ahmad tentang kejadian awan biru. Sebagai kesimpulan, guru memainkan peranan yang sangat penting dalam menanam minat murid-murid mempelajari sains. Guru perlu bijak dan kreatif semasa menyampaikan isi pelajaran agar minat murid-murid terhadap mata pelajaran sains dapat dipupuk sejak dari peringkat sekolah rendah.

Rujukan.

Deborah Byrd (2014). Why does the sun look red at sunset?. EarthSky. Dicapai pada 12 Mac 2015 daripada http://earthsky.org/earth/sun-looks-on-horizon

Nasa (?).Why is the sky blue? Dicapai pada 13 Mac 2015 daripada http://spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/

Philip Gibbs (1997). Why is the sky blue? Dicapai pada 13 Mac 2015 daripada http://math.ucr.edu/home/baez/physics/General/BlueSky/blue_sky.html

Physics.org (?). Why is the sky blue? Dicapai pada 13 Mac 2015 daripada http://www.physics.org/article-questions.asp?id=108

R Nave (?). Blue Sky. Dicapai pada 15 Mac 2015 daripada http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html

Robert Roy Britt (2014). Why is the sky blue? Dicapai pada 15 Mac 2015 daripada http://www.livescience.com/32511-why-is-the-sky-blue.html

Wikipedia. Cahaya. Dicapai pada 15 Mac 2015 daripada http://ms.wikipedia.org/wiki/Cahaya#Panjang_gelombang_nampak

13