Kenapa Gelembung Sabun Bisa Berwarna-warni seperti Pelangi?

tirto.id - Gelembung sabun berwarna seperti pelangi kerap terlihat pada saat mandi, mencuci piring, atau bermain sabun di luar ruangan. Jika diamati, sabun dan air yang dipakai tidak berwarna pelangi. Fenomena ini dapat dijelaskan melalui konsep Fisika bernama interferensi cahaya atau interferensi lapisan tipis.

Gelembung sabun merupakan lapisan air sabun yang sangat tipis, yang menyelimuti rongga udara berbentuk bola. Lapisan ini memiliki permukaan bagian dalam dan bagian luar, yang mampu memantulkan cahaya. Dengan begitu, terdapat banyak jalur berbeda yang bisa dilalui cahaya saat berinteraksi dengan gelembung.

Ketika cahaya mengenai gelembung, sebagian dipantulkan oleh permukaan, sementara sebagian lainnya menembus masuk. Jika gelombang yang dipantulkan dalam kondisi selaras atau sefase, maka gelombang-gelombang tersebut akan saling memperkuat. Sebaliknya, jika tidak selaras, maka saling meniadakan.

Rangkaian fenomena ini menjadi penyebab permukaan gelembung tampak berwarna warni seperti pelangi dengan pola yang acak. Warna bergantung ketebalan lapisan sabun di titik tersebut dan bisa berubah seiring ketebalan yang bervariasi.

Mengenal Interfensi Cahaya dan Jenis-jenisnya

Munculnya warna warni gelembung sabun disebabkan fenomena fisika bernama interferensi cahaya. Fenomena terjadi saat perpaduan cahaya memantul dari dua permukaan yang tumpang tindih (superposisi) dan bergabung. Cahaya dipisahkan jarak yang sebanding dengan panjang gelombang.

Melansir laman Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations Search, saat cahaya menyentuh lapisan gelembung sabun, yang terjadi adalah sebagian cahaya memantul dari permukaan depan dan sebagian lainnya masuk, lalu memantul dari permukaan belakang.

Gelombang cahaya yang terpantul kemudian tumpang tindih dan saling berinterferensi. Interferensi cahaya terbagi menjadi dua, yaitu konstruktif dan destruktif. Interferensi konstruktif terjadi ketika puncak gelombang bertemu dengan puncak gelombang lainnya. Keduanya bergabung membentuk gelombang yang lebih terang.

Sementara, interferensi destruktif terjadi ketika ketika puncak gelombang bertemu dengan lembah gelombang yang berukuran sama. Keduanya saling meniadakan sehingga medium menjadi gelap.

Saat interferensi konstruktif dan destruktif terjadi bersamaan dalam gelembung sabun, maka warna-warna tertentu akan menonjol dan warna lainnya hilang saat terkena cahaya. Alhasil, menciptakan pola warna warni seperti pelangi.

Dengan begitu, interferensi cahaya bergantung ketebalan lapisan, panjang gelombang cahaya, dan indeks bias. Jika cahaya putih mengenai lapisan yang ketebalan bervariasi atau tidak rata, maka tercipta warna-warna pelangi akibat interferensi konstruktif.

Proses Terjadinya Interferensi Cahaya & Tahapan

Berangkat dari penjelasan awal, interferensi cahaya terjadi ketika cahaya yang dipantulkan dari permukaan atas dan bawah suatu lapisan dapat saling berinterferensi. Kedua pantulan menempuh jarak yang berbeda sehingga memungkinkan cahaya berada dalam fase yang sama atau berbeda. Perubahan fase ini dapat terjadi saat proses pemantulan.

Secara umum, cahaya merambat dalam garis lurus dan berperilaku layaknya sinar ketika berinteraksi dengan objek yang ukurannya jauh lebih besar daripada panjang gelombang. Namun, saat berinteraksi dengan objek yang lebih kecil, karakteristik gelombang akan tampak dengan jelas.

Mengutip College Physics, salah satu eksperimen klasik untuk menjelaskan interferensi cahaya adalah percobaan celah ganda Young. Ia menggunakan cahaya matahari yang dilewatkan melalui lubang kecil pada sebuah papan (S0). Cahaya yang keluar kemudian diarahkan menuju dua lubang kecil pada papan kedua (S1 dan S2) dengan jarak yang sama dengan S0.

Cahaya yang memancar dari kedua lubang jatuh ke sebuah layar dan menciptakan pola titik-titik terang dan gelap. Pola ini disebut sebagai interferensi cahaya. Berdasarkan eksperimen celah ganda Young, interferensi cahaya terjadi ketika gelombang-gelombang berada dalam fase yang sama atau memiliki hubungan fase yang tetap (koheren).

Gelombang yang berpadu sebaliknya memiliki amplitudo yang hampir setara agar pola terang dan gelap yang dihasilkan tampak kontras. Ketika cahaya melewati celah-celah sempit, celah tersebut berfungsi sebagai sumber gelombang koheren dan cahaya menyebar membentuk gelombang setengah lingkaran.

Interferensi konstruktif murni terjadi ketika puncak bertemu dengan puncak, atau lembah bertemu dengan lembah. Interferensi destruktif murni terjadi ketika puncak bertemu dengan lembah. Cahaya harus jatuh pada layar dan dihamburkan ke mata agar dapat melihat polanya.

Wilayah interferensi konstruktif dan destruktif merambat keluar dari celah-celah tersebut pada sudut-sudut tertentu terhadap berkas gelombang asli. Sudut-sudut ini bergantung panjang gelombang dan jarak antarcelah.

Mengapa Warna Sabun Bisa Berubah Seperti Pelangi?

Gelembung sabun memiliki lapisan tipis air yang dikelilingi oleh udara di kedua sisi. Interferensi cahaya menyebabkan muncul warna-warna pelangi gelembung sabun. Adapun warna yang tampak bergantung pada arah dan sudut pandang, serta ketebalan lapisan gelembung sabun.

Menukil laman Royal Society of Chemistry, perpaduan warna yang dinamis ini muncul akibat pantulan cahaya yang terjadi secara bersamaan dari permukaan bagian dalam maupun bagian luar gelembung.

Kedua permukaan berada sangat berdekatan, sehingga cahaya yang dipantulkan dari permukaan bagian dalam mengalami interferensi, baik secara konstruktif maupun destruktif.

Gelembung sabun tampak berkilau karena gelombang cahaya yang dipantulkan dari permukaan depan dan belakang gelembung saling berinterferensi, kemudian memusatkan cahaya.

Warna-warna ini dapat berubah seiring dengan mengalirnya air ke bagian bawah gelembung akibat gravitasi, yang menyebabkan lapisan di bagian atas menjadi semakin tipis.

Pada setiap sudut pandang, jarak tempuh tambahan cahaya saat melewati lapisan gelembung akan berbeda-beda. Hal ini turut menciptkan warna yang berbeda di lokasi yang berbeda hingga menyerupai pelangi.