Mengapakah Cahaya Membentuk Corak Beralun di Dasar Kolam?

Pada hari yang cerah, dasar kolam renang sering dihiasi corak cahaya yang kelihatan seperti jaringan garis beralun. Garis-garis ini bergerak, bersilang dan berubah bentuk apabila permukaan air berkocak, dan corak itu boleh muncul walaupun dasar kolam rata dan tidak dilukis apa-apa.

Apakah yang menyebabkan cahaya terkumpul di sesetengah kawasan, sedangkan kawasan bersebelahan kelihatan lebih gelap? Jawapannya terletak pada pembiasan cahaya.

Apakah yang berlaku apabila cahaya memasuki air?

Apabila cahaya merambat dari udara ke dalam air, kelajuan perambatannya berubah kerana kedua-dua medium mempunyai sifat optik yang berbeza. Perubahan arah sinar ketika merentasi sempadan dua medium dikenali sebagai pembiasan cahaya. Jika sinar memasuki air secara serong, arahnya biasanya berubah mendekati garis normal, iaitu garis yang berserenjang dengan permukaan air pada titik kemasukan, dan perubahan ini diterangkan oleh hukum Snell.

Bagi cahaya tampak, indeks biasan air ialah kira-kira 1.33, manakala indeks biasan udara hampir 1.00, yang bermaksud cahaya merambat lebih perlahan di dalam air. Sinar yang memasuki permukaan air tepat sepanjang garis normal tidak berubah arah, walaupun kelajuan perambatannya berubah.

Mengapakah permukaan air beralun mengubah corak cahaya?

Bayangkan cahaya matahari memasuki kolam yang permukaan airnya hampir rata. Jika sinar yang tiba hampir selari dan air seragam, pembiasan di setiap kedudukan hampir sama, jadi dalam keadaan ideal cahaya tertabur secara hampir seragam di dasar kolam, walaupun pencahayaan sebenar juga dipengaruhi oleh pantulan pada permukaan, penyerapan dalam air dan bentuk kolam. Keadaan berubah apabila angin atau pergerakan air menghasilkan riak. Permukaan air tidak lagi mempunyai kecondongan yang sama di semua tempat, kerana ada bahagian yang melengkung ke atas, melengkung ke bawah atau condong ke sisi.

Oleh itu, sinar matahari yang tiba dari arah hampir sama memasuki air pada sudut yang berbeza-beza relatif kepada garis normal setempat, dan setiap sinar dibiaskan mengikut kecondongan permukaan di tempat ia masuk. Sesetengah sinar menjadi semakin rapat antara satu sama lain, manakala sinar lain tersebar ke kawasan yang lebih luas. Perubahan susunan sinar inilah yang menghasilkan taburan cahaya tidak sekata di dasar kolam.

Bagaimanakah garis terang terbentuk?

Apabila beberapa sinar cahaya tertumpu pada kawasan yang kecil, lebih banyak tenaga cahaya sampai ke kawasan itu bagi setiap unit luas, lalu ia kelihatan lebih terang. Kawasan yang menerima sinar lebih sedikit pula kelihatan lebih gelap. Taburan ini boleh menghasilkan garis melengkung, jaringan bercabang atau tompok terang. Dalam optik, kawasan yang menerima pemusatan cahaya seperti ini berkait dengan fenomena yang dikenali sebagai kaustik.

Corak kaustik tidak hanya berlaku di dalam air. Fenomena seumpamanya juga boleh terbentuk apabila cahaya dipantulkan oleh permukaan melengkung atau dibiaskan melalui objek lutsinar, termasuk titisan air yang berubah bentuk.

Mengapakah corak cahaya sentiasa bergerak?

Permukaan air jarang kekal pada bentuk yang sama apabila terdapat riak. Apabila riak bergerak, kecondongan permukaan pada sesuatu kedudukan turut berubah, lalu arah pembiasan sinar berubah dari semasa ke semasa dan kawasan pemusatan cahaya juga berpindah. Itulah sebabnya garis-garis terang di dasar kolam kelihatan bergerak, memanjang, bercantum atau berpecah.

Pergerakan itu tidak bermakna ada jalur cahaya yang terapung sebagai objek berasingan di dalam air. Corak tersebut ialah taburan keamatan cahaya pada permukaan dasar kolam.

Adakah corak yang sama muncul dalam semua keadaan?

Tidak. Corak kaustik lebih mudah diperhatikan apabila sumber cahaya cukup terang, air agak jernih dan cahaya yang tiba di dasar dipantulkan atau diserakkan ke arah mata pemerhati. Riak yang sederhana boleh menghasilkan corak yang jelas, tetapi jika permukaan air terlalu bergelora, corak menjadi rumit dan sukar dibezakan. Kedalaman air turut mempengaruhi tempat sinar bertumpu, jadi jika dasar kolam berada pada kedudukan yang tidak sesuai dengan pemusatan sinar, garis terang mungkin kelihatan kabur.