JURNAL PRAKTIKUM GELOMBANG
1
Cincin Newton Keysha Wellviestu Zakri, Budiana, Devi Eka, M.Zainuri Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] — Telah Telah dilakukan percobaan mengenai cincin Abstrak newton yang bertujuan untuk mempelajari peristiwa interferensi pada percobaan cincin newton, menjelaskan fungsi-fungsi alat pada cincin newtone, mengukur panjang gelombang dari lampu halogen dengan menggunakan metode Newtone Ring’s (Cincin Newtone), dan mencari keseksamaan panjang gelombang yang dihitung dengan menggunakan mikroskop vernier dengan panjang gelombang yang sebenarnya. Prinsip yang digunakan pada percobaan cincin newton ini adalah prinsip lampu gas. Lampu gas helium dan hidrogen dipasang di depan kolimator pada alat spektrometer kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan listrik dan dilihat sudut garis spektrum warna dengan memposisikan garis warna menggunakan teleskop. Jarum yang tertunjuk pada skala ukur merupakan sudut deviasi masing-masing warna spektrum. Hasil pada percobaan ini yaitu teori spektrometer prisma dapat dilakukan dengan mengunakan gas yang bersifat polikromatik. Selain itu, dapat ditentukan nilai berbeda pada masing-masing panjang gelombang dengan mengetahui sudut deviasi yang dipancarkan garis-garis warna spektrum. Dari percobaan mengenai cincin newton ini dapat disimpulkan bahwa peristiwa interferensi ini mengakibatkan terbentuknya cincin newton. Pola interferensi berlaku berdasarkan pola superposisi, serta dapat diketahui semakin besar ordenya maka panjang gelombang lampu semakin besar.
— lampu lampu Kata Kunci
halogen, cincin newton.
I. PENDAHULUAN ahaya merupakan gelombang sehingga memiliki sifat yang dimiliki oleh gelombang pada umumnya. Sifat cahaya sebagai gelombang menyebabkan cahaya dapat mengalami peristiwa pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), polarisasi, interferensi serta difraksi. Untuk mempelajari peristiwa-peristiwa cahaya tersebut, kita membutuhkan suatu alat untuk memantulkan atau membiaskan cahaya. Salah satunya menggunakan lensa yang merupakan salah satu alat optic yang mempunyai titik focus. Antar gelombang cahaya dapat berpadu (berinterferensi) dan dari hasil interferensi tersebut dapat diperoleh interferensi konstruktif (penguatan) atau destruktif (pelemahan). Untuk mempelajarinya, kita butuh alat untuk memantulkannya ataupun missal untuk pembiasannya. Salah satunya adalah lensa, yang merupakan sebuah alat optik yang mempunyai titik fokus. Jika cahaya yang dipantulkan mengakibatkan terjadinya interferensi cahaya, maka cahaya tersebut akan membentuk pola gelap terang yang sering kita lihat pada kehidupan sehari-hari. Pemantulan dan interferensi dengan menggunakan lensa bdan cermin ini akan dipelajari dalam percobaan cincin newton ini sesuai dengan fenomena terbentuknya cincin pelangi atau goresangoresan melingkar yang sering kita lihat dalam kehidupan sehari-hari, seperti pada busa sabun.
C
A. Cahaya Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik. Sifat-sifat cahaya diantaranya adalah dapat mengalammi pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pelenturan (difraksi), diserap arah getarnya (polarisasi), dan diuraikan (dispersi). Refleksi atau pemantulan adalah perubahan arah rambat cahaya ke arah sisi (medium) asalnya, setelah menumbuk antarmuka dua medium. Pemantulan cahaya terdiri dari dua tipe yaitu specular reflection yang menjelaskan perilaku pantulan sinar cahaya pada permukaan mengkilap dan rata, dan diffuse reflection yang menjelaskan pemantulan sinar cahaya pada permukaan yang tidak mengkilap [2]. B. Interferensi Interferensi adalah penjumlahan superposisi dari dua gelombang cahaya atau lebih yang menimbulkan pola gelombang yang baru. Interferensi cahaya selain dapat bersidat membangun, juga dapat bersidat merusak. bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang adalah sama. Bersifat merusak, jika beda fasenya adalah 180ᵒ, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan. Gelombang resultan memiliki amplitudo nol. Interferensi cahaya bisa terjadi jika ada dua atau lebih berkas sinar yang bergabung. Jika cahayanya bukan berupa berkas sinar, maka interferensinya sulit diamati. Interferensi cahaya sulit diamati karena dua alasan, yaitu panjang gelombang cahaya sangat pendek dan setiap sumber alamiah cahaya memancarkan gelombang cahaya yang fasenya sembarang (random) sehingga interferensiyang [3] terjadi hanya dalam waktu sangat si ngkat.
Gambar 1. Interferensi C. Cincin Newton Cincin newton merupakan pola interferensi pada selaput tipis udara yang berupa lingkaran-lingkaran garis gelap dan
JURNAL PRAKTIKUM GELOMBANG terang yang sepusat. Cincin newton terletak antara permukaan optic. Cincin newton dapat terjadi pada selaput tipis udara antara kaca plan paralel dan lensa plan konveks yang disinari cahaya sejajar monokromatik secara tegak lurus dari atas kaca plan paralel. Cincin newton ini terjadi karena interferensi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan cembung lensa dengan sinar yang telah tembus lapisan udara, yang kemudian dipantulkan oleh permukaan bagian atas kaca plan paralel [1].
Gambar 2 Berkas sinar monokromatik
Ketika lensa datar-cembung diletakkan di atas kaca plan parallel, maka akan terbentuk variasi ketebalan lapisan udara tipis diantara lensa dan kaca plan parallel. Sumber cahaya monokromatik (laser) dijatuh tegak lurus pada permukaan datar dari lensa datar-cembung. Sinar dibiaskan selanjutnya mengenai permukaan lengkung lensa. Sinar ini dipantulkan dan sebagian lain dibiaskan keluar lensa melalui selaput tipis udara dan jatuh di permukaan lensa plan parallel. Sinar yang datang pada kaca plan paralel dipantulkan dan dibiaskan menembus kaca plan parallel seperti gambar 3. [2]
Gambar 3 sinar datang yang dipantulkan dan dibiaskan
Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua bidang bias. Lensa cembung adalah lensa yang memiliki bagian tengah yang lebih tebal daripada bagian tepinya. lensa cembung juga sering kali disebut sebagai lensa konvergen. Hal ini disebabkan karena lensa ini mempunyai sifat yang dapat mengumpulkan sinar. Lensa berbeda dengan cermin, pada cermin hanya memiliki satu ti tik fokus, sedangkan lensa memiliki dua titik fokus.
2 Pembiasan adalah pembelokan arah rambat cahaya dalam ruang hampa terhadap cepat rambat cahaya dalam suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium, berarti medium itu semakin rapat dan sebaliknya, semakin [4] kecil indeks bias maka se makin renggang mediumnya.
II. METODE Dalam malakukan percobaan cincin newton ini, diperlukan peralatan dan bahan berupa satu set alat newton ring dan lampu gas halogen. Langkah awal dalam melakukan percobaan ini adalah menyiapkan peralatan yang terdiri dari lampu halogen dengan sumber dan set alat newtone rings. Lensa bikonveks dibersihkan dengan tissue yang lembut sampai benar-benar bersih. Posisi lensa bikonveks diatur pada tempatnya. Kemudian la mpu halogen dinyalakan dengan menekan starting switching pada line spectrume light source dan ditahan beberapa saat. Kemiringan reflektor diatur sehingga pantulan dari sumber cahaya ke lensa bikonveks membentuk beberapa lingkaran, kemudian skala pada mikroskop vernier diatur/digeser untuk mendapatkan besar jari-jari atas dan bawah pada orde gelap 2, 4, 6, 8, dan 10 dengan dilakukan 3 kali pengulangan pada tiap orde. Alat segera di switch off setelah digunakan. Setelah didapatkan data berupa nilai jari-jari atas dan bawah pada masing-masing orde, data tersebut diolah dengan cara menghitung nilai rata-rata dari jari-jari tersebut, kemudian dicari nilai panjang gelombang lampu halogen menggunakan persamaan dibawah ini:
.........................................(1)
Kemudian nantinya akan ditentukan nilai error dari hasil percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan persamaan
(a)
.....................(2)
JURNAL PRAKTIKUM GELOMBANG
3 III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Analisa Data Pada percobaan cincin newton ini didapatkan data sebagai berikut ini : Tabel 1 Data hasil percobaan jari-jari bawah pada cincin newton
(mm)
Orde
(b) Gambar 4 Hasil penampakan percobaan cincin newton yang dilihat oleh mata dari mikroskop (a) dan (b)
Flowchart
̅ (nm)
1
2
3
2
0,53
0,52
0,53
526666,7
4
1,03
1,02
1,05
1033333,3
6
1,35
1,33
1,45
1376666,7
8
1,72
1,65
1,87
1746666,7
10
2,45
2,45
2,25
2383333,3
Tabel 2 Data hasil percobaan jari-jari atas pada cincin newton
(mm)
Orde
2
3
2
0,64
0,6
0,56
600000,0
4
1,14
1,02
1,09
1083333,3
6
1,32
1,44
1,35
1370000,0
8
1,67
1,68
1,68
1676666,7
10
2,48
2,49
2,49
2486666,7
Mempersiapkan alat dan bahan
Lensa bikonveks dibersihkan
̅ (nm)
1
Posisi lensa bikonveks diatur
B. Perhitungan
Lampu halogen dinyalakan
Dari data-data yang diperoleh, dapat dilakukan perhitungan untuk mendapatkan panjang gelombang ( ). Tabel 3 Hasil perhitungan jari-jari cincin newton untuk setiap orde
Kemiringan reflektor diatur sampai pantulan cahaya membentuk lingkaran
Skala vernier diatur hingga menunjukkan skala nol pada titik pusat
Jari-jari atas dan bawah pada masing-masing orde diukur
Dilakukan pengulangan 3kali
Panjang gelombang dihitung
Dibuat grafik antara m (sb.x) dan r kuadrat (sb.y)
Orde
̅ (nm)
(nm)
bawah
atas
2
526666,7
600000,0
563333,3
4
1033333,3
1083333,3
1058333,3
6
1376666,7
1370000,0
1373333,3
8
1746666,7
1676666,7
1711666,7
10
2383333,3
2486666,7
2435000,0
dengan menggunakan persamaan 1 didapatkan nilai panjang gelombang ( ) lampu halogen untuk tiap ordenya yaitu seperti pada tabel berikut: Tabel 4 Hasil perhitungan panjang gelombang ( ) untuk tiap orde Orde
(nm)
(nm2)
R
(nm)
2
563333,3
317344444444,4
2500
63468888,9
4
1058333,3
1120069444444,4
2500
112006944,4
6
1373333,3
1886044444444,4
2500
125736296,3
8
1711666,7
2929802777777,8
2500
146490138,9
10
2435000,0
5929225000000,0
2500
237169000,0
JURNAL PRAKTIKUM GELOMBANG
4
Kemudian, setelah didapatkan nilai panjang gelombang ( ) seperti pada tabel 3, maka dihitung nilai error dr percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan persamaan 2, dan didapatkan hasil seperti pada tabel berikut ini. Tabel 5 Hasil perhitungan error untuk tiap panjang gelombang () dari setiap orde.
Orde
(nm)
2
63468888,889
625000000
89,84498
4
112006944,444
625000000
82,07889
6
125736296,296
625000000
79,88219
8
146490138,889
625000000
76,56158
10
237169000,000
625000000
62,05296
(nm)
ERROR(%)
C. Grafik Setelah didapatkan rata-rata dari jari-jai masing-masing orde, maka dapat ditunjukkan grafik sebagai berikut :
1011 70.0 60.0 50.0 ) 40.0 m n ( 230.0 ^
2
20.0 10.0 0.0 2
4
r2atas (nm)
6
Orde
8
10
r2bawah (nm)
Grafik 1 Hubungan antara orde dengan jari-jari cincin newton pada percobaan cincin newton
D. Pembahasan Percobaan mengenai cincin newton dengan tujuan untuk mempelajari teori peristiwa interferensi pada percobaan cincin newton, menjelaskan fungsi-fungsi alat pada cincin newtone, mengukur panjang gelombang dari lampu halogen dengan menggunakan metode Newtone Ring’s (Cincin Newtone), dan mencari keseksamaan panjang gelombang yang dihitung dengan menggunakan mikroskop vernier dengan panjang gelombang yang sebenarnya. Setelah dilakukan percobaan cincin newton ini, peristiwa interferensi yang terjadi pada lensa cembung ini bermula dari seberkas cahaya lampu gas halogen yang dijatuhkan tegak lurus dengan permukaan lensa cembung, kemudian cahaya tersebut dipantulkan keluar lensa dan sebagian diteruskan mengenai kaca, kemudian dipantulkan. Pemantulan dari permukaan lensa cembung dan kaca ini akan membentuk lingkaran gelap terang yang sepusat.
Gambar 5 Hasil penampakan percobaan cincin newton yang dilihat oleh mata dari mikroskop.
Percobaan cincin newton ini digunakan alat dan bahan berupa mikroskop vernier dan lampu gas halogen. Lampu gas halogen ini berfungsi untuk memberikan cahaya monokromatik pada lensa cembung. Pada mikroskop vernier ini terdiri dari beberapa bagian yaitu skala vernier yang berfungsi sebagai alat untuk mengukur jari-jari lingkaran cincin newton setiap ordenya, lensa cembung berfungsi sebagai sarana untuk membentuk cahaya lingkaran teranggelap, kaca berfungsi sebagai sarana pemantulan untuk membentuk lingkaran gelap terang, lensa okuler merupakan lensa yang dekat dengan mata yang berfungsi untuk melihat suatu objek yang dihasilkan dari pemantulan tersebut, lensa objektif merupakan lensa yang dekat dengan be nda. Sebenarnya cincin newton merupakan pola interferensi yang berupa lingkaran-lingkaran gelap dan terang yang konsentris. Cincin newton terjadi karena adanya perbedaan fase sinar yang datang dan memantul pada sebuah kaca plankonveks atau bikonveks yang diletakkan diatas sebuah kaca plan paralel yang mempunyai latar belakang gelap. Panjang gelombang (λ) dari lampu halogen dapat dihitung menggunakan persamaan 1 dengan menghitung terlebih dahulu nilai r yaitu nilai jari-jari rata-rata masingmasing orde selama 3 kali pengulangan. Setelah nilai r diketahui maka kita dapat menghitung nilai panjang gelombang masing-masing orde pada jari-jari atas maupun bawah. Dari hasil perhitungan, didapatkan nilai panjang gelombang lampu halogen pada jari-jari atas dan bawah seperti yang tertera pada tabel 1 dan tabel 2 diatas. Setelah dirata-rata nilai panjang gelombang lampu pada jari-jari atas dan bawah adalah 1,428 mm. Berdasarkan data dan hasil perhitungan panjang gelombang yang ada pada tabel 4, dapat dijelaskan bahwa panjang gelombang yang dihasilkan dari masing-masing orde membentuk grafik linier yang menyatakan bahwa nilai panjang gelombang berbanding lurus dengan besarnya jari jari pada masing-masing orde. Dan dari grafik 1 tersebut dapat terlihat bahwa besarnya jari-jari sebanding dengan kenaikan orde karena bentuk cahaya yang dihasilkan berupa lingkaran gelap-terang.
IV. KESIMPULAN Dari percobaan mengenai cincin newton ini dapat disimpulkan bahwa peristiwa interferensi ini mengakibatkan terbentuknya cincin newton. Pola interferensi berlaku berdasarkan pola superposisi, serta dapat diketahui semakin besar ordenya maka panjang gelombang lampu semakin besar dan nilai keseksamaan dari panjang lamda yang dihitung dengan panjang gelombang sebenarnya.
JURNAL PRAKTIKUM GELOMBANG UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Budiana dan Devi Eka selaku asisten praktikum cincin newton yang mau mengarahkan pada saat praktikum kami. Dan terima kasih kepada teman-teman atas kerjasamanya dalam melakukan praktikum ini sehingga dapat terselesaikannya laporan praktikum ini. DAFTAR PUSTAKA [1]
Frederick. J. 2006. “Fisika Universitas Edisi 10”. Jakarta: Erlangga
[2]
H.J Pain, 2005. “The physics of vibration and wave”. John Willey and Sons, Ltd. London Kenneth, Krane.1992. Fisika Modern. UI Press : Jakarta Young Freedman Jilid 2, 2003. Fisika University. Erlangga. Jakarta
[3] [4]
5
