PERCOBAAN 1 KECEPATAN CAHAYA A.Tujuan A. Tujuan Menentukan besar kecepatan cahaya
B. Alat dan Bahan 1. Emiter Emiter 2. R eceiv eceiver er 3. Cer min min pantul 4. Benang 5. K abel abel koaksi koaks ial 6. Lead Wi Wire 7. Mistar 8. Osiloskop
C.Dasar C. Dasar Teori Cahaya merupakan fenom fenomena alam ala m yang begi begitu banyak dij diju um pai pai dalam dala m kehi kehidupan sehar i-har i-har i. i. Disam sa m pi ping itu, cahaya merupakan sum su m ber energi bagi bagi kehi kehidupan di di muka bumi bumi ini. Dengan begi begitu penti pentingnya maka para ilmuwan begi begitu antusi antusias untuk m untuk mengetahui engetahui apakah cahaya itu?. tu?. Dengan perkem perkem bangan ilmu pengetahuan menurut teor i gelom gelom bang elektrom elektromagneti agnetik bahwa cahaya merupakan salah satu dar i gelom gelom bang elektromagneti agnetik, nam na mun menurut teor i kuantum kuantum bahwa cahaya merupakan sederetan paketpaket- paket energi energi (yang di disebut foton). foton). Tetapi Tetapi kedua teor i ini sali saling mem ber ikan konstr i busi busi untuk men jelaskan jelaskan
fenom fenomena
itu. tu.
Kita Kita
tin jau jau
bahwa
cahaya
merupakan
gelom gelom bang
elektrom elektromagneti agnetik yang meram eram bat dalam dalam suatu medi edium vakum akum, karena cahaya merupakan gelom gelom bang elektromagneti agnet ik yang di diram ra m batkan maka gelom gelom bang memil milik i energi energi yang dikandungnya dengan kem ke ma m puan itu maka cahaya memil milik i kecepatan. kecepatan. Pada tahun 1638 Gali Galileo melakukan percobaan yang di d i bantu asistennya untuk menentukan besarnya la j la ju u cahaya. cahaya. Dar i hasi hasil percobaan yang dilakukan oleh Gali Galileo itu di peroleh bahwa waktu per jalanan jalanan cahaya itu lebi lebih keci kecil dar i waktu reaksi reaks i manusi anusia, sehi sehingga metoda tersebut gagal menentukan la j la ju u cahaya. cahaya.
Pada tahun 1675 oleh R oemoer, astronom Denmark yang beker ja di Par is, mem buat beberapa pengamatan mengenai la ju cahaya melalui gerakan bulan Jupiter dia mendapatkan nilai la ju cahaya 2.108 m/s. Kira-k ira lima puluh tahun kemudian James Bradley, astronom Inggr is mem buat beberapa pengamatan astronomi yang dapat mengukur la ju cahaya dan mendapatkan nilai sebesar 3.108 m/s Tahun 1849 Hi ppolyte Louis Fizeau (1819-1896), f isikawan Prancis, menggunakan metoda astronomi yang mendapatkan la ju cahaya sebesar 3,13.108 m/s, Foucault (1819-1898) mem perbaik i motode Fizeau dan mendaptkan sebesar 3.108 m/s. Fisikawan Amer ika Albert Michelson (1852-1931) melakukan sederatan pengukuran la ju cahaya yang ekstensif selama per ioda lima tahun, dengan menggunakan cara Foucault. Michelson mendapatkan la ju cahaya 2,99910.108 m/s tahun 1880 dan tahun 1920 bersama f isikawan lainnya Michelson mengukur la ju chaya dengan menggunakan cer min yang berputar yang diletakan di puncak Mt. Wilson dan puncak Mt.San Antonio yang ber jarak 35 k m, la ju cahaya terukur adalah 2,9979.108. Pengukuran la ju cahaya secara tidak langsung, yang dilakukan pada tahun itu pr insi pnya mengikuti persamaan: c
!
jaraktempu h waktutempu h
K emudian Evenson dan kawan-kawan melakukan pengukuran mutakhir tahun 1973 menggunakan metoda yang sama sekali berbeda yaitu cara laser mendapatkan la ju cahaya (299.792,4574
s
0,0012) k m/s.
Pada percobaan ini k ita mengukur la ju cahaya menggunakan persamaan jarak tem puh/waktu tem puh. Jarak tem puh diukur dengan menggunakan mistar secara langsung dan waktu tem puh menggunkan beda fase yang ditun jukan oleh dua gelom bang cahaya laser pada osiloskop. l2
R eceiver l1
Osiloskop Emitter
S kema Rangkaian Percobaan Kecepatan Cahaya
Jika berkas sinar laser yang berasal dar i pemancar (emitter) diarahkan ke cer min pemantul dengan pan jang lintasan L1 oleh cer min sinar tersebut di pantulkan ke pener ima (receiver) dengan pan jang lintasan L2 dan dengan seelang waktu
(T.
Osiloskop
menangkap dua gelom bang cahaya, masing-masing dar i emitter ketika ketika cahaya laser di pancarkan dan kedua dar i receiver ketika cahaya laser yang di pantulkan cer min diter ima, seperti gam bar di bawah ini.
Dua gelom bang cahaya ini di bentuk pada waktu yang tidak bersamaan, gelom bang pertama di bentuk ketika cahaya laser di pancarkan oleh emitter, gelom bang kedua di bentuk beberapa saat setelah cahaya laser ber jalan melalui lintasan optiknya, yaitu dar i emitter ke cer min pemantul dan diter ima receiver . Dua gelom bang yang di bentuk pada waktu yang tidak bersamaan ini ditam pilkan oleh osiloskop dengan beda fase tertentu, yang bergantung pada pan jang lintasan optik cahaya laser tadi.
D.Prosedur Percobaan 1. Menyusun emitter, receiver dan kaca pemantul seperti gam bar di bawah ini: l2
R eceiver l1
Osiloskop Emitter
2. Menghubungkan ground pada emitter dan receiver dengan menggunakan lead wire. 3. Menghubungkan Ch1 (channel) osiloskop pada ter minal keluaran emitter dengan menggunakan kabel koaksial. 4. Menghubungkan Ch2 osiloskop pada ter minal keluaran receiver dengan menggunakan kabel koaksial. 5. Menyalakan emitter dan receiver . Menunggu 10-30 detik sebagai pemanasan alat agar frekuensi modulasinya tetap. 6. Mengatur fokus laser sehingga mem bentuk lingkaran dengan diameter 3 mm pada receiver . 7. Mengatur cer min pemantul agar sinar yang berasal dar i emitter tepat berada pada pusat cer min pemantul. 8. Mengatur posisi vertikal pada osiloskop sehingga Ch1 dan Ch2 berada pada sum bu hor izontal yang sama. 9. Mengukur beda fase antara Ch1 dan Ch2 yang tertera pada osiloskop. 10. Mengulangi percobaan dengan mengubah-ubah jarak antara cer min pemantul dengan emitter dan receiver . 11. Mencatat data pada tabel pengamatan
E. Pengolahan Data Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan besarnya kecepatan cahaya dapat dihitung dengan 2 metoda yaitu metoda statistik dan metoda graf ik . 1) Metoda statistik
Berdasarkan data-data yang sudah di peroleh dar i hasil percobaan yang disa jikan dalam tabel pengamatan, maka untuk mencar i besarnya kecepatan cahaya dapat dihitung dengan menggunakan persa maan : v!
jarakte puh aktute puh
!
L (t
Tabel Hasil Perhitungan Nilai K ecepatan Cahaya
No.
L1 (m)
L2 (m)
L( m)
2
7 v v (x 10
v v (x 10
m/s)
m/s)
m2/s2)
8
(t
v ( x 10
( ns)
1
0,718
0,728
1,446
4,4
3,3
4,3
18,49
2
0,720
0,730
1,450
4,6
3,2
3,3
10,89
3
0,722
0,734
1,456
4,8
3,0
1,3
1,69
4
0,723
0,733
1.,456
5,0
2,9
0,3
0,09
5
0,725
0,735
1,460
5,2
2,8
0,7
0,49
6
0,728
0,740
1,468
5,6
2,6
2,7
7,29
7
0,810
0,825
1,635
5,8
2,8
0,7
0,49
8
0,822
0,835
1,657
6,0
2,8
0,7
0,49
9
0,825
0,838
1,660
6,2
2,7
1,7
2,89
10
0,830
0,840
1,670
6,4
2,6
2,7
7,29
28,7
14
50,1
Maka rata-rata kecepatan cahaya yang didapat berdasarkan percobaan yang d ilakukan adalah: v !
§ v ! 28,7 x10 8 n
10
/ s
! 2,87 x10
8
/ s
Jadi besarnya nilai kecepatan cahaya berdasarkan pengolahan data dengan metode statistik adalah
dengan kesalahan relatif sebesar
Persentase kesalahan jika di bandingkan dengan literatur adalah : v litaratur v percobaan vliteratur
2 )
v 100% !
2,998 v 10 8
/ s 2,945 v 10 8
2,998 v 10 8
/ s
/ s
v 100% ! 1,77%
Metoda Grafik
Tabel Pengamatan No.
L1 (m)
L2 (m)
L( m)
(t ( ns)
1
0,718
0,728
1,446
4,4
2
0,720
0,730
1,450
4,6
3
0,722
0,734
1,456
4,8
4
0,723
0,733
1.,456
5,0
5
0,725
0,735
1,460
5,2
6
0,728
0,740
1,468
5,6
7
0,810
0,825
1,635
5,8
8
0,822
0,835
1,657
6,0
9
0,825
0,838
1,660
6,2
10
0,830
0,840
1,670
6,4
Graf ik hubungan L terhadap
(t
B Data1B UCL LCL
1,70
1,65
1,60
) m ( L
1,55
1,50
1,45
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
t(ns)
Parameter Value Error -----------------------------------------------------------A 0,81686 0,12465 B 0,13314 0,02291 -----------------------------------------------------------R SD N P -----------------------------------------------------------0,89914 0,04806 10 4,00203E-4 ------------------------------------------------------------
Dar i graf ik diatas di peroleh besar kecepatan cahaya sebesar:
dengan kesalahan relatif sebesar
Persentase kesalahan jika di bandingkan dengan literatur adalah : v litaratur v percobaan vliteratur
v 100% !
2,998 v 10 8
/ s 1,353 v 10 8
2,998 v 10 8
/ s
/ s
v 100% ! 54,87%
F. Analisis
Data
Berdasarkan pengolahan data di peroleh bahwa besar nya kecepatan cahaya melalui
metode statistik adalah relatif sebesar
dengan kesalahan
Persentase kesalahan jika di bandingkan dengan literatur adalah : v litaratur v percobaan vliteratur
v 100 % !
2,998 v 10 8
/ s 2,945 v 10 8
2,998 v 10 8
/ s
/ s
v 100 % ! 1,77%
Sedangkan melalui metode graf ik di peroleh besar kecepatan cahaya adalah
dengan kesalahan relatif sebesar
Persentase kesalahan jika di bandingkan dengan literatur adalah : v litaratur v percobaan v literatur
v 100 % !
2,998 v 10 8
/ s 1,353 v 10 8
2,998 v 10 8
/ s
/ s
v 100% ! 54,87%
Dar i kedua hasil di atas, apabila di bandingkan dengan literatur yang besarnya sek itar 2,998 v 108
/ s ternyata berbeda sekali dan perbedaan itu sangat jauh. Setelah dianalisis
hal itu ter jadi karena beberapa faktor sebagai ber ikut : 1. K esalahan paralaks 2. K etelitian alat ukur itu sendir i baik osiloskop maupun mistar 3. Sulit sekali untuk memfokuskan berkas sinar, sehingga graf ik yang ditun jukkan pada osiloskop kadang kabur .
G.
Kesimpulan dan Saran 1. Kesimpulan y
Besar kecepatan cahaya yang di peroleh dar i hasil perhitungan berdasarkan hasil percobaan
ya itu
.
Jika
di bandingkan
dengan literatur, maka presentase kesalahannya sebesar 1,77 . Sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 2,61%. y
Besar kecepatan cahaya yang di peroleh dar i graf ik jarak tem puh terhadap beda fase yaitu
.
Jika
di bandingkan
dengan
literatur, maka presentase kesalahannya sebesar 54,87 %. Sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 1,73%.
2.
Saran
Saran dar i saya adalah pola gelom bang dar i emiter dan gelom bang dar i receiver pada osiloskop seharusnya fokus, seh ingga saat pem bacaan skala beda fase pada osiloskop cukuk jelas dan dapat menam bah ketelitian. Caranya gelom bang yang di pantulkan dar i emiter oleh cer min pemantul diarahkan tepat ke receiver .
H. Daftar Pustaka Haliday & R esnick (Ter jemahan Pantur Silaban Ph.D). 1984. F isika, Jilid 2, Edisi K etiga. Erlangga. Jakarta Beiser, A. 1987. Konsep F isika Modern, Edisi K eem pat. Erlangga. Jakarta Buku Petun juk Praktikum Fisika lan jut, Kecepatan cahaya , UPI, Bandung
Jawaban
Tugas Akhir
1. Bila sum ber cahaya berupa persamaan Y (t ) ! A sin([ t )
tuliskan
persamaan pada
receiver, serta terangkan arti f isis dar i persamaan tersebut. Jawab : Apabila sum ber cahaya berupa persamaan Y (t ) ! receiver adalah
Y (t ) !
sin([ t 90) , persamaan
sin([ t ) maka persamaan Y (t ) !
sin([ t ) ini
pada
merupakan
persamaan pada emitter, berarti gelom bang cahaya pada m e itter dan receiver 0
mem punyai beda fase sebesar 90 , Dua gelom bang cahaya pada emitter dan receiver ini di bentuk pada waktu yang tidak bersamaan, gelom bang pertama (emitter) di bentuk ketika cahaya laser diupancarkan oleh emitter, gelom bang kedua (receiver) di bentuk beberap saat setelah cahaya laser ber jalan melalui lintasan optiknya, yaitu dar i emitter ke cer min pemantul dan diter ima oleh receiver lalu gelom bang kedua terbentuk sehingga persamaan pada receiver Y (t ) !
sin([ t 90) , yang berarti gelom bang
cahaya pada receiver ketinggalan beberapa saat dar i gelom bang cahaya pada emiiter sehingga mem punyai beda fase tertentu.
2. Bagaimana cara menghitung kecepatan cahaya dengan graf ik dar i data saudara peroleh Jawab : Cara menghitung kecepatan cahaya dengan graf ik dar i data yang di peroleh yaitu, dar i percobaan yang kami lakukan maka kami mem peroleh data pan jang lintasan L1 (pan jang lintasan dar i emitter ke cer min pemantul), dan pan jang lintasan L2 (pan jang lintasan dar i cer min pemantul ke receiver), maka dar i data yang kami peroleh kami buat graf ik hubungan antara pan jang lintasan ( jarak tem puh) dengan beda fase , maka dar i graf ik L = f( (t ) kami menghitung kecepatan cahaya yaitu dengan mengukur kemir ingan gar is (tangen) L
E t
tan E
!
L (t
L ! L1 L2 (t = waktu
3. R umus apa yang saudara gunakan dar i graf ik diatas? Jawab : R umus yang digunakan pada graf ik diatas L = f( (t ) yaitu dengan mengukur kemir ingan gar is (tan E ). tan E = y/x =
L (t
!
L1 L2 (t
, sum bu y pada graf ik ini adalah
jarak tem puh (L), dan sum bu x-nya adalah waktu ( (t ).
4. Apakah sudut yang di bentuk oleh L1 dan L2 berpengaruh terhadap hasil perhitungan kecepatan cahaya ? Jawab : Sudut yang di bentuk L1 dan L2 tidak berpengaruh pada hasil perhitungan kecepatan cahaya, karena yang berpengaruh terhadap has il perhitungan kecepatan cahaya adalah jarak yang ditem puh cahaya dar i emitter ke cer min dan dar i cer min ke receiver sehingga di peroleh selang waktu tertentu yaitu
(t .
