MAKALAH EKSPERIMEN FISIKA 1
Kecepatan Cahaya di Udara
diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika 1 Dosen pengampu: Drs. Parlindungan Sinaga, M.Si Dr. Moh. Arifin, M.Sc.
leh : Anti !ar"anti
#1$%$1&'(
Pris )*ma +nggul D"ana Putri
#1$%%-(
LABORATORIUM FISIKA LANJUT EPARTEMEN PENIIKAN FISIKA FAKULT FAKULTAS AS PENIIKAN PENI IKAN MATEMATIKA MATEMATIKA AN ILMU PEN!ETAHUAN ALAM UNI"ERSITAS PENIIKAN INONESIA BANUN! #$1%
A& T'('an Perc)*aan Menentukan /ecepatan 0aha"a di +dara
1& #& ,& -& .& %&
B& A+at dan *ahan 0ermin pantul Emiter /ael konektor siloskop Penggaris 2ecei3er C& a/ar Te)ri 0aha"a merupakan salah satu dari gelomang elektromagnetik. 4amun,
erdasarkan teori kuantum caha"a merupakan sederetan paket5paket energi #"ang diseut foton(. 6etapi kedua teori ini saling memerikan konstriusi untuk menjelaskan fenomena itu. /ita tinjau ah7a caha"a merupakan gelomang elektromagnetik "ang meramat dalam suatu medium 3akum, karena caha"a merupakan gelomang elektromagnetik "ang diramatkan, maka gelomang memiliki energi "ang dikandungn"a. Dengan kemampuan itu maka caha"a memiliki kecepatan. /ecepatan caha"a merupakan seuah konstanta "ang disimolkan dengan huruf c, singkatan dari celeritas "ang erasal dari ahasa 8atin dan erarti 9kecepatan. ;alileo pernah mencoa menentukan keepatan caha"a dengan menepatkan suatu alat antu diseuah ukit, sedangkan dirin"a erdiri di atas ukit "ang lain dan menghitung caha"a "ang men"amar di ukit itu. Dia gagal karena puncak ukit itu terlalu dekat untuk melakukan perhitungan. /emudian, di tahun 1'-, ;alileo erusaha untuk mengukur laju caha"a dari 7aktu tunda antara seuah caha"a lentera dengan persepsi dari jarak cukup jauh. ;alileo menempatkan dua asisten "ang masing masing memea7a lentera "ang erjarak tertentu. Asisten A akan memuka lenteran"a dan asisten < disuruh untuk memuka lenteran"a ketika ia melihat caha"a dari lentera A. ;alileo mencoa untuk menghitung 7aktu "ang diperlikan oleh caha"a A sampai ke < dan kemali lagi ke A. jarak antara A dan < adalah mi tetapi 7aktun"a han"a .1%5 sekon "ang mana terlalu kecil untuk ;alileo mendeteksi. Dari hasil percoaan itu diperoleh ah7a 7aktu perjalanan caha"a itu leih kecil dari 7aktu reaksi manusia, sehingga metoda terseut gagal menentukan laju caha"a.
Pada t ahun 1676 -1710,ahl ii l mu bi nt angbangsaDenmar kOl afRoemer , ber das ar ka n pengamat anny a pada s al ah s a t u s at e l i t p l a ne t J upi t e r , memper ol eh bukt i defini t i f bahwa caha ya mer ambatdengan k ecepat an y ang
ber hi ngga. Pl anet Jupi t er
mempu ny ai
12
s at el i t ,
empa t
di ant ar an y a dapatdi l i hatc uk up j el as dengan t el es k op se der hana at au d en ga nt e r o po ng me da n.Ti a ps a t e l i t t e r s eb utt a mp akmu nc uls ep er t it i t i kc ah ay ak e c i lp ad as al a hs at ua t a up ad as i s i l a i np l a ne tt e r s eb ut .Se mu an y ab er g er a k me ng el i l i n giJ up i t er ,se pe r t ib ul a n me ng el i l i n gib umi .Ka r e nab i d an go r b i tma s i n gma s i n gh amp i rs a mad en ga no r b i t t e mp atbu mi d anJ up i t e rb e r e da r ,ma si ng ma si n ga ka nd i ge r ha na ka nol ehp l a ne ti t u dal am
s ebagi an
wa k t u
t i ap
k al i
ger ak
edar .
Ro eme rme ng uk u rl a ma n y a wa k t ue da rs a l a hs a t us a t e l i tt e r s e bu tb e r d as a r k a n s el an g wa kt ua nt a r adu ag er ha nay a ngb er t u r u t t u r u t( k i r a k i r a4 2j a m) .De ng an membandi ngkan hasi l hasi ly ang di per ol eh dal am wakt u yang cuk up l ama, d i d ap at i n y ab ah wawa k t ub umib er g er a kme nj a uh iJ u pi t e r ,p er i o des e l a ngwa k t u t er s ebutl ebi hl amada r i padahar gar at ar at an y a,danwak t ubumi men dek at i J upi t er , p er i o de t e r s e bu tl e bi hp en de k .De ng a nt e pa ti a me ng amb i lk e s i mp ul a nb ah wa s e ba bp er b ed aa ni n ia da l a hb er u ba hu ba hn y aj a r a ka nt a r aJ u pi t e rd a nb umi .Da r i hasi lpengamat an,Roemermengambi lk esi mpul an bahwa cahay a memer l ukan wa k t uk i r a k i r a2 2me ni tu nt u kme ne mp uhj a r a ky a n gs a mad en ga nd i a me t e ro r b i t b umi . An gk at e r b ai ku nt u kj a r a ki n i ,p ad a z a ma n Ro eme ri a l a h k i r a k i r a 1 72 . 0 00 . 0 00mi l .Me s k i p unt i d akad ac a t a t a nb ah waRo eme rb e t u l b et u lme l a k uk a n pe ngh i t u ng ani ni ,t a pis ek i r a ny ai ad apa tme l ak u k anb er da sa r k and at at e r s eb utd i a t a s ,d en ag anh as i lp en gh i t u ng ank e c ep at a nc a ha y as e be s ar1 30 . 0 00mi l / sa t a u
=,1>1% m?s.
Pada
tahun 1&%$, )saac
men"atakan
ah7a
4e7ton juga
caha"a
ergerak
pada laju konstan. Dalam ukun"a erjudul Opticks, 4e7ton men"atakan esaran laju caha"a senilai 1',' @ diamater
kilometer?detik(.
per
detik Pada
#=1%.%%% tahun 1&=, ames
caha"a intang "ang tia di
1% m?s. Foucault #11B51B( memperaiki
motode Fi*eau dengan menggunakan rotasi seuah cermin
seagai pengganti roda gigi. Sejak itu digunakan metode terseut pada percoaan ini kemudian akan didiskusikan secara mendetail dalam uku pedoman "ang telah diseutkan. Metode Foucault digunakan Michelson untuk menghasilkan eerapa pengukuran "ang akurat dari kecepatan caha"a, dari
pengukuran teraik ini memerikan nilai untuk kecepatan caha"a "akni =.BB&&&&$ @ 1%m?s. ini dapat diandingkan untuk persentase nilai "ang diterima "aitu =,BB&&B=$ @ 1% m?s. Fisika7an Amerika Alert Michelson #1=51B-1( melakukan sederatan pengukuran laju caha"a "ang ekstensif selama perioda lima tahun, dengan menggunakan cara Foucault. Michelson mendapatkan laju caha"a =,BBB1>1% m?s tahun 1% dan tahun 1B=% ersama fisika7an lainn"a Michelson mengukur laju caha"a dengan menggunakan cermin "ang erputar "ang diletakan di puncak Mt.Cilson dan puncak Mt.San Antonio "ang erjarak - km, laju caha"a terukur adalah =,BB&B>1%. Pengukuran mutakhir tahun 1B&- "ang dilakukan E3enson dan ka7an5ka7an menggunakan metoda "ang sama sekali ereda "aitu cara laser mendapatkan laju caha"a 0#&2#3-.2-
$3$$1#4
km?s. Pengukuran laju caha"a secara tidak langsung, "ang dilakukan pada tahun itu prinsipn"a mengikuti persamaan: c=
L1
jarak tempuh waktutempuh
arak tempuh diukur dengan menggunakan mistar secara langsung dan 7aktu tempuh menggunkan eda fase "ang ditunjukan oleh dua gelomang caha"a laser pada osiloskop.
L2 Emmiter
Osiloskop Receptor
∆ φ= karena
t 2 T 2
−
t 1 T 1
T 1 = T 2= T maka ∆ φ=
1
( t 2−t 1 )
T
∆ φ=
1
T
∆ t
∆ t = ∆ φ . T dengan jarak total "ang ditempuh oleh caha"a adalah x = L1+ L2 /eterangan:
L1=¿ jarak dari emiter ke cermin pemantul L2 jarak dari cermin pemantul ke recei3er Setelah itu kemudian isa menggunakan persamaan operasional untuk menentukan cepart ramat caha"an"a x x c = = ∆ t ∆ φ . T ika erkas sinar laser "ang erasal dari pemancar #emitter( diarahkan ke cermin pemantul dengan panjang lintasan 8 1 oleh cermin sinar terseut dipantulkan ke penerima #recei3er( dengan panjang lintasan 8= dan dengan selang 7aktu
∆t.
siloskop menangkap dua gelomang caha"a, masing5masing dari emitter ketika caha"a laser dipancarkan dan kedua dari recei3er ketika caha"a laser "ang dipantulkan cermin diterima, seperti gamar di a7ah ini.
Secara ersamaan, gelomang pertama dientuk ketika caha"a laser dipancarkan oleh emitter, gelomang kedua dientuk eerapa saat setelah caha"a laser erjalan melalui lintasan optikn"a, "aitu dari emitter ke cermin pemantul dan diterima recei3er. Dua gelomang "ang dientuk pada 7aktu "ang tidak ersamaan ini ditampilkan oleh osiloskop dengan eda fase tertentu, "ang ergantung pada panjang lintasan optik caha"a laser tadi. &
Pr)/ed'r Perc)*aan 1& Mengukur suhu a7al ruangan percoaan. #& Men"iapkan alat dan ahan. ,& Men"usun alat percoaan seperti pada gamar erikut
$. Menghuungkan ground pada emitter dan recei3er dengan menggunakan lead . '. &. . B.
wire. Menghuungkan channel 1 osiloskop pada terminal keluaran emitter. Menghuungkan channel = osiloskop pada terminal keluaran recei3er. Men"alakan emitter dan recei3er menunggu sampai modulasin"a tetap. Mengatur fokus laser. Mengatur cermin pemantul agar sinar "ang erasal dari emitter tepat erada
pada pusat cermin. 1%. Mengatur posisi 3ertikal pada osiloskop sehingga channel 1 dan channel = erada pada sumu hori*ontal "ang sama. 11. Menghitung 7aktu "ang diperlukan sinar untuk menempuh lintasan tertentu dengan cara menghitung esarn"a eda fase "ang teraca pada osiloskop untuk kedua gelomang "ang terentuk. 1=. Mencatat esarn"a lintasan "ang telah ditempuh gelomang. 1-. Melakukan percoaan terseut sean"ak 1% kali dengan menguah5uah jarak antara cermin pemantul dengan emiter dan recei3er, lalu menghitung eda fase gelomang untuk setiap lintasan "ang di tempuh. 1$. Merapihkan kemali alat dan ahan "ang telah digunakan. 1. Mengukur suhu akhir ruangan percoaan. E&
F&
ata Perc)*aan Suhu a7al #=-,% %,%( o0 Suhu akhir #=-,% %,%( o0
N)&
∆ t (ns )
l 1 ( cm)
cm l2 ¿
1 = $ ' & B 1%
. '.% '.% '.$% '.'% '.'% '.% &.%% &.%% &.%%
&&.1 1. =.$ '.= .' B.& B1. B$.1 B.= B$.-
&. =. -.= &.' B.B%.1 B=. B.B' B$.B
Pen5)+ahan ata 1. Menggunakan Metode Statistik
l 1 ( m)
l 2 ( m)
l = l1 + l 2 ( m)
… x 10 m (¿ ¿ 8 ) s l c = ¿ ∆ t
Percoaa n ke 5 −9
∆ t ( … x 10
s)
1
.%
%.&&1
%.&
1.B
=.'B
=
'.%%
%.1
%.=
1.'$-
=.&$
-
'.%%
%.=$
%.-=
1.''
=.&'
$
'.
%$%.'=
%.&'
1.&-
=.&=
'.'%
%.'
%.B-
1.&&B
=.&%
'
'.'%
%.B&
%.B%1
1.&B
=.&=
&
'.%
%.B1
%.B=
1.$-
=.&1
&.%%
%.B$1
%.B-
1.B$
=.&1
B
&.%%
%.B=
%.B'%
1.B1=
=.&-
1%
&.%%
%.B$-
%.B$B
1.B=
=.&%
J'6+ah 0 ∑c ¿
#&2# x 10
c Rata 7 Rata Standar e8ia/i
¿´ ¿
#&2# x 10
(∆ c )
#&12 x 10
8
0 Ta*e+ Pen5)+ahan ata Kecepatan Cahaya di Udara4 Keteran5an 9 4ilai kecepatan caha"a #c( didapat dengan menggunakan rumus
c=
l 1+ l 2 x atauc = t t
c´ = c ( … × 10
8
m ) s
2.72 x 10 10
∑c n m
8 =¿ =.&= x 10 s
( c −´c ) ( m )
( c −c )2 ( m )
s
s
6
=.'B
5=.B- × 10
=.&$
=.11 × 10
6
9
12
.' × 10
12
$.$& × 10
6
didapat,
6
13
=.&'
$.= × 10
=.&=
51.' × 10
=.&%
5=.1& × 10
=.&=
&.%$$ × 10
=.&1
5'.B-B × 10
=.&1
51.1$&$ × 10
=.&-
1.$=$1 × 10
=.&%
51.$--1 × 10
∆ c=
√
1.- × 10
5
=.$$ × 10
6
$.&= × 10
10
12
5
11
$.B × 10
5
12
$.& × 10
6
12
1.-= × 10
6
12
=.%- × 10
6
12
=.% × 10
∑ ( c −´c ) ∑ ( c − ´c ) = 2
( n−1 )
√
2
13
$.= × 10
13
4.25 × 10 10−1
=2.17 × 106
m?s
Maka esarn"a kecepatan caha"a dari data diatas adalah :
( c± ∆ c ) =( 2.72 ± 0.0217 ) x 108 m s
0.0217 ∆c x 100 = x 100 =0.80 ´c 2.72
Dengan kesalahan relatif,
Dengan persentase kesalahan jika diandingkan dengan literatur adalah :
¿ c −cliteratur ∨
¿ cliteratur
x 100 =
2.72 x 10
¿ =. Menggunakan Metode ;rafik rigin
8
−2.99 x 108
2,99 x 10
8
=9,03
8
8
2.72351 x 10
m?s "ang
merupakan nilai cepat ramat caha"a. " pada persamaan di atas adalah 1?t #s51( dan @ di dalam persamaan terseut adalah 1?8 #m51(. Dari grafik terseut diketahui ah7a ketidakpastiann"a adalah SD "aitu seesar 8
0,01548 x 10 m / s .
adi, dengan menggunakan grafik origin di dapat kecepatan caha"a di udara seesar c =´c ± ∆ c c =( 2.723 ± 0.015 ) x 10
8
m?s
∆ c 0,015 = × 100 =0.55 ´c 2,723
!& Ana+i/i/ Seelumn"a, telah kita ketaehui ah7a kecepatan caha"a di udara adalah 8
2.99 x 10 m / s
..
Sementara itu, erdasarkan percoaan "ang telah
dilakukan diketahui ah7a nilai kecepatan caha"a di udara, "aitu: 1. Melalui metode statistik 8 c =( 2.72 ± 0.0217 ) x 10 m?s Dengan presentasi kesalahan, Persentase
kesalahan
¿ c −cliteratur ∨
0.0217 ∆c x 100 = x 100 =0.80 ´c 2.72
jika
¿ cliteratur
diandingkan 8
x 100 =
¿
2.72 x 10
dengan
−2.99 x 108
2,99 x 10
8
literatur
adalah
:
=9,03
=. Melalui metode grafik origin 8 c =( 2.723 ± 0.015 ) x 10 m?s Dengan kesalahan relatif seesar
∆ c 0,015 = × 100 =0.55 dan ´c 2,723
Persentase
diandingkan
kesalahan
¿ c −cliteratur ∨
¿ cliteratur
jika
8
x 100 =
¿
2.723 x 10
dengan
−2.99 x 108
2.99 x 10
8
literatur
adalah
=9.17
Dalam melakukan perhitungan erdasarkan data "ang telah di dapat, digunakan rumus
gerak lurus eraturan #;8<(
x v= t . !al ini dikarenakan erkas sinar laser tidak
mengalami percepatan?perlamatan karena ia erada di medium "ang sama, sehingga kecepatann"a relatif konstan. Sudut "ang dientuk oleh 8 1 dan 8= pada percoaan ini tidak memerikan pengaruh pada hasil perhitungan kecepatan caha"a. !al ini diseakan karena, kecepatan caha"a han"a dipengaruhi oleh jarak, "aitu panjang lintan erkas sinar laser dari
emitter ke cermin #81( dan jarak "ang ditempuh caha"a dari cermin ke recei3er #8 =(. Selain itu, kecepatan caha"a juga dipengaruhi oleh 7aktu tempuh sinar # ∆ t ¿ . Peredaan antara nilai kecepatan caha"a di literatur dan kecepatan caha"a "ang di dapatkan melalui percoaan memiliki nilai "ang ereda, hal terseut diseakan oleh eerapa sea, diantaran"a: 1. Sulitn"a mengarahkan caha"a pantulan dari emitter ke cermin sehingga caha"a pantulan dari cermin "ang diterima oleh recei3er pun tidak selalu fokus, "ang kemudian men"eakan grafik "ang teraca pada osiloskop terkadang gamarn"a kaur. =. /etidaktelitian menetapkan garis puncak kedua gelomang pada tampilan osiloskop. +ntuk mempermudah percoaan dan mengurangi peredaan "ang cukup jauh dengan literatur, hendakn"a dalam percoaan memandingkan leih akurat mana hasil perhitungan antara pada jarak "ang jauh dengan jarak "ang pendek. Pada percoaan ini, kami mencoa jarak paling jauh 8 1 dan 8= adalah 1%B cm, hasil "ang di dapat masih cukup aik. Dan jarak terpendek adalah 'B cm. 6etapi untuk 1% data "ang kami lampirkan untuk percoaan ini, kami tidak men"antumkan dengan jarak terjauh dan jarak terpendek karena kami mengamil data "ang teraik ketika sudah diolah.
1
Sementara itu, harga kecepatan caha"a di ruang 3akum adalah
! "
leih esar dari !
nilai kecepatan caha"a "ang diukur. /ecepatan caha"a dalam suatu medium eranding teraik dengan nilai indeks iasn"a. ika indeks ias semakin esar, maka kecepatan caha"a semakin kecil dan egitu pula seaikn"a. Maka, pada ruang hampa caha"a akan leih cepat meramat diandingkan di udara karena pada ruang hampa indeks iasn"a leih kecil diandingkan dengan indeks ias di udara.
Alat set "ang digunakan untuk mengukur kecepatan caha"a di udara seperti "ang digunakan pada percoaan ini tidak akan isa digunakan untuk menetukan kecepatan caha"a di medium lain seperti gelas?kaca, air danmedium lainn"a karena, medium G medium terseut memiliki kerapatan dan indeks ias "ang ereda.
leh sea itu, untuk percoaan erikutn"a hendaklah dipastikan ah7a erkas sinar laser sudah fokus serta sudah terarahkan dahulu dengan aik ke cermin pemantul, lalu dari cermin pemantulkan usahakan agar erkas sinar tepat jatuh di recei3er sehingga garfik "ang teraca pada osiloskop pun leih jelas dan tidak eruah G uah.
H& Ke/i6p'+an
kecepatan caha"a di udara "ang didapat dari hasil percoaan "aitu: 1.
8
m?s
ika diandingkan dengan literatur, maka persentase kesalahann"a seesar 9,03
. Sedangkan kesalahan relatifn"a seesar
0.80 .
=.
0.55
.
I& a:tar P'/ta;a Anonim. =%1=. Apa itu Kecepatan Cahaya (Light Speed) IonlineJ. 6ersedia:
http:??lendedlearning.it.ac.id?7e[email protected]?forum?detail?1%$B
diakses
pada tanggal = Desemer =%1'? !allida", Da3id dan 2esnick, 2oert. 1B$. Fisika #6erjemahan Pantur Silaan dan Er7in Sucipto(. akarta: Erlangga. 6im Dosen Fisika +P). =%%B. Eksperimen isika ! .
