MAKALAH PEMANTULAN DAN PEMBIASAN CAHAYA
PEMANTULAN DAN PEMBIASAN CAHAYA
ABSTRAK Pada percobaan pemantulan dan pembiasan cahaya ini bertujuan untuk memahami pemantulan dan pembiasan pada : plan pararel , prisma segitiga dan prisma setengah lingkaran, lin gkaran, menentukan nilai indeks biasdan pergeseran pada plan pararel,menentukan nilai indeks bias dan deviasi minimum pada prisma segitiga, memahami pemantulan internal. Bila seberkas cahaya mengenai bidang batas antara dua medium transparan maka pada keadaan tertentu sebagian dari cahaya akan dipantulkan dan sebagian yang lain akan masuk ke medium yang kedua, di mana berkas cahaya tersebut akan dibelokan mendekati atau menjauhi garis normal. Fenomena pembelokan atau perubahan arah yang dialami berkas cahaya di medium yang kedua inilah yang disebut pembiasan cahaya. Diperoleh besarnya indeks bias pada plan pararel dengan perhitungan 1, 453 dan dengan grafik 1, 478 , dimana berbeda dengan teori dimana indeks bias kaca 1,5. Sudut deviasi pada o o deviasi minimum pada prisma segitiga 42 pada perhitungan sedangkan sedan gkan pada gambar 50 . Sudut o pantul pada prisma setengah lingkaran sama dengan sudut pantulnya sebesar 42 . Key Word: Pemantulan dan Pembiasan A. PENDAHULUAN
Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Karena itu cahaya dapat merambat baik melalui medium ataupun tanpa medium (vakum). Ilmu fisika yang mempelajari tentang cahaya caha ya disebut optika, yang dibagi menjadi dua : optika geometris dan optika fisis. Optika geometris mempelajari tentang pemantulan dan pembiasan , sedangkan optika fisis mempelajari tentang polarisasi, interferensi , dan difaraksi cahaya. Diketahui bahwa ketika cahaya mengenai bidang batas antara dua medium (misalnya udara dan prisma), cahaya akan dibelokkkan . Peristiwa pembelokakan cahaya ketika mengenai pembatas medium inilah yang disebut pembiasan. Dan sebagian cahaya akan dipantulkan, cahaya yang dipantulkan akan memiliki sudut pantul yang sama dengan sudut sinar datangnya. Berbagai peristiwa dalam kehidupan sehari-hari mengenai pembiasandan pe mantulan antara lain : Saat mencelupkan pensil pada air di gelas, pensil akan tampak pat p at ah di p er mu ka an ai r. S aa t me li at ko la m re na n g ya n g ai rn ya ta m pa k te na ng ma k a akan terlihat dangkal pada dasar kolam. P eristiwa – eristiwa – peristiwa tersebut adalah salahsatu dari peristiwa pembiasan cahaya. Seperti pada b alok kaca prisma merupakan benda bening yang terbuat dari kaca. Kegunaannya antara lain untuk mengarahkan berkas sinar, mengubah dan membalik letak bayangan serta menguraikan cahaya putih menjad i warna spektrum (warna pelangi). Dengan menggunakan prisma segitiga maka akan diperoleh sudut deviasi, sudut pantul dan sudut bias. Sedangkan dengan plan pararel akan diperoleh sudut bias dan jarak sinar
bia s te rh ad ap si na r dat an g dan su du t pa nt uln ya , se rt a ya ng te ra kh ir me ngg un ak an pri sm a se te nga h li ngk ar an me nen tu ka n su du t pa ntu ln ya. B. TUJUAN
1. Memahami pemantulan dan pembiasan pada: plan pararel, prisma segitiga dan prisma setengah lingkaran. 2. Menentukan nilai indeks biasdan pergeseran pada plan pararel. 3. Menentukan nilai indeks bias dan deviasi minimum pada prisma segitiga. 4. Memahami pemantulan internal. C. TINJAUAN PUSTAKA PEMANTULAN Pemantulan cahaya terdiri dari dua jenis, yaitu pemantulan baur dan pemantulan teratur. Pemantulan cahaya pada permukaan datar seperti cermin, atau permukaan air yang tenang, termasuk pemantulan teratur. Sedangkan pemantulan cahaya pada permukaan kasar seperti pakaian, kertas dan aspal jalan, termasuk dalam pemantulan baur. a. Pemantulan Teratur (Pada permukaan rata)
b. Pemantulan Baur (Pada permukaan tidak rata) Hukum Pemantulan cahaya dapat diilustrasikan dengan gambar berikut ini : Berdasarkan gambar di atas, sinar yang menuju cermin ( P ), diketahui sebagai sinar datang ( i ), sedangkan yang meninggalkan cermin ( Q ) diketahui sebagai sinar pantul ( r ).Pada titik dimana sinar mengenai cermin, sebuah garis dapat digambarkan tegak lurus terhadap permukaan cermin, garis ini diketahui sebagai garis normal. Garis normal membagi sudut antara sinar datang dan sudut sinar pantul menjadi dua sudut yang sama. Berdasarkan uraian di atas, maka hukum pemantulan cahaya dapat dinyatakan sebagai berikut : 1. Sinar datang, sinar pantul, garis normal berpoto ngan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang = sudut pantul Jika seberkas cahaya mengenai sebuah cermin datar, maka cahaya tersebut akan dipantulkan secara teratur. Peristiwa pemantulan cahaya pada cermin datar dapat menyebabkan pembentukan bayangan benda di dalam cermin. Bayangan benda yang terbentuk pada cermin datar mempunyai sifat-sifat sebagai berikut : 1. Bayangan bersifat maya (tidak dapat ditangkap oleh layar) 2. Tegak dan menghadap berlawanan arah terhadap bendanya 3. Bayangan sama besar dengan bendanya 4. Jarak bayangan ke cermin sama dengan jarak benda ke cermin. Perhatikan pembentukan bayangan pada cermin datar dalam gambar berikut ini !
Berdasarkan gambar di atas, bayangan benda pada cermin datar terbentuk di belakang cermin dan tidak dapat dilalui atau dilewati oleh cahaya yang sesungguhnya sehingga bayangan tidak dapat ditangkap oleh layar. Bayangan benda yang seperti ini disebut bayangan maya.Jika sebuah benda ditempatkan di depan sebuah cermin datar, maka akan terbentuk sebuah bayangan yang sama besar di dalam cermin. Lalu bagaimana jika sebuah benda terletak didepan dua buah cermin datar yang mengapit sudut tertentu ? Perhatikan gambar di bawah ini :
Sebuah obyek di depan dua cermin yang membentuk sudut 80, didapat jumlah bayangan sebanyak 4 buah. Dari ilustrasi di atas maka, persamaan untuk menentukan jumlah bayangan yang dibentuk oleh dua buah cermin datar yang membentuk sudut tertentu sebagai berikut
PEMBIASAN Kaca plan pararel atau blok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar Berdasarkan gambar di atas, cahaya yang mengenai kaca planparalel akan mengalami dua pembiasan, yaitu pembiasan ketika memasuki kaca planparalel dan pembiasan ketika keluar dari kaca plan paralel. Pada saat sinar memasuki kaca :
Sinar datang ( i ) dari udara (medium renggang) ke kaca (medium rapat) maka akan dibiaskan ( r ) mendekati garis normal ( N ). Pada saat sinar keluar dari kaca:
Sinar datang ( i' ) dari udara (medium renggang) ke kaca (medium rapat) maka akan dibiaskan ( r' ) menjauhi garis normal ( N ) Selain itu, sinar yang keluar dari kaca palnparalel mengalami pergeseran sejauh t dari arah semula, dan besarnya pergeseran arah sinar tersebut memenuhi persamaan berikut : Keterangan : d = tebal balok kaca, (cm) i = sudut datang, (°) r = sudut bias, (°) t = pergeseran cahaya, (cm) b. Pri sma
Prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada b idang pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal.
Kita dapatkan persamaan sudut puncak prisma,
β = sudut puncak atau sudut pembias prisma r1 = sudut bias saat berkas sinar memasuki bidang batas udara-prisma i2 = sudut datang saat berkas sinar memasuki bidan g batas prisma-udara Secara otomatis persamaan di atas dapat digunakan untuk mencari besarnya i2 bila besar sudut pembias prisma diketahui.
Persamaan sudut deviasi prisma :
Keterangan : D = sudut deviasi ; i1 = sudut datang pada bidang batas pertama r2 = sudut bias pada bidang batas kedua berkas sinar keluar dari prisma β = sudut puncak atau sudut pembias prisma Hasilnya disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara sudut deviasi (D) dan sudut datang pertama i1 : dalam grafik terlihat devisiasi minimum terjadi saat i1 = r2
Persamaan deviasi minimum : a. Bila sudut pembias lebih dari 15° Keterangan : n1 = indeks bias medium n2 = indeks bias prisma Dm = deviasi minimum β = sudut pembias prisma b. Bila sudut pembias kurang dari 15°
Keterangan δ = deviasi minimum untuk b = 15° n 2-1 = indeks bias relatif prisma terhadap medium β = sudut pembias
D. METODELOGI
a.
Alat dan Bahan Blok Kaca: o Plan pararel o Prisma Segitiga o Prisma Setengah Lingkaran Laser pointer Penggaris Busur derajad Jarum pentul Bolpen warna Alas steroform
1buah 1buah 1buah 1buah 1buah 1buah secukupnya 3buah 1buah
b. Cara Kerja 1. Alat-alat percobaan disusun sesuai dengan gambar. 2. HVS diletakkan dibawah blok yang beralaskan steroform. 3. Keberadaan sinar pantul dan bias diamati pada tiap blok : Gambar 1 : Blok yang digunakan adalah plan pararel, kemudian dihitung nilai d ( jarak antara o
o
sinar pantul dan sinar bias) dan sudut bias d engan variasi sudut datang dari 10 – 80 . Gambar 2 : Blok yang digunakan prisma segitiga, kemudian dihitung sudut bias dan sudut deviasi
dengan 3 variasi sudut datang. Serta menetukan sudut internal/ sudut pantulnya. Gambar 3 : Blok yang digunakan adalah prisma setengah lingkaran, dihitung sudut internal/ sudut
pantulnya. 4. Ketika percobaan digunakan jarum pentul untuk menandai sinar bias dan sinar pantul sehingga tidak bergeser. 5. Lukis setiap sinar datang, sinar pantul dan sinar bias pada HVS yang digunakan sebagai media alas. E. DATA PERCOBAAN
a.
Plan Parael: Lebar ; 0,1m
NO 1 2 3
Sudut Datang(ϴi) o 10 o 20 o 30
Sudut Bias (ϴr) o 7 o 13,5 o 18
Jarak (m) 0,008 0,023 0,026
o
4 5 6 7 8
o
40 o 50 o 60 o 70 o 80
25 o 31 o 35 o 39 o 42
0,027 0,035 0,049 0,066 0,073
b. Prisma Segitiga A (sudut prisma) = 90
NO 1 2 3
o
Sudut Datang(ϴi) o 12 o 19 o 24
Sudut internal/ sudut pantul = 47 c.
Sudut Bias (ϴr) o 13 o 20 o 16
Sudut deviasi o 66 o 53 o 50
o
Prisma Setengah Lingkaran Sudut internal/ sudut pantul = 42
o
F. ANALISA DATA :
Pada percobaan pemantulan dan pembiasan cahaya ini bertujuan untuk memahami pemantulan dan pembiasan pada: plan pararel, prisma segitiga, dan prisma setengah lingkaran. Fungsi dari masing-masing alat pada percobaan in i antara lain: Blok (plan pararel, prisma segitiga, dan prisma setengah lingkaran) sebagai bidang/ medium rapat. Laser pointer sebagai sinar datang. Busur derajad sebagai alat mengukur sudut. Jarum pentul untuk menandai sinar bias atau sinar pantul agar tidak bergeser.
Prinsip kerja dari percobaan ini adalah seberkas cahaya mengenai bidang batas antara dua medium transparan maka pada keadaan tertentu sebagian cahaya akan dipantulkan dan sebagian cahaya akan masuk ke medium kedua. Percobaan pertama mengukur sudut bias dan jarak antara sinar datang dan sinar bias (d) pada blok plan pararel. Untuk lebih memudahkan mengukur agar blok tidak bergeser posisinya, blok plan pararel digambar pada HVS yang dipasang dibawah blok sesuai dengan pola blok serta garis o o normalnya. Sinar yang datang divariasi dengan 8 sudut variasi dari 10 -80 . Kemudian diamati jarak antara sinar datang dan sinar bias, kemudian diukur berapa jaraknya dengan menggunakan gambar berkas sinar. Selain dengan menghitung jarak melalui gambar berkas sinar, jarak dapa dihitung dengan persamaan: Hasil yang diperoleh melalui perhitungan dan gambar berbeda, dikarenakan dalam melukis berkas sinar tidak teliti dan jarumpentul bergeser. Ketika sinar datang divariasi 8 kali dihasilkan sudut bias yang sebanding dengan sudut datangnya, dimana sudut datang semakin besar maka sudut biasnya juga semakin besar pula. Kemudian mencari indeks bias pada plan pararel dengan menggunakan perhitungan grafik (sin i Vs sin r) dimana sumbu x adalah (sin r ) sudut bias dan sumbu y adalah (sin i) sudut datang. Sehingga diperoleh persamaan y = mx +c , m adalah gradien garis yaitu nilai indeks biasnya. Grafik yang terbentuk adalah grafik linier yang m ana nilai sinus sudut dtang sebanding dengan sinus sudut biasnya. Untukmencari nilai indeks bias dengan perhitungan menggunakan persamaan snellius : Sehingga terdapat 8 indeks bias tiap sudut,kemudian didapat indeks bias rata-rata sebesar 1,453. Lalu dibandingkan dengan nilai indeks bias dengan menggunakan gradien persamaan grafik y = 1,478x + 0,009. Sehingga indeks bias pada grafik 1,478. Indeks bias kaca secara teori 1,5 tetapi setelah dilakukan percobaan berbeda dengan teori baik dalam perhitungan dan persamaan grafik, ini disebabkan karena ketika melihat sudut bias kurang teliti dan ketika menandai sudut biasnya jarum pentul ditancapkan kurang tepat atau bergeser. Pada percobaan kedua mengukur sudut bias, sudut deviasi, sudut pantul dan indeks bias pada o o o prisma segitiga. Sudut sinar datang divariasi tiga kali yaitu 12, 19 , dan 24 . Sudut deviasi pada o o o gambar diperoleh hasil 66 , 53 , dan 50 . Sedangkan ketika dilakukan perhitungan dengan persamaan: o
o
o
Diproleh hasil sudut deviasinya 66 , 52 ,dan 42 . Terlihat jika gambar dan perhitungan berbeda, ini disebabkan karena kurang teliti ketika mengamati sinar bias dan saat menandai sinar bias jarum pentul tergeser.Sedangkan indeks bias dihitung dengan menggunakan persamaan : Didapat indeks bias sebesar 0,294.Ketika sinar datang dipantulkan dan membentuk sudut o pantul, sudut pantul besarnya sama dengan sudut datangnya sebesar 47 . Sesuai dengan teori jika sinar yang terpatulkan memiliki sudut pantul yang sama den gan sudut datangnya. Pada percobaan yang terakhir menggunakan prisma setengah lingkaran, pada prisma ini hanya mencari sudut pantul, apakah sama dengan sudut datangnya. Kemudian ketika dilakukan o percobaan sudut datang sebesar 42 , dann ketika sinar dipantulkan membentuk sudut yang sama pula. Sehingga pada percobban ini sesuai dengan teori dimana sinar yang dipantulkan memiliki sudut datng yang sama dengan sudut pantulnya.
G. KESIMPULAN 1. Plan Pararel :
NO 1 2 3 4 5 6 7 8
n (indeks bias) 1,42 1,106 1,618 1,521 1,487 1,509 1,493 1,472
d (pergeseran) meter 0,005 0,012 0,022 0,029 0,038 0,052 0,066 0,082
2. Prisma Segitiga:
Sudut deviasi pada perhitungan: Sudut deviasi pada gambar: o o 1. δ1 = 66 1. δ 1 = 66 o o 2. δ2 = 52 2. δ 2 = 53 o o 3. δ3 = 42 3. δ 3 = 50 o
δmin = 42 Indeks bias = 0,294 o Sudut internal/ sudut pantul = 47 3. Prisma Setengah Lingkaran : Sudut internal/ sudut pantul = 42
δmin = 50
o
o
4. Pemantulan adalah seberkas cahaya mengenai permukaan bidang datar yang rata dimana sudut datang sama dengan sudut pantulnya. Pembiasan adalah pembelokkan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya.
1. LAMPIRAN Perhitungan Grafik Gambar
2. DAFTAR PUSTAKA
Giancoli Douglas C. 2001. Fisika Edisi Kelima Jilid 2. Erlangga : Jakarta Hidayat, Lirik. 2004. Kamus Fisika Bergambar . Bandung: Pakar RayaSutrisno. 1994. Fisika Dasar Gelombang dan Optik . Bandung : ITB Anonim . 2011. Pemantulan Cahaya. http://fisikasemesta.blogspot.com/2011/03/pemantulancahaya.html Anonim. 2011. Pembiasan Cahaya. http://fisikasemesta.blogspot.com/2011/04/pembiasancahaya.html 6
