B. PEMBIASAN PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL 1.
Tujuan
Peristiwa pembiasan terjadi bila seberkas cahaya menembus perbatasan antara dua medium yang berbeda indeks biasnya. Pada percobaan ini mahasiswa diharapkan dapat menentukan :
2.
3.
a.
Menentukan indeks bias kaca plan paralel.
b.
Menentukan pergeseran sinar masuk dan keluar kaca plan paralel.
Alat dan Bahan
a.
Kaca plan parallel
1 buah
b.
Jarum pentul
3 buah
c.
Busur derajat
1 buah
d.
Kertas putih
1 buah
e.
Penggaris
1 buah
f.
Pensil runcing
1 buah
g.
Alas busa tipis
(sudah disediakan)
Dasar Teori
Plan parallel adalah benda bening yang dibatasi dua bidang datar yang sejajar. Keunikan plan pararlel terletak pada kemampuannya menggeser sinar (d). D
E
N
d
A
A
t D
B
C F G
C
H
B
G ambar1. Pembiasan pada Kaca Plan Paralel
20
Keterangan gambar : d = pergeseran sinar (cm) t = tebal plan parallel (cm) N = garis normal i1 = sudut datang bidang bias pertama (0) r 1 = sudut bias bidang bias pertama (0)
Untuk menemukan rumus pergeseran sinar (d) ? 1.
Mengamati segitiga ABC pada gambar 1 Sudut ACB = 90 0, karena merupakan garis normal. Sehingga sisi AB sebagai sisi miring.
2.
Mengamati segitiga ABD pada gambar 1
3.
Mengamati titik A pada gambar 1 Sudut (karena sudut bertolak belakang)
4.
Mengamati gambar 1 Ternyata AC = t (tebal plan parallel) DB = d (pergeseran sinar)
5.
Dari persamaan 1,2, dan 3 dapat diturunkan sebagai berikut :
( )
Sehingga :
* ( )+
21
4.
Prosedur Percobaan
Melakukan kegiatan berikut ini untuk menentukan indeks bias kotak kaca. Meletakkan sebuah papan lunak di atas meja, meletakkan di atas papan itu kertas putih berukuran folio dan di atas kertas itu meletakkan balok kaca melintang terhadap kertas sperti pada gambar 2. A
N B Q
F
P r
S
G
R
C D E
Gambar 2. Susunan Alat-alat untuk Menentukan Indeks Bias Balok Kaca
Keterangan : Balok kaca dilihat dari atas (PQRS) A dan B = Jarum pentul di belakang balok kaca C dan D = Jarum pentul di depan balok kaca
1.
Membuat garis PQ dan RS pada kertas. Menancapkan jarum pentul di titik A dan B. Mengatur jarak A dan B agar tidak terlalu dekat ( ±3 cm).
2.
Mengamati balok kaca dari arah E sehingga bayangan jarum A tampak berimpit dengan bayangan jarum B. Kemudian menancapkan jarum pentul C dan D sehingga jarum pentul A, B, C dan D terlihat pada sat ugaris lurus.
3.
Langkah selanjutnya, menyingkirkan balok kaca itu dan Tarik garis A-B-F-C-D.
22
4.
Membuat garis tegak lurus RS melalui F dan garis tegak lurus PQ melalui C, masing-masing merupakan normal dari sinar dating AF dan sinar bias CD. Dapatkah anda menentukan sudut dating (i) dan sudut bias (r) pada percobaan ini? Ya, benar sudut dating adalah sudut yang dibentuk oleh sinar dating AF dan garis normal, sedangkan sudut bias yang kita ambil adalah sudut yang dibentuk oleh CF dan garis normal. (Gambar 3). N
A B
i Q
F
P r
r S
G
R
C D E
Gambar 3. Menentukan Sudut Datang (i) dan Sudut Pantul (r) Balok
Kaca
5.
Hasil Percobaan
No.
Sudut Datang (i)
Sudut Bias (r)
1
2
3 0
10
0
2
20
0
3 4
40
5 6
60
7 8
1
Sin r
4
5
6
0,174
0,122
1,426
0
0,342
0,242
1,413
300
200
0,500
0,342
1,462
0
0
0,643
0,423
1,520
500
300
0,766
0,500
1,532
0
0
0,866
0,559
1,549
700
380
0,940
0,616
1,526
0
0
0,985
0,670
1,470
80
7
Sin i
14 25 34 42
Rata-rata
1,487
23
Menggunakan busur derajat untuk mengukur sudut dating (i) dan sudut bias (r) tersebut. Melakukan percobaan di atas berulang-ulang untuk sudut yang berbeda-beda, lalu memasukkan data yang diperoleh ke dalam tabel di atas.
6.
Tabulasi Data
No.
Sudut Datang (i)
Sudut Bias (r)
Sin i
Sin r
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 6 7 8
10 20 30 40 50 60 70 80
7 14 20 25 30 34 38 42 Rata-rata
0,174 0,342 0,500 0,643 0,766 0,866 0,940 0,985
0,122 0,242 0,342 0,423 0,500 0,559 0,616 0,670
1,426 1,413 1,462 1,520 1,532 1,549 1,526 1,470 1,487
1.
Berdasarkan tabel di atas, indeks bias balok kaca plan parallel yang ditentukan melalui harga rata-rata pada kolam 6 yaitu 1,487.
2. Grafik sin r terhadap sin i Hasil menggunakan exel
Grafik antara Nilai sin i dan sin r 0.8 0.7
y = 0.6463x + 0.0129 R² = 0.9967
0.6 0.5 r
n0.4 i s
0.3 0.2 0.1 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
sin i
24
Hasil menggunakan origin Grafik Hubungan antara Nilai sin i dan sin r 0.7
0.6
0.5
r n i s
0.4
0.3
0.2
B Linear Fit of Data1_B
0.1 0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
sin i
[2/5/2016 06:46 "/Graph1" (2457423)] Linear Regression for Data1_B: Y=A+B*X Parameter
Value
Error
-----------------------------------------------------------A
0.01288
0.01073
B
0.64627
0.01517
-----------------------------------------------------------R
SD
N
P
-----------------------------------------------------------0.99835
0.01176
8
<0.0001
------------------------------------------------------------
3. Menetukan nilai d (pergeseran sinar) pada masing masing sudut datang dan sudut bias dengan menggunakan persamaan :
*( )+
dengan t = tebal plan parallel (cm) r 1 = sudut bias (0) i1 = sudut dating (0)
25
d = pergeseran sinar (cm) t = 6,5 cm
∆t
= 0,05 cm
r 1 = data pada tabulasi
∆r 1
= 0,50
i1 = data pada tabulasi
∆i1
= 0,50
1)
Saat i1 dan r 1 bernilai 100 dan 70
*( )+ * ( )+
2)
Saat i1 dan r 1 bernilai 200 dan 14 0
*( )+ * ( )+
3)
Saat i1 dan r 1 bernilai 300 dan 20 0
*( )+ * ( )+
4)
Saat i1 dan r 1 bernilai 400 dan 25 0
*( )+ * ( )+
5)
Saat i1 dan r 1 bernilai 500 dan 30 0
*( )+
26
* ( )+
6)
Saat i1 dan r 1 bernilai 600 dan 34 0
*( )+ * ( )+
7)
Saat i1 dan r 1 bernilai 700 dan 38 0
*( )+ * ( )+
8)
Saat i1 dan r 1 bernilai 800 dan 42 0
*( )+ * ( )+
7.
Pembahasan
Indek bias yaitu suatu peristiwa pembelokkan atau perubahan arah cahaya ketika memasuki kaca atau benda bening. Dari pengertian tersebut dapat kita ketahui bahwa cahaya sangat berpengaruh pada indeks bias. Pada praktikum kali ini kita melakukan percobaan dengan menggunakan kaca plan paralel. Peristiwa pembiasan terjadi bila seberkas cahaya menembus perbatasan antara dua medium yang berbeda indeks biasnya. Tujuan pada percobaan ini bahwa mahasiswa diharapkan dapat menentukan indeks
27
bias kaca plan parallel dan pergeseran sinar masuk dan keluar kaca plan paralel. Dengan alat dan bahan yang digunakan adalah 1 buah kaca plan paralel, 3 buah jarum pentul, 1 buah busur derajat, 1 buah kertas putih, 1 buah penggaris, 1 buah pensil runcing, dan alas busa tipis yang sudah disediakan. Setelah melakukan prodesur yang telah dituliskan secara runtut, maka paktikan memperoleh data yang digunakan untuk menjawab tujuan. Untuk mengetahui indekas bias kaca plan paralel, maka praktikan harus mencari sudut bias (r 1) dari sudut datang (i 1) yang divariasi yaitu 100, 100, 200, 300, 40 0, 50 0, 600, 700, dan 800. Kemudian diperoleh nilainilai melalui pengukuran secara langsung yang kemudian dihitung menggunakan persamaan trogonometri yang hasilnya sebagai berikut :
No.
Sudut Datang (i)
Sudut Bias (r)
Sin i
Sin r
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 6 7 8
10 20 30 40 50 60 70 80
7 14 20 25 30 34 38 42 Rata-rata
0,174 0,342 0,500 0,643 0,766 0,866 0,940 0,985
0,122 0,242 0,342 0,423 0,500 0,559 0,616 0,670
1,426 1,413 1,462 1,520 1,532 1,549 1,526 1,470 1,487
Berdasarkan table di atas, kita dapat melihat bahwa indeks bias kaca plan parallel adalah 1,487. Hal ini dikarenakan bahwa nilai indeks bias kaca plan parallel merupakan harga rata-rata dari perbandingan antara sin r terhadap sin i. Dari tabel di atas dapat dilakukan interpolasi data untuk dibuat grafik antara sin r dan sin i di mana sin i sebagai fungsi x yaitu variable bebas dan sin r sebagai fungsi y yaitu variable terikat. Dalam pembuatan grafik, praktikan menggunakan dua buah softwere untuk membandingkan keakuratan data yang ditandai dengan hasil ralat grafik. Kedua software yang praktikan gunakan adalah exel dan origin. Berikut merupakan hasil dari softwere exel dan softwere origin untuk interpolasi data. Di bawah ini merupakan hasil dari microsoft exel.
28
Grafik antara Nilai sin i dan sin r 0.8 0.7
y = 0.6463x + 0.0129 R² = 0.9967
0.6 r
0.5
n0.4 i s
0.3 0.2 0.1 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
sin i
Grafik hasil dari softwere origin
Grafik Hubungan antara Nilai sin i dan sin r 0.7
0.6
0.5
r n i s
0.4
0.3
0.2
B Linear Fit of Data1_B
0.1 0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
sin i
[2/5/2016 06:46 "/Graph1" (2457423)] Linear Regression for Data1_B: Y=A+B*X Parameter
Value
Error
-----------------------------------------------------------A
0.01288
0.01073
B
0.64627
0.01517
29
-----------------------------------------------------------R
SD
N
P
-----------------------------------------------------------0.99835
0.01176
8
<0.0001
-----------------------------------------------------------Berdasarkan kedua grafik di atas. untuk memperkirakan bagaimana bentuk grafik sin r terhadap sin i, praktikan menggunakan softwere origin dan Microsoft office untuk membandingkan, disertai dengan nilai ralatnya. Karena menurut literatur, grafik yang terbentuk merupakan grafik linier. Dilihat dari kedua grafik baik yang menggunakan softwere origin maupun microsoft office, keduanya menunjukkan bahwa garis hubungan nilai sin I dan sin r adalah linear, sangat sesuai dengan literature. Pada grafik yang dibentuk : menggunakan origin, menyatakan bahwa nilai : Y = (0,013 ± 0,011) + (0,646 ± 0,015)X R = 0,9967 Menggunakan microsoft office, menyatakan bahwa nilai : Y = (0,0129 + 0,6463X) R = 0,99835 Nilai Y pada kedua grafik ini hampir sama, dan nilai R juga sama yakni mendekati satu, hal ini menunjukkan bahwa pengambilan data untuk menentukan nilai sin i dan sin r telah sesuai literature dan baik sehingga membentuk grafik hubungan sin r terhadap sin i yang baik dan sesuai literature. Kemudian, berdasarkan data di atas dan diketahui besar t (tebal kaca plan parallel pada percobaan yaitu 65 cm) maka dapat ditentukan nilai d yaitu pergeseran sinar pada masing masing sudut datang dengan menggunakan persamaan :
*( )+
Sehingga pergeseran sinar pada sudut : 1)
Pada i1 = 100 adalah 0,051 cm
2)
Pada i1 = 200 adalah 0,025 cm 30
3)
Pada i1 = 300 adalah 0,014 cm
4)
Pada i1 = 400 adalah 0,010 cm
5)
Pada i1 = 500 adalah 0,007 cm
6)
Pada i1 = 600 adalah 0,005 cm
7)
Pada i1 = 700 adalah 0,004 cm
8)
Pada i1 = 800 adalah 0,003 cm Berdasarkan data di atas, terlihat bahwa terdapat perbedaan
pergesaran sinar pada setiap sudut datang yang berbeda. Hal ini dikarenakan mungkin kemampuan kaca plan paralel untuk membelokkan sinar selain karena indeks bias kaca plan parallel juga bergantung pada sudut datang sinar. Dalam praktikum ini, praktikan juga menyadari bahwa banyak terdapat penyimpangan dalam pengukuran karena kelemahan praktikan.
8.
Kesimpuan
Peristiwa pembiasan terjadi bila seberkas cahaya menembus perbatasan antara dua medium yang berbeda indeks biasnya. Kesimpulan pada percobaan ini adalah : a.
Indeks bias kaca plan parallel dapat ditentukan melalui harga ratarata dari perbandingan sin i 1 terhadap sin r 1 yaitu 1,487.
b.
Pergeseran sinar masuk dan keluar kaca plan parallel dapat ditentukan menggunakan persamaan :
*( )+
Sehingga pergeseran sinar pada sudut : 9)
Pada i1 = 100 adalah 0,051 cm
10) Pada i1 = 200 adalah 0,025 cm 11) Pada i1 = 300 adalah 0,014 cm 12) Pada i1 = 400 adalah 0,010 cm 13) Pada i1 = 500 adalah 0,007 cm 14) Pada i1 = 600 adalah 0,005 cm 15) Pada i1 = 700 adalah 0,004 cm 16) Pada i1 = 800 adalah 0,003 cm 31
9.
Saran
Saran untuk praktikum pembiasan pada kaca plan paralel selanjutnya adalah kaca plan paralel dalam kondisi baik untuk digunakan. Dan yang paling penting pengamat harus lebih teliti dalam mengamati sinar yang terbentuk agar sudut dating dan sudut bias memiliki hubungan yang sesuai dengan literatur sehingga mampu menjadi referensi yang baik untuk praktikan selanjutnya.
10. Daftar Pustaka
Drs. Sumarjono, dkk. 2005. Fisika Dasar 1. Univrsitas Negeri Malang Press : Malang. Halliday Resnick. 1985. Fisika Edisi Ketiga Jilid 1. Erlangga : Jakarta. Paul A. Tiper. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1. Erlangga : Jakarta. Soepomo, M.Sc, dkk. 1979. Energi Gelombang dan Medan . Departemen Pendidikan dan Kebudayaan : Jakarta.
11. Tugas
1.
Mnggunakan kalkulator untuk menghitung data pada kolom 4, 5, dan 6 tabel di atas. Indeks bias balok kaca yang akan anda tentukan sama dengan harga rata-rata kolom 6.
2.
Dapatkah anda memperkirakan bagaimana bentuk grafik sin r terhadap sin i ? Cobalah anda buat pada sehelai kertas grafik menggunakan data di atas.
3.
Tentukan besarnya pergeseran sinar masuk dan keluar kaca plan parallel.
Jawab 1.
Menentukan kolom 4,5, dan 6 serta harga rata-rata kolom 6.
32
2.
No.
Sudut Datang (i)
Sudut Bias (r)
Sin i
Sin r
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 6 7 8
10 20 30 40 50 60 70 80
0,174 0,342 0,500 0,643 0,766 0,866 0,940 0,985
0,122 0,242 0,342 0,423 0,500 0,559 0,616 0,670
1,426 1,413 1,462 1,520 1,532 1,549 1,526 1,470 1,487
7 14 20 25 30 34 38 42 Rata-rata
Grafik hasil dari origin
Grafik Hubungan antara Nilai sin i dan sin r 0.7
0.6
0.5
r n i s
0.4
0.3
0.2
B Linear Fit of Data1_B
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
sin i
[2/5/2016 06:46 "/Graph1" (2457423)] Linear Regression for Data1_B: Y=A+B*X Parameter
Value
Error
-----------------------------------------------------------A
0.01288
0.01073
B
0.64627
0.01517
------------------------------------------------------------
33
R
SD
N
P
-----------------------------------------------------------0.99835
0.01176
8
<0.0001
------------------------------------------------------------
Grafik hasil dari exel
Grafik antara Nilai sin i dan sin r 0.8 0.7
y = 0.6463x + 0.0129 R² = 0.9967
0.6 0.5 r n i s
0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
sin i
Untuk memperkirakan bagaimana bentuk grafik sin r terhadap sin i, praktikan menggunakan softwere origin dan Microsoft office untuk membandingkan, disertai dengan nilai ralatnya. Karena menurut literatur, grafik yang terbentuk merupakan grafik linier. Dilihat dari kedua grafik baik yang menggunakan softwere origin maupun microsoft office, keduanya menunjukkan bahwa garis hubungan nilai sin I dan sin r adalah linear, sangat sesuai dengan literature. Pada grafik yang dibentuk : menggunakan origin, menyatakan bahwa nilai : Y = (0,013 ± 0,011) + (0,646 ± 0,015)X R = 0,9967 Menggunakan microsoft office, menyatakan bahwa nilai : Y = (0,0129 + 0,6463X) R = 0,99835
34
Nilai Y pada kedua grafik ini hampir sama, dan nilai R juga sama
yakni
mendekati
satu,
hal
ini
menunjukkan
bahwa
pengambilan data untuk menentukan nilai sin i dan sin r telah sesuai literature dan baik sehingga membentuk grafik hubungan sin r terhadap sin i yang baik dan sesuai literature.
3.
Besar pergeseran sinar masuk dan keluar kaca plan parallel adalah seperti pada tabulasi data bahwa menggunakan persamaan :
*( )+
Sehingga pergeseran sinar pada sudut : 1) Pada i1 = 100 adalah 0,051 cm 2) Pada i1 = 200 adalah 0,025 cm 3)
Pada i1 = 300 adalah 0,014 cm
4)
Pada i1 = 400 adalah 0,010 cm
5)
Pada i1 = 500 adalah 0,007 cm
6)
Pada i1 = 600 adalah 0,005 cm
7)
Pada i1 = 700 adalah 0,004 cm
8)
Pada i1 = 800 adalah 0,003 cm
35