TUGAS INQUIRI 5 OPTIK EKSPERIMEN FISIKA DASAR II diajukan untuk memenuhi salah satu t ugas mata kuliah Eksperimen Fisika Dasar II yang diampu oleh dosen: Ika Mustika Sari, S.Pd, M.Pfis
Oleh: Kelompok 3 Achmad Rizky Nur F (1404381) Teman sekelompok Anti Haryanti Renanda Monica R
(1404167) (1400345)
Departemen Pendidikan Fisika Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pendidikan Indonesia Bandung 2015
Perhatikan cermin datar yang dihadapanmu, coba gerakan tangan kananmu apa yang terjadi? Sekarang tangan kirimu? Apa yang terjadi? Mengapa demikian ?
Pada cermin datar nampak bayangan yang terlihat seperti keadaan kita dalam cermin, apabila kita menggerakan tangan kanan kita, bayangan pada cermin juga ikut bergerak, namun terlihat pada bayangan bahwa tangan kiri kita yang bergerak. Begitu juga dengan menggerakan tangan kiri, terlihat pada bayangan bahwa tangan kanan kita yang bergerak. Sehingga dapat dikatakan kita melihat bayangan kita yang sama besar namun tertukar kanan atau kirinya Pada prinsipnya, cermin memantulkan cahaya yang datang dari benda sehingga terbentuk bayangan yang sama dengan benda .Berdasarkan Hukum Snellius bahwa sinar datang membentuk sudut yang sama dengan sinar pantul terhadap Garis Normal dan bidang kaca (Tipler, 2004: hal 2012), maka dapat dijelaskan karakteristik bayangan pada cermin datar.
Gambar 1.2 bayangan pada cermin datar, Kanan nampak kiri pada bayangan
Gambar 1.1 bayangan yang dihasilkan cermin datar adalah sama besar dan terbalik secara horizontal
Dapatkah kalian menggambarkan bayangan yang dibentuk oleh cermin datar ? Perhatikan gambar dibawah ini ! Ya, Dapat. Bayangan akan terletak pada jarak dan ukuran yang sama dengan benda
asli
Gambar 1.3 Sebuah benda (A) dihadapkan pada cermin datar. Bayangan (A’) yang terbentuk memiliki besar dan jarak yang sama dengan benda A terhadap Cermin datar
Gambar 1.4 Hukum Snellius. Sudut dari sinar datang = Sudut dari sinar pantul pada cermin datar
Coba anda fikirkan bagaimana secara tehnik menggambarkan bayangan titik A yang ditimbulkan oleh cermin datar ( misal menjadi titik A’)?
Ya, Dapat. Yaitu dengan cara menemukan titik potong pada bayangan yang dibentuk oleh garis pantul terhadap benda.
Gambar 1.5
Gambar 1.6
Gambar 1.7
Gambar 1.5, 1.6 & 1.7 Garis-garis cahaya untuk mencari bayangan. Garis-garis tersebuh merupakan garus datang cahaya dan garus pantul cahaya. Garis pantul kemudian diteruskan, Garis yang bersinggungan merupakan letak bayangan berada.
Sekarang berdasarkan tehnik yang anda buat, tentukanlah prosedur eksperimen agar anda dapat menentukan bayangan titik A? Lakukanlah eksperimen tersebut? Apa yang terjadi? Dapatkah kalian membuat bayang titik A yang dihasilkan oleh cermin d atar? a. Alat & Bahan
No 1
2 3 4 5
b. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Nama Alat Peniti Milimeter Block Cermin Datar Penggaris Alat Tulis
Jumlah 1 1 1
Keterangan
1x1 mm
Disesuaikan
Prosedur Eksperimen Menyiapkan alat dan bahan Mengukur Suhu dan tekanan ruangan Memasang peniti pada millimeter block Menggunakan cermin datar, mencari bayangan yang dibentuk oleh peniti Menggunakan penggaris, ukur jarak cermin-peniti, dan menandainya dengan alat tulis Mengukur Suhu dan tekanan ruangan Merapihkan alat dan bahan.
Perhatikan gambar di bawah ini , prediksikan bayangan dibentuk oleh cermin datar?
Cermin datar memantulkan cahaya pada benda, dan sesuai dengan Hukum Snellius (Sudut datang sinar = sudut pantul sinar). Maka dapat diprediksi bahwa ukuran bayangan akan memiliki ukuran yang sama dengan benda, serta jarak antara cermin dengan benda akan sama dengan jarak cermin dan bayangan. Hanya saja karena bayangan akan terbalik dengan benda aslinya maka benda yang tadinya condong ke kiri, akan nampak condong ke kanan pada bayangan. Dan dapat digambarkan pada Gambar 1.8
Gambar 1.8 Bayangan yang dibentuk oleh benda 2 dimensi terhadap cermin datar, terlihat bahwa bayangan yang dibentuk ukurannya sama besar, jarak dengan cermin sama, namun terbalik secara horizontal
Buktikanlah prediksi anda melalui kegiatan eksperimen? a. Alat & Bahan
No 1
2 3 4 5
Nama Alat Peniti Milimeter Block Cermin Datar Penggaris Alat Tulis
Jumlah 2 1 1
Disesuaikan
Keterangan
1x1 mm
b. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Prosedur Eksperimen Menyiapkan alat dan bahan Mengukur Suhu dan tekanan ruangan Memasang 2 buah peniti pada millimeter block Menggunakan cermin datar, mencari bayangan yang dibentuk oleh peniti Menggunakan penggaris, ukur jarak cermin-peniti, dan menandainya dengan alat tulis Mengukur Suhu dan tekanan ruangan Merapihkan alat dan bahan.
Bandingkan prediksi anda dengan hasil eksperimen! (Setiap kelompok menunjukkan hasil eksperimennya)
Gambar 1.9 Prediksi yang dibuat
Gambar 1.10 Hasil Eksperimen
Dari hasil eksperimen, dapat dikatakan sesuai dengan prediksi, karena bayangan benda sama besar, dan jarak dari benda ke cermin = jarak cermin ke bayangan terbentuk, dan juga terbalik sisi vertical dari benda.
Berdasarkan hasil eksperimen anda, buatlah kesimpulan pembentukan bayangan oleh cermin datar!
Dari eksperimen yang dilakukan, dapat dinyatakan bahwa Bayangan yang dibentuk oleh suatu benda akan memiliki ukuran dan jarak yang sama terhadap cermin datar, hanya saja memiliki karakteristik Terbalik secara horizontal.
Jika kita memiliki dua buah cermin datar , yang dibentuk dengan membuat sudut sedemikian rupa maka bagaimana bayangan yang terbentuk? Coba amati apa yang terjadi?
Bayangan yang nampak memiliki karakteristik yang sama besar dan memiliki jarak yang sama. Namun nampak terdapat bayangan tambahan ketika kita memperkecil sudut yang dibentuk, jaraknya pun relatif sama terhadap masing-masing bidang kaca. Sehingga yang terjadi adalah adanya pemantulan cermin datar yang membentuk banyak bayangan tiap kali kita memperkecil sudut antara dua cermin datar. Karena semakin kecilnya sudut antara dua cermin datar, maka makin banyak pula pantulan cahaya yang terjadi antara 2 cermin, yang mengakibatkan banyaknya bayangan yang kita lihat oleh cermin dengan menggabungkan hukum pemantulan Snellius pada cermin datar, dan memproyeksikan bayangan yang terbentuk, maka kita dapat menentukan berapa jumlah bayangan yang terbentuk dengan sudut tertentu. Lalu didapatkanlah persamaan yang mewakili fenomena ini adalah
=
360 1
n = Jumlah bayangan ; θ = sudut antara dua cermin datar
Gambar 2.1
θ
Gambar 2.2 sebuah benda dihadapan 2 cermin datar yang membentuk sudut 900
Gambar 2.3 sebuah benda dihadap 2 cermin datar yang membentuk sudut 900. Nampak bahwa banyak bayangan yang dibentuk oleh benda
Buatlah sketsa pemantulan untuk menjelaskan hasil pengamatan anda!
Tampilkan prediksi anda secara berkelompok!
Sesuai dengan persamaan =
1. Maka jumlah bayangan yang akan dibentuk akan
disesuaikan dengan sudut yang dibentuk, Sebagai contoh adalah 900 maka jumlah bayangan yang akan didapat adalah =
1 = 4 1 = 3. Fenomena ini terjadi akibat dari pemantulan
cahaya antara dua cermin yang memungkinkan adanya bayangan tambahan.
Buktikan prediksi anda melalui kegiatan eksperimen. a. Alat dan Bahan
No 1
2 3 4 5
Nama Alat Peniti Busur Cermin Datar Penggaris Alat Tulis
Jumlah 1 1 2
Keterangan
±0.50 ±0.05 cm
Disesuaikan
b. Prosedur Eksperimen
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Menyiapkan alat dan bahan Mengukur Suhu dan tekanan ruangan Meletakan cermin dan mengukur sudut cermin pada sudut tertentu dengan Busur Meletakan peniti di depan cermin, lalu menghitung jumlah bayangan yang dibentuk Memvariasikan besar sudut antara dua cermin, lalu menghitung jumlah bayangannya Mengukur suhu dan tekanan ruangan Merapihkan alat dan bahan
Ambil beberapa sudut yang berbeda, cari jumlah bayangan yang terbentuk.
θ = 900 ; n = 3
θ = 600 ; n = 5
θ = 300 ; n = 11
Apa yang dapat anda simpulkan dari hasil eksperimen ini!
Fenomena ini menunjukan bahwa semakin kecil sudut antara dua cermin, maka makin banyak pantulan cahaya yang terjadi antara kedua cermin, sehingga makin banyak bayangan yang terbentuk pula.
Amati beberapa cermin dihadapanmu, ambilah sebuah cermin cekung! Apa yang dapat anda jelaskan tentang cermin yang anda ambil? Cermin cekung secara fisik nampak melengkung k e dalam
Gambar 3.1 Cermin Cekung di kehidupan nyata
Gambar 3.2 Bentuk Cermin Cekung
Sekarang bercerminlah dengan menggunakan cermin cekung, Coba ceritakan hasil pengamatanmu? Mengapa demikian? Terdapat beberapa hasil dari kegiatan ini 1. Ketika bercermin dengan cermin cekung dengan jarak yang cukup jauh, bayangan yang terbentuk nampak terbalik, dan juga mengecil 2. Ketika kita memperpendek jarak penglihatan kita dengan cermin, nampak bayangan membesar hingga melebihi ukuran asli mata kami, dan nampak terbalik 3. Ketika kita bercermin dengan jarak yang sangat dekat, nampak bayangan yang besar dan tidak terbalik Pada dasarnya, cermin cekung memiliki sifat pemantulan yang sama dengan cermin datar, perbedaannya karena kelengkungan cermin cekung, membuat cermin ini memiliki titik pusat lingkaran (jari-jari cermin) dan fokus, dimana nilai fokusnya adalah ½ dari Jari-jari cermin. Adanya titik fokus dan titik pusat lingkaran ini menjadi acuan pemantulan dan pembentukan bayangan pada cermin cekung. Apabila kita memantulkan cahaya dari benda menuju cermin cekung, maka Hukum snellius akan tetap berlaku dan cenderung selalu melewati titik fokus setelah dipantulkan ke cermin cekung. Begitu pula ketika kita memantulkan cahaya dari benda menuju cermin cekung melalu fokus, maka pantulan cahayanya akan bersifat sejajar (garis lurus). Garis potong pada kedua cahaya inilah yang akan menggambarkanbesarnya bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung. Gambar 3.3 sifat garis pantul cahaya pada cermin cekung, dan bayangan yang dibentuk
Oleh karena itu, hal yang terjadi pada pembentukan bayangan pada cermin cekung bervariasi, karakter bayangan bergantung pada titik potong pada kedua garis pantul cahaya tersebut.
Amati beberapa cermin dihadapanmu, ambilah sebuah cermin cembung ! Apa yang dapat anda jelaskan tentang cermin yang anda ambil?
Cermin cembung nampak melengkung ke arah luar
Gambar 3.4 Cermin cembung dikehidupan nyata
Gambar 3.5 bentuk cermin cembung
Sekarang bercerminlah dengan menggunakan cermin cembung, Coba ceritakan hasil pengamatanmu? Mengapa demikian?
Ketika bercermin menggunakan cermin cembung, nampak bayangan kami dengan ukuran yang kecil, semakin didekatkan, semakin besar bayangan yang dibentuk, namun tidak melebihi ukuran asli benda (kami) Pada dasarnya, cermin cembung memiliki sifat pemantulan yang sama dengan cermin datar, perbedaannya karena kelengkungan cermin cembung, cermin ini memiliki jari-jari dan fokus, dimana nilai fokusnya adalah ½ dari Jari-jari cermin. Adanya titik fokus ini menjadi acuan pemantulan dan pembentukan bayangan pada cer min cekung. Apabila kita memantulkan cahaya dari benda menuju cermin cembung, Hukum snellius akan tetap berlaku dan kita dapat menjadikan titik fokus dan pusat lingkaran dapat dijadikan sebagai acuan pantulan. Ketika kita memantulkan cahaya dari benda ke sembarang po sisi pada cermin cembung, maka garis pantulnya akan lurus dengan titik fokus yang ada di sisi belakang cermin. Begitu pula Gambar 3.6 Sifat garis pantul cahaya pada cermin jika kita memantulkan cahaya dari benda ke titik C (pusat cembung dan bayangan yang dibentuk lingkaran cermin) maka sudut sinar datangnya = 900 yang berarti akan terpantul kembali ke sinar datang. Apabila kita menemukan titik potong antara kedua/ketiga garis, maka kita dapat menentukan besar bayangan yang dibuat oleh cermin cembung. Oleh karena itu, Sesuai dengan karakteristik pembentukan bayangannya, maka cermin cembung akan membentuk bayangan lebih kecil, tegak, dan maya akibat dari pantulan cahaya oleh cermin cembung.
Dapatkah kita mengukur kelengkungan cermin cekung/cembung? Dihadapan kalian ada alat sperometer yang digunakan untuk mengukur kelengkungan cermin. Dengan mempelajari teksbboks dan menggunakan spirometer coba anda ukur jari-jari kelengkungan cermin? Berapa nilaianya?
Ya, dapat. Yaitu dengan menggunakan Spherometer
Cermin Cekung:
Cermin Cembung:
= 4.8 = 2.4 = 1.37 → 0.137 + = 2 (2.4) + (0.137) = 2(0.137) 5.76 + 0.187 = 0.274 5.94 = 0.27 = 22.0000 ± 0.0005 cm (pengukuran tunggal)
= 4.8 = 2,4 = 1.29 → 0.129 + = 2 (2.4) + (0.129) = 2(0.129) 5.76 + 0.166 = 0.238 5.926 = 0.238 = 22.97 ± 0.0005 cm (pengukuran tunggal)
Berdasarkan nilai kelengkungan cermin dapatkan kalian memprediksi harga fokusnya?
Dapat, karena jari – jari kelengkungan cermin dapat dihitung dengan persamaan = 2 maka jika kita telah mengetahui jari – jari kelengkungan cermin maka nilai fokusnya didapat dari persamaan
Cermin cekung
Cermin cembung
22 = = = 11 2 2
22.97 = = = 11.48 2 2
=
Coba kalian kembali melihat bayangan pada cermin cekung, gunakan jari tangan sebagai obje k benda, amati bayangannya. Coba gerakan jari tanganmu dari jarak lebih besar dari R hingga mendekati lensa, lihat perilaku bayangan yang terjadi? Ceritakan apa yang dapat kalian amati? Sekarang, prediksikan bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung, jika benda berjarak x > R, R > x > f, x < f. Ceritakan bayangan yang dapat kalian amati!
a. x > R
: bayangan terbalik, diperkecil dan posisinya berada di antara titik fokus dan
jari jari kelengkungan. b. R> x>f
: bayangan terbalik, diperbesar dan posisinya berada lebih jauh dari jarak
jari-jari kelengkungan. c. x < f
: bayangan tegak, diperbesar dan posisinya berada di belakang cermin.
Berdasarkan hasil eksperimenmu, coba gambarkan pembentukan bayangan oleh cermin cekung di ketiga tempat tersebut, gunakan perbandingan s kala yang sesuai di kertas berpetak! Apakah bentuk gambar yang anda buat sama dengan hasil eksperimemen?
Ya (Terlampir)
CERMIN CEKUNG Coba kalian kembali melihat bayangan pada cermin cekung , Letakkan benda pada berjarak x > R, R >x >f, x < f. amati bayangan yang terbentuk.
a. x > R : bayangan terbalik, diperkecil dan posisinya berada di antara titik fokus dan jari jari kelengkungan. b. R> x>f : bayangan terbalik, diperkecil dan posisinya berada lebih jauh dari jarak jari-jari kelengkungan. c. x < f : bayangan tegak, diperbesar dan posisinya berada di belakang cermin. Apa yang dapat anda simpulkan dari hasil eksperimen ini?
Bayangan benda yang dibentuk cermin cekung bergantung pada posisi benda terhadap cermin cekung. Posisi benda dapat diletakan pada jarak x>R, R>x>f, dan x
CERMIN CEMBUNG Berdasarkan hasil eksperimenmu, coba anda gambarkan pembentukan bayangan oleh cermin cembung di ketiga tempat tersebut. (Terlampir) Gunakan perbandingan skala yang sesuai) di kertas berpetak! Apakah bentuk gambar yang anda buat sama dengan hasil eksperimen? Ya, Sesuai Berdasarkan prediksi anda, bagaimana bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung? Bayangan yang akan dibentuk sesuai dengan gambar adalah Diperkecil,Tegak,Maya.
Bagaimana caranya kita mengukur bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung ? Berdasarkan sifat bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung, maka kita memerlukan bantuan cermin datar untuk dapat menciptakan bayangan yang sama besar dengan bayangan yang dibentuk oleh cermin cembung.
Apakah bayangan dapat ditangkap oleh layar? Jika tidak bagaimana cara mengatasinya?
Ya, dapat. Jika tidak dapat, maka harus dilakukan penyesuaian letak benda ataupun cermin datar. Sketsa desain pengukurannya!
Berdasarkan sketsa yang anda buat, dapatkah kita mengukur bayangan yang dibentuk oleh lensa cembung. Buatlah prosedurnya!
Ya, dapat ( prosedur?) Apakah sketsa yang anda buat sesuai dengan hasil eksperimen? Jelaskan!
Dari hasil eksperimen, hendaknya dilakukan sebuah perhitungan untuk menunjukkan S b dan S by dengan fokus tertentu. Kesimpulan apa yang dapat anda tarik dari eksperimen ini? Berdasarkan hasil pengamatan, berikan kesimpulan pembentukan bayangan yang p ada cermin cekung dan cembung.
a.
Cermin cekung : nyata, terbalik dan diperkecil.
b. Cermin cembung : maya, tegak dan diperkecil.
Tugas Inquiry 1
Turunkan persamaan di atas secara geometri.
Perbesaran adalah perbandingan besar antara Benda dan bayangan 1.
karena bentuknya tidak berubah-ubah hanya perbesaran skala, maka tinggi benda dapat dianggap sebagai pembanding yang tepat untuk mencari perbesaran 2. Karena jarak benda terhadap cer min pada cermin cekung memiliki perbandingan skala, (S=S’ saat S di C) maka dapat ditulis juga bahwa perbesaran adalah perbandingan jarak cermin ke benda dan cermin ke bayangan Dari kedua analisis didapatkanlah
Pada sudut yang dibentuk antara garis cahaya benda ke titik C dan Garis sejajar memiliki hubungan “Sudut saling membelakangi” maka sudutnya akan sama yaitu α Maka kita dapat membandingkan sesuai dengan skala segitiga dengan sudut α yang dibentuk benda, dan segitiga dengan sudut α pula yang dibentuk bayangan oleh persamaan
A
B
Segitiga benda
= ACO = tan α =
ℎ −
Segitiga bayangan = CIB = tan α = Karena M =
ℎ ℎ
=
ℎ −
(negatif karena h’ terbalik)
= - maka
− −
1 1 2 + = 1 1 1 + = Dimana p = s dan q = s’ maka
1 1 1 + = ′
(Sumber : Serway & Jewett Jilid 5 hal. 1011 – 1012)
Buatlah suatu rancangan eksperimen untuk menentukan fokus cermin cekung dan cembung (pahami sifat bayangannya)!
a) Fokus cermin cekung a. Mengukur suhu dan tekanan laboratorium sebelum bereksperimen b. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan c. Menyusun alat seperti sketsa rangkaian yang sudah dibuat
d. Menggeser lensa cekung untuk membentuk bayangan paling jelas yang terlihat pada layar e. Mengukur jarak lensa ke layar f. Mencatat jarak lensa ke layar g. Meletakkan lensa cekung di belakang lensa cembung pada holder yang sama dan dalam posisi yang tetap h. Menggerakkan posisi layar untuk membentuk bayangan paling jelas yang terlihat pada layar i.
Mengukur jarak lensa ke layar
j.
Mencatat jarak lensa ke layar
k. Mengulangi langkah d-j dengan jarak bayangan yang berbeda-beda sebanyak 5 kali l.
Membereskan alat dan bahan
m. Mengukur suhu dan tekanan laboratorium setelah bereksperimen
b) Cermin Cembung
a. Mengukur suhu dan tekanan laboratorium sebelum bereksperimen b. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan c. Menyusun alat seperti sketsa rangkaian yang sudah dibuat d. Meletakan benda dengan jarak yang dapat diubah-ubah terhadap cermin
e. Mencari bayangan yang terbentuk pada cermin cembung agar sejajar dan sama besar dengan bayangan yang terbentuk oleh cermin datar f. g. h. i. j. k. l.
Mengukur jarak benda ke cermin datar Mengukur jarak cermin datar ke cermin cembung Melakukan percobaan d-g dengan jarak yang berbeda Mengolah grafik 1/s’ = f(1/s) Mencari nilai konstanta dimana pada f(1/s) C = -1/f Megukur suhu dan tekanan ruangan Merapihkan alat dan bahan
Sumber Referensi Halliday & Resnick.2015. Fundamental Of Physics 10th Edition.United States : Wiley&Sons Inc Serway & Jewett.2014. Physics for scientist and Engineer with Modern Physics 5th Edition.United States : Thomson Stars & Brooks/cole Sutrisno.2013.Makalah: Fisika dasar Gelombang dan Optik [Online] http://library.um.ac.id/freecontents/index.php/buku/detail/fisika-dasar-gelombang-dan-optik-oleh-sutrisno-12050.html Tersedia : [7 Desember 2015] Tipler,Paul A.2012. Physics 5th Edition. New York : W.H Freeman and Company Utari,Setiya.2015.PPT: Fisika Optik Universitas Gunadarma.2014.PPT: Fisika Optik [Online]: www.academia.edu/5612190/PPT_ Fisika _ Optik
Tersedia : [8 Desember 2015]
