vii ABSTRAK
MODEL HAMBURAN PARTIKEL ALFARUTHERFORD DAN PENGUKURAN KONSTANTA HAMBURAN
Telah dilakukan eksperimen model hamburan partikel alfa Rutherford dan pengukuran nilai konstanta hamburan yang diperagakan oleh kelereng yang bergerak menuju piringan plastik. Piringan plastik ini berbentuk bukit. Bentuk permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Kelereng berperan sebagai partikel alfa yang digunakan untuk menembak inti atom. Gerak kelereng dari mulai bergerak sampai melewati bukit plastik direkam menggunakan kamera video. Sudut hamburan dan parameter impak diperoleh dari hasil analisis video menggunakan software LoggerPro. Sudut hamburan dipengaruhi oleh nilai parameter impak b dan ketinggian awal kelereng H. Sudut hamburan berbanding terbalik dengan parameter impak dan ketinggian awal kelereng. Sudut hamburan digunakan untuk menentukan nilai konstanta hamburan. Konstanta hamburan yang diperoleh ketika H tetap untuk setiap nilai b yang berbeda adalah(3125 ± 155) . Sedangkan konstanta hamburan yang diperoleh ketika b tetap untuk setiap nilaiHyang berbeda adalah(6676 ± 207) .
viii
ABSTRACT
ALFA RUTHERHFORD PARTICLE SCATTERING MODEL AND SCATTERING CONSTANTS MEASUREMENT.
Alfa Rutherford particle scattering model experiment and scattering constants value measurement which were demonstrated by marble which were moving to the plastic disc has been done. The plastic disc has the shape of a hill. The shape of plastic hill surface was made following the grafic of . Marble has a role as alfa particle which was used to shoot the nucleus. The moving of the marble from start moving until passing the plastic hill was recorded by video camera. Scattering angle and impact parameter were obtained from the video analysis result using LoggerPro software. Scattering angle was influenced by impact parameter value band marble initial heightH. Scattering angle inversely proportional with impact parameter and marble initial height. Scattering angle was used to determine scattering constants value. Scattering constants which was obtained when H was constant for each value of bwhich was different was
(3125 ± 155) . Whereas, scattering constants which was obtained when bis constant for each value ofHwhich is different is (6676 ± 207) .
MODEL HAMBURAN PARTIKEL ALFA RUTHERFORD DAN
PENGUKURAN KONSTANTA HAMBURAN
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh: Serly Eka Febriana
NIM : 101424055
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
i
MODEL HAMBURAN PARTIKEL ALFA RUTHERFORD DAN
PENGUKURAN KONSTANTA HAMBURAN
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Fisika
Oleh: Serly Eka Febriana
NIM : 101424055
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN
Kebanggaan terbesar adalah bukan tidak pernah gagal, tetapi bangkit kembali
setiap kali terjatuh
~ Confusius ~
Usaha, karya, kelulusanku Kupersembahkan dengan bangga kepada:
Bapakku tersayang Sarjan
Ibuku Ely Narulita
Megi Dwi S, Icha Tri L
vii ABSTRAK
MODEL HAMBURAN PARTIKEL ALFARUTHERFORD DAN PENGUKURAN KONSTANTA HAMBURAN
Telah dilakukan eksperimen model hamburan partikel alfa Rutherford dan pengukuran nilai konstanta hamburan yang diperagakan oleh kelereng yang bergerak menuju piringan plastik. Piringan plastik ini berbentuk bukit. Bentuk permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Kelereng berperan sebagai partikel alfa yang digunakan untuk menembak inti atom. Gerak kelereng dari mulai bergerak sampai melewati bukit plastik direkam menggunakan kamera video. Sudut hamburan dan parameter impak diperoleh dari hasil analisis video menggunakan software LoggerPro. Sudut hamburan dipengaruhi oleh nilai parameter impak b dan ketinggian awal kelereng H. Sudut hamburan berbanding terbalik dengan parameter impak dan ketinggian awal kelereng. Sudut hamburan digunakan untuk menentukan nilai konstanta hamburan. Konstanta hamburan yang diperoleh ketika H tetap untuk setiap nilai b yang berbeda adalah(3125 ± 155) . Sedangkan konstanta hamburan yang diperoleh ketika b tetap untuk setiap nilaiHyang berbeda adalah(6676 ± 207) .
viii
ABSTRACT
ALFA RUTHERHFORD PARTICLE SCATTERING MODEL AND SCATTERING CONSTANTS MEASUREMENT.
Alfa Rutherford particle scattering model experiment and scattering constants value measurement which were demonstrated by marble which were moving to the plastic disc has been done. The plastic disc has the shape of a hill. The shape of plastic hill surface was made following the grafic of . Marble has a role as alfa particle which was used to shoot the nucleus. The moving of the marble from start moving until passing the plastic hill was recorded by video camera. Scattering angle and impact parameter were obtained from the video analysis result using LoggerPro software. Scattering angle was influenced by impact parameter value band marble initial heightH. Scattering angle inversely proportional with impact parameter and marble initial height. Scattering angle was used to determine scattering constants value. Scattering constants which was obtained when H was constant for each value of bwhich was different was (3125 ± 155) . Whereas, scattering constants which was obtained when bis constant for each value ofHwhich is different is (6676 ± 207) .
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang selalu memberikan berkat dan anugerah-Nya, sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.Skripsi yang telah dibuat dan disusun oleh penulis berjudul: ”Model Hamburan Partikel Alfa Rutherford dan Pengukuran Konstanta Hamburan”
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pendidikan pada Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik karena adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Ig. Edi Santosa, M.S. selaku dosen pembimbing dan Kaprodi Pendidikan Fisika, yang telah membimbing dan memberi pengarahan dalam penyusunan skripsi dari awal hingga akhir.
2. Bapak Petrus Ngadiono selaku laboran Laboratorium Pendidikan Fisika yang telah membantu menyiapkan alat-alat eksperimen.
3. Kedua orang tuaku tersayang Sarjan dan Ely Narulita, yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan moral serta materil selama penulis menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.
x
5. Natanael Jalung Liah, S.Pd yang menjadi penyemangat, selalu menemani disaat senang maupun susah, dan atas semua doa serta nasihatnya. I’II always love you.
6. Teman-teman bimbingan skripsi, Dian, Nino, Bekti, El, Mba Ayas, Mba Willy, Mba Ari, Mba Osri, Mba Galuh yang menjadi penyemangat dan penginspirasi.
7. Sahabatku Indah, Lindra, Nadia, Titok, Kirun, dan Ardi yang tak hentinya memberikan semangat. Terima kasih telah menjadi sahabat yang selalu ada. 8. Seluruh mahasiswa Pendidikan Fisika angkatan 2010 yang telah berjuang dan
berdinamika bersama.
9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis dengan rendah hati menerima kritik dan saran yang membangun dari semua pihak. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
xi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS……….…
A. Hamburan Partikel Alfa Rutherford..………...…
B. Model Hamburan Partikel Alfa Rutherford...…
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Persiapan Alat……….…
B. Pengujian bukit plastik yang digunakan selama eksperimen...
C. Penentuan Sudut Hamburan………. D. Penentuan Konstanta Hamburan………... BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil...
1. Hasil Pengujian Bukit Palstik...……….
xii
2. HasilAnalisisSudutHamburan……….... 3. HasilAnalisis Konstanta Hamburan………...
B. Pembahasan………...…
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan………..
B. Saran ………..… DAFTAR PUSTAKA………..… LAMPIRAN………...…….
36
46
51
59
60
61
xiii
DAFTAR TABEL
TABEL 4.1 Sudut hamburan yang diperoleh ketika nilai H tetap untuk setiap nilaibyang berbeda pada set pertama.…... 42 TABEL 4.2 Sudut hamburan yang diperoleh ketika nilai H tetap untuk
setiap nilaibyang berbeda pada set kedua….………. 43 TABEL 4.3 Sudut hamburan yang diperoleh ketika nilai b tetap yaitu
(0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilai H yang berbeda.………... 47 TABEL 4.4 Besarnya nilai untuk menentukan nilai konstanta
hamburan pada model hamburan partikel alfa ketika nilai H
tetap untuk berbagai nilaibyang berbeda pada set pertama…… 48 TABEL 4.5 Besarnya nilai untuk menentukan nilai konstanta
hamburan pada model hamburan partikel alfa ketika nilai H
tetap untuk berbagai nilaibyang berbeda pada setkedua...…… 49 TABEL 4.5 Besarnya nilai untuk menentukan nilai konstanta
xiv
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR 2.1 Model atom Thomson...……... 1 GAMBAR 2.2 Susunan alat eksperimen hamburan partikel alfa
Rutherford... 8 GAMBAR 2.3 Model atom Rutherford….……... 9 GAMBAR 2.4 Hamburan partikel alfa menurut Rutherford... 10 GAMBAR 2.5 Variabel dalam hamburan partikel alfa menurut
Rutherford... 12 GAMBAR 2.6 Posisi kelereng pada bukit plastik………. 14 GAMBAR 2.7 Susunan model hamburan partikel alfa……… 15 GAMBAR 2.8 Hamburan kelereng pada model hamburan partikel alfa.. 16 GAMBAR 3.1 Foto bukit plastik sebagai inti atom... 19 GAMBAR 3.2 Posisi kelereng pada bukit plastik ... 19 GAMBAR 3.3 Nama pada setiap garis di kertas manila……… 20 GAMBAR 3.4 Susunan alat eksperimen model hamburan partikel alfa
Rutherford………. 22
GAMBAR 3.5 Foto susunan alat eksperimen model hamburan partikel
alfa Rutherford……….. 23
GAMBAR 3.6 Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil foto
dimasukkan………... 24
GAMBAR 3.7 Ikon “set scale”untuk menentukan ukuran yang
sesungguhnya……… 25
GAMBAR 3.8 Ikon “set origin” untuk menentukan origin dan “add point” untuk mengambil data……… 25 GAMBAR 3.9 Titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal
(x) dan posisi vertikal (y)……….. 26 GAMBAR 3.10 Ikon “curve fit” untuk mem”fit” data………... 26 GAMBAR 3.11 Tampilan pada LoggerPro setelah meng-klik ikon
xv
GAMBAR 3.12 Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil rekaman
video dimasukkan………. 28
GAMBAR 3.13 Ikon “video analysis” untuk menganalisavideo………... 29 GAMBAR 3.14 Ikon “set scale” untuk menentukan ukuran yang
sesungguhnya……… 29
GAMBAR 3.15 Ikon “add point” untuk mengambil data pada video…… 30 GAMBAR 3.16 Ikon “photo distance ” untuk mengukur jarak kelereng
terhadap inti……….. 30
GAMBAR 3.17 A: Ikon “examine ” untuk mengetahui posisi kelereng saat mulai berbelok.
B: Ikon “liner fit” untuk fit data menjadi linier………… 31 GAMBAR 4.1 Analisa foto pada bukit plastik menggunakan software
LoggerPro... 35 GAMBAR 4.2 Grafik hubunganhterhadapr………... 36 GAMBAR 4.3 Jejak lintasan kelereng ketika parameter impak besar….. 38 GAMBAR 4.4 Grafik hubungan posisi Y terhadap X ketika parameter
impak besar... 38 GAMBAR 4.5 Jejak lintasan kelereng ketika parameter impak kecil… 39 GAMBAR 4.6 Grafik hubungan posisi Y terhadap X ketika parameter
impak kecil... 40 GAMBAR 4.7 Jejak lintasan kelereng ketikaHsebesar 0,094 m…...… 43 GAMBAR 4.8 Grafik posisi Y terhadap X ketika Hsebesar 0,094 m... 43 GAMBAR 4.9 Jejak lintasan kelereng ketika H sebesar
0,024m... 44 GAMBAR 4.10 Grafik posisi Y terhadap X ketika H sebesar
0,024m... 45 GAMBAR 4.11 Grafik hubungancot( )terhadapbketikaH= 0,024m... 48 GAMBAR 4.12 Grafik hubungancot( )terhadapHketikab= 0,071m...
1 BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Bagian terkecil penyusun suatu materi yang tidak dapat dibagi-bagi lagi disebut atom [Baiquni, 1991]. Pengertian tersebut merupakan konsep mula-mula tentang atom. Model atom berkembang sejak abad sebelum masehi hingga saat ini. Para ilmuwan mencoba melakukan beberapa eksperimen tentang atom untuk meneliti tentang atom itu sendiri.
Salah satu ilmuwan yang meneliti tentang atom adalah Rutherford. Menurut Rutherford berdasarkan ekperimen hamburan partikel alfanya, atom memiliki inti atom yang terletak di titik pusat atom tersebut. Salah satu sifat yang dimiliki atom yaitu atom sangatlah kecil, jari-jari atom sekitar 0,1 nm [Krane, 1992]. Sangatlah tidak mudah melihat atom dengan mata telanjang atau tanpa bantuan alat, apalagi untuk melihat inti atom yang menurut Rutherford berada pada titik pusat atom tersebut.
menggunakan video mirip dengan metode pembelajaran dengan simulasi komputer yaitu siswa belajar konsep fisika dengan melihat dan mengamati gambar atau peristiwa lewat gambar yang ditayangkan. Siswa hanya mengamati dan melihat lewat layar monitor saja, setelah itu mendiskusikannya. Akibatnya, siswa tidak dapat berinteraksi, merasakan dan melihat secara langsung kejadian dari peristiwa yang terjadi selama percobaan.
Salah satu metode yang dapat digunakan oleh pengajar agar siswa dapat berinteraksi secara langsung yaitu dengan menggunakan metode eksperimen. Syarat yang diperlukan untuk melakukan eksperimen yaitu tersedianya perlengkapan alat eksprimen. Perlengkapan alat eksperimen hamburan partikel alfa Rutherford seperti partikel alfa, layar timbal, lempengan tipis emas, layar Zink sulfide dan mikroskop harganya relatif mahal. Selain itu cara penggunaan alatnya juga cukup sulit dan dalam pelaksanaanya membutuhkan waktu yang tidak sebentar. Hal ini menyebabkan pengajar baik guru maupun dosen kesulitan untuk memberikan gambaran serta eksperimen pada siswa tentang peristiwa hamburan partikel alfa Rutherford.
hamburan yang terjadi pada model hamburan partikel alfa sama dengan peristiwa hamburan yang terjadi dalam eksperimen yang dilakukan Rutherford. Bukit plastik berperan sebagai inti atom dan kelereng berperan sebagai partikel alfa.
Jejak hamburan dapat digunakan untuk menentukan besarnya nilai konstanta hamburan. Dalam eksperimen-eksperimen fisika biasanya menggunakan kertas karbon untuk memperoleh suatu jejak. Namun, penggunaan kertas karbon untuk memperoleh jejak hamburan kelereng pada model hamburan partikel alfa cukup sulit. Kesulitan yang dihadapi yaitu sulit untuk meletakkan kertas karbon pada model inti atom. Jejak yang dihasilkan pada kertas karbon juga tidak tampak jelas.
Video dapat digunakan untuk memperoleh jejak hamburan. Penggunaan video untuk memperoleh jejak hamburan lebih mudah dibandingkan dengan menggunakan kertas karbon. Dalam pengambilan video siswa dapat menggunakan kamera pocket, DSLR, kamera HP atau menggunakan peralatan lain yang dapat digunakan untuk merekam. Saat ini peralatan tersebut bukanlah merupakan barang yang sulit untuk mereka dapatkan. Dengan bantuan perangkat ini pelaksanaan eksperimen menjadi relatif mudah dan lebih cepat, hasil eksperimen dapat langsung ditampilkan, proses dapat diikuti secara waktu nyata, dan hasil pengukuran dapat diolah untuk dimanfaatkan lebih lanjut [Santosa, 2012].
membuat siswa lebih aktif selama proses pembelajaran. Analisis data hasil eksperimen hamburan partikel alfa Rutherford menggunakan model inti atom yaitu menggunakan komputer yang dilengkapi dengan software LoggerPro tentunya dapat mengembangkan kemampuan siswa dalam menganalisa video dengansoftwareLoggerPro.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut dapat dirumuskan masalah yaitu : 1. Bagaimana cara menunjukkan peristiwa hamburan partikel alfa secara
langsung menggunakan model hamburan partikel alfa?
2. Bagaimana cara menentukan nilai konstanta hamburan pada model hamburan partikel alfa?
C. Batasan Masalah
Pada penelitian ini, masalah dibatasi pada:
1. Model hamburan partikel alfa menggunakan kelereng sebagai partikel alfa dan bukit plastik sebagai inti atom.
2. Software yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisa data adalah LoggerPro.
D. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui cara menunjukkan peristiwa hamburan partikel alfa secara langsung menggunakan model hamburan partikel alfa.
2. Mengetahui cara menentukan nilai konstanta hamburan pada model hamburan partikel alfa.
E. Manfaat Penelitian 1. Bagi Peneliti
a. Mengetahui metode lain untuk mempelajari hamburan partikel alfa. b. Melihat secara langsung peristiwa hamburan partikel alfa pada model
hamburan partikel alfa.
c. Mengetahui cara menentukan nilai konstanta hamburan.
d. Mengembangkan kemampuan menganalisa video dengan software
LoggerPro.
2. Bagi Pembaca
a. Mengetahui cara melakukan eksperimen menggunakan model hamburan partikel alfa Rutherford.
b. Dapat memanfaatkan video sebagai alat untuk memperoleh jejak pada eksperimen fisika.
F. Sistematika Penulisan BAB I Pendahuluan
Bab I menguraikan latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penelitian.
BAB II Dasar Teori
Bab II berisi teori-teori mengenai hamburan partikel alfa Rutherford dan model hamburan partikel alfa.
BAB III Metode Eksperimen
Bab III menguraikan mengenai alat, metode penelitian, cara menganalisa data.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab IV berisi hasil pengolahan data dan pembahasan dari hasil eksperimen yang diperoleh.
BAB V Penutup
7 BAB II
DASAR TEORI
A. Hamburan Partikel Alfa Rutherford
Pada abad kesembilan belas para ilmuwan menerima gagasan bahwa unsur kimia terdiri dari atom-atom tanpa mengetahui tentang atom itu sendiri [Beiser, 1987]. Pada tahun 1897 J. J. Thomson menemukan partikel yang bermuatan negatif yaitu elektron. Atom mengandung elektron sedangkan atom muatan listriknya netral, maka setiap atom harus mengandung cukup materi bermuatan positif untuk mengimbangi muatan negatif elektron-elektronnya. Setelah menemukan elektron, Thomson mengusulkan suatu model atom. Model atom menurut Thomson merupakan bola masif yang bermuatan positif yang terdistribusi merata dalam volume atom dan elektron-elektron yang tersebar diseluruh muatan positifnya [Kusminarto, 2011]. Model atom Thomson sering disebut model roti kismis dimana muatan positif sebagai roti dan elektron sebagai kismisnya seperti gambar 2.1.
Tidak lama setelah Thomson mengemukakan model atom “roti kismisnya”Rutherford dan mahasiswanya yang bernama Geiger dan Marsden melakukan sebuah percobaan yang ternyata hasilnya meruntuhkan model atom Thomson [Klinken, 1991]. Rutherford menggunakan partikel alfa sebagai peluru untuk menembak inti atom atau sebagai bahan penyelidik atomnya. Sebuah bahan pemancar partikel alfa di letakkan di belakang lempengan timbal yang mempunyai lubang kecil, sehingga menghasilkan berkas partikel alfa yang tajam. Berkas ini diarahkan pada lempengan tipis emas. Partikel alfa yang terhambur dideteksi dengan layar Zink sulfide dan diamati dengan mikroskop seperti gambar 2.2 [Kusminarto, 2011].
Gambar 2.2. Susunan alat eksperimen hamburan partikel alfa Rutherford.
sangat besar. Bahkan sebagian kecil terhambur dengan arah yang berlawanan dengan arah semula [Beiser, 1987].
Rutherford melihat bahwa hamburan partikel alfa yang besar terjadi jika ada gaya yang besar juga. Hal ini dapat terjadi jika muatan positif itu terkonsentrasi di pusat atom dan bukan tersebar diseluruh volume atom tersebut. Oleh sebab itu, model atom Thomson tidak dapat digunakan untuk menjelaskan peristiwa yang diamati oleh Rutherford dalam eksperimen hamburan partikel alfanya. Rutherford mengusulkan model atom yang terdiri inti masif yang bermuatan positif dan elektron-elektron mengelilingi inti tersebut seperti pada gambar 2.3 [Kusminarto, 2011].
Gambar 2.3. Model atom Rutherford.
membelok atau terhambur. Sehingga setelah melewati inti atom partikel bergerak sepanjang suatu lintasan yang terhambur, sebesar sudut θ, dari arah gerak semula. Sudut hamburan θ merupakan sudut yang dibentuk oleh
garis-garis asimtot yang menunjukan arah datang partikel alfa dan arah terhamburnya partikel alfa. Peristiwa hamburan partikel alfa Rutherford seperti gambar 2.4.
Gambar 2.4. Hamburan partikel alfa menurut Rutherford.
Gaya listrik tolak menolak antara partikel alfa dan inti merupakan satu-satunya gaya yang beraksi pada peristiwa ini. Partikel alfa dan inti saling tolak menolak karena partikel alfa dan inti sama-sama bermuatan positif. Inti begitu masif dibandingkan dengan partikel alfa, sehingga inti tidak bergerak ketika terjadi proses hamburan [Krane, 1992]. Gaya tolak Coulomb antara partikel alfa dan inti atom pada hamburan partikel alfa Rutherford adalah
=( )( ) (2.1)
Elektron-elektron yang berada di sekitar inti atom mempunyai efek yang sangat kecil untuk membelokkan partikel alfa yang bermassa besar. Oleh karena itu, Rutherford mengabaikan interaksi antara elektron dengan partikel alfa dalam eksperimennya.
Energi potensial yang dimiliki oleh partikel alfa dengan muatan +2e
berjarakrterhadap inti atom dengan muatanZeseperti gambar 2.4 adalah
= (2.2)
Dengan menyederhanakan persamaan (2.2) diperoleh
= (2.3)
dimanac = ,cadalah konstanta.
Ketika nilai r minimum maka energi potensial yang dimiliki partikel alfa maksimum dan energi kinetiknya minimum. Dengan menganggap V=0 ketika partikel berada jauh dengan inti atom, maka energi total partikel alfa adalah = = . Pada jarakrmin,kecepatan partikel alfa adalahvmindan berlaku:
= + = (2.4)
Gambar 2.5. Variabel dalam hamburan partikel alfa menurut Rutherford.
Inti atom tetap diam selama partikel alfa melewatinya. Energi kinetik
K yang dimiliki oleh partikel alfa tetap konstan dan nilai momentum partikel alfa juga tetap konstan. Perubahan momentum partikel alfa ∆ selama peristiwa hamburan adalah
∆ = 2 (2.5)
dimana ∆ adalah perubahan momentum total partikel alfa, m adalah massa partikel alfa, v adalah kecepatan awal partikel alfa, dan adalah sudut hamburan. Karena Impuls ∫ berarah sama dengan arah perubahan momentum∆ seperti gambar 2.5 maka besarannya sama dengan
∆ = |∫ | = ∫ cos (2.6)
dengan menyatakan sudut sesaat antaraFdan∆ sepanjang lintasan partikel alfa. Variabel t dalam persamaan (2.6) diganti dengan dan batas integrasinya berubah menjadi -1/2(π-θ) dan +1/2(π-θ), sehingga
∆ = ∫ ( ) cos
Ketika partikel alfa mendekati inti, momentum sudut yang dimiliki oleh partikel alfa disekitar inti adalah konstan.
= (2.8)
dengan m adalah massa partikel alfa, v adalah kecepatan partikel alfa semula (di tempat yang sangat jauh dari inti), b adalah parameter impak, r adalah jarak antara partikel alfa dan inti atom, dan adalah komponen kecepatan partikel alfa disuatu titik dalam lintasan dekat inti. Dengan mengsubsitusikan persamaan dari persamaan (2.8) ke dalam persamaan (2.7) memberikan
∆ = ∫ ( ) cos
( ) (2.9)
Dengan mensubsitusikan persamaan (2.1) ke dalam persamaan (2.9) menghasilkan persamaan sudut hamburan sebagai berikut [Beiser, 1987] :
cot = (2.10)
Dengan menyederhanakan persamaan (2.10) diperoleh
= (2.11)
dimana = , adalah konstanta.
B. Model Hamburan Partikel Alfa Rutherford
Model hamburan partikel alfa Rutherford menggunakan model inti atom diperagakan oleh kelereng yang bergerak menuju piringan plastik. Kelereng berperan sebagai partikel alfa yang digunakan untuk menembak inti atom. Piringan plastik ini berbentuk bukit. Bukit plastik berperan sebagai inti atom. Permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Besarnya energi potensial yang dimiliki oleh kelereng yang memiliki massa sebesar m berada pada ketinggian h dari dasar bukit dengan jarakr terhadap pusat bukit seperti gambar 2.6 adalah
Gambar 2.6. Posisi kelereng pada bukit plastik.
= ℎ (2.12)
Bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh kelereng ketika berada pada ketinggian hdari dasar bukit dengan jarak r terhadap pusat bukit dibuat sama dengan bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh partikel alfa bermuatan+2eberjarakrterhadap inti atom bermuatanZeseperti persamaan (2.3). Maka bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh kelereng pada bukit dari persaman (2.12) menjadi
dimana = , adalah konstanta danhadalah ketinggian kelereng ketika berjarakrterhadap pusat piringan.
Nilaihdibuat sebanding nilai dari bentuk persamaan energi potensial partikel alfa pada persamaan (2.3) dan bentuk persamaan energi potensial kelereng pada persamaan (2.13). Bentuk persamaan energi potensial partikel alfa dan energi potensial kelereng dibuat sama agar peristiwa hamburan yang terjadi pada model hamburan partikel alfa sama dengan peristiwa hamburan yang terjadi dalam eksperimen yang dilakukan Rutherford.
Susunan model hamburan partikel alfa Rurherford seperti pada gambar 2.8.
Gambar 2.7. Susunan model hamburan partikel alfa.
Gambar 2.7 merupakan susunan model hamburan partikel alfa. Kelereng bermassa m diletakkan pada ketinggian awal H dari dasar peluncur. Sehingga kelereng memiliki energi potensial awal sebesar
= (2.14)
= (2.15) Energi potensial akhir ketika kelereng berada pada ketinggian nol dari dasar adalah V=0. Kecepatan kelereng sebesar v digunakan sebagai kecepatan kelereng menuju pusat bukit plastik. Sesuai dengan hukum kekekalan energi maka kecepatan kelereng menuju pusat bukit adalah
= 2 (2.16)
dimana adalah kecepatan kelereng menuju bukit, g adalah gaya gravitasi dan H adalah ketinggian awal kelereng pada peluncur. Hamburan kelereng pada model hamburan partikel alfa seperti gambar 2.9.
Gambar 2.8. Hamburan kelereng pada model hamburan partikel alfa.
Hamburan kelereng tergantung oleh kecepatan kelereng dan parameter impak. Kecepatan kelereng menuju pusat bukit dipengaruhi oleh ketinggian awal kelereng. Energi total yang dimiliki oleh kelereng pada model hamburan partikel alfa adalah konstan. Energi kinetik yang dimiliki oleh kelereng berdasarkan hukum kekekalan energi diperoleh
= (2.17)
Dengan mengsubsitusikan persamaan (2.18) kedalam persamaan (2.11) menghasilkan persamaan sudut hamburan pada model hamburan partikel alfa sebagai berikut:
= (2.19)
Dengan menyederhanakan persamaan (2.19) diperoleh
= (2.20)
dimana = , adalah konstanta dan H adalah keltinggian awal kelereng dari dasar peluncur.
18 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan peristiwa hamburan partikel alfa secara langsung menggunakan sebuah model dan menentukan nilai konstanta hamburannya. Model hamburan partikel alfa Rutherford diperagakan oleh kelereng yang bergerak menuju pusat piringan plastik. Piringan plastik ini berbentuk bukit. Bentuk permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Bukit plastik berperan sebagai inti atom dan kelereng berperan sebagai partikel alfa.
Konstanta hamburan dapat diperoleh setelah memperoleh nilai sudut hamburannya. Dari gambar 2.4 sudut hamburan dipengaruhi oleh parameter impakbdan kecepatan awal partikel alfa. Kecepatan awal partikel alfa tergantung pada ketinggian awal kelereng. Sudut hamburan diperoleh dari jejak lintasan kelereng hasil dari analisa video. Penelitian ini dibagi ke dalam 4 tahapan, yaitu: (1) persiapan alat, (2) pengujian pada bukit plastik yang digunakan selama eksperimen, (3) menentukan besarnya sudut hamburan dengan memvariasikan ketinggian awal kelereng dan parameter impaknya, dan (4) menentukan nilai konstanta hamburan.
A. Persiapan Alat
1. Bukit plastik plastik
Bukit plastik pada model hamburan partikel alfa seperti gambar 3.1.
Gambar 3.1. Foto bukit plastik sebagai inti atom.
Bentuk permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh kelereng ketika berada pada ketinggian h dari dasar bukit dengan jarak r terhadap pusat bukit seperti gambar 3.2 dibuat sama dengan bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh partikel alfa bermuatan +2e berjarak r terhadap inti atom bermuatanZeseperti persamaan (2.3).Nilaihdibuat sebanding nilai dari bentuk persamaan energi potensial partikel alfa pada persamaan (2.3) dan bentuk persamaan energi potensial kelereng pada persamaan (2.13).
Gambar 3.2. Posisi kelereng pada bukit plastik.
2. Peluncur
Peluncur digunakan sebagai media lintasan kelereng untuk bergerak menuju model inti atom. Selain itu peluncur digunakan untuk mengatur kecepatan kelereng menuju bukit pastik dengan meletakkan kelereng pada peluncur dengan ketinggian awalHtertentu.
3. Kelereng
Kelereng berperan sebagai partikel alfa. Pada penelitian ini kelereng digunakan sebagai penembak model inti atom.
4. Kertas manila
Kertas manila sebagai alas model hamburan partikel alfa yang dibuat garis-garis dengan nilai tiap intervalnya adalah 1 cm. Garis-garis ini digunakan untuk mengatur perpindahan peluncur agar perpindahannya teratur setiap 1 cm. Setiap garis diberi tanda. Tanda pada set pertama diberi nama nomor dan tanda pada set kedua diberi nama huruf seperti gambar 3.3.
Gambar 3.3. Nama pada setiap garis di kertas manila. Set pertama
5. Kertas karton
Kertas karton digunakan sebagai alas model hamburan partikel alfa agar permukaan peluncur disetiap posisi dengan model inti atom tetap sama.
6. Kamera
Kamera digunakan untuk mengambil data dengan cara merekam dalam bentuk video. Kamera diletakkan pada tripod kemudian tripod dijepit menggunakan statif agar dapat mengatur posisi kamera tegak lurus dengan model inti atom.
7. Komputer
A
Alat-alat kemudian dirangkai seperti gambar 3.4 dan 3.5 berikut:
Gambar 3.4. Susunan alat eksperimen model hamburan partikel alfa Rutherford.
Gambar 3.5. Foto susunan alat eksperimen model hamburan partikel alfa Rutherford.
B. Pengujian Bukit Plastik Yang Digunakan Selama Eksperimen
Bukit plastik yang berperan sebagai inti atom dalam model hamburan partikel alfa. Permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh kelereng ketika berada pada ketinggianh dari dasar bukit dengan jarakr terhadap pusat bukit dibuat sama dengan bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh partikel alfa bermuatan+2e berjarak rterhadap inti atom bermuatanZe seperti persamaan (2.3).Nilai h dibuat sebanding nilai dari bentuk persamaan energi potensial partikel alfa pada persamaan (2.3) dan bentuk persamaan energi potensial kelereng pada persamaan (2.13).
penelitian lebih lanjut tentang hamburan partikel alfa Rutherford harus dilakukan pengujian terlebih dahulu pada bukit plastik tersebut.
Langkah penelitian pada model inti atom adalah: 1. Model inti atom difoto seperti pada gambar 3.1.
2. Hasil foto kemudian ditampilkan ke dalam LoggerPro untuk dianalisis dengan cara memilih menu insert pilih “picture” selanjutnya memilih “picture withphoto analysis”, seperti gambar 3.6 berikut.
Gambar 3.6. Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil foto dimasukkan.
Gambar 3.7.Ikon “set scale”untuk menentukan ukuran yang sesungguhnya. 4. Untuk memperoleh nilai r dan h pada setiap titik digunakan “set origin”
dan “add point” pada LoggerPro seperti gambar 3.8. Ikon “set origin” ditandai dengan lingkaran warna merah dan ikon “add point” ditandai
dengan lingkaran warna ungu pada gambar berikut.
5. Saat memberikan titik-titik pada permukaan inti atom seperti pada panah merah secara otomatis akan muncul titik-titik yang membentuk grafik hubungan posisi horizontal (x) dan posisi vertikal (y) ditunjukkan dengan panah berwarna hitam seperti gambar 3.9.
Gambar 3.9. Titik-titik yang membentuk grafik pada posisi horizontal (x) dan
posisi vertikal (y).
6. Titik-titik data diblok pada salah satu bagian terlebih dahulu. Untuk mem”fit” datadigunakan ikon “curve fit” dibagian atas, yang ditandai dengan lingkaran berwarna merah pada gambar 3.10.
7. Setelah memilih ikon “curve fit” akan muncul tampilan seperti pada gambar 3.11. General Equation menyediakan berbagai persamaan yang dapat dipiih untuk mem”fit” data. Jika persamaan yang diinginkan belum tersedia, dapat digunakan “Define Function” kemudian ketik persamaan
yang diinginkan.
Gambar 3.11. Tampilan pada LoggerPro setelah meng-klik ikon “curve fit”.
C. Penentuan Sudut Hamburan
Sudut hamburan dipengaruhi oleh kecepatan kelereng menuju bukit dan parameter impak. Kecepatan kelereng menuju bukit pada model hamburan partikel alfa tergantung pada ketinggian awal kelereng. Terdapat tiga kegiatan yang dilakukan untuk menentukan sudut hamburan: (1) memvariasikan nilai parameter impak b dengan ketinggian awal kelereng H yang tetap, (2) memvariasikan ketinggian awal kelereng H dengan nilai parameter impak b
C.1. Langkah penentukan sudut hamburan ketika H tetap untuk setiap nilai b
adalah :
1. Alat dirangkai seperti pada gambar 3.4.
2. Kelereng diletakkan pada peluncur dengan ketinggian tertentu kemudian kelereng dilepaskan. Ketinggian ini digunakan sebagai ketinggian awal kelerengH.
3. Gerak kelereng direkam menggunakan kamera mulai dari awal kelereng dilepaskan sampai kelereng melewati bukit plastik.
4. Hasil rekaman video kemudian ditampilkan ke dalam LoggerPro untuk dianalisis dengan cara memilih menu insert pilih movie, seperti pada gambar 3.12 berikut.
Gambar 3.12. Tampilan awal pada LoggerPro sebelum hasil rekaman video
dimasukkan.
Gambar 3.13. Ikon “video analysis” untuk menganalisa video. 6. Untuk menentukan ukuran yang sesungguhnya digunakan ikon “set
scale”. Cursor diarahkan pada acuan, kemudian menarik garis lurus dari ujung atas acuan sampai ujung bawah acuan. Nilai panjang acuan diisikan pada jendela scale seperti gambar 3.14.
. Gambar 3.14. Ikon “set scale” untuk menentukan ukuran yang
sesungguhnya.
Gambar 3.15.Ikon “add point”untuk mengambil data pada video. 8. Setelah diperoleh jejak lintasan kelereng, untuk mengukur parameter
impakbdigunakanikon “photo distance”seperti gambar 3.16.
Gambar 3.16.Ikon “photo distance”untuk mengukur jarak kelereng
terhadap inti.
Gambar 3.17. A: Ikon “examine ” untukmengetahui posisi kelereng saat lintasannya linier.
B: Ikon “liner fit” untuk fit data menjadi linier.
10. Langkah 3 sampai 9 diulangi untuk tiap nilaibyang berbeda.
C.2. Langkah penentukan sudut hamburan ketika b tetap untuk setiap nilai H
yang berbeda adalah :
Langkah penentukan besarnya sudut hamburan ketika b tetap maka posisi peluncur dibuat tetap untuk setiap ketinggian awal kelereng H
yang berbeda. Langkah eksperimen dan analisis video sama dengan yang dilakukan pada C.1.
C.3. Perhitungan sudut hamburan
Hamburan kelereng ketika kelereng terhambur kurang dari 90° yaitu jika lintasan kelereng tidak dibelokkan kearah semula seperti gambar 2.9. Titik data pada grafik Y terhadap X yang ditampilkan di
LoggerPro diblok saat lintasan kelereng linier dan difit menggunakan “linier fit” pada LoggerPro. Nilai gradiennya digunakan untuk
menentukan sudut hamburan . Untuk menentukan sudut hamburan ketika kelereng terhambur dengan sudut kurang dari 90° cara yang digunakan adalah
=∆
∆ (3.1)
= tan (3.2)
dimana m adalah gradien yang diperoleh dari grafik dan adalah sudut hamburannya. Sedangkan untuk menentukan sudut hamburan ketika kelereng terhambur dengan sudut lebih dari 90°yaitu
= 180 − (3.3)
dimana = sudut hamburan
= tan
m = nilai gradien yang diperoleh dari grafik Y terhadap X
D. Penentuan Nilai Konstanta Hamburan
Penentukan nilai konstanta hamburan ketika H tetap, grafiknya merupakan grafik hubungan antara cot terhadap b. Sedangkan penentuan nilai konstanta hamburan ketika b tetap, grafiknya merupakan grafik hubungan antara cot terhadap H. Titik-titik data pada grafik difit menggunakan persamaan linier pada software LoggerPro. Nilai gradien dari grafik ini digunakan untuk mencari nilai konstanta hamburannya, yaitu dengan cara:
1) Cara mencari nilaikketikaHtetap danbberubah-ubah Dengan menggunakan persamaan (2.20) yaitu
cot =
nilai gradiennya m = H, sehingga nilai konstantanya
= (3.4)
2) Cara mencari nilaikketikabtetap danHberubah-ubah Dengan menggunakan persamaan (2.20) yaitu
cot =
nilai gradiennya m = b, sehingga nilai konstantanya
34
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan peristiwa hamburan partikel alfa secara langsung menggunakan sebuah model dan menentukan nilai konstanta hamburannya. Sebuah model hamburan partikel alfa Rutherford diperagakan oleh kelereng yang bergerak menuju piringan plastik. Piringan plastik ini berbentuk bukit. Bukit plastik berperan sebagai inti atom. Permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Kelereng berperan sebagai partikel alfa yang digunakan untuk menembak inti atom. Sebelum melakukan penelitian lebih lanjut pada model hamburan partkel alfa Rutherford maka perlu melakukan pengujian terlebih dahalu pada bukit palstik yang akan digunakan untuk penelitian.
1. Hasil Pengujian Bukit Plastik
Dilakukan pengujian kembali pada bukit plastik yang bertujuan untuk menguji bahwa bukit plastik yang berperan sebagai inti atom yang disediakan oleh Laboratorium Universitas Sanata Dharma memenuhi syarat untuk digunakan selama penelitian. Syarat bukit plastik yang harus dipenuhi adalah bentuk persamaan energi potensial yang dimiliki oleh kelereng pada bukit dibuat sama dengan bentuk persamaan energi potensial partikel alfa yang dilakukan oleh Rutherford. Nilai h dibuat sebanding nilai dari bentuk persamaan energi potensial partikel alfa pada persamaan (2.3) dan bentuk persamaan energi potensial kelereng pada persamaan (2.13). Bentuk permukaan bukit plastik dibuat mengikuti grafik . Hasil dari penelitian untuk menguji bahwa bukit plastik menggunakan
softwareLoggerPro seperti gambar 4.1 dan 4.2 berikut:
Gambar 4.2.Grafikhubunganhterhadapr.
Titik-titik data pada grafik hubungan h terhadap r dari hasil analisa foto bukit plastik menggunakan software LoggerPro difit
menggunakan persamaan grafik . Grafik hubungan h terhadapr ternyata cocok difit menggunakan persamaan grafik .Hal ini berarti bukit plastik yang digunakan selama penelitian memenuhi syarat dimana permukaan bukit plastik mengikuti persamaan grafik persamaan grafik . Dari hasil analisa juga diperoleh nilaihsebanding dengan . Ini menunjukkan bahwa bentuk bukit plastik yang digunakan memenuhi syarat yang telah ditentukan.
2. Hasil Analisis Sudut Hamburan
analisa video menggunakan software LoggerPro yaitu jejak lintasan kelereng dan grafik hubungan posisi Y terhadap X. Titik-titik data pada grafik ketika jejak lintasan kelerengnya linier setelah melewati bukit plastik diblok kemudian difit menggunakan “linier fit”. Nilai gradien yang dihasilkan dari hasil fitting digunakan untuk menentukan besarnya sudut hamburannya. Terdapat dua kegiatan yang dilakukan pada eksperimen ini : (1) memvariasikan nilai parameter impak b dengan ketinggian awal kelereng H yang tetap, (2) memvariasikan ketinggian awal kelereng H
dengan nilai parameter impakbyang tetap.
a. Sudut hamburan ketika ketinggian awal kelereng H tetap untuk setiap nilai parameter impakbyang berbeda.
Gambar 4.3. Jejak lintasan kelereng ketika parameter impak besar.
Gambar 4.4. Grafik hubungan posisi Y terhadap X ketika parameter impak
besar.
Gambar 4.3 merupakan jejak lintasan kelereng menggunakan
Gambar 4.4 merupakan merupakan grafik hubungan posisi Y terhadap X hasil dari analisa video menggunakansoftware LoggerPro. Titik-titik data pada grafik diblok ketika jejak lintasan kelerengnya linier setelah melewati bukit plastik dan difit menggunakan “linier fit”. Nilai gradien digunakan untuk menentukan besar sudut
hamburannya . Kelereng terhambur dengan arah yang tidak berlawanan dengan arah datang kelereng. Artinya kelereng terhambur kurang dari 90o. Sehingga perhitungan sudut hamburannya menggunakan persamaan (3.2).
Dengan ketinggian awal kelereng yang tetap, posisi peluncurnya digeser secara parallel. Dengan mengubah peluncur, maka parameter impak juga berubah. Parameter impak yang kecil menyebabkan kelereng berada dekat dengan inti. Hasil analisa data menggunakan software LoggerPro berupa jejak lintasan kelereng untuk posisi pameter impak nyang kecil seperti gambar 4.5 berikut.
Hasil analisa video menggunakan software LoggerPro tidak hanya menampilkan jejak lintasan kelereng. LoggerPro juga menampilka grafik posisi Y terhadap X. Grafik posisi Y terhadap X ketika parameter impak kecil seperti gambar 4.6.
Gambar 4.6. Grafik hubungan posisi Y terhadap X ketika parameter impak
kecil.
Data hasil ekpsperimen ketika ketinggian awal kelerengHtetap untuk berbagai nilai parameter impakbyang berbeda dibagi dalam dua set. Set pertama perpindahan peluncur dimulai dari bagian tengah menuju bagian atas. Set kedua perpindahan peluncur dimulai dari bagian tengah menuju bagian bawah. Set pertama untuk setiap perpindahan peluncur diberi tanda dengan angka. Set kedua setiap perpindahan peluncur diberi tanda dengan huruf. Tanda untuk setiap perpindahan jalur landai untuk set pertama dan set kedua seperti gambar 3.3. Data hasil ekpsperimen ketika ketinggian awal kelerengH
tetap untuk setiap nilai parameter impak b yang berbeda seperti pada tabel berikut:
Tabel 4.1. Sudut hamburan yang diperoleh ketika nilaiHtetap untuk setiap nilaibyang berbeda pada set pertama.
Tabel 4.2. Sudut hamburan yang diperoleh ketika nilaiHtetap untuk setiap nilaibyang berbeda pada set kedua.
No. b(m) (°)
Data yang ditampilkan pada tabel 4.1 dan 4.2 yaitu ketika nilai
Hdibuat tetap untuk setiap nilai b yang berbeda pada set pertama dan set kedua. Dari beberapa nilai parameter impakbyang berbeda dengan ketinggian awal kelereng H yang tetap diperoleh semakin kecil parameter impak b menghasilkan sudut hamburan yang semakin besar. Begitu juga sebaliknya, semakin besar parameter impak b
menghasilkan sudut hamburan yang semakin kecil. Hasil analisa video ketika Htetap untuk setiap nilai b yang berbeda terlampir pada lampiran 1.
b. Sudut hamburan ketika parameter impak b tetap untuk setiap ketinggian awal kelerengH yang berbeda.
Posisi peluncur dibuat tetap untuk setiap ketinggian awal kelerengH yang berbeda. Hal ini menyebakan nilai parameter impakb
juga tetap untuk setiap nilai Hyang berbeda. Nilai parameter impak b
pada lampiran 2. Nilai parameter impak bpada eksperimen ini adalah (0,071 ± 0,001) m. Hasil analisis video yang ditunjukan pada komputer berupa jejak lintasan dan grafik posisi Y terhadap X. Ketika nilai H
adalah 0,094 m jejak lintasan kelereng yang ditampilkan pada LoggerPro seperti gambar 4.7.
Gambar 4.7. Jejak lintasan kelereng ketikaHsebesar 0,094 m.
Grafik posisi Y terhadap X yang ditampilkan oleh LoggerPro ketika
Hadalah 0,094 m seperti gambar 4.8.
Titik-titik data pada gambar 4.8 diblok ketika jejak lintasan kelerengnya linier setelah melewati bukit plastik. Titik-titik data yang diblok kemudian difitmenggunakan linear fit. Nilai gradien digunakan untuk menentukan besar sudut hamburannya . Dari gambar 4.7 menunjukan bahwa kelereng terhambur dengan arah yang tidak berlawanan dengan arah datangnya. Artinya kelereng terhambur kurang dari 90o. Sehingga perhitungan sudut hamburannya menggunakan persamaan (3.2).
Dengan tidak merubah posisi jalur landai kelereng sama dengan tidak merubah nilai parameter impaknya. Hasil analisa data untuk nilai H sebesar 0,024 m diperoleh jejak lintasan seperti gambar 4.9.
Grafik posisi Y terhadap X yang ditampilkan oleh LoggerPro ketika
Hadalah 0,024 m seprti gambar 4.10.
Gambar 4.10. Grafik posisi Y terhadap X ketika Hsebesar 0,024m.
Titik-titik data pada gambar 4.10 diblok ketika jejak lintasan kelerengnya linier setelah melewati bukit plastik. Selanjutnya, titik-titik data difit menggunakan linier fit. Dari gambar 4.9 menunjukan bahwa kelereng terhambur dengan arah yang tidak berlawanan dengan arah datangnya. Artinya kelereng terhambur kurang dari 90o. Sehingga perhitungan sudut hamburannya menggunakan persamaan (3.2).
Tabel 4.3. Sudut hamburan yang diperoleh ketika nilaibtetap yaitu (0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilaiHyang berbeda.
No. H(m) (°)
Data yang ditampilkan pada tabel 4.3 yaitu ketika nilaibdibuat tetap pada (0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilai H yang berbeda. Dari beberapa nilai ketinggian awal kelereng H dengan parameter impakb
yang tetap diperoleh semakin kecil nilai H maka sudutnya hamburannya semakin besar begitu juga sebaliknya semakin besar nilai H maka sudutnya hamburannya semakin kecil. Hasil analisa video ketikab tetap yaitu (0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilaiH yang berbeda terlampir pada lampiran 3.
3. Hasil Analisis konstanta Hamburan
nilai parameter impak b dan ketinggian awal kelereng H maka dapat menentukan nilai konstanta hamburan . Dengan mengikuti persamaan (2.20) maka untuk menentukan besarnya konstanta hamburan yaitu dengan membuat grafik hubungan cot( ) terhadap b, untuk nilai H tetap. Sedangkan ketika b tetap untuk menentukan nilai konstanta hamburan yaitu dengan membuat grafik hubungan cot( ) terhadap H. Nilai gradien dari grafik tersebut dapat digunakan untuk mencari nilai konstanta hamburan.
Untuk menentukan nilai konstanta hamburan dari sudut hamburan yang diperoleh dari tabel 4.1 dan 4.2 datanya ditampilkan seperti pada tabel 4.4 dan 4.5 berikut.
Tabel 4.5. Besarnya nilai cot untuk menentukan nilai konstanta hamburan pada model hamburan partikel alfa ketika nilai H tetap untuk berbagai nilai b yang berbeda pada set kedua.
No. b(m) cot( )
A 0,005475 0,444
B 0,013910 0,739
C 0,024840 1,301
D 0,034130 1,956
E 0,043750 2,595
F 0,053100 3,415
G 0,062880 4,149
H 0,072420 4,902
I 0,081710 6,187
J 0,091660 6,371
K 0,100900 7,454
Data yang ditampilkan pada tabel 4.4 dan 4.5 yaitu nilaicot( )
ketikaHtetap pada 0,024m untuk setiap nilai byang berbeda pada set pertama dan set kedua. Dari tabel 4.4 dan 4.5 dibuat grafik hubungan
cot( )terhadapbsebagai berikut:
Gambar 4.11 merupakan grafik hubungan antara cot( )terhadapb
ketika H dibuat tetap pada (0,024±0,001) m. Grafik tersebut mengikuti persamaan (2.20). Grafik hubungan antara cot( ) terhadap b titik-titik datanya naik dan bentuknya linier. Titik-titk data ini difit menggunakan persamaan garis linier dengan menekan tombol ”curve fit” pada software
LoggerPro. Nilai gradien dari grafik ini adalah (75±2) m-1. Dengan mengikuti persamaan (3.4) maka nilai konstanta hamburan ketika Htetap yaitu (0,024±0,001)m untuk setiap nilai b yang berbeda adalah
Tabel 4.6. Besarnya nilai cot untuk menentukan nilai konstanta hamburan ketika nilaibtetap yaitu (0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilaiHyang berbeda.
No. H(m) cot( ) tabel 4.6 dibuat grafik hubungancot( )terhadapHsebagai berikut:
Gambar 4.12 merupakan grafik hubungan antara cot( )terhadap
H ketika b dibuat tetap pada (0,071 ± 0,001) m. Nilai gradien dari grafik ini adalah (474± 13) m-1. Nilai gradien digunakan untuk mencari nilai konstanta hamburan. Dengan mengikuti persamaan (3.5) maka nilai konstanta hamburan ketika b tetap yaitu (0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilaiH yang berbeda adalah (6676 ± 207) m-2. Cara perhitungan hasil dan ralat ditunjukan pada lampiran 5.
B. Pembahasan
Sebelum melakukan eksperimen lebih lanjut maka harus melakukan pengujian kembali terlebih dahulu pada bukit plastik yang sudah disediakan oleh Universitas Sanatha Dharma yang digunakan dalam eksperimen. Hal ini dilakukan untuk menguji apakah bukit plastik yang digunakan selama eksperimen benar-benar sudah memenuhi syarat. Bukit plastik difoto kemudian hasil fotonya dianalisis menggunakan software LoggerPro seperti gambar 4.1 dan gambar 4.2. Titik-titik data pada grafik hubunganhterhadapr
difit menggunakan persamaan grafik . Hasil pengujian bukit plastik yaitu bukit plastik yang digunakan selama penelitian permukaan bukit plastik mengikuti persamaan grafik persamaan grafik . Dari hasil analisa juga diperoleh nilai h sebanding dengan . Ini menunjukkan bahwa bentuk bukit plastik yang digunakan memenuhi syarat yang telah ditentukan. Dibuktikan dari titik-titik data pada grafik hubungan h terhadap r setelah difit dengan menggunakan persamaan grafik ternyata hasilfittingnya cocok.
hamburan partikel alfa lebih mudah dibandingkan dengan pengaturan alat yang dilakukan oleh Rutherford dalam eksperimen hamburannya. Waktu yang dibutuhkan dalam pelaksanaan eksperimen model hamburan partikel alfa juga lebih cepat. Penggunaan model hamburan partikel alfa dalam pembelajaran hamburan partikel alfa Rutherford membuat siswa dapat berinteraksi secara langsung dalam pelaksanaan eksperimennya. Selain itu, siswa juga dapat melakukan pengukuran secara langsung pada variabel-variabel yang berkaitan dalam peristiwa hamburan partikel alfa.
Salah satu variabel yang dicari yaitu nilai konstanta hamburan. Untuk memperoleh nilai konsatnta hamburan dibutuhkan nilai sudut hamburannya. Dari gambar 2.4 sudut hamburan dipengaruhi oleh parameter impak b dan kecepatan awal partikel alfa. Kecepatan awal partikel alfa tergantung pada ketinggian awal kelereng dari dasar peluncur. Hubungan sudut hamburan dengan parameter impak b dan ketinggian awal kelereng H mengikuti persamaan (2.20). Sudut hamburan berbanding lurus dengan parameter impak dan ketinggian awal kelereng. Ada dua kegiatan yang dilakukan dalam eksperimen untuk memperoleh sudut hamburan partikel alfa menggunakan bukit plastik yaitu memvariasikan parameter impak b dengan membuat ketinggian awal kelereng H tetap, dan memvariasikan ketinggian awal kelerengHdengan parameter impakbtetap.
siswa. Siswa dapat menggunakan kamera pocket, DSLR, kamera HP atau menggunakan peralatan lain yang dapat digunakan untuk merekam. Saat ini peralatan tersebut bukanlah merupakan barang yang sulit untuk mereka dapatkan. Data berupa video yang kemudian dianalisis menggunakan komputer yang dilengkapi dengansoftwareLoggerPro. Hal ini tentunya dapat mengembangkan kemampuan siswa dalam menganalisa video dengan
software LoggerPro. Hasil analisa video menggunakan software LoggerPro berupa jejak lintasan kelereng dan grafik posisi Y terhadap X.
Kegiatan pertama yaitu eksperimen hamburan partikel alfa menggunakan bukit plastik dengan ketinggian awal kelereng H tetap untuk setiap parameter impak b yang berbeda. Kelereng diletakkan pada peluncur dengan ketinggian awal tertentu dari dasar peluncur. Ketinggian ini menjadi ketinggian awal kelereng dimana selama eksperimen ketinggian awalnya dibuat tetap. Dengan mengubah posisi peluncur maka akan mengubah nilai parameter impak b. Gerak kelereng dari mulai meluncur sampai kelereng melewati bukit plastik direkam menggunakan kamera video.
sebelum kelereng terhambur. Setelah itu dengan menggunakan ikon “photo distance” pada software LoggerPro dibuat garis lurus dari inti sampai garis lurus jejak kelereng sebelum terhambur. Hasil yang ditunjukan setelah menekan ikon “photo distance” dari inti atom sampai garis lurus sebelum kelereng terhambur merupakan nilai parameter impaknyab.
Setelah melakukan eksperimen untuk berbagai nilai parameter impakb
yang berbeda dengan ketinggian awal kelereng H yang tetap hasilnya seperti yang ditampilkan pada tabel 4.1 dan 4.2. Dari tabel 4.1 dan 4.2 diperoleh semakin kecil nilai b maka sudut hamburannya semakin besar. Begitu juga sebaliknya, dengan ketinggian awal kelereng H yang tetap maka semakin besar nilai parameter impakb menghasilkan sudut hamburan yang semakin kecil.
Sudut hamburan yang diperoleh dari hasil eksperimen ketika ketinggian awal kelereng H tetap untuk setiap parameter impak b yang berbeda digunakan untuk mencari nilai konstanta hamburannya. Untuk menentukan nilai konstanta hamburan ketika ketinggian awal kelerengHtetap dengan megikuti persamaan (2.20) maka dibuat grafik hubungan antara
cot( )terhadapb. Nilai gradien dari grafik hubungan antara cot( )terhadap
Kegiatan kedua yaitu eksperimen menggunakan model hamburan partikel alfa dengan membuat parameter impakbtetap untuk setiap ketinggian awal kelereng H yang berbeda. Selama eksperimen posisi peluncur dibuat tetap jaraknya dengan bukit plastik. Dengan tidak mengubah posisi peluncur maka tidak akan mengubah nilai parameter impakb. Kelereng diletakkan pada peluncur dengan ketinggian awal yang berbeda-beda. Hasil eksperimen hamburan partikel alfa menggunakan bukit plastik berupa video. Cara pengambilan data dan cara analisis data pada eksperimen hamburan partikel alfa menggunakan bukit plastik ketika b tetap untuk setiap nilai H yang berbeda sama dengan cara pengambilan data dan cara analisis data pada eksperimen hamburan partikel alfa menggunakan bukit plastik ketika H tetap untuk setiapbyang berbeda.
Setelah melakukan eksperimen ketika parameter impak b tetap untuk setiap ketinggian awal kelereng H yang berbeda hasilnya seperti yang ditampilkan pada tabel 4.3. Dari tabel 4.3 diperoleh semakin kecil nilai H
maka sudut hamburannya semakin besar. Begitu juga sebaliknya, dengan parameter impak b yang tetap maka semakin besar nilai ketinggian awal kelerengH menghasilkan sudut hamburan yang semakin kecil.
seperti pada gambar 4.12 adalah (474± 13) m-1. Dengan mengikuti persamaan (3.5) ketikab tetap yaitu (0,071 ± 0,001) m untuk berbagai nilai H
yang berbeda maka nilai konstanta hamburan yang diperoleh sebesar (6676±207)m-2.
Konstanta hamburan merupakan nilai tetapan yang diperoleh selama eksperimen menggunakan model hamburan partikel alfa. Konstanta hamburan ketika H tetap untuk setiap b yang berbeda dan nilai konstanta hamburan ketika b tetap untuk setiap H seharusnya memiliki nilai sama. Akan tetapi hasil dari eksperimen yang telah dilakukan nilai konstantanya tidak sama. Hal ini dikarenakan karena keadaan alatnya. Syarat agar nilai konstanta hamburannya sama yaitu jarak antara pusat bukit plastik dan posisi kelereng ketika mulai menyentuk bukit plastik adalah sama disetian keadaan. Dengan menggunakan model hamburan partikel alfa Rutherford jarak antara pusat bukit plastik dengan kelereng saat mulai menyentuh bukit plastik tidak sama untuk setiap keadaan. Hal ini dikarenakan bentuk bukit plastik lingkaran atau berupa piringan. Walaupun demikian bukan berarti eksperimen yang telah dilakukan salah. Eksperimen menggunakan model hamburan partikel alfa sudah baik.
59
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Pada penelitian ini telah dilakukan pengamatan terhadap hamburan partikel alfa Rutherford menggunakan sebuah model dan nilai konstanta hamburan. Pengamatan dilakukan dengan menganalisis hasil rekaman video menggunakansoftwareLoggerPro.
Dari keseluruhan penelitian yang dilakukan, diperoleh hasil:
1. Model hamburan partikel alfa Rutherford menggunakan bukit plastik dapat menunjukkan secara langsung peristiwa hamburan partikel alfa.
2. Model inti atom yang digunakan dalam eksperimen memiliki syarat dimana permukaan bukitnya mengikuti grafik .
3. Sudut hamburan pada model hamburan partikel alfa dipengaruhi oleh kecepatan kelereng dan parameter impak. Kecepatan kelereng tergantung pada ketinggian awal kelereng.
4. Sudut hamburan berbanding lurus dengan parameter impak dan ketinggian awal kelereng.
B. Saran
Berdasar penelitian ini, penulis menyarankan kepada pembaca yang ingin melakukan penelitian selanjutnya untuk:
1. Menggunakan model hamburan partikel alfa untuk mengajarkan materi hamburan partikel alfa Rutherford pada tingkat menengah maupun pergutuan tinggi.
2. Melakukan penelitian lebih lanjut untuk mencari nilai kecepatan kelereng menuju inti.
3. Melakukan penelitian lebih lanjut untuk dapat memperoleh nilai konstanta hamburan Rutherford yang sama.
61
DAFTAR PUSTAKA
Baiquni, A. 1985.Fisika Modern. Jakarta: Balai Pustaka.
Beiser, A. 1987.Konsep Fisika Modern: Edisi Keempat.Jakarta: Erlangga. Klinken, G.V. 1991.Pengantar Fisika Modern. Semarang: Satya Wacana. Krane, K. 1992.Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia.
Kusminarto. 2011.Esensi Fisika Modern. Jogja: Penerbit Andi.
Santosa, I.E. 2012.Eksperimen Fisika Berbasis Komputer. Yogyakarta: USD. Suparno, P. 2007. Metodologi Pembelajaran Fisika Konstruktivistik &
62 Lampiran 1. Hasil analisa data ketika H tetap
Lampiran 2. Perhitungan terhadap parameter impak b
No. H(m) (m) (m) − (m) − (m2
)
1 0,094 0,06995 0,07132 -0.001370 0.000001877
2 0,089 0,07233 0,07132 0.001010 0.000001020
3 0,084 0,06993 0,07132 -0.001390 0.000001932
4 0,079 0,07121 0,07132 -0.000110 0.000000012
5 0,074 0,06816 0,07132 -0.003160 0.000009986
6 0,069 0,06995 0,07132 -0.001370 0.000001877
7 0,064 0,07178 0,07132 0.000460 0.000000212
8 0,059 0,07117 0,07132 -0.000150 0.000000022
9 0,054 0,07122 0,07132 -0.000100 0.000000010
10 0,049 0,07281 0,07132 0.001490 0.000002220
11 0,044 0,07300 0,07132 0.001680 0.000002822
12 0,039 0,07119 0,07132 -0.000130 0.000000017
13 0,034 0,07071 0,07132 -0.000610 0.000000372
14 0,029 0,07419 0,07132 0.002870 0.000008237
15 0,024 0,07180 0,07132 0.000480 0.000000230
16 0,019 0,07119 0,07132 -0.000130 0.000000017
17 0,014 0,07272 0,07132 0.001400 0.000001960
18 0,009 0,07054 0,07132 -0.000780 0.000000608
∑ − (m2) 0.000033432
Ralat parameter impakb
= ∑( − )2 = 0.000033432= 0,001m
Nilai parameter impakb adalah
Lampiran 3. Hasil analisa data ketika b tetap
Lampiran 4. Perhitungan hasil dan ralat konstanta hamburan ketika H tetap Ralat untuk konstanta hamburan ketikaHtetap
=
=
,
= 3125
Nilai gradien yang diperoleh dari grafik hubungan antara cot( )terhadap b ketika H
dibuat tetap pada (0,024±0,001) m adalah (75±2)m-1. Ralat untuk konstanta hamburan ketikaHtetap untuk setiap nilaibyang berbeda diperoleh dengan cara sebagai berikut:
∆
= + = + ,
, = 0,049
∆ = 0,049 = 0,049 3125 = 155
Nilai konstanta hamburan ketikaHtetap yaitu 0,024 m untuk setiap nilaibyang berbeda
adalah
Lampiran 5. Perhitungan hasil dan ralat konstanta hamburan ketika b tetap Ralat untuk konstanta hamburan ketikaHtetap
=
=
,
= 6676
Nilai gradien yang diperoleh dari grafik hubungan antara cot( )terhadap H ketika b
dibuat tetap pada (0,071 ± 0,001) m.adalah (474 ± 13) m-1. Ralat untuk konstanta hamburan ketikabtetap untuk setiap nilaiHyang berbeda diperoleh dengan cara sebagai
berikut:
∆
= + = + ,
, = 0,031
∆ = 0,031 = 0,031 6676 = 207
Nilai konstanta hamburan ketikabtetap yaitu (0,071 ± 0,001) m untuk setiap nilaiHyang
berbeda adalah
