SKRIPSI
TIRTO ADHIATMA SYAHID
110801053
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
TIRTO ADHIATMA SYAHID 110801053
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2016
PERSETUJUAN
Judul : KAJIAN TEORITIK EFEK DOPPLER TERHADAP MOMENTUM DAN ENERGI FOTON PADA
METAMATERIAL
Kategori : SKRIPSI
Nama : TIRTO ADHIATMA SYAHID NIM : 110801053
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di
Medan, Juni 2016
Komisi Pembimbing :
Pembibing I Pembimbing II
Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si
NIP.197211152000121001 NIP.196505171993031009 Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc
Disetujui Oleh:
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua
PERNYATAAN
KAJIAN TEORITIK EFEK DOPPLER TERHADAP MOMENTUM DAN ENERGI FOTON PADA METAMATERIAL
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri.Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2016
TIRTO ADHIATMA SYAHID 110801053
PENGHARGAAN
Penulis memanjatkan rasa syukur dan segala puji kepada Allah Subhanahu wa Ta’ala. Tuhan Semesta Alam Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, sehingga berkat limpahan hidayah dan karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Kajian Teoritik Efek Doppler terhadap Momentum dan Energi Foton pada Metamaterial”.
Penulis menyadari bahwa tidak akan ada keberhasilan yang diraih tanpa dukungan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini, Penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada orang-orang yang telah memberi dukungan hingga selesainya skripsi ini.
1. Kepada Bapak Kerista Sebayang selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
2. Kepada Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku ketua departemen Fisika USU dan kepada Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku sekretaris jurusan beserta semua dosen departemen Fisika USU yang telah mendidik penulis menjadi seorang sarjana sains.
3. Kepada Bapak Tua Raja Simbolon, S.Si, M.Si selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Pembimbing II atas bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan skripsi ini. Serta kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS dan Bapak Drs. Achiruddin, MS selaku Dosen Penguji yang telah banyak memberikan masukan dalam menyempurnakan skripsi ini. 4. Kepada Bapak Drs. Achiruddin, MS selaku Dosen Pembimbing Akademik
yang banyak memberikan nasehat selama mengikuti perkuliahan.
5. Kepada kedua orangtuayang tak pernah lelah berdoa,bekerja keras, memberi perhatian, kasih sayang dan pendidikan sehingga Penulis mampu meraih gelar sarjana sains. Bapak Ir. Junaidi Syarif, MT dan Ibu Dra. Susi Hartati, S.Pd. Juga kepada Mas dan Adikku, Bayu Irsyadi Akbar, ST dan Arrum Cahya Hasanah. Juga kepada Bulek Iis (Ibu Susi Ariani), Bulek Enong (Ibu Susanti), yang telah memberi dukungan yang sangat berharga.
6. Kepada Kak Tini, Bang Johaidin Saragih, dan Kak Yusfa selaku staff departemen fisika yang telah membantu dalam mengarahkan dan mengurus administrasi perkuliahan.
7. Kepada Bapak Dr. Tulus Ikhsan, M.Si, Ph.D selaku Kepala Laboratorium Ilmu Dasar (LIDA) Fisika Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan dalam menjalani masa Asistensi Laboratorium. Dan juga kepada Kak Peppy, Bang Ichsan, Bang Hilman, Bang Rey, Bang Ikhwan, Kak Mastura, Kak Mora, Kak Cindy, Kak Kharismayanti, Kak Tian, Kak Hilda, Kak Desi, Kak Sally, Kak Fitri, dan kakak-kakak Senior Asisten Lab. Fisika LIDA USU semuanya.
8. Kepada Tim Sensor Fisika USU Zikri, Bambang, Dimas, dan Udin. Juga kepada Bang Oki Hadinata dan Bang Maizal Isnain atas ilmu dan bimbingannya.
9. Kepada teman-teman seangkatan Fisika USU 2011 Ali Akbar, Fauzi, Fahmi, Darma, Ichsan, Dhina, Dea untuk persahabatan yang selama ini telah terjalin dalam masa perkuliahan dan juga yang lainnya yang tidak bisa disebutkan oleh Penulis,. Dan tidak lupa kepada Mahasiswa Fisika Teoritis seperjuangan Adimas, Piko, Fery dan Russel.
10.Kepada SahabatTeuku Reza Budiansyah, S.Kep atas masukan dan hiburannya yang terus menguatkan Penulis dalam penelitian skripsi ini. Dan juga kepada Mario Bros, Metafight, Simon Quest, dan Kura-kura Ninja. 11.Kepada owner AdanTe yang paling kreatif Rizki Ayu Wulandari, Amd. Atas
segala bentuk dukungannya. Dan kepada Bapak Eka Suriamin,SH, Ibu Susi Zahruni, dan Rizki Arif Wibisono.
12.Kepada Pak Agus Salim, Ustadz Billy, Ustadz Rizal, dan guru-guru DIM semuanya. Dan juga teman-temanku Alm. Zusri Jeffry, Fachry, Prades, Zuhri, Taufik, Andre, Indra, Rezi, Ryan, Bang Gaul, Afif, Fahmi, Haris, Emir, Reza Kahfi, dan yang lainnya.
13.Kepada Tim Rasyaad.tv Ustadz Ali Nur, Bang Eka, Pak Tono, Bang Husnul, Bang Hafaz, Bang Dolly, Bang Teguh, dll. atas ilmu yang sangat bermanfaat semoga semakin berkembang luas.
Penulis menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan ilmu yang dimiliki penulis.Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran- saran dari pembaca untuk menyempurnakan skripsi ini.Kiranya Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juni 2016
KAJIAN TEORITIK EFEK DOPPLER TERHADAP MOMENTUM DAN ENERGI FOTON PADA METAMATERIAL
ABSTRAK
Telah dilakukan kajian teoritik pengaruh Efek Doppler terhadap momentum dan energi foton pada Metamaterial. Eksperimen dilakukan dengan cara memvariasikan kecepatan metamaterial dan besarnya frekuensi foton. Dengan mengubah kedua variabel tersebut secara bergantian, menunjukkan hasil bahwa keduanya memberikan pengaruh yang besar apakah metamaterial dapat bersifat kasat mata ataupun tidak.Kemudian nilai-nilai dari variasi yang dilakukan disimulasikan dengan Pemrograman MatLab R2012a sehingga menunjukkan grafik sebagai data visual.Melalui grafik tersebut, dapat terlihat dengan jelas bahwa sifat dan nilai Efek Doppler dari suatu metamaterial sangat bergantung terhadap besarnya frekuensi foton yang diberikan dan kecepatan metamaterial itu sendiri.
Kata Kunci :Metamaterial, Efek Doppler, Negative Index Material, Transformasi Lorentz, Refleksi Fresnel.
THEORITICAL STUDY OF DOPPLER SHIFT WITH MOMENTUM AND PHOTON ENERGY IN METAMATERIAL
ABSTRACT
The theoretical study of Doppler Effect for momentum and foton energy in metamaterial was done by making some variation of metamaterial velocity and foton frequency. By changing the both variable, it shown that the two variable gave effect about was the metamaterial invisible or not. Then the values of variation, be simulated by MatLab R2012a software, so it shown the graphic as a visual data. From the graphic, the characteristic and value of Doppler Effect of metamaterial was influenced by foton frequency and the metamaterial velocity it self.
Keywords :Metamaterial, DopplerEffect, Negative Index Material, Lorentz Transform, Fresnell Reflection.
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan ………... i Pernyataan ………... ii Penghargaan ………... iii Abstrak ………... vi Abstract ………... vii
Daftar Isi ………... viii
Daftar Tabel ………... x
Daftar Gambar ………... xi
Daftar Notasi ………...xiii
Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang ……….. 1 1.2 Rumusan Masalah ………. 2 1.3 Batasan Masalah ………... 2 1.4 Tujuan Penelitian ……….. 2 1.5 Manfaat Penelitian ……… 2 1.6 Metodologi Penelitian ………... 3
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Metamaterial ………. 4
2.1.1 Sejarah Metamateral ………....……….. 4
2.1.2 Definisi Metamaterial ………....……….... 5
2.1.3 Jenis Metamaterial berdasarkan Fungsinya ………...5
2.1.3.1 Metamaterial Visual ………... 5
2.1.3.2 Metamaterial Gelombang ……….. 6
2.1.3.3 Metamaterial Optik ……… 7
2.1.3.4 Metamaterial Mekanik ………... 7
2.2.1 Efek Doppler pada Gelombang Mekanik ………... 11
2.2.2 Efek Doppler pada Gelombang Elektromagnetik ……….. 12
2.3 Hukum Snellius dan Refleksi Fresnel ……… 12
2.4 Persamaan Maxwell ………... 15
2.5 Transformasi Lorentz ………. 15
Bab 3. Metode Penelitian 3.1 Flowchart ……… 18
Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Perhitungan Non-Relativistik ……….. 19
4.2 Transformasi Lorentz ……….………... 21
4.2.1 Keadaan Awal ………... 21
4.2.2 Interaksi Foton dengan Metamaterial ………... 22
4.2.3 Refleksi dan Transmisi Foton ………... 23
4.3 Efek Doppler ………....27
4.3.1 Efek Doppler dengan variasi kecepatan Metamaterial... 27
4.3.2 Efek Doppler dengan variasi frekuensi foton... 28
4.4 Energi Foton ………. 30
4.5 Momentum Foton ………. 30
4.6 Panjang Gelombang ………. 30
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ………... 33
5.2 Saran ………. 34
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN : LISTING PROGRAM ... 37
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Nilai frekuensi dan panjang gelombang yang diterima oleh sumber (pengamat) berdasarkan nilai indeks bias metamaterial. Warna hijau menunjukkan spektrum cahaya tampak ( 790 – 400
THz atau 400 – 700 nm)... 27 Tabel 4.2 Variasi frekuensi dengan kecepatan 500.000 m/s dan nilai indeks
bias metamaterial -3. Warna hijau menunjukkan spektrum
DAFTAR GAMBAR
Gambar2.1.Ilustrasi Efek Doppler dari bunyi sebuah mobil. Bunyi melemah saatbenda saling menjauh, dan bertambah kuat
saat saling mendekat ………. 8 Gambar 2.2 Pembiasan material dari udara ke material yang mem-
punyai indeks bias positif (kiri). Pembiasan material dari udara ke material yang mempunya indeks bias
negatif (kanan) ………...………. 14 Gambar 2.3 Pemantulan dan pembiasan cahaya berdasarkan Refleksi
Fresnel ……….15 Gambar 2.4 Kerangka acuan S’ bergerak relatif terhadap kerangka S ….…….. 16 Gambar 4.1 (a) Foton bergerak menuju sebuah cermin (b) Foton
terpantul menuju sumber... 19 Gambar 4.2 Foton bergerak menuju metamaterial dengan frekuensi f 0... 21 Gambar 4.3. Foton menumbuk metamaterial. Frekuensi berubah
menjadi 𝑓𝑓′ ... 22 Gambar 4.4 Terjadinya Refleksi Foton ke arah luar dan Transmisi Foton ke
dalam metamaterial... 23 Gambar 4.5 Terjadinya Refleksi di dalam Metamaterial dan Transmisi
Foton ke arah luar... 24 Gambar 4.6 Foton dipantulkan kembali oleh sebuah objek di belakang
metamaterial, sehingga bergerak menuju sumber dan
kembali berinteraksi ... 24 Gambar 4.7 Foton yang dipantulkan kembali mengalami Refleksi ke
arah luar dan Transmisi ke dalam Metamaterial... 25 Gambar 4.8 Terjadinya Refleksi di dalam Metamaterial dan Transmisi
Foton ke arah luar menuju sumber (pengamat) ... 26 Gambar 4.9 Grafik Frekuensi Transmisi yang diterima oleh pengamat
Gambar 4.10 Grafik Frekuensi Transmisi yang diterima oleh pengamat dengan Variasi frekuensi awal ( kecepatan – vs – frekuensi
DAFTAR NOTASI
𝑓𝑓𝑃𝑃 frekuensi pengamat (reaciver).
𝑓𝑓𝑠𝑠 frekuensi sumber.
𝑣𝑣𝑠𝑠 kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium; positif jika pengamat mendekati sumber gelombang/suara, negatif jika pengamat menjauhi sumber gelombang/suara.
𝑣𝑣𝑃𝑃 kecepatan pengamat (receiver) relatif terhadap medium; positif jika sumber menjauhi pengamat, negatif jika sumber mendekati pengamat.
𝑣𝑣𝑎𝑎 kecepatan angin; positif jika arah angin dari sumber ke pendengar, negatif jika arah angin dari pendengar ke sumber.
μ nilai permeabilitas bahan
μ0 permeabilitas vakum (4π × 10-7 Wb/A.m)
ε nilai permitivitas bahan
ε0 permitivitasvakum (8,85418 × 10-12 C2/N.m2) c kecepatan cahaya ( 2,99792 × 108 m/s ≈ 3 × 108 m/s ). n indeks bias 𝜂𝜂 admitansi bahan r koefisien reflektif t koefisien transmitif R reflektifitas T transmisifitas
γ aktor superposisi Transformasi Lorentz h konstanta Planck (6,626𝑥𝑥10−34𝐽𝐽𝑠𝑠) E energi
P momentum
𝑓𝑓 frekuensi foton ( frekuensi mula-mula )
𝑓𝑓′ frekuensi foton setelah berinteraksi dengan metamaterial
𝑓𝑓𝑟𝑟 frekuensi foton terefleksi di luar metamaterial 𝑓𝑓′𝑟𝑟 frekuensi foton terefleksi di dalam metamaterial
𝑓𝑓′𝑡𝑡 frekuensi foton transmisi di dalam metamaterial 𝑓𝑓𝑡𝑡 𝑎𝑎𝑎𝑎ℎ𝑖𝑖𝑟𝑟 frekuensi transmisi akhir yang diterima oleh pengamat
𝑣𝑣 kecepatan foton
𝑣𝑣′ kecepatan foton setelah berinetraksi dengan metamaterial
𝑀𝑀0 massa mula-mula
