PENENTUAN INDEKS BIAS PRISMA DAN BALOK KACA ½ LINGKARAN DENGAN MENGGUNAKAN SIFAT PEMANTULAN
TOTAL DAN SUDUT BREWSTER
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Gelombang cahaya yang menumbuk suatu permukaan medium
transparan pada umumnya akan dipantulkan (direfleksikan) sebagian dan
sebagian lagi direfraksikan (ditransmisikan) ke material kedua. Dengan
mengetahui cahaya tak terpolarisasi dapat terpolarisasi sebagian atau
seluruhnya oleh pemantulan, maka perkembangan alat optik menjawab
masalah ini dengan diciptakannya alat optik.
Polarisasi adalah proses pembatasan gelombang vektor yang
membentuk suatu gelombang transversal sehingga menjadi satu arah.
Tidak seperti interferensi dan difraksi yang dapat terjadi pada gelombang
transversal dan longitudinal, efek polarisasi hanya dialami oleh gelombang
transversal.
Sudut datang dan sudut pantul pada saat polarisasi maksimum
disebut sudut Brewster atau sudut polarisasi. Peristiwa pengkutuban arah
getar yang tegak lurus arah penjalarahan, maka cahaya dapat mengalami
polarisasi.
Indeks bias prisma ataupun balok kaca dapat ditentukan
menggunakan sudut Brewster dan sifat pemantulan total. Sudut Brewster
sedangkan syarat terjadinya pemantulan total adalah sinar datang dari
medium yang indeks biasnya lebih tinggi kemedium yang indeks biasnya
lebih rendah. Indeks bias prisma atau balok kaca dapat dicari dengan
mengukur besar sudut Brewster sedangkan untuk sifat pemantulan total
indeks bias dapat ditentukan dengan mengukur besar sudut kritis.
Berdasarkan uraian diatas, maka praktikum “penentuan indeks bias
prisma dan balok kaca ½ lingkaran dengan menggunakan sifat pemantulan
total dan Sudut Brewster” sangat penting dilakukan untuk membuktikan
dan memperjelas teori yang telah ada.
2. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dalam percobaan “penentuan indeks bias
prisma dan balok kaca ½ lingkaran dengan menggunakan sifat pemantulan
total dan sudut Brewster” adalah untuk memperoleh indeks bias prisma
B. KAJIAN TEORI
Sudut kritis didefenisikan sebagai sudut datang maksimum yang
indeks biasnya lebih besar sehingga semua cahaya dipantulkan sempurna.
Sudut kritis dibagi menjadi dua yaitu sudut datang kritis, bila sudut bias 90° dan sudut bias kritis, bila sudut datang 90°. Perhatikan gambar berikut!
Gambar 6.1 Sudut datang kritis, bila sudut bias 90° (a) dan sudut bias kritis, bila sudut datang 90°
Jika kita mengambil hukum Snellius
n’ sin i = n sin r………….………..….(6.1)
Maka dengan perhitungan nilai i = 90° maka akan diperoleh sudut bias yaitu:
sin ikr =
n
n' ………..………
(6.2)
Jika kita memasukkan nilai n’ > n, maka pembiasan tidak akan terjadi. Yang
terjadi adalah pemantulan sempurna. Hal yang tidak mugkin adalah apabila
n’< n, dalam perhitungan hukum Snellius nilai sudut kritis tidak akan
diperoleh. Sehingga syarat agar cahaya mengalami pemantulan sempurna
adalah sinar datang dari medium yang indeks biasnya lebih tinggi kemedium
Hukum Snellius dapat digunakan untuk menghitung besar sudut
datang atau sudut bias, dan dalam eksperimen untuk menghitung indeks bias
suatu bahan menurut hukum Snellius yaitu:
n1 sin ip = n2 sin r………...………….(6.3)
Dengan n2 indeks bias medium tempat cahaya datang dan n1 adalah medium
tempat cahay terbiaskan, sedangkan ip adalah sudut pantul yang merupakan
sudut terpolarisasi. Persamaan diatas merupakan bentuk matemaris dari
hukum Brewster (Naufal, 2015).
Sudut Brewster terjadi ketika besar jumlah sudut datang dan sudut
bias sama dengan 90°. Bila θi+θt=0 sehingga sinar pantul dan biasnya tegak lurus, maka peyebutnya menjadi tidak berhingga nilainya dan nilai rtm =
0. Besar sudut Brewster secara teori dapat dihitung dengan persamaan:
θp=tan−1
(
n2 n1)
………...………
Dengan
θp
adalah sudut Brewster, n1 dan n2 berturut-turut adalah indeksbias pada sinar datang dan indeks bias mdium kedua (Ratnawati, 2005).
C. METODE PRAKTIKUM
1. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum “Penentuan
Indeks Bias Prisma dan Balok Kaca ½ Lingkaran dengan Menggunakan
Sifat Pemantulan Total dan Sudut Brewster” dapat dilihat pada Tabel 6.1
berikut ini.
Tabel 6.1 Alat dan Bahan Percobaan “Penentuan Indeks Bias Prisma dan Balok Kaca ½ Lingkaran dengan Menggunakan Sifat Pemantulan Total dan Sudut Brewster”
No
. Alat dan Bahan Kegunaan
1 Prisma Medium pembiasan cahaya
2 Mistar Membuat garis vertikal dan tegak horizontal yang sama panjang
3 Kertas Tempat meggambar garis tegak lurus 4 Busur derajat Mengukur besar sudut
5 Laser Sumber cahaya
6 Balok kaca ½
2. Prosedur Kerja
Prosedur kerja percobaan “Penentuan Indeks Bias Prisma dan
Balok Kaca ½ Lingkaran dengan Menggunakan Sifat Pemantulan Total
dan Sudut Brewster” adalah sebagai berikut:
a. Menyiapkan kertas A4, kemudian menggambar garis yang tegak lurus
seperti pada gambar berikut:
Gambar 6.2 Garis Tegak Lurus
b. Meletakkan prisma diatas kertas yang sudah digambar garis tegak
lurus
c. Mengambil laser atau sumber cahaya untuk menyinari prisma dengan
mengatur prisma sinar datang, sinar bias, dan sinar pantulnya
d. Menggambar sinar datang, sinar bias, dan sinar pantul sesuai dengan
pembiasan
e. Mengulangi langkah (b) sampai (d) untuk balok kaca ½ lingkaran.
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil
a. Data Pengamatan
Data pengamatan percobaan “Penentuan Indeks Bias Prisma dan
Balok Kaca ½ Lingkaran dengan Menggunakan Sifat Pemantulan
Total dan Sudut Brewster” dapat dilihat pada Gambar-Gambar berikut
ini.
1) Menentukan Sudut Brewster a) Prisma
Gambar 6.3 Sudut Brewster pada Prisma
Gambar 6.4 Sudut Brewster pada Balok Kaca ½ Lingkaran
2) Penentuan Pemantulan Total
a) Prisma
Gambar 6.5 Pemantulan Total pada Prisma
b) Balok Kaca ½ Lingkaran
b. Analisis Data
1) Penentuan Indeks Bias dengan Menggunakan Sudut Brewster
a) Prisma
Diketahui: n1 = 1,0003
θβ = 60°
Ditanyakan: n2 = ……..?
Penyelesaian:
n1
n2=tanθβ n2=n1tanθβ n2=1,0003tan 60° n2=1,0003×1,732
n2=1,7325196
b) Balok Kaca ½ Lingkaran Diketahui: n1 = 1,0003
θβ = 55°
Ditanyakan: n2 = ……..?
n1
b) Balok Kaca ½ Lingkaran Diketahui: n2 = 1,0003
θc = 42°
Ditanyakan: n1 = ……..?
n2
Menggunakan Sifat Pemantulan Total dan Sudut Brewster” sudah sesuai
dengan teori yang mengatakan bahwa syarat terjadinya hukum Brewster
adalah besar jumlah sudut datang dan sudut bias sama dengan 90°.
Sedangkan untuk pemantulan total hanya akan terjadi apabila sinar datang
dari medium yang indeks biasnya lebih tinggi kemedium yang indeks
biasnya lebih rendah.
Penentunan indeks bias prisma menggunakan sudut Brewster
diperoleh dengan menggunakan rumus sudut Brewster yaitu tan θβ
sama dengan indeks bias medium kedua sebanding indeks bias medium
pertama. Dengan nilai sudut Brewster 60° dan indeks bias udara 1,0003
maka diperoleh indeks bias prisma yaitu 1,7325196. Sedangkan untuk
balok kaca ½ lingkaran nilai sudut Brewster 55° dan indeks bias udara
Penentuan indeks bias menggunakan sifat pemantulan total dapat
diperoleh dengan membandingkan indeks bias medium kedua dan indeks
bias lapisan pertama sama dengan sin θc . Dengan nilai sudut kritis (
θc ) 42° dan indeks bias medium kedua 1,0003 maka indeks bias prisma
adalah 1,4949. Dengan cara yang sama untuk balok kaca ½ lingkaran
diperoleh indeks bias yang sama yaitu sebesar 1,4949.
Nilai indeks bias prisma yang diperoleh menggunakan dua
metode yang berbeda yaitu sudut Brewster dan Sifat pemantulan total tidak
sama. Hal ini disebabkan kesalahan dalam mengukur besar sudut Brewster
dan sudut kritis. Sedangkan nilai indeks bias balok kaca ½ lingkaran yang
diperoleh menggunakan sudut Brewster dan sifat pemantulan total
memiliki perbedaan yang kecil yaitu hanya 0,7.
Indeks bias medium pertama pada prisma dan balok kaca ½
lingkaran menggunakan sudut Brewster lebih kecil dari indeks bias
medium pertama atau udara. Hal ini yang menyebabkan sinar datang dari
udara kekaca atau prisma dibiaskan mendekati garis normal. Sebaliknya
indeks bias prisma dan balok kaca ½ lingkaran menggunakan sifat
pemantulan total lebih besar dari indeks bias medium kedua atau udara.
Hal ini yang meyebabkan sinar datang dari prisma atau kaca keudara akan
akan dibiaskan menjauhi garis normal. Hal ini telah sesuai dengan teori
yang mengatakan bahwa sinar datang akan dibiaskan mendekati garis
normal jika pembiasannya dari udara kekaca, sebaliknya sinar datang akan
