PEMBIASAN CAHAYA. Oleh : Muchammad Nizar ( ) Dony Kurniawan ( ) Hayatul Ummah ( ) Maharani Sofiana Puspa ( )

PEMBIASAN CAHAYA

Oleh :

Muchammad Nizar (113224203) Dony Kurniawan (113224206)

Hayatul Ummah (113224210) Maharani Sofiana Puspa (113224211)

ABSTRAK

Telah dilakukan percobaan pembiasan cahaya di laboratorium Fisika Dasar Unesa pada tanggal 2 April 2012. Percobaan ini bertujuan untuk membuktikan hukum pembiasan Snellius, menentukan besarnya indeks bias kaca setengah lingkaran dan pergeseran sinar pada kaca plan paralel, dan untuk menentukan sudut deviasi (δ), sudut deviasi minimum (δm), dan menentukan indeks bias prisma. Metode yang dilakukan

A. PENDAHULUAN

Berkas cahaya yang melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda akan mengalami perubahan arah apabila sudut datang tidak sama dengan nol.

Perubahan cahaya inilah yang disebut dengan pembiasan (refraksi). Contoh peristiwa pembiasan yang paling sederhana yaitu sebuah pensil yang dimasukkan ke dalam gelas yang berisi air.

Hal ini dikarenakan adanya perbedaan indeks bias antara air dan udara. Apabila sudut datang (i) dan sudut bias (r) diketahui, maka indeks bias dari suatu bahan (kaca) dapat dicari dengan menggunakan prinsip hukum snellius.

Pada percobaan ini yang bertujuan untuk membuktikan hukum pembiasan Snellius, menentukan besarnya indeks bias kaca setengah lingkaran dan pergeseran sinar pada kaca plan paralel, serta untuk menentukan sudut deviasi (δ), sudut deviasi minimum (δm), dan menentukan indeks bias prisma. Dari tujuan tersebut maka dapat ditarik suatu rumusan masalah sebagai berikut: “Bagaimana prinsip hukum pembiasan snellius?”, “Berapa besarnya indeks bias kaca setengah lingkaran dan besarnya pergeseran sinar pada kaca plan paralel?”, “Berapa besar sudut deviasi (δ), sudut deviasi minimum (δm), serta besar indeks bias prisma?”.

Dari rumusan masalah yang sudah dipaparkan dapat diperoleh manfaat sebagai berikut

B. DASAR TEORI

Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya.

Indeks bias mutlak suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di bahan tersebut. Indeks bias relatif merupakan perbandingan indeks bias dua medium berbeda. Indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama adalah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama.

Pembiasan cahayamenyebabkan kedalaman semu dan pemantulan sempurna.

Hukum Snellius

Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591 – 1626) melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal dengan nama hukum Snell yang berbunyi:

- sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.

- hasil bagi sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap dan disebut indeks bias.

Pada peristiwa pembiasan, cahaya yang datang akan diteruskan namun mengalami pembiasan atau pembelokan arah. Besarnya sudut yang dibentuk oleh sinar bias dengan garis normal dinamakan sebagai sudut bias. Besar kecilnya sudut

n =

bias dipengaruhi oleh sifat dari medium yang biasa disebut sebagai indeks bias ( n ).

Indeks bias merupakan perbandingan antara laju cahaya dalam ruang hampa ( c ) dengan laju cahaya dalam medium ( v ) atau bila dirumuskan secara matematis :

n=c/v

Keterangan: n = indeks bias, c = laju cahaya dalam ruang hampa (3x10⁸m/s), v = laju cahaya dalam zat.

Indeks bias Kaca setengah Lingkaran

Berdasarkan hukum snelius, didapatkan persamaan sebagai berikut : n1 sin θ1 = n2 sin θ2

= (konstan) = n

Dimana : n = indeks bias bahan (kaca), sin θ1 = sudut datang ,sin θ2 = sudut bias

Pergeseran Sinar pada Kaca Plan Paralel

Jika seberkas sinar menuju permukaan kaca plan paralel, maka sinar akan mengalami pembiasan sebanyak dua kali.

Pada pembiasan pertama sinar datang dari udara ke kaca, berarti dari medium renggang ke medium rapat. Dalam hal ini sinar akan dibiaskan mendekati garis normal, sedangkan pada pembiasan kedua sinar bias berfungsi sebagai sinar datang pada bidang batas kaca dengan udara.

Dalam hal ini sinar datang dari medium rapat ke mediu renggang, sehingga sinar dibiaskan menjauhi garis normal. arah sinar datang dengan sinar yang keluar dari kaca plan paralel merupakan sinar yang sejajar.

Besarnya pergeseran sinar (t) pada kaca plan paralel ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

Keterangan :

d = tebal balok kaca, (cm)

i = sudut datang, (°)

r = sudut bias, (°)

t = pergeseran cahaya, (cm)

Sudut Deviasi Prisma

Prisma adalah bahan bening yang dibatasi oleh dua bidang datar bersudut.

Besarnya sudut antara kedua bidang datar itu disebut sudut pembias (

β). Sudut deviasi adalah suatu sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan cahaya datang dengan perpanjangan cahaya bias yang meninggalkan prisma.

Persamaan sudut deviasi prisma:

Keterangan :

δ

= sudut deviasi ; i1 = sudut datang pada bidang batas pertama ;

r

2 = sudut bias pada bidang batas kedua berkas sinar keluar dari prisma ;

β

= sudut puncak atau sudut pembias prisma.

Sudut deviasi akan mencapai minimum jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma (δm » i = r).

δ = (i

1

+ r

2

) - β

Persamaan sudut deviasi minimum dapat dinyatakan sebagai berikut :

δ = i + r – β

karena i = r

δ m = 2i – β i = (δ m + β)

Menurut hukum Snellius tentang pembiasaan berlaku:

=

=

n1 sin (δm + β) = n2 sin β

dengan: n1 = indeks bias medium di sekeliling prisma, n2 = indeks bias prisma, β = sudut pembias prisma, δm =sudut deviasi minimum prisma.

Jika prisma berada di udara, maka n1 = 1 dan n2 = n, sehingga δm = (n-1) β.

Sudut bias (r) mendekati garis normal dikarenakan indeks bias kaca lebih besar dari indeks bias udara yaitu nkaca=1,5.

(Tripler Fisika dasar jilid II; 1991, on page 446).

C. METODE EKSPERIMEN

Untuk menentukan indeks bias, pergeseran sinar, indeks bias dan sudut deviasi, diperlukan alat dan bahan sebagai berikut: kaca setengah lingkaran, kaca plan paralel, dan prisma.

a. Kaca Setengah Lingkaran

Gambar 1. Kaca Setengah Lingkaran

b. Kaca Plan Paralel

Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar.

Gambar 2. Kaca Plan Paralel

c. Prisma

Gambar 3. Kaca Prisma

Alat dan Bahan :

1. Balok kaca setengah lingkaran 1buah

2. Kaca plan paralel 1buah

3. Prisma 1buah

4. Busur derajat 1buah

5. Penggaris 1buah

6. Pensil 1buah

7. Kertas polos putih 8. Jarum pentul

Dengan langkah percobaan sebagai berikut:

a. Menentukan indeks bias

pertama-tama membuat garis sumbu PQ pada kertas, kemudian meletakkan kaca setengah lingkaran, agar sisi-sisi datangnya berimpit dengan garis dan di upayakan pusat titik lingkaran dititik 0. Setelah itu, menancapkan 2 jarum pentul didepan permukaan kaca yang cembung sebagai sinar bias. Kemudian melihat sinar datang dibelakang kaca yang datar dngan menancapkan dua jarum. Setelah itu, menarik garis untuki melihat jelas sinar bias. Kemudian percobaan ini diulang 20 kali dengan sudut yang berbeda dan mencatat sudut datang dan sudut biasnya.

b. Menentukan Pergeseran sinar

Pertama-tama, meletakkan balok kaca diatas kertas, menggaris tepi-tepi kaca tersebut. Setelah itu, menancapkan 2 jarum pentul di titik A dan B pada sisi, selanjutnya menancapkan 2 jarum disisi yang lain (C dan D) sedemikian hingga jika dilihat dari sisi tersebut, keempat jarum tersebut (A,B,C, dan D) tampak segaris. Kemudian mengangkat kaca dan jarum, lalu menghubungkan posisi jarum sehingga diperoleh garis AF dan GD.

Kemudian dapat mengukur besarnya sudut datang (i) dan sudut bias (r), (d), dan (t).

Setelah itu mengulangi langkah-langkah diatas dengan sudut datang yang berbeda dari data yang diperoleh, kemudian menentukan pergeseran sinar (t).

c. Menentukan indeks bias dan sudut deviasi pada prisma

Pertama-tama, meletakkan prisma diatas kertas, kemudian menancapkan 2 jarum pentul di A dan B di satu sisi. Lalu meletakkan jarum pentul disisi yang lain (C dan D) sedemikian hingga empat jarum tersebut tampak segaris. Selain itu, menggariskan tepi-tepi prisma, lalu prisma diangkat dan posisi-posisi jarum tadi dihubungkan. Kemudian melakukan percobaan ini untuk kondisi yang berbeda, untuk setiap kondisi mengukur (i), (r), (β), (δ). Kemudian menentukan indeks bias prisma dan sudut deviasi.

D.

DATA DAN ANALISA

a. Data

Dari percobaan yang telah kami lakukan, diperoleh data sebagai berikut:

• Pembiasan pada kaca setengah lingkaran

No. Sudut datang (i)^o

Sudut bias (r)^o

1. 30^o 20^o

2. 32^o 21^o

3. 34^o 22^o

4. 36^o 23^o

5. 38^o 24^o

6. 40^o 25^o

7. 42^o 26^o

8. 44^o 27^o

9. 46^o 28^o

10. 48^o 29^o

11. 50^o 30^o

12. 52^o 31^o

13. 54^o 32^o

14. 56^o 36^o

15. 58^o 34^o

16. 60^o 34^o

17. 62^o 36^o

18. 64^o 37^o

19. 66^o 35^o

20. 68^o 38^o

Pembiasan pada kaca plan paralel

No .

Sudut datan

g (i)^o

Sudut bias

(r)^o

(d±0,1) Cm

(t±0,1) Cm

1. 30^o 20^o 1,8 1,0

2. 32^o 20^o 1,8 1,6

3. 34^o 23^o 1,8 1,4

4. 36^o 24^o 1,8 1,8

5. 38^o 25^o 1,8 1,8

6. 40^o 25^o 1,8 2,3

7. 42^o 27^o 1,8 2,0

8. 44^o 29^o 1,8 2,2

9. 46^o 30^o 1,8 2,1

10. 48^o 28^o 1,8 2,3

11. 50^o 30^o 1,8 2,6

12. 52^o 30^o 1,8 2,4

13 54^o 34^o 1,8 3,0

14. 56^o 33^o 1,8 3,1

15. 58^o 36^o 1,8 3,0

16. 60^o 37^o 1,8 3,2

17. 62^o 36^o 1,8 3,4

18. 64^o 35^o 1,8 3,9

19. 66^o 36^o 1,8 3,8

20. 68^o 44^o 1,8 4,1

• pembiasan cahaya pada prisma No

.

Sudut datang

(i)^o

Sudut bias

(r)^o

Sudut pembias

(β)^o

Sudut deviasi

(δ)^o

1. 24^o 90^o 60^o 54^o

2. 28^o 87^o 60^o 55^o

3. 30^o 77^o 60^o 47^o

4. 32^o 72^o 60^o 44^o

5. 34^o 67^o 60^o 41^o

6. 36^o 64^o 60^o 40^o

7. 38^o 61^o 60^o 39^o

8. 40^o 58^o 60^o 38^o

9. 42^o 55^o 60^o 37^o

10. 44^o 54^o 60^o 38^o

11. 46^o 51^o 60^o 38^o

12. 48^o 49^o 60^o 37^o

13 50^o 47^o 60^o 37^o

14. 52^o 45^o 60^o 37^o

15. 54^o 44^o 60^o 38^o

16. 56^o 41^o 60^o 37^o

17. 58^o 40^o 60^o 38^o

18. 60^o 39^o 60^o 39^o

19. 62^o 37^o 60^o 39^o

20. 64^o 36^o 60^o 40^o

B.Analisis Data Pengamatan

a.Pembiasan pada kaca Setengah lingkaran

Diketahui bahwa pada kaca didalam teori sekitar 1,52 dan merupakan indeks bias relatif(nr)(Efrizon Umar.2007.116).

Sementara untuk indeks bias relatif bahan dalam percobaan kamidihasilkan sebesar (1,5 ± 0,008) dengan ketidak pastian relatif=0,53%, ketelitian=99,47%.Dari hasil percobaan kami tersebut kami dapat menganalisis perbandingan antara indeks bias relatif percobaan kami dengan indeks bias dari teori. Dan kami dapat menganalisa bahwa hasil kami mendekati teori karena diperoleh ketelitian pembanding sebesar 98,7% dengan ketidakpastian pembanding 1,3%. Dari data dan hasil perhitungan yang kami peroleh kami menyatakan data kami membuktikan hukum sinellius yang menyatakan dalam peristiwa pembiasan cahaya perbandingan sinus sudut datang dan sinus sudut bias adalah konstan karena indeks bias yang kami hasilkan relatif konstans,indeks bias sendiri dapat pula diartikan sebagai perbandingan sudut datang dengan sudut bias.kesesuaian dan faktor-foktor yang menyebabkan indeks bias konstans akan dibahas didiskusi.

b.Pembiasan Pada Kaca Plan Pararel

Untuk pergeseran sinar pada kaca plan paralel melalui percobaan didapatkan nilai sebesar (0.69 ± 0,1) dengan taraf ketelitian sebesar 85,6 %, sedangkan melalui perhitungan langsung didapatkan nilai pergeseran sinar (t) sebesar (2,55 ± 0,1) dengan taraf ketelitian 96,0 %. Dari data tersebut dapat dianalisa didapat nilai ketidakpastian pembanding dan ketelitian pembanding sebesar 20,6% dan 79,4%.

Dengan ketidakpastian sebesar itu dapat dikatakan secara analisis bahwa hasil yang kami peroleh kurang sesuai dengan hasil untuk perhitungan dengan rumus dasar dari teori buku.

c.Pembiasan Pada Prisma(deviasi dan Indeks bias prisma)

Dari 20 Percobaan kami dengan metode perhitungan rumus atau metode tidak langsung memperoleh rata-rata sudut deviasi sebesar (42,6+- 1,8) dengan ketidakpastian sebesar 4,2%. Sementara dari 20 percobaan kami dengan metode secara langsung kami mengukur besarnya sudut deviasi pada

pengamatan gambar dengan busur. Diperoleh hasil sebasar(40,95+-1,21) ketidakpastian 2,9%, ketelitian sebesar 97,1%.

Dari data yang yang kami peroleh sudut deviasi minimum terjadi saat sudut datang 480,dengan sudut bias 490 dengansudut deviasi minimum sebesar 380.Faktor yang menyebabkan terjadinya deviasi minimum akan kami bahas dalam diskusi.Sesuai dengan tujuan, kami juga menentukan besarnya indeks bias prisma,indek bias prisma dapat ditentukan setelah memperoleh besarnya sudut deviasi minimum diperoleh sebesar 1,63.

E. DISKUSI

Dari percobaan yang telah kami lakukan tentang penentuan besarnya indeks bias kaca setengah lingkaran dan pergeseran sinar pada kaca plan paralel, dan untuk menentukan sudut deviasi (δ), sudut deviasi minimum (δm), dan menentukan indeks bias prisma ...

F. KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah kami lakukan dan melihat hasil analisa data, dapat disimpulkan bahwa hukum pembiasan snellius adalah n1 sin θ1 = n2

sin θ2 , besar indeks bias kaca yaitu (1,50

± 0,008) dengan taraf ketelitian sebesar 99,5 %. Untuk pergeseran sinar pada kaca plan paralel melalui percobaan didapatkan nilai sebesar (0.69 ± 0,1) dengan taraf ketelitian sebesar 85,6 %, sedangkan melalui perhitungan langsung didapatkan nilai pergeseran sinar (t) sebesar (2,55 ± 0,1) dengan taraf ketelitian 96,0 %. Untuk sudut deviasi prisma yang dihitung melalui percobaan sebesar (38.7 ± 0,5) dengan taraf ketelitian sebesar 98,71 %. Sedangkan melalui perhitungan langsung didapatkan sebesar (...), dengan taraf ketelitian sebesar (...).

G. SARAN

Berdasarkan hasil yang kami dapatkan, maka sebaiknya dilakukan hal-hal sebagai berikut :

• Hendaknya melakukan percobaan praktikum dengan teliti dan konsentrasi.

• Dalam melakukan percobaan posisi pengamat tegak lurus dengan bayangan benda agar bayangan yang dibentuk tidak berubah dari kedudukan semula

• Usahakan jarum yang digunakan tidak bengkok karena mempengaruhi dalam menentukan bayangan.

H. DAFTAR PUSTAKA

http://www.fisika-ceria.com/pembiasan- cahaya-pada-lensa.html

http://cahkleca.blogdetik.com/index.php/arc hives/73

Tim Dosen Fisika Dasar II. 2012. Panduan Praktikum Fisika Dasar II. Surabaya:

Unipress Unesa.

http://swastikayana.wordpress.com/2009/04 /08/pembiasan-cahaya/

Tripler. 1991. Fisika Dasar Jilid II. Jakarta:

Erlangga.

http://wikipedia/wiki/org/pembiasan- snellius.html