LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA 1 ( KECEPATAN CAHAYA DI UDARA )
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika 1 Dosen pengampu : Drs. David Edison Tarigan, M.Si.
Disusun oleh :
Eka Fitri Rahayu (1507104) Teman Sekelompok : Seli Nurpianti (1506036)
PELAKSANAAN PERCOBAAN :
Hari/Tgl/Jam : Rabu/ 18 Oktober 2017/ 07.00 – 08.40 WIB
DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
EKSPERIMEN 3 KECEPATAN CAHAYA DI UDARA A. Tujuan Percobaan
Menentukan kecepatan cahaya di udara B. Dasar Teori
Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat dalam suatu medium vakum, karena cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dirambatkan, Hal tersebut menghendaki pandangan yang sungguh-sungguh dan menimbulkan pertanyaan, “Berapa cepatkah cahaya merambat?”.
Usaha pertama untuk mengukur laju cahaya dilakukan oleh Galieo. Ia dan seorang kawannya berdiri pada puncak bukit dengan jarak yang ditentukan dengam masing-masing memegang sebuah lentera dan penutupnya. Galileo mengukur waktu yang dibutuhkan oleh cahaya untuk bergerak bolak-balik antara mereka berdua. Mula-mula temannya membuka penutup lenteranya dan ketika yang lain melihat cahaya, maka ia akan membuka penutup lenteranya juga. Waktu orang pertama untuk melihat kembali cahaya dari yang lain setelah ia membuka lenteranya akan menjadi waktu yang dibutuhkan cahaya. Percobaan ini memang masuk akal, namun gagal karena kecepatan cahaya terlalu besar sehingga jarak waktu yang akan diukur sangat kecil dibandingkan fluktuasi dalam waktu tanggapan manusia.
satelit jupiter, jarak antara bumi dan jupiter berubah yang membuat lintasan bagi cahaya memanjang maupun memendek. Romer merancang metode untuk mengukur efek kumulatif dari ketidakcocokan-ketidakcocokan ini. Karena jupiter bergerak jauh lebih lambat dibandingkan bumi, kita dapat mengabaikan gerakannya. Ketika bumi dititik A, terdekat ke Jupiter jarak antara bumi dan jupiter sedikit berubah. Periode gerhana Io diukur, memberikan waktu antara dua permulaan gerhana-gerhana sesudahnya. Berdasarkan pengukuran ini, banyaknya gerhana dalam 6 bulan dihitung, dan waktu saat sebuah gerhana harus mulai setengah tahun berikutnya ketika bumi di titik C diprediksikan. Saat bumi benar-benar berada di C, permulaan gerhana yang diamati kira-kira 16.6 menit lebih lambat dari yang diprediksikan. Inilah saat yang diperlukan bagi cahaya untuk memulai sebuah jarak yang sama dengan diameter orbit bumi.
dilihat karena cahaya yang dipantulkan terhalang oleh energi roda yang berputar tersebut. Kemudian laju putaran diperbesar, tiba-tiba cahaya dapat dilihat ketika laju putaran sedemikian rupa sehingga cahaya yang dipantulkan melewati celah berikutnya dalam roda tersebut.
Metode yang digunakan oleh Fizeau diperbaiki oleh Foucault, yang menggantikan roda begerigi dengan sebuah cermin putar bersisi delapan. Cahaya mengenai satu muka cermin tetap ke muka lain dari cermin putar lalu ke teleskop pengamat. Saat cermin berputar seperdelapan bagian atau n/8 putaran dengan n bilangan bulat, muka lain dari cermin tersebut berada pada posisi yang tepat bagi cahaya yang dipantulkan untuk memasuki telskop. Tahun1850, Foucault mengukur laju cahaya di udara dan di air, kemudian mennjukan bahwa laju cahaya di air lebih kecil daripada laju cahaya di udara. Memakai metode yang sama, fisikawan Amerika A.A Michelson membuat pengukuran yang tepat akan laju cahaya dari tahun 1880 – 1930.
Metode lain dalam menentukan laju cahaya melibatkan pengukuran konstanta elektrik 0 untuk menentukan dari persamaan
konstanta
telah dilakukan, sekarang telah ditentukan bahwa kecepatan cahaya didefinisikan secara tepat sebesar 2,99792457 x 108 . Nilai bagi laju cahaya cukup akurat untuk hampir semua perhitungan. Laju gelombang-gelombang radio dan semua gelombang-gelombang elektromagnetik lainnya dalam ruang hampa sama dengan laju cahaya.
Pada percobaan ini, kita mengukur kecepatan cahaya dengan menggunakan hubungan antara jarak tempuh dan waktu yang dirumuskan dengan :
akt te p h arak te p h
Jarak tempuh dapat diukur dengan menggunakan mistar secara langsung dan waktu tempuh dapat diperoleh dengan melihat beda fase antara dua gelombang pada osiloskop.
Jika berkas sinar laser yang berasal dari pemancar (emitter) diarahkan ke cermin pemantul dengan panjang lintasan L1 oleh cermin sinar dipantulkan
ke penerima (receiver) dengan jarak L2 dan dengan selang waktu t.
Dua gelombang cahaya dibentuk pada waktu yang berbeda, dua gelombang yang dibentuk pada waktu yang tidak bersamaan ini ditampilkan di osiloskop dengan beda fase tertentu, yang bergantung pada panjang lintasan-lintasan optik cahaya laser tadi. Dengan memplot grafik antara panjang lintasan dengan waktu tempuhnya (beda fasenya) maka laju cahaya dapat dihitung melalui kemiringannya. Beda fase yang dirumuskan sebagai =
, karena pada praktikum ini menggunakan laser dan
salah satu sifat laser adalah monokromatis maka laser yang keluar dari emitter dan percobaan ini beda fasenya memiliki satuan yaitu dalam nano sekon.
C. Variabel Penelitian
Variabel bebas : panjang lintasan cahaya Variabel terikat : waktu tempuh cahaya D. Alat dan Bahan
No Nama Alat Jumlah
3 Receiver laser 1 Set
4 Penggaris 2 buah
5 Cermin pemantul 1 buah
6 Power supplay 1 set
7 Kabel Konektor secukupnya E. Prosedur Percobaan
1. Menyiapkan alat dan bahan
2. Memastikan alat dapat berfungsi dengan baik
3. Menyusun emiter, receptor dan cermin pemantul seperti gambar diatas. 4. Menghubungkan ground pada emiter dan receptor menggunakan lead
wire.
5. Mengbungkan osiloskop pada terminal keluaran emiter dengan menggunakan kabel koaksial (cahaya 1)
6. Mengbungkan osiloskop pada terminal keluaran receptor dengan menggunakan kabel koaksial (cahaya 2)
7. Menyalakan emiter dan receptor. Tunggu beberapa menit sebagai pemanasan alat agar frekuensi modulasinya tetap.
8. Mengatur fokus laser sehingga membentuk lingkaran dengan diameter 3mm pada receptor.
9. Mengatur cermin pemantul agar sinar yang berasal dari emiter tepat masuk pada lubang receptor.
10.Mengatur posisi vertikal pada osiloskop sehingga gelombang cahaya 1 dan 2 berada pada sumbu horizontal yang sama.
Osiloskop Emitter
Receptor
Cermin pemantul L1
11.Mencatat selisih waktu (t) antara gelombang cahaya 1 dan 2 yang ditunjukkan oleh osiloskop.
12.Melakukan percobaan dengan dengan mengubah jarak antara cermin pemantul dengan emiter (L1 ) dan jarak antara cermin pemantul dengan
receptor (L2) sebanyak 10 kali.
13.Mencatat data pada tabel pengamatan.
14.Merapikan kembali alat yang telah digunakan. F. Tabel Pengamatan
No (mm) mm) ns)
1 610 590 4,0
2 600 580 4,2
3 625 610 4,4
4 665 650 4,6
5 700 680 4,8
6 740 720 5,0
7 724 725 5,2
8 770 750 5,4
9 831 810 5,6
10 845 875 5,8
G. Pengolahan Data 1. Metoda Statistik
No (m) m) s) x=∆L
6 0,74 0,72 5,0 x 10-9 1,46 2,9 x 108 0,02 x 108 0,0004 x 1016 7 0,724 0,725 5,2 x 10-9 1,449 2,8 x 108 0,08 x 108 0,0064 x 1016 8 0,77 0,75 5,4 x 10-9 1,52 2,8 x 108 0,08 x 108 0,0064 x 1016 9 0,831 0,81 5,6 x 10-9 1,641 2,9 x 108 0,02 x 108 0,0004 x 1016 10 0,845 0,875 5,8 x 10-9 1,72 3,0 x 108 0,12 x 108 0,0144 x 1016
Jumlah 28,8 x 108 0,056 x 1016
Setelah dilakukan pengolahan data dengan menggunakan metoda statistika diperoleh besar kecepatan cahaya di udara adalah sebagai berikut
= (
Dengan presentase kesalahan presisi
Dan presentase kesalahan akurasi menggunakan harga
2. Menggunakan Metoda Grafik Ms.Excel
4,4 x 10-9 1,235
3. Metode Grafik Mc. Origin
Dari pengolahan data menggunakan origin didapatkan persamaan garis linier
dengan ketidakpastian sebesar . Sehingga . Dengan presentase kesalahan presisi hasil percobaan sebesar
Berdasarkan literatur, kecepatan cahaya di udara memiliki besar
(Tipler Jilid II). Hasil pengolahan data yang diperoleh dari
percobaan menggunakan metode statistika menghasilkan nilai = (
dengan presentase kesalahan presisi 2,7% dan kesalahan akurasi 4%, metode grafik Ms.Excel menghasilkan nilai = (
dengan kesalahan presisi sebesar 1,58% dan kesalahan akurasi 0,87% dan menggunakan metode grafik Mc.Origin didapatkan hasil
dengan kesalahan presisi sebesar 6,9% dan kesalahan akurasi 0,87%.
Hasil pengolahan menunjukkan bahwa pengolahan metode grafik lebih baik daripada metode statistika dengan nilai kesalahan akurasi terkecil yakni 0,87%. Perbedaan kecepatan cahaya di udara dengan literatur disebabkan karena faktor-faktor berikut ini:
1. Cahaya yang datang menuju receiver sulit untuk difokuskan sehingga grafik yang didapat di osiloskop kabur.
2. Kesulitan dalam menentukan jarak pergeseran fase pada osiloskop saat grafiknya kabur.
3. Pengukuran panjang lintasan dari emitter ke cermin, dan cermin ke receiver tidak pada acuan yang selalu sama
1. Memastikan alat yang akan digunakan berfungsi dengan baik.
2. Memastikan berkas cahaya menuju receiver tepat masuk dan focus sehingga grafik pada osiloskop tidak kabur.
3. Lebih teliti dalam menentukan titik acuan maupun jarak lintasan dari emitter ke cermin dan cermin ke receiver.
Tugas Akhir
1.) Berdasarkan data yang anda peroleh hitunglah kecepatan cahaya di udara dengan cara grafik!
Jawab:
a. Metode grafik Ms.Excel
presisi sebesar
kesalahan
akurasi
b. Metode grafik Mc.Origin
Dari pengolahan data menggunakan origin didapatkan persamaan garis linier
. Kecepatan cahaya hasil percobaan adalah kemiringan garis dari persamaan linier, yaitu
dengan ketidakpastian sebesar . Sehingga . Dengan presentase kesalahan presisi hasil percobaan sebesar
dan
kesalahan akurasi
L
t θ
L1 (jarak antara emitter dengan cermin), L2 (jarak antara receptor dengan
cermin) dan sudut fase antara cahaya yang dikeluarkan oleh emitter terhadap cahaya yang diterima osiloskop setelah dipantulkan oleh cermin). Maka kecepatan cahaya dapat dihitung dari grafik L= f(t). Rumus yang digunakan yaitu rumus kelajuan, yaitu :
Jika dalam grafik L = f(t), menggunakan tanθ = y/x, dengan fungsi sumbu-y sebagai jarak (L) dan sumbu-x sebagaibeda fase (t).
3.) Apakah sudut yang dibentuk L1 dan L2 berpengaruh terhadap hasil
perhitungan kecepatan cahaya? Terangkan Jawab:
Sudut yang dibentuk L1 dan L2 tidak berpengaruh pada terhadap hasil
4.) Bandingkanlah harga kecepatan cahaya yang anda peroleh dengan harga kecepatan cahaya di udara berdasarkan referensi, bila hasilnya menyimpang cukup jauh coba analisis factor-faktor apa sajakah yang menyebabkannya?
Perbedaan kecepatan cahaya di udara dengan literatur disebabkan karena faktor-faktor berikut ini:
b. Kesulitan dalam menentukan jarak pergeseran fase pada osiloskop saat grafiknya kabur.
c. Pengukuran panjang lintasan dari emitter ke cermin, dan cermin ke receiver tidak pada acuan yang selalu sama
5.) Bandingkanlah harga kecepatan cahaya di udara yang anda ukur dengan cepat rambat udara di ruang vakum berdasarkan referensi, mana lebih besar? Jelaskan factor yang menyebabkannya
Jawab :
Cepat rambat cahaya di ruang vakum menurut referensi adalah
(Tipler Jilid II). Hasil percobaan yang paling mendekati
adalah pengolahan menggunakan metode grafik Ms.Excel dengan hasil
= ( . Yang lebih besar adalah cepat rambat caya di ruang vakum. Perbedaan nilai kecepatan cahaya ini disebabkan karena beberapa faktor kesalahan. Diantaranya :
a. Perbedaan Pengukuran antara di ruang biasa dengan ruang vakum yang memiliki banyak perbedaan serta karakteristik yang berbeda pula.
b. Cahaya yang datang menuju receiver sulit untuk difokuskan sehingga grafik yang didapat di osiloskop kabur.
c. Kesulitan dalam menentukan jarak pergeseran fase pada osiloskop saat grafiknya kabur.
d. Pengukuran panjang lintasan dari emitter ke cermin, dan cermin ke receiver tidak pada acuan yang selalu sama
6.) Buat laporan akhir secara lengkap
7.) Apakah set alat yang anda gunakan ini dapat digunakan untuk mengukur cepat rambat cahaya di medium lain? Misalnya dalam gelas kaca, air dan meium lainnya yang transparan
Tidak.
8.) Bila anda menjawab tidak, berikan alasannya. Dan bila anda menjawab iya, coba gambarkan skema percobaannya dengan gambar
Jawab:
Hal ini dikarenakan, jika set alat digunakan pada medium lain (contohnya air atau kaca) sinar laser akan mengalami pembiasan (pembelokan lintasan) sebelum mencapai cermin pemantul, untuk mengukur panjang lintasnnya hasil pembiasan tersebut akan sangat sulit atau tidak bisa diukur langsung. Sehingga dengan set alat yang sama tidak akan bisa menentukan kecepatan cahaya pada medium yang berbeda.
H. Kesimpulan
Hasil pengolahan data yang diperoleh dari percobaan menggunakan metode statistika menghasilkan nilai = ( dengan presentase kesalahan presisi 2,7% dan kesalahan akurasi 4%, metode grafik Ms.Excel menghasilkan nilai = ( dengan kesalahan presisi sebesar 1,58% dan kesalahan akurasi 0,87% dan menggunakan metode grafik Mc.Origin didapatkan hasil
dengan kesalahan presisi sebesar 6,9% dan kesalahan akurasi 0,87%.
I. Daftar Pustaka
Tim Dosen Fisika UPI. 2009. Eksperimen Fisika I. Bandung: Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI.
