DISPERSI DAN DAYA PRISMA Friska Novalita Anggraeni (140310080072) Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran
15 Maret 2010
ABSTRAK
Cahaya merupakan gerakan gelombang yang dipancarkan sumber cahaya ke segala arah(menurut Huygens). Dan menurut Huygens, cahaya dapat dibelokan atau dilenturkan pada saat melewati celah kecil(sempit). Suatu cahaya putih terdiri atas beberapa spectrum warna yang terbagi berdasarkan panjang gelombang masing-masing. Saat suatu sinar cahaya melewati suatu medium yang transparan maka akan mengalami pembiasan akibat perbedaan indeks bias medium yang dilewatinya. . Percobaan ini bertujuan untuk mencari indeks bias dari prisma yang digunakan untuk dispersi. Penggunaan prisma ini digunakan untuk melakukan pembiasan terhadap sinar yang masuk sehingga sinar yang masuk dapat terurai menjadi beberapa spectrum yang memiliki panjang gelombang yang berbeda.
I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang
Cahaya adalah gerakan gelombang yang dipancarkan sumber cahaya ke segala arah.cahaya terdiri dari korpuskul (benda-benda kecil) dipancarkan oleh sumber sumber cahaya menuru garis lurus. Kita telah mempelajari bahwa secara fundamental cahaya adalah gelombang dan dalam beberapa situasi kita harus meninjau sifat-sifat gelombang secara eksplisit. Jika dua atau lebih gelombang cahaya yang frekuensinya sama tumpang tindih disebuah titik maka efek totalnya bergantung pada fasa gelombang dan juga amplitudonya.
Bidang prisma adalah salah satu bidang yang dilalui cahaya. Sebuah prisma jika dilalui cahaya akan menghasilkan spektrum warna cahaya.
1.2 Identifikasi Masalah
Bagaiman peristiwa pembiasan yang terjadi pada prisma segitiga sama kaki dan prisma segitiga sama sisi. Pada keadaan bagaimana dapat menghasilkan sudut deviasi minimum pada prisma, tentu saja hal ini berkaitan dengan posisi prisma ketika di lewati cahaya.
Tujuan Percobaan
1. Menentukan refraktif indeks bias dari berbagai cairan dalam prisma berongga 2. Menentukan indeks bias berbagai prisma gelas
3. Menentukan garis spectrum air raksa (mercury)
4. Menunujukan hubungan antara indeks bias dengan panjang gelombang (kurva dispersi)
TEORI DASAR
Cahaya sebagai gelombang tentu saja memiliki sifat-sifat gelombang, yaitu pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi dan polarisasi. Sifat pemantulan dan pembiasan kita pelajari dalam optika geometrik. Sifat-sifat interferensi, difraksi, dan polarisasi cahaya termasuk dalam cakupan optika fisis.
Pembiasan terjadi karena sinar (penjalaran terus menerus) cahaya yang melalui dua medium yang berbeda. Pada peristiwa pembiasan ini cahaya ini berlaku hukum I dan II Snellius, yang berbunyi :
1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal berada pada suatu bidang datar.
2. Perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias menyatakan indeks bias suatu medium. Indeks bias merupakan suatu ukuran kemampuan suatu medium itu untuk membelokkan cahaya.
Gambar 1. Pembiasan Hk. Snellius
Dimana : n = sin i / sin r
n = Indeks bias suatu medium i = sudut datang
r = sudut bias Pembiasan Cahaya Pada Prisma
Prisma adalah benda bening (transparan) terbuat dari bahan gelas yang dibatasi oleh dua bidang permukaan yang membentuk sudut tertentu. Bidang permukaan ini disebut bidang pembias, dan sudut yang dibentuk oleh kedua bidang pembias disebut sudut pembias (sudut A pada gambar ).
A i i’ D P r i mediu m
S Gb.3. Deviasi pada prisma
Keterangan gambar:
A : sudut pembias prisma
P : sinar datang dari udara ke prisma
R : sinar yang datang dari sisi kiri prisma ke sisi kanan prisma S : sinar bias
t : perpotongan sinar P dan S
i : sudut antara sinar datang dengan garis normal pertama(N) i’ : sudut antara sinar bias dengan garis normal kedua (N’) D : sudut deviasi prisma
Dispersi merupakan peristiwa penghamburan cahaya ke dalam beberapa panjang gelombang. Dimana dispersi menggunakan prisma untuk melakukan penghamburannya. Dengan menggunakan prisma maka akan didapatkan sudut deviasi minimumnya, dan akan didapatkan indeks bias dari prisma tersebut, secara matematis
Sudut Deviasi Minimum Prisma
Untuk berbagai nilai sudut datang pertama i1, kita akan mendapatkan berbagai
nilai sudut deviasi, D. Salah satu dari nilai sudut deviasi itu ada yang paling kecil (minimum) yang disebut deviasi minimum. Pada persamaan (6) telah kita ketahui D = i1 + r2 - A. Oleh karena nilai A tetap, maka D hanya tergantung pada (i1 + r2), yang
mempunyai nilai minimum jika i1 = r2, ini menyebabkan r1 = i2. Jika nilai diatas kita
masukan ke dalam persamaan (6) diperoleh : Dm = i1 + r2 - A
Dm = 2 i1 - A
i1 = (Dm + A)/ 2 ( 7 )
Telah kita ketahui bahwa :
A = r1 + i2 = 2 r1 sebab i2 = r1
r1 = A / 2 ( 8 )
Dari persamaan Snellius diperoleh : n = sin i1 / sin r1
Jika persamaan (7) dan (8) dimasukkan ke dalam persamaan diatas maka akan diperoleh :
n = sin ½ (A + Dm)
sin ½ A
dimana : n = indeks bias prisma A = sudut bias prisma
Dm = deviasi minimum.
Untuk sudut pembias yang kecil (A < 150), nilai sinus mendekati nilai sudutnya
(dalam radian ) sehingga :
sin ½ (A + Dm) = n sin ½ A
A + Dm = n A
Dm = (n - 1) A
III.Percobaan
Alat dan bahan
-Spektrometer/Goniom. W. Vernier -Pemegang lampu -lampu Hg spectral 100 -Power supply -Prisma , 600 -Prisma Berongga -Glycerol 250ml -Methanol 500ml
Gb. Susunan Alat Spektrometer dan Goniometer Metode Eksperimen
1. Menyusun alat percobaan sesuai pada gambar.
2. Mengatur spektrometer-goniometer dan grating sesuai dengan instruksi operasi, berkas sinar sejajar akan melewati prisma bila pengaturan alat-alat tersebut benar.
3. Memproyeksikan apertur atau celah kedalam bidang dari kawat menyilang dengan pergeseran teleskop tak hingga dan mengamatinya dengan lensa mata yang digunakan sebagai pembesar.
4. Mengatur prisma agar menghasilkan deviasi minimum dengan posisi anguler f1 dari teleskop dan membaca off pada vernier untuk masing-masing garis spektrum.
5. Memutar prisma sehingga cahaya jatuh pada permukaan terdekat dan cahaya dideviasikan kearah sebaliknya, sudut f2 tidak membaca off pada masing-masing garis spektral pada deviasi minimum.
6. Memberikan sebuah grating ruled yang diamankan didalam sebuah holder sejajar terhadap sumbu kolimator.
7. Mengukur sudut dari garis yang terdifraksi orde pertama terhadap bagian kanan dan kiri gambar dari celah yang tidak terdeviasi .
8. Memastikan bahwa udara dapat bersikulasi melalui celah ventilasi pada housing lampu tanpa hambatan saat menseting lampu.
Data dan analisa Data
Prisma biasa
warna Sudut awal Sudut akhir
biru 23o,25’ 25o,60’
kuning 25o,60’ 24o,45’
hijau 25o,75’ 24o,40’
ungu 24o,35’ 23o,60’
warna Sudut awal Sudut akhir Kuning 22o,25’ 21o,55’ Hijau 21o,50’ 20o,55’ Biru 20o,35’ 20o,25’ ungu 20o,45’ 20o,25’ Prisma methanol
warna Sudut awal Sudut akhir
Merah 20o,24’ 21o,8’ Kuning 21o,60’ 22o,25’ Hijau 22o,35’ 23o,35’ Ungu 17o,30’ 16o,60’ SETELAH DI KONVERSI dimana 1’ = 10/60 Prisma biasa
warna Sudut awal Sudut akhir Sudut
minimum
biru 23,42o 26,00o 24,71o
kuning 26,00o 24,75o 25,38o
hijau 26,25o 24,67o 25,46o
ungu 24,58o 24,00o 24,29o
Untuk menghitung indeks bias menggunakan persamaan sin 2 sin 2 m n θ δ θ + = ; dimana θ = 60 Warna sudut minimum Indeks bias (n) Biru 24,71 1,010498276 Kuning 25,38 0,973115732 Hijau 25,46 0,961210587 Ungu 24,29 0,976384066
Nilai terbaik indeks bias = = 0,98
Menghitung KSR 100% literature hitung literature n n KSR x n −
= ; dimana n literatur kaca = 1,52 [2]
KSR = 35,53 %
Prisma gliserin
warna Sudut awal Sudut akhir Sudut
minimum
Kuning 22,42o 21,92o 22,17o
Hijau 21,83o 20,92o 21,38o
Biru 20,58o 20,42o 20,50o
ungu 20,75o 20,42o 20,59o
Untuk menghitung indeks bias menggunakan persamaan sin 2 sin 2 m n θ δ θ + = ; dimana θ = 60 Warna δ minimum indeks bias(n) Kuning 22,17 0,244802697 Hijau 21,38 0,151953316 Biru 20,5 0,563692767 Ungu 20,59 0,525307473
Nilai terbaik indeks bias = = 0,37 Menghitung KSR 100% literature hitung literature n n KSR x n −
KSR = 75,65%
Prisma methanol
warna Sudut awal Sudut akhir Sudut
minimum
Merah 20,40o 21,13o 20,77o
Kuning 22,00o 22,42o 22,21o
Hijau 22,58o 23,58o 23,08o
Ungu 17,50o 17,00o 17,25o
Untuk menghitung indeks bias menggunakan persamaan sin 2 sin 2 m n θ δ θ + = ; dimana θ = 60 Warna δ minimum indeks bias(n) Merah 20,77 0,445426053 Kuning 22,21 0,264393661 Hijau 23,08 0,651475806 Ungu 17,25 0,808835418
Nilai terbaik indeks bias = = 0,54 Menghitung KSR 100% literature hitung literature n n KSR x n −
= ; dimana n literatur kaca = 1,52 [2]
ANALISA
Dari percobaan yang telah kita lakukan, dapat kita lihat bahwa pada saat cahaya melewati sebuah prisma, kecepatan dari gelombang cahaya tersebut mengalami perlambatan akibat panjang gelombangnya yang semakin memendek. Dimana frekuensi dari cahaya tersebut tidak mengalami perubahan. Sama seperti yang kita tahu bahwa kecepatan cahaya pada saat melewati sebuah medium itu berbeda – beda. Setelah kita menganbil data terlihat bahwa setelah melakukan percobaan untuk mencari cahaya monokromatik dari cahaya polikromatik, yaitu dengan prisma biasa, prisma dengan cairan gliserin dan prisma dengan cairan methanol kita mendapatkan sudut deviasi minimum yang kemudidn kita hitung hingga mendapatkan ndeks biasnya, dari situ kita dapat menghitung nilai KSR nya. Untuk prisma biasa nilai KSR nya yaitu 35,53%, ntuk prisma dengan larutan gliserin yaitu 75,65%, dan ntuk prisma dengan larutan methanol yaitu 64,47%. Dari sini kita dapat melihat bahwa nilai KSR yang kita dapatkan relatif besar, hal ini di karenakan pada saat percobaan kita keslitan untuk mencari warna pelanginya, apalagi untuk prisma yang berisi cairan, di samping itu juga kesalahan praktikan dalam melakukan percobaan. Dalam percobaan ini kita tidak mendapatkan semua warna pelangi namun hanya sekita 4 warna pelangi yang kita dapatkan.
KESIMPULAN
Pada percobaan ini, bahwa sebuah prisma digunakan untuk mendispersi cahaya yang masuk untuk dihamburkan ke berbagai spectrum warna dengan panjang gelombang yang
berbeda. Dengan panjang gelombang yang berbeda ini, diketahui bahwa hubungan antara indeks bias prisma dengan panjang gelombang yang melewatinya akan berbanding terbalik, sehingga semakin rendah indeks biasnya maka akan semakin panjang panjang gelombangnya dan mempengaruhi kecepatan cahaya yang melewai prisma itu.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2009. Dispersi. http://www.phywe.de/download/lexlong/P2210300.pdf Anonim. 2009. Indeks bias. http://books.google.co.id/books
