Senin, 23 November 2009

Laboratorium Fisika ( Indeks bias zat cair )

INDEKS BIAS ZAT CAIR


A. TUJUAN
Menentukan indeks bias zat cair dengan prinsip pemantulan total
B. ALAT DAN BAHAN
1. Seperangkat alat ukur indeks bias
2. Kertas grafik
3. Zat cair (air dan minyak kelapa)
C. DASAR TOERI
1. Indeks bias
Indeks bias merupakan perbandingan laju cahaya di ruang hampa terhadap laju cahaya di dalam medium. Sebagai contoh, laju cahaya di dalam kaca kira-kira dua per tiga dari laju cahaya di ruang bebas. Jadi indeks bias kaca kira-kira n = c/v = 1,5.
Menurut Tippler (2001: 446), frekuensi cahaya pada medium kedua sama dengan frekuensi cahaya datang, atom-atom menyerap dan meradiasi ulang cahaya tersebut pada frekuensi yang sama tetapi laju gelombang yang dilewatkan lebih kecil dari laju gelombang datang maka panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan berbeda dari panjang gelombang cahaya datang. Jika  adalah panjang gelombang cahaya di ruang hampa, maka panjang gelombang  di dalam medium dengan indeks bias n adalah:
……………………………………………….. (1)






Gambar 1 menunjukkan cahaya datang melalui udara mengenai sebuah permukaan kaca yang rata. Sinar yang memasuki kaca disebut sinar yang dibiaskan, dan sudut r disebut sudut bias. Sudut bias lebih kecil dari sudut datang i. Jadi, sinar yang dibiaskan dibelokkan mendekati garis normal.
Menurut Retnowati dan Ishafit (2002), fenomena pembiasan dapat dijelaskan dengan prinsip Huygens. Berdasarkan prinsip ini, semua titik pada muka gelombang (wave front) primer dapat dipandang sebagai sumber titik yang menghasilkan gelombang sferis sekunder (wavelets) yang kemudian berkembang dengan laju dan frekuensi sama dengan gelombang primer. Setelah selang waktu t+t, posisi muka gelombang yang baru adalah permukaan selubung yang menyinggung semua gelombang sekunder dengan radius ct.




Gambar 2 menunjukkan sebuah gelombang datang yang mengenai permukaan udara-kaca. Prinsip Huygens dapat diterapkan untuk menemukan muka gelombang yang ditransmisikan. Garis HC menunjukkan sebagian muka gelombang dalam medium 1 yang mengenai permukaan kaca dengan sudut datang i. Pada waktu t, gelombang kecil dari E menempuh jarak v1t dan mencapai titik C pada garis HC yang memisahkan kedua medium, dimana gelombang kecil dari titik H menempuh jarak yang lebih pendek v2t menuju medium kedua. Muka gelombang baru E’C tidak sejajar dengan muka gelombang asal EC disebabkan laju v1 dan v2 berbeda. Dari segitiga siku-siku HCE dan HCE’ dapat ditulis:
atau ; untuk HCE ….……………… (2)
atau ; untuk HCE’ .………………… (3)
Dari persamaan (2) dan (3), diperoleh:
………………………………………. (4)
Perbandingan cepat rambat cahaya dalam dua medium didefinisikan sebagai indeks bias, tepatnya indeks bias relatif dirumuskan sebagai berikut:
…………………………………….. (5)
Dengan mensubstitusi persamaan (5) ke persamaan (4), diperoleh:
n1 sin i = n2 sin r …………………………………….. (6)
Persamaan (6) merupakan salah satu dari dua hukum pembiasan cahaya yang selengkapnya dapat dituliskan (Bhattacharjee, 2005) sebagai berikut:
1. Sinar datang, sinar bias dan vektor normal bidang pada titik datang berada pada satu bidang.
2. Perbandingan antara sinus sudut datang dan sinus sudut bias cahaya yang memasuki bidang batas dua medium yang berbeda adalah tetap dan yang tetap ini dikenal sebagai indeks bias medium kedua terhadap medium pertama (hukum Snellius).
3.2 Pemantulan total
Jika seberkas cahaya datang dari medium yang rapat (secara optis), masuk ke medium yang kurang rapat, misalnya cahaya datang dari kaca ke udara seperti pada Gambar 3, maka sinar biasnya akan menjauhi garis normal artinya sudut bias (') lebih besar dari sudut datang (). Apabila sudut datang ini terus diperbesar maka suatu saat akan dicapai keadaan dimana sinar biasnya mengarah sepanjang bidang batas (lihat sinar e pada Gambar 4) atau sudut biasnya 90o. Sudut datang () yang menghasilkan sudut bias 90o disebut sebagai sudut kritis. Jelas bahwa jika sudut datang diperbesar melebihi sudut kritis, maka tidak ada lagi sinar yang dibiaskan, tetapi semua sinar dipantulkan kembali. Fenomena ini disebut pemantulan internal total. Besarnya sudut kritis dapat ditentukan dengan menggunakan hukum pembiasan Snellius sebagai berikut:
…………………………………….. (7)


















Keterangan :
nk = indeks bias cahaya pada kaca
nu = indeks bias cahaya pada udara = 1

Jika dilakukan percobaan dengan konstruksi peralatan seperti pada Gambar 4, maka akan diperoleh pola gelap terang. Dengan menganalisis pola gelap-terang yang terbentuk dihubungkan dengan medium yang dipergunakan, maka akan diperoleh hubungan matematis untuk menentukan indeks bias kaca (nk) dan zat cair (nc).















































Keterangan:
Dg = Diameter lingkaran gelap (tanpa lapisan zat cair di atas pelat kaca)
Dx = Diameter lingkaran gelap (dengan lapisan zat cair di atas pelat kaca).











Dari Gambar 6 diperoleh:
............................…………….. (8)
Persamaan (8) disubstitusi ke persamaan (7), maka diperoleh persamaan yang dapat digunakan untuk menentukan indeks bias kaca, sebagai berikut:
..........…...………….. (9)
Untuk menentukan indeks bias zat cair dapat dilakukan dengan menganalis pola cincin gelap-terang secara geometri, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.














Dari gambar diperoleh:
.........................…………….. (10)
Dan , sehingga diperoleh:
atau
..........................…………….(11) Dimana t adalah tebal kaca. Persamaan (11) merupakan persamaan yang akan digunakan untuk menentukan indeks bias zat cair.
D. PROSEDUR KERJA
1. Menentukan indeks bias kaca
a. Menyusun alat seperti Gambar 4, kemudian menghubungkan sumber cahaya (lampu) pada sumber tegangan PLN.
b. Mengatur fokus lensa, sehingga terlihat pola gelap-terang yang jelas pada kaca.
c. Mengamati pola gelap-terang yang terbentuk pada kertas grafik, kemudian mengukur diameter lingkaran gelap (Dg) yang terbentuk.
d. Memasukkan data pengamatan ke dalam tabel 1
Tabel 1 Hasil pengamatan pola gelap-terang pada kaca
Ketebalan kaca (t) Dg
1 2 3 4 5



e. Menghitung indeks bias kaca dengan menggunakan persamaan (9), kemudian membandingkan hasil yang diperoleh dengan literatur.
2. Menentukan indeks bias zat cair
a. Mengulangi langkah a hingga langkah b pada percobaan 1.
b. Memasukkan zat cair (air) ke dalam wadah (di atas balok kaca).
c. Mengamati pola gelap terang yang terbentuk pada kertas grafik, kemudian mengukur diameter lingkaran gelap (Dx) yang terbentuk.
d. Mengganti jenis zat cair (air) dengan minyak kelapa, kemudian melakukan langkah yang sama seperti pada bagian a sampai c.








e. Memasukkan data pengamatan ke dalam tabel 2
Tabel 2 Hasil pengamatan pola gelap-terang pada kaca-zat cair
Jenis zat cair Ketebalan kaca (t) Dx
1 2 3 4 5
Air

Minyak kelapa

f. Menghitung indeks bias zat cair dengan menggunakan persamaan (11), kemudian bandingkan hasil yang diperoleh dengan literatur

E. HASIL PENGAMATAN
1. Menentukan indeks bias kaca
Ketebalan kaca (t) Dg
1 2 3 4 5
5 mm 9,5 10,9 11,8 13,3 14
3 mm 9,3 10,8 11,2 12,4 12,8

2. Menentukan indeks bias zat cair
Jenis zat cair Ketebalan kaca (t) Dx
1 2 3 4 5
Air 5 mm 8 9,1 11 12,4 13,2
3 mm 9,6 11 11,9 12,7 13,2
Minyak kelapa 5 mm 12 13,9 14,7 16,2 17,2
3 mm 11,8 13,2 14,6 15,6 16,9





F. ANALISA DATA
1. Menentukan indeks bias kaca
Rumus :


Kaca 5 mm

a.

= 2,3


b.

= 2,1
c.

= 1,9
d.

= 1,8
e.

=1,7




Kaca 3 mm

a.

= 1,6
b.

= 1,49 = 1,5

c.

= 1,46 = 1,5
d.

= 1,4
e.

= 1,37 = 1,4










2. Menentukan indeks bias zat cair
Rumus :

Menggunakan Air


Kaca 5 mm

a.

= 0,85
b.

= 0,86
c.

= 0,92
D.

= 0,94
e.

= 0,93







Kaca 3 mm

a.

= 1,0

b.

= 1,01

c.

=1,05

d.

= 1,02

e.

= 1,04










Minyak kelapa

Kaca 5 mm

a.

= 1,18

b.

= 1,19

c.

= 1,12

d.


= 1,13

e.

= 1,11







Kaca 3 mm
a.

= 1,12

b.

= 1,11

c.

= 1,15

d.

= 1,10

e.

= 1,14










G. PEMBAHASAN
Indeks bias merupakan perbandingan laju cahaya di ruang hampa terhadap laju cahaya didalam medium.
Berdasarkan dari hasil percobaan yang telah dilakukan kami menggunakan sebuah lensa yang berguna untuk mengatur besar kecilnya cahaya yang keluar dari tabung cahaya dengan cara mengubah-ubah posisi dan kettinggian dari tabung sumber cahaya. Selain itu kami juga menggunakan dua buah kaca dengan ketebalan yang berbeda-beda , masing-masing kaca dengan ketebalan 5 mm dan 3 mm.
Pada proses pengambilan data ,langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan indeks bias kaca. Dimana dalam menentukan indeks bias kaca ini kami menggunakan kedua kaca yang telah disediakan secara bergantian dengan mengatur tinggi dan rendahnya tabung sumber cahaya terhadap kaca untuk menghitung diameter pola terang gelap yang terbentuk pada layar.
Setelah proses pengambilan data untuk indeks bias kaca selesai maka selanjutnya kita akan menentukan indeks bias zat cair. Prosedur yang dilakukan adalah sama pada saat menentukan indeks bias kaca , Cuma tinggal menambahkan air dan minyak kelapa keatas balok kaca dan selanjutnya mengukur diameter gelap yang terbentuk pada layar.
Dari analisa data untuk menentukan indeks bias kaca diperoleh hasil yaitu : untuk kaca dengan ketebalan 5 mm yaitu 1). 2,3 2).2,1 3).1,9 4). 1,8 5)1,7. sedangkan untuk kaca 3 mm didapat hasil yaitu 1).1,6 2).1,5 3).1,5 4).1,4 5).1,4.dari hasil tersebiut dapat kita katakana bahwa untuk ketebalan kaca juga mempengaruhi proses pembiasan yang terlihat pada layer , selain tiu juga dipengaruhi oleh pengaturan ketinggian tabung cahaya yang hampir tidak sama.
Selanjutnya dalam menentukan indeks bias zat cair ,untuk bahan air dengan ketebalan kaca 5 mm diperoleh hasil yaitu : 1). 0,85 2). 0,86 3). 0,92 4). 0,94 5). 0,93. dan untuk kaca dengan ketebalan 3 mm diperoleh hasil 1). 1,0 2). 1,01 3). 1,05 4). 1,02 5). 1,04. hasil yang kami peroleh ini masih jauh dari nilai yang ada pada literature yaitu indeks bias air = 1,33. hal ini disebabkan oleh karena tidak adanya kejelasan dalam pemakaian alat praktek ,sehingga hasil yang kami dapatpun kurang bagus.
Sedangkan untuk minyak kelapa dengan kaca 5 mm diperoleh hasil yaitu : 1). 1,18 2). 1,19 3). 1,12 4).1,13 5). 1,11. dan untuk kaca dengan tebal 3 mm diperoleh hasil yaitu : 1) 1,12 2).1,11 3) 1,15 4). 1,10 5). 1,14.
Ternyata dalam proses pengambilan data, terang lampu sangat berpengaruh terutama pada saat melihat pola terang gelap yang terlihat pada layer. Selain itu juga ketebalan kaca sangat berpengaruh pada pola terang gelap yang terbentuk pada layer. Untuk proses pembiasan banyaknya zat cair juga sangat mempengaruhi apakah pola cincin terang gelap semakin melebar atau tidak.










H. KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil pengamatan yang telah dilakukan maka dapat kami tarik suatu kesimpulan yaitu :
1. Tebal atau tipisnya suatu bahan kaca yang digunakan sangat berpengaruh pada pola pembentukan cincin terang gelap pada saat proses pembiasan terjadi.
2. Terang lampu dan banyaknya zat cair yang digunakan dalam proses pengambilan data juga sangat berpengaruh pada proses pembiasan yang terjadi.
3. Untuk indeks bias kaca dengan tebal 5mm diperoleh indeks bias rata-rata = 1,96. sedangkan untuk tebal 3 mm diperoleh indeks bias rata-rata = 1,48.
4. Dengan menggunakan zat cair,untuk kaca tebal 5 mm dengan menggunakan air diperoleh indeks bias rata-rata = 0,9. sedfangkan untuk kaca 3 mm diperoleh indeks bias rata-rata = 1,024.
5. Dengan menggunakan minyak,untuk kaca dengan tebal 5 mm diperoleh indeks bias rata-rata = 1,15. dan untuk kaca dengan tebal 3 mm diperoleh indeks bias rata-ratanya =1,12.
6. Untuk menentukan indeks bias kaca digunakan persamaan :

7. Untuik menentukan indeks bias zat cair digunakan persamaan :






DAFTAR PUSTAKA
Bhattacharjee, P.R. (2005). The generalized vektorial laws of reflection and refraction. European Journal of Physics. Vol. 26. p: 901-911.
Retnowati dan Ishafit. (2002). Interpretasi Fisika Klasik dan Kuantum terhadap Pembiasan Cahaya. Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia. Vol. B5. p: 0558_1 – 0558_5.
Tippler, P.A. (2001). Physics for Scientists and Engineers (Alih bahasa: Bambang Soegijono). Jakarta: Penerbit Erlangga.

3 komentar:

  1. pak,tlong dikasih gambarnya.....
    tolong dibalas jg.hehehehe

    BalasHapus
  2. makasih ya atas bantuannyaaa, moga kamu yang buat contoh tugas ni dapat pahala yang setimpal,,
    thanks broo....

    BalasHapus
  3. Makasi infonya , tp gambarnya g ada ?

    BalasHapus