Laporan Praktikum Kecepatan Cahaya Di Udara 2 [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA 1 Kecepatan Cahaya di Udara diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika 1 Dosen pengampu: Drs. Parlindungan Sinaga, M.Si. Dr. Mohammad Arifin, M.Sc.



Oleh : Pris Izma Unggul Dyana Putri



(1400538)



Teman sekelompok : Anti Haryanti



(1404176)



LABORATORIUM FISIKA LANJUT DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA BANDUNG 2016



A. Tujuan Percobaan Menentukan Kecepatan Cahaya di Udara 1. 2. 3. 4. 5. 6.



B. Alat dan bahan Cermin pantul Emiter Kabel konektor Osiloskop Penggaris Receiver C. Dasar Teori Cahaya merupakan salah satu dari gelombang elektromagnetik. Namun, berdasarkan teori kuantum cahaya merupakan sederetan paket-paket energi (yang disebut foton). Tetapi kedua teori ini saling memberikan konstribusi untuk menjelaskan fenomena itu. Kita tinjau bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat dalam suatu medium vakum, karena cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dirambatkan, maka gelombang memiliki energi yang dikandungnya. Dengan kemampuan itu maka cahaya memiliki kecepatan. Pada tahun 1638 Galileo bertanya berapakah besar kecepatan cahaya itu?. Berbagai fakta yang ada pada waktu itu maka dibantu dengan asistennya untuk melakukan percobaan yakni menghitung besar kecepatan cahaya. Hasil percobaan itu diperoleh bahwa waktu perjalanan cahaya itu lebih kecil dari waktu reaksi manusia, sehingga metoda tersebut gagal menentukan laju cahaya. Pada tahun 1675 oleh Roemoer, astronom Denmark yang bekerja di Paris, membuat beberapa pengamatan mengenai laju cahaya melalui gerakan bulan Jupiter dia mendapatkan nilai laju cahaya 2×108 m/s. Kira-kira lima puluh tahun kemudian James Bradley, astronom inggris membuat beberapa pengamatan astronomi yang dapat mengukur laju cahaya dan mendapatkan nilai sebesar 3×108 m/s. Kemudian, di tahun 1849 Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) seorang fisikawan Prancis, menggunakan metoda astronomi yang mendapatkan laju cahaya sebesar 3,13×108 m/s, Foucault (1819-1898) memperbaiki motode Fizeau dan mendaptkan nilai laju cahaya sebesar 3×108 m/s. Fisikawan Amerika Albert Michelson (1852-1931) melakukan sederatan pengukuran laju cahaya yang ekstensif selama perioda lima tahun, dengan menggunakan cara Foucault. Michelson mendapatkan laju cahaya 2,9991×10 8 m/s tahun 1880 dan tahun 1920 bersama fisikawan lainnya Michelson mengukur laju cahaya dengan menggunakan cermin yang berputar yang diletakan di puncak



Mt.Wilson dan puncak Mt.San Antonio yang berjarak 35 km, laju cahaya terukur adalah 2,9979×108. Pengukuran mutakhir tahun 1973 yang dilakukan Evenson dan kawankawan menggunakan metoda yang sama sekali berbeda yaitu cara laser mendapatkan laju cahaya (299.792,4574  0,0012) km/s. Pengukuran laju cahaya secara tidak langsung, yang dilakukan pada tahun itu prinsipnya mengikuti persamaan: c=



L1



jarak tempuh waktu tempuh



Jarak tempuh diukur dengan menggunakan mistar secara langsung dan waktu tempuh menggunkan beda fase yang ditunjukan oleh dua gelombang cahaya laser pada osiloskop.



L2 Emmiter



Osiloskop Receptor



t t ∆ φ= 2 − 1 T2 T1 karena T 1 =T 2=T



maka 1 ∆ φ= (t 2−t 1 ) T ∆ φ=



1 ∆t T



∆ t=∆ φ .T



dengan jarak total yang ditempuh oleh cahaya adalah



x=L1+ L2



Keterangan: L1=¿ jarak dari emiter ke cermin pemantul L2 = jarak dari cermin pemantul ke receiver Setelah itu kemudian bisa menggunakan persamaan operasional untuk menentukan cepart rambat cahayanya x x c= = ∆ t ∆ φ .T Jika berkas sinar laser yang berasal dari pemancar (emitter) diarahkan ke cermin pemantul dengan panjang lintasan L1 oleh cermin sinar tersebut dipantulkan ke penerima (receiver) dengan panjang lintasan L2 dan dengan selang waktu t. Osiloskop menangkap dua gelombang cahaya, masing-masing dari emitter ketika cahaya laser dipancarkan dan kedua



dari receiver ketika cahaya laser yang dipantulkan cermin diterima, seperti gambar di bawah ini.



Dua gelombang cahaya ini dibentuk pada waktu yang tidak



Secara bersamaan, gelombang pertama dibentuk ketika cahaya laser dipancarkan oleh emitter, gelombang kedua dibentuk beberapa saat setelah cahaya laser berjalan melalui lintasan optiknya, yaitu dari emitter ke cermin pemantul dan diterima receiver. Dua gelombang yang dibentuk pada waktu yang tidak bersamaan ini ditampilkan oleh osiloskop dengan beda fase tertentu, yang bergantung pada panjang lintasan optik cahaya laser tadi. D. Prosedur Percobaan 1. Mengukur suhu awal ruangan percobaan. 2. Menyiapkan alat dan bahan. 3. Menyusun alat percobaan seperti pada gambar berikut



4. 5. 6. 7. 8. 9.



Menghubungkan ground pada emitter dan receiver dengan menggunakan lead wire. Menghubungkan channel 1 osiloskop pada terminal keluaran emitter. Menghubungkan channel 2 osiloskop pada terminal keluaran receiver. Menyalakan emitter dan receiver menunggu sampai modulasinya tetap. Mengatur fokus laser. Mengatur cermin pemantul agar sinar yang berasal dari emitter tepat berada pada pusat



cermin. 10. Mengatur posisi vertikal pada osiloskop sehingga channel 1 dan channel 2 berada pada sumbu horizontal yang sama. 11. Menghitung waktu yang diperlukan sinar untuk menempuh lintasan tertentu dengan cara menghitung besarnya beda fase yang terbaca pada osiloskop untuk kedua gelombang yang terbentuk. 12. Mencatat besarnya lintasan yang telah ditempuh gelombang.



13. Melakukan percobaan tersebut sebanyak 10 kali dengan mengubah-ubah jarak antara cermin pemantul dengan emiter dan receiver, lalu menghitung beda fase gelombang untuk setiap lintasan yang di tempuh. 14. Merapihkan kembali alat dan bahan yang telah digunakan. 15. Mengukur suhu akhir ruangan percobaan. E. Data Percobaan Suhu awal = (23,50 ± 0,05)oC Suhu akhir = (23,50 ± 0,05)oC No.



∆ t (ns)



l 1 (cm)



cm l2 ¿



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



5.8 6.0 6.0 6.40 6.60 6.60 6.80 7.00 7.00 7.00



77.1 81.5 82.4 86.2 88.6 89.7 91.8 94.1 95.2 94.3



78.8 82.8 83.2 87.6 89.3 90.1 92.5 95.3 96 94.9



F. Pengolahan Data 1. Menggunakan Metode Statistik



l 1 (m)



l 2 (m)



l=l 1 +l 2 (m)



… x 10 m (¿ ¿ 8 ) s l c= ¿ ∆t



Percobaa n ke −9



∆ t (… x 10 s)



1



5.80



0.771



0.788



1.559



2.69



2



6.00



0.815



0.828



1.643



2.74



3



6.00



0.824



0.832



1.656



2.76



4



6.40



0.862



0.876



1.738



2.72



5



6.60



0.886



0.893



1.779



2.70



6



6.60



0.897



0.901



1.798



2.72



7



6.80



0.918



0.925



1.843



2.71



8



7.00



0.941



0.953



1.894



2.71



9



7.00



0.952



0.960



1.912



2.73



10



7.00



0.943



0.949



1.892



2.70 9



Jumlah ( ∑ c ¿



2.72 x 10



c Rata – Rata ¿´ ¿



2.72 x 10



Standar Deviasi (∆ c )



6 2.17 x 10



8



( Tabel Pengolahan Data Kecepatan Cahaya di Udara) Keterangan : Nilai kecepatan cahaya (c) didapat dengan menggunakan rumus c=



l 1+l 2 x atauc= t t



Besarnya kecepatan rata-rata yaitu, c´ =



∑c n



9 8 m 2.72 x 10 c´ = =¿ 2.72 x 10 s 10



c (… ×10 8



m ) s



( c−´c ) (



m ) s



( c−c )2 (



m ) s



2.69



6 -2.93 ×10



2.74



6 2.11 ×10



4.47 ×10



2.76



6 4.28 ×10



13 1.83 ×10



2.72



-1.56 ×10



5



10 2.44 ×10



2.70



6 -2.17 ×10



2.72



5 7.0544 ×10



11 4.98 ×10



2.71



5 -6.8939 ×10



4.75 ×10



2.71



6 -1.1474 ×10



12 1.32 ×10



2.73



1.4241 ×10



6



12 2.03 ×10



6 -1.4331 ×10



12 2.05 ×10



2.70



12 8.56 ×10 12



12



4.72 ×10



12



∑ ( c −´c )2 didapat, ∆ c=



√



∑ ( c− ´c )2 = (n−1)



√



13 = 4.25 ×10



4.25 ×1013 =2.17 ×106 m/s 10−1



Maka besarnya kecepatan cahaya dari data diatas adalah :



( c ± ∆ c ) =( 2.72± 0.0217 ) x 108



m s



Dengan kesalahan relatif,



∆c 0.0217 x 100 = x 100 =0.80 ´c 2.72



Dengan persentase kesalahan jika dibandingkan dengan literatur adalah : ¿ c−cliteratur ∨



2.72 x 108−2.99 x 108 ¿ x 100 = =9,03 cliteratur 2,99 x 10 8 ¿



2. Menggunakan Metode Grafik Origin



Berdasarkan grafik hubungan jarak tempuh (x) terhadap waktu (Δt), didapat persamaan berikut y= A+ Bx → y=Bx+ A=( 2.72351 x−0.12912) x 108 dari persamaan tersebut didapat kemiringan kurva yaitu



2.72351 x 108



m/s yang



merupakan nilai cepat rambat cahaya. y pada persamaan di atas adalah 1/t (s-1) dan x di dalam persamaan tersebut adalah 1/L (m-1). Dari grafik tersebut diketahui bahwa ketidakpastiannya adalah SD yaitu 8



sebesar 0,01548 x 10 m/s . Jadi, dengan menggunakan grafik origin di dapat kecepatan cahaya di udara sebesar c=´c ± ∆ c c=( 2.723 ± 0.015 ) x 108 m/s ∆ c 0,015 = ×100 =0.55 ´c 2,723



G. Analisis Sebelumnya, telah kita ketaehui bahwa kecepatan cahaya di udara adalah 2.99 x 108 m/s



..



Sementara itu, berdasarkan percobaan yang telah



dilakukan diketahui bahwa nilai kecepatan cahaya di udara, yaitu: 1. Melalui metode statistic c=( 2.72 ± 0.0217 ) x 108 m/s Dengan presentasi kesalahan,



∆c 0.0217 x 100 = x 100 =0.80 ´c 2.72



Persentase



kesalahan



¿ c−cliteratur ∨



jika



dibandingkan



dengan



literatur



adalah



:



2.72 x 108−2.99 x 108 ¿ x 100 = =9,03 cliteratur 2,99 x 10 8 ¿



2. Melalui metode grafik origin c=( 2.723 ± 0.015 ) x 108 m/s Dengan kesalahan relatif sebesar



∆ c 0,015 = ×100 =0.55 ´c 2,723



dan



Persentase



dibandingkan



literatur



kesalahan



jika



dengan



adalah



2.723 x 108 −2.99 x 108 ¿ ¿ c−cliteratur ∨ x 100 = =9.17 cliteratur 2.99 x 10 8 ¿ Dalam melakukan perhitungan berdasarkan data yang telah di dapat, digunakan rumus gerak lurus beraturan (GLB)



v=



x t . Hal ini dikarenakan berkas sinar laser tidak



mengalami percepatan/perlambatan karena ia berada di medium yang sama, sehingga kecepatannya relatif konstan. Sudut yang dibentuk oleh L1 dan L2 pada percobaan ini tidak memberikan pengaruh pada hasil perhitungan kecepatan cahaya. Hal ini disebabkan karena, kecepatan cahaya hanya dipengaruhi oleh jarak, yaitu panjang lintan berkas sinar laser dari emitter ke cermin (L1) dan jarak yang ditempuh cahaya dari cermin ke receiver (L 2). Selain itu, kecepatan cahaya juga dipengaruhi oleh waktu tempuh sinar ( ∆ t ¿ Perbedaan antara nilai kecepatan cahaya di literature dan kecepatan cahaya yang di dapatkan melalui percobaan memiliki nilai yang berbeda, hal tersebut disebabkan oleh beberapa sebab, diantaranya: 1. Sulitnya mengarahkan cahaya pantulan dari emitter ke cermin sehingga cahaya pantulan dari cermin yang diterima oleh receiver pun tidak selalu fokus, yang kemudian menyebabkan grafik yang terbaca pada osiloskop terkadang gambarnya kabur.



2. Ketidaktelitian menetapkan garis puncak kedua gelombang pada tampilan osiloskop. 3. Kurangnya ketelitian alat ukur seperti osiloskop dan mistar itu sendiri. 4. Kesalahan paralaks yang dilakukan pengamat. Sementara itu, harga kecepatan cahaya di ruang vakum adalah



1 μoε



o



lebih besar



dari nilai kecepatan cahaya yang diukur. Kecepatan cahaya dalam suatu medium berbanding terbaik dengan nilai indeks biasnya. Jika indeks bias semakin besar, maka kecepatan cahaya semakin kecil dan begitu pula sebaiknya. Maka, pada ruang hampa cahaya akan lebih cepat merambat dibandingkan di udara karena pada ruang hampa indeks biasnya lebih kecil dibandingkan dengan indeks bias di udara. Alat set yang digunakan untuk mengukur kecepatan cahaya di udara seperti yang digunakan pada percobaan ini tidak akan



bisa digunakan untuk menetukan



kecepatan cahaya di medium lain seperti gelas/kaca, air danmedium lainnya karena, medium – medium tersebut memiliki kerapatan dan indeks bias yang berbeda. Oleh sebab itu, untuk percobaan berikutnya hendaklah dipastikan bahwa berkas sinar laser sudah fokus serta sudah terarahkan dahulu dengan baik ke cermin pemantul, lalu dari cermin pemantulkan usahakan agar berkas sinar tepat jatuh di receiver sehingga garfik yang terbaca pada osiloskop pun lebih jelas dan tidak berubah – ubah.



H. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis dapat disimpulkan bahwa nilai kecepatan cahaya di udara yang didapat dari hasil percobaan yaitu:



1. Besar kecepatan cahaya yang diperoleh dari hasil perhitungan dengan 8 menggunakan metode statistika yaitu c=( 2.72 ± 0.0217 ) x 10 m/s



Jika dibandingkan dengan literatur, maka persentase kesalahannya sebesar 9,03 . Sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 0.80 . 2. Besar kecepatan cahaya yang diperoleh dari metode grafik origin adalah : c=( 2.723 ± 0.015 ) x 108 m/s. Jika dibandingkan dengan literatur, maka presentase kesalahannya sebesar 9.17%. Sedangkan kesalahan relatifnya sebesar 0.55 .



I. Daftar Pustaka Halliday, David dan Resnick, Robert. 1984. Fisika (Terjemahan Pantur Silaban dan Erwin Sucipto). Jakarta: Erlangga. Tim Dosen Fisika UPI. 2009. Eksperimen Fisika I. Bandung: Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI. Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik Jilid II (Terjemahan Dra. Lea Praseto, M.Sc dan Rahmad W. Adi, Ph.D). Jakarta : Erlangga



J. Lampiran