POMITS Cincin Newton [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM CINCIN NEWTON (2016) NRP : 1114-010 (1-4)



Cincin Newton Mohammad Syaiful Anwar, Allif Rosyidi Hilmi, Dian Zherlita, Gontjang Prajitno Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail: [email protected] Abstrak— Pada percobaan cincin newton ini bertujuan untuk mempelajari peristiwa interferensi pada percobaan cincin newton, menjelaskan fungsi-fungsi alat pada cincin newton, mengukur panjang gelombang dari lampu halogen dengan menggunakan metode cincin newton, mencari keseksamaan panjang gelombang yang terukur dengan panjang gelombang yang sebenarnya. Prinsip yang digunakan pada percobaan cincin newton ini adalah refleksi, dan interferensi. Pada percobaan ini dilakukan untuk mengukur jari jari atas bawah dari gelap pusat sampai gelap orde ketiga, dengan menggunakan mikrometer. Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pola interferensi dapat damati dan dipelajari pada percobaan cincin newton. Didapatkan panjang gelombang lampu halogen dengan menggunakan metode cincin newton 0,000556 mm untuk bagian atas, dan 0,000572 mm untuk bagian bawah. Keseksamaan perhitungan panjang gelombang adalah 99,98% Kata Kunci— Cincin Newton, Interferensi, Monokromatik, Plan-konveks, Refleksi,



I. PENDAHULUAN nterferensi cahaya merupakan interaksi dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya. Interferensi cahaya menghasilkan suatu pola interferensi (terang-gelap). Secara prinsip, interferensi merupakan proses superposisi gelombang/cahaya. Intensitas medan di suatu titik merupakan jumlah medan-medan yang bersuperposisi, persmaannya adalah sebagai berikut: 𝐸 = 𝐸1 + 𝐸2 + ⋯…………………(1) Pandang dua buah gelombang terpolarisasi linier 𝐸1(𝑟, 𝑡) = 𝐸01 cos(𝑘 × 𝑟 − 𝜔𝑡 + 𝜀1………(2) 𝐸2(𝑟, 𝑡) = 𝐸02 cos(𝑘 × 𝑟 − 𝜔𝑡 + 𝜀1………(3) Intensitas radiasi dititik p 𝐸1(𝑟, 𝑡) = 𝜀𝑣 < 𝐸 2 > 𝑇 ………………(4) Jika merambat dalam medium yang sama, maka: 𝐼 = < 𝐸 2 > 𝑇 =< 𝐸. 𝐸 > 𝑇 ………………(5) Yang merupakan rata-rata intensitas medan listrik sepanjang waktu T 𝐸 2 = 𝐸. 𝐸 = (𝐸1 + 𝐸2) . (𝐸1 + 𝐸2) ………..(6) 𝐸 2 = 𝐸12 + 𝐸22 + 2𝐸1. 𝐸2 …………….(7) 𝐸 2 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼12 ………………….(8) I12 adalah bagian dari intereferensi, maka 𝐼12 = 𝐸01 . 𝐸02 cos 𝛿 ………………..(9) Dengan ẟ = (k1 .r + ε1-k2.r + ε2), ẟ adalah perbedaan fase akibat beda panjang gelombang lintasan dan fase awalmkedua sumber, sehingga intensitas cahaya adalah 𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 + 2. √𝐼1. 𝐼2 cos 𝛿 …………..(10) Intensitas total I di suatu titik bisa lebih besar, lebih kecil atau sama dengan I1+ I2, bergantung pada nilai I12, yaitu pada nilai beda fasa δ. Intensitas radiasi akan maksimum, jika cos δ = 1. Sehingga interferensi yang terjadi adalah interferensi konstruktif (saling menguatkan), jika beda fasa antara dua gelombang adalah perkalian bilangan bulat dengan 2π dan



I



disturbansinya adalah in-phase. Dua buah gelombang akan menghasilkan pola interferensi yang stabil, jika memiliki frekuensi yang sama. Perbedaan frekuensi yang signifikan mengakibatkan beda fasa yang bergantung waktu, sehingga I12 = 0. Jika sumber memancarkan cahaya putih, maka komponen merah berinterferensi dengan merah, biru dengan biru dst. Jika sumbernya monokromatik, maka pola interferensi adalah hitam-putih. Pola interferensi akan terlihat jelas, jika sumber memiliki amplitudo yang hampir sama atau sama. Daerah pusat dari pola terang atau gelap menunjukkan interferensi yang konstruktif atau destruktif sempurna. Sumber harus sefasa, atau memiliki beda fasa yang konstan, sehingga disebut koheren, baik koheren ruang maupun koheren waktu. Interferensi terjadi pada cahaya yang terpolarisasi linier atau polarisasi lain, termasuk cahaya natural/alami[1]. Cincin Newton adalah pola interferensi pada selaput tipis udara yang berupa lingkaran-lingkaran garis gelap dan terang yang sepusat. Cincin newton terletak antara permukaan optic. Cincin newton dapat terjadi pada selaput tipis udara antara kaca plan pararel dan lensa plan konveks yang disinari cahaya monokromatik. Secara tegak lurusdari atas plat pararel. Cincin newton ini terjadi karena interferensi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan cembung lensa dengan sinar yang telah tembus lapisan udara yang kemudian dipantulkan oleh permukaan bagian atas kaca plat pararel. Cincin newton mrupakan interferensi yang dibuat oleh variasi yang dibuat oleh ketebalan antara lensa dan optik datar. Peristiwa cincin newton dapat digambarkan sebagai berikut :



Gambar 1. Peristiwa cincin Newton.



Hubungan antara jari-jari kurvatur lensa konvek, tebal film dan jarak x : 𝑟 2 = 𝑅2 − (𝑅 − 𝑑)2 ………………....(11) 𝑟 2 = 2𝑅𝑑 − 𝑑 2 …………………....(12) 𝑅 ≫ 𝑑 maka 𝑟 2 = 2𝑅𝑑…………………….....(13) Jarak antara cincin gelap berurutan [2] 𝑟 = √𝑚 × 𝜆 × 𝑅…………………….(14) 𝑟2



𝜆= …………………………(15) 𝑚×𝑅 Lensa adalah benda bening yng dibatasi oleh dua bidang bias. Lensa cembung adalah lensa yang memiliki bagian tengah yang lebih tebal daripada bagian tepinya. Lensa cembungjuga sering kali disebut sebagai lensa konvergen. Hal ini disebabkan karena lensa ini mempunyai sifat yang dapat mengumpulkan



LAPORAN PRAKTIKUM CINCIN NEWTON (2016) NRP : 1114-010 (1-4) sinar. Lensa berbeda dengan cermin, pada cermin hanya sedikit memiliki satu titik fokus, sedangkan lensa memilki dua titik fokus. Pembiasaan pada lensa adalah pembelokkan arah rambat cahaya dalam ruang hampa terhadap cepat rambat cahaya dalam suatu medium. Semakin besar indeks bias suatu medium berarti medium itu semakin rapat dan sebaliknya,semakin kecil indeks bias semakin renggang mediumnya[3]. Cahaya matahari dan cahaya lampu yang kita lihat seharihari merupakan cahaya putih. Disebut demikian karena cahaya matahari dan lampu memang tampak putih. Namun, cahaya putih itu sebenarnya terdiri dari berbagai macam warna, yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Deretan warna ini disusun berdasarkan panjang gelombangnya. Deretan warna cahaya ini disebut spektrum warna. Karena terdiri dari berbagai macam warna, maka cahaya putih disebut cahaya polikromatik (cahaya yang memiliki lebih dari satu panjang gelombang). Peristiwa penguraian cahaya putih menjadi berbagai macam warna disebut dispersi. Peristiwa dispersi dapat diperlihatkan dengan menggunakan prisma dan kotak cahaya. Cahaya putih dijatuhkan pada salah satu bidang sisi prisma. Cahaya tersebut mengalami deviasi yang dispersi oleh prisma. Itulah sebabnya cahaya yang keluar dari prisma telah terurai menjadi berbagai warna. Sinar monokromatik merupakan sinar yang warnanya tidak dapat diuraikan lagi dengan warna lain. Contohnya : sinar merah dan hijau. Hal ini dapat dibuktikan dengan mengarahkan spektrum warna pada sebidang layar yang memiliki lubang sempit. Lubang sempit ini dibuat sedemikian rupa sehingga hanya sinar dengan warna tertentu yang dapat melewati lubang[4]. Pemantulan adalah pembelokan arah rambat gelombang karena mengenai bidang batas medium yang berbeda. Gelombang pantul adalah gelombang yang berada pada medium yang sama dengan gelombang datang. Pada gelombang tali, pemantulan terjadi pada ujung tali, baik ujung tersebut diikatkan pada penyangga yang tetap atau dibiarkan bebas. Mediumyang berada di seberang ujung tali adalah mediumyang berbeda (penyangga atau udara). Ketika gelombang sampai ke ujung tali gelombang tersebut mengalamipemantulan dan merambat dalamarah berlawanan. Gelombang air yang sedang merambat mengalami pemantulan ketika mengenai dinding penghalang. Gelombang cahaya yang datang dari udara dan mengenai permukaan kaca, sebagian akan masuk ke dalamkaca dansebagian mengalamipemantulan. Gelombang cahaya yang jatuh pada cermin hampir semuanya mengalami pemantulan. Hukumpemantulan menyatakan bahwa sudut datang persis samadengan sudut pantul[5]. Dua buah gelombang dapat dijumlahkan atau disuperposisikan. Ada beberapa kasus yang akan kita tinjau. Kasus dua gelombang dengan ω, k sama tetapi berbeda fasenya. Kasus dua gelombang dengan ω, k sama tetapi arah geraknya berlawanan. Kasus dua gelombang dengan ω dan knya berbeda sedikit. 2𝜋 𝑦1 = 𝐴 sin[ (𝑥 − 𝑣. 𝑡) …………….(16) 𝜆1 2𝜋



𝑦2 = 𝐴 sin[



𝜆2



untuk menghitung tingkat presisi dari data yang telah diambil, persamaannya adalah sebahai berikut: ∆=[ 𝐼=



∑(𝑋−𝑋𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 )2 𝑛(𝑛−1) ∆



𝑋𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



]



1⁄ 2



…………….(18)



× 100%.......................(19)



𝐾 = 100% − 𝐼………………….(20) Karena pada percobaan ini dilkakukan dengan banyaknya mata pengamat/praktikan, maka kemungkinan error akan terjadi, sehingga dibutuhkanalah perhitungan error ini, dengan persamaannya sebagai berikut: λreferensi− λ perhitungan 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = × 100%....(21) λreferensi Cahaya adalah salah satu bagian dari kehidupan kita yang sangat penting. Cahaya digunakan oleh mahluk hidup sebagai sumber energy, seperti yang digunakan tumbuhan untuk membantu proses fotosintesis. Cahaya ditinjau pada fisika modern memiliki sifat sebagai gelombang maupun partikel yang dikenal sebagai dualism cahay. Salah satu sifat cahaya adalah mengalami interferensi. Interferensi merupakan peristiwa terjadinya pola gelap terang akibat cahaya yang terdifraksi. Difraksi cahaaya merupakan peristiwa yang terjadi apabila cahaya dilewatkan pada suatu celah, dimana celah tersebut, sehingga timbul interferensi cahaya. Oleh sebab itu, diperlukan pemahaman yang lebih lanjut mengenai cahaya yang mengalami interferensi. Maka dilakukanlah percobaan cincin newton ini. Maka dari itu, dilakukanlah percobaan difraksi cahaya cincin newton ini ini. II. METODE A. Alat Pada percobaan cincin newton ini hal pertama dilakukan yaitu, disiapkan peralatan-peralatan yang diperlukan dalam praktikum meliputi lampu halogen digunakan sebagai sumber cahaya. Satu set alat cincin newton digunakan untuk mengamati pola interferensi cahaya monokromatik. Pada alat cincin newton terdapat bagian-bagian yang meliputi reflektor untuk memantulkan sinar cahaya ke lensa bikonveks. Lensa bikonveks digunakan untuk menginterferensikan cahaya monokromatik menghasilkan pola gelap terang berbentuk cincin. Mikrometer digunakan untuk mengukur jari-jari dari pola gelap pusat ke gelap selanjutnya. B. Skema Alat Skema alat cincin newton ditunjukkan sebagai berikut.



(𝑥 − 𝑣. 𝑡)……………..(17)



Penjumlahan dari kedua gelombang ini menghasilkan [6] 2𝜋 2𝜋 𝑦1 = (𝑦1 + 𝑦2 = 𝐴[sin[ (𝑥 − 𝑣. 𝑡) + sin[ (𝑥 − 𝑣. 𝑡)].(18) 𝜆1



𝜆2



Karena percobaan ini dilakukan dengan beberapa pengulangan, maka dihitunglah keseksamaan yang digunakan



Gambar 3. skema kerja alat percobaan cincin newton



C. Langkah Kerja



LAPORAN PRAKTIKUM CINCIN NEWTON (2016) NRP : 1114-010 (1-4) Untuk langkah percobaan cincin newton yaitu disiapkan alat dan dibersihkan lensa bikonveks. Kemudian alat dirangkai seperti pada gambar dengan mengatur lensa bikonveks pada tempatnya, dan dihubungkan dengan tegangan PLN. Menyalakan lampu dengan menekan tombol starting switch pada line spectrum light source. Kemiringan reflektor diatur agar cahaya pantulan dari sumber cahaya dapat masuk ke lensa bikonveks dan membentuk pola gelap terang cincin newton. Kemudian pola cincin newton dicari dengan menggeser/mengatur skala pada mikrometer. Kemudian jari jari pola gelap pusat diukur, lalu diukur jari-jari gelap orde pertama, kedua dan ketiga dengan 3 kali pengulangan. Variasi yang dilakukan adalah mengukur jari-jari pola cincin newton atas dan bawah. selanjutnya ditampilkan dalam flow chart sebagai berikut:



menggunakan persamaan(15), yang kemudian ditabelkan sebagai berikut : Contoh perhitungan (terlampir) Tabel 1. Data perhitungan panjang gelombang lampu halogen sisi atas



Pengulangan (mm) No



Orde



1 2 3



1 2 3



1



2



3



RataRata



1,295 1,64 2,0005



1,285 1,56 1,925



1,255 1,585 1,915



1,278 1,595 1,948



λ Perhitungan (m) 0,00065 0,00051 0,00051



Tabel 2. Data perhitungan panjang gelombang lampu halogen sisi bawah



Pengulangan (mm) No



Orde



1 2 3



1 2 3



1



2



3



RataRata



1,26 1,675 2,035



1,19 1,615 1,95



1,295 1,695 2,06



1,248 1,662 2,015



λ Perhitungan (m) 0,00062 0,00055 0,00054



Dari data perhitungan yang diperoleh tersebut, selanjutnya dihitung nilai keseksamaanya dengan menggunakan persamaan (20), berikut tabel data perhitungan keseksamaan : Tabel 3. Data perhitungan keseksamaan jari-jari sisi atas



No



Orde



ralat mutlak



ralat nisbi(%)



1 2 3



1 2 3



0,012020815 0,023629078 0,027000772



0,94% 1,48% 1,39%



k(%) 99.06% 98.52% 98.61%



Tabel 4. Data perhitungan keseksamaan jari-jari sisi bawah



No



Orde



ralat mutlak



ralat nisbi(%)



1 2 3



1 2 3



0,030867999 0,024038164 0,033291641



2,47% 1,45% 1,65%



k(%) 97.53% 98.55% 98.35%



Dari data yang telah diperoleh, didapatkan perhitungan error panjang gelombang dengan menggunakan persamaan (21). Kemudian hasil perhitungan error ditabelkan sebagai berikut: Tabel 5. Data perhitungan error panjang gelombang sisi atas



No



Orde



1 2 3



1 2 3



λ Perhitungan (mm) 0,00065 0,00051 0,00051



λ Perhitungan (mm) 0,000656 0,000656 0,000656



Error 0,41% 22,44% 22,87%



Tabel 6. Data perhitungan error panjang gelombang sisi bawah Gambar 4. Flowchart praktikum polarimeter



No



Orde



λ perhitungan(mm)



λ teori (mm)



Error



1 2 3



1 2 3



0,00062 0,00055 0,00054



0,000656 0,000656 0,000656



5,03% 15,79% 17,48%



III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pembahasan Dari data yang diperoleh setelah percobaan, didapatkan perhitungan panjang gelombang lampu halogen dengan



LAPORAN PRAKTIKUM CINCIN NEWTON (2016) NRP : 1114-010 (1-4)



orde



Dan dari data yang diperoleh, didapatkan grafik hubungan antara orde dengan rata-rata jari yang didapatkan 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0



bawah atas



0



2



4



6



r^2 Tabel 7. Grafik orde terhadap nilai r2 sisi atas dan bawah



Prakatikum cincin newton ini bertujuan untuk mempelajari peristiwa interferensi pada percobaan cincin newton. Menjelaskan fungsi-fungsi alat pada cincin newton. Mengukur panjang gelombang dari lampu halogen dengan menggunakan metode Cincin Newton. Mencari keseksamaan panjang gelombang yang terukur dengan panjang gelombang yang sebenarnya. Pada percobaan cincin newton ini menggunakan cahaya monokromatik dari lampu halogen. Pada percobaan kali ini, cahaya monokromatik mengalami interferensi dan memnghasilkan pola gelap terang dengan gelap di pusat. Proses terjadinya pola gelap terang pada interferensi cincin newton ini yaitu ketika cahaya lampu monokromatik yang diletakkan pada sebuah tabung akan memancarkan cahaya pada posisi yang diinginkan sehinga cahaya akan masuk ke lensa bikonveks dengan melewati reflector pada alat cincin newton yang mengakibatkan cahaya terpantul, setelah melewati reflector selanjutnya cahaya masuk ke lensa cembung, yang mana pada keadaan tersebut cahaya melewati dari kerapatan rendah ke kerapatan tinggi, sehingga pada lensa cembung ada cahaya yang diteruskan dan ada juga cahaya yang dipantulkan, stelah cahaya diteruskan dari lensa cembung tersebut, maka cahaya pada lensa akan dibiaskan sehingga menyebar pada lensa cembung tersebut, kemudian ketika setelah melewati lensa menuju keluar ke kerapatan yang tinggi ke rendah, sehingga cahaya yang diteruskan akan menuju ke lensa datar dengan melewati ke udara dahulu, setelah melewati udara selanjutnya diteruskan menuju ke lensa datar, sehing ada cahaya yang dipantulkan dan juga ada cahaya yang diteruskan, cahaya yang terpantul dan yang berada pada celah sempit antara lensa bikonveks dengan lensa datar inilah yang meneyebabkan terjadinya peristiwa interferensi, dimana cahaya yang saling tumpeng tindih dan saling menguatkan akan membentuk pola terang yang disebut juga interferensi konstruktif. Sedangkan pada celah udara, cahaya yang saling tumpang tindih dan saling meniadakan akan mengakibatkan pola gelap, yang disebut sebagai interferensi dekstruktif. Terbentuknya pola cincin gelap terang dikarenakan pada lensa cembung tersebut berbentuk lingkaran, sedangkan cahaya yang keluar melintasi lensa cembung tersebut juga membentuk lingkaran, dan karena adanya interferensi konstruktif dan intereferensi dekstruktif maka timbullah pola cincin gelap terang. Setelah dilakukan percobaan, didapatkan bahwa nilai perhitungan panjang gelombang lampu halogen adalah 0,000556 mm untuk bagian atas, dan 0,000572mm untuk



bagian bawah. Sedangkan dari referensi sendiri panjang gelombang cahayanya yaitu sebesar 0,000656 mm. antara data perhitungan dan teori memiliki perbedaan 0,0001 dan 0,00084. Perbedaan yang timbul diakibatkan untuk pengukuran jari jari pada pola gelap terang cincin newton memeiliki skala alat ukur(penunjuk berbentuk kartesian/ +) memiliki bentuk yang tebal sehingga tingkta ketelitian dari pengukuran jari jari inilah yang menyebabkan nantinya memiliki perbedaan nilai panjang gelombang. Seperti yang terlihat pada tabel 5 dan 6, bahwa nilai error yang didapatkan memiliki variasi, ada yang memiliki nilai error yang rendah 0,41% dan juga ada yang paling tinggi sebesar 22,87%. Error yang paling rendag memiliki tingkat akurasi yang tinggi, sedangka error yang tinggi memiliki cukup akurasi. Hal yang menyebabkan terjadinya error adalah kesulitannya praktikan untuk menentukan skla yang presisi dari pengukuran jari jari tersebut. Karena objek yang diamati kecil, sedang skala untuk mengukur(maksudnya penunjuk skala pada pola gelap terang cincin newton yang berbentuk kartesian)tebal. Sedangkan pada nilai keseksamaan didapatkan bahwa memiliki nilai yang lebih dari 99,90%. IV. KESIMPULAN Pada praktikum cincin newton ini berhasil didapatkan kesimpulan bahwa pola interferensi dapat damati dan dipelajari pada percobaan cincin newton. Didapatkan panjang gelombang lampu halogen dengan menggunakan metode cincin newton 0,000556 mm untuk bagian atas, dan 0,000572 mm untuk bagian bawah. Keseksamaan perhitungan panjang gelombang adalah 99,98% UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Gontjang Prajitno selaku dosen pembimbing mata kuliah Gelombang dan Optik yang telah memberikan bimbingan selama perkuliahan berlangsung. Selain itu penulis mengucapkan terimakasih kepada Saudara Allif Rosyidi Hilmi, Dian Zherlita sebagai asisten laboratorium Fisika Madya yang memberikan arahan dan bimbingan selama praktikum berlangsung. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5] [6]



Dosen-Dosen Fisika Unpad. 2006.” Bab 4 Interferensi cahaya”. Unpad:Bandung H, J, Pain. 2005. “The Physics of Vibration and Wave”. .John Willey and Sony L.td. London Halliday, Resnick, dan Walker.2005.”Fisika Dasar Edisi 7”.Erlangga:Jakarta Halliday,david,Robert Resnick.1997.”FISIKA”.Erlangga. Jakarta Abdullah, Mikrajuddin.2006.” Diktat Kuliah Fisika dasar II”. ITB: Bandung. Frenc, A P. 1971. “ Vibrations and Waves” WW Northon & Company Inc:New York