Laporan Akhir INDEKS BIAS GELAS DAN AKRILIK [PDF]

Citation preview

INDEKS BIAS GELAS DAN AKRILIK



Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Pengetahuan Alam Universitas Jember



9 Juni 2017 ABSTRAK Indeks bias merupakan perbandingan antara kecepatan rambat cahaya dalam vakum dengan kecepatan cahaya dalam medium kedua, yaitu gelas dan akrilik.Praktikum ini bertujuan untuk menentukan nilai indeks bias gelas dan akrilik. Penentuan indeks bias kedua medium tersebut menggunakan prinsip interferometer Michelson. Percobaan ini dilakukan dengan mengamati pola frinji dan pergeseran 𝜃, dimana dilakukan 10 kali pengambilan data dengan jumlah frinji kelipatan 10. Semakin besar 𝜃 maka pola frinji semakin banyak. Nilai indeks bias gelas lebih besar daripada nilai indeks bias akrilik. Nilai indeks bias dengan jumlah firnji berbanding lurus dan saling berhubungan. Nilai indeks bias pada pengamatan nilainya mendekati dengan teori. Kata Kunci : Indeks bias, Gelas, Akrilik, Frinji 1. Pendahuluan Indeks bias (n) merupakan perbandingan antara kecepatan rambat cahaya dalam vakum dengan kecepatan cahaya dalam medium kedua. Indeks bias dapat menentukan karakteristik dari suatu bahan tersebut. Pada eksperimen ini digunakan bahan akrilik dan gelas, dimana akrilik memiliki sifat menyerupai kaca namun memiliki kejernihan mendekati air dan juga bersifat lebih kuat dan lentur dibandingkan dengan kaca. Nilai indeks bias dari suatu benda dapat dihubungkan dengan sifat-sifat pada pola interferensi yang terbentuk melalui peralatn interferensi Michelson.



Eksperimen ini bertujuan untuk menentukan nilai indeks bias gelas dan akrilik. Prinsip yang digunakan dalam eksperimen ini yaitu persis dengan eksperimen interferometer Michelson, namun bahan yang digunakan bertambah yaitu gelas dan akrilik.Gelas dan akrilik tersebut diletakkan diantar beam splitter dan movable mirror. Eksperimen diamati dengan mengamati pola frinji yang muncul pada layar dengan memutar pointer sehingga gelas atau akrilik berputar dan terjadi perubahan lintasan. Nilai pergeseran sudut 𝜃 untuk setiap frinji dengan 𝑛 kelipatan 10 dicatat, sehingga didapatkan 10 pasang data dan percobaan diulangi sebanyak tiga kali.



Pada tahun 1887 Michelson dan Morley melakukan percobaan berdasarkan alat yang didesain oleh Thomas Young untuk menentukan kecepatan absolut bumi terhadap adanya eter. Melalui alat yang berfungsi mengukur panjang dan perubahan panjang dengan prinsip interferensi yang dikenal sebagai interferometer ini juga dapat menentukan indeks bias bias suatu bahan berdasarkan prinsip interferensi (Halliday,1994) Indeks bias adalah perbandingan antara kecepatan rambat cahaya dalam vakum dengan kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Indeks bias antara dua medium pada fenomena cahaya yang melintasi kedua medium tersebut dijelaskan dalam hukum Snellius. Dalam hukum Snellius,sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat dibiaskan menjadi garis normal (Bahrudin, 2006) Menurut Rosidi (1990), Hukum Snellius dan persamaan untuk nilai indeks bias medium dinyatakan sebagai berikut : sin 𝜃1 sin 𝜃2 𝐶



=



𝑣1



=



𝑣2



𝜇𝜀



𝑛 = 𝑣 = √𝜇



0 𝜀0



𝑛1



(2.1)



𝑛2 𝑍



= 𝑍 ℎ𝑎𝑚𝑝𝑎



𝑚𝑒𝑑𝑖𝑢𝑚



(2.2)



Nilai indeks bias pada suatun benda dapat dihubungkan dengan sifat-sifat pada pola interferensi yang terbentuk. Pola inteferensitersebut terakumulasi dalam pola frinji yang terbentuk dengan bahan interferometer. Sehingga nilai indeks bias dapat diketahui hubungan antara nilai panjang gelomabng monokromatik yang masuk. Ketebalan medium kedua dan perubahan sudut terjadi dengan pola-pola frinji yang terbentuk



secara mudah dapat diketahui dari kualitas frinji yang bersangkutan ( Hariharan,2007). Penentuan nilai indeks bias gelas dan akrilik dapat dilakukan dengan memanfaatkan peralatan interferometer Michelson. Interferometer dapat digunakan untuk mengukur panjang gelombang atau perubahan panjang gelombang dengan ketelitian yang sangat tinggi berdasarkan penentuan garisgaris interferensi. Jika cahaya melintas dari hampa menuju medium maka panjang gelombangnya berubah 𝜆 menjadi 𝜆 ′ karena impedansi mediumnya berubah. Akibatnya ketika cahaya melintasi jarak yang sama besar akan mempunyai lintasan optik yang berbeda sesuai dengan perubahan panjang gelombang tersebut (Tipler,1991). Menurut Arkundato dan Lutfi (2007), hubungan antara indeks bias, panjang gelombang, perubahan sudut, dan jumalh frinji secara matematis dapat dituliskan : 2𝑛𝑢 𝑑𝑢 (𝜃)+2𝑛𝑔 𝑑𝑔 (𝜃) 𝜆0



=𝑁



(2.3)



Hubungan interferensi gelombang dengan indeks bias dinyatakan dalam hukum pemantulan yang berlaku untuk semua jenis gelombang. Berdasarkan hukum pemantulan dinyatakan sejajar. Pola interferensi muncul ketika lintasan sinar dihalangi oleh medium yang masih dapat ditembus oleh sinar laser karena beda fase yang diakibatkan beda jarak tempuh dan pemantulan saat gelombang datang dari medium renggang ke rapat. Dimana diketahui nilai dari indeks bias gelas (𝑛𝑔 ) dan indeks bias akrilik (𝑛𝑎 ) adalah : 𝑛𝑔𝑒𝑙𝑎𝑠 = 1,52



𝑛𝑎𝑘𝑟𝑖𝑙𝑖𝑘 = 1,49



2. METODE EKSPERIMEN



Menurut Beisher (2006), interferensi gelombang dan indeks bias mempunyai suatu hubungan yaitu hukum pemantulan berlaku untuk semua jenis gelombang. Dan hukum pemantulan dapat diturunkan dari suatu persamaan Hyugens. Setiap titik pada bidang suatu gelombang yang memberikan pola interferensinya. Ketika sebauh gelas/medium lainnya diputar maka terjadi perubahan lintasan didalam gelas sebesar 𝑑𝑔 (𝜃) dan di udara sebesar 𝑑𝑢 (𝜃). Hal ini yang menyebabkan pola interferensi.



θ



Gambar 2.1 Perubahan Lintasan (Sumber : Beisher, 2006) Aplikasi yang dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari sangatlah banyak. Maka diperlukan suatu media agar aplikasi tersebut dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya adalah compact disk atau CD. CD dibuat dengan bahan polikarbonat yang dapat lebih dari kaca dan plastik. Sehingga apabila menyimpan arsip file pada CD kemudian ingin mencoba memecah sebelum dibuang akan sulit. Selain itu, polikarbonat digunakan sebagai casing pada ponsel dan laptop (Tipler, 1991).



2.1 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen indeks bias gelas dan akrilik adalah precision interferometer yang digunakan sebagai tempat meletakkan perlengkapan interferometer. Sumber laser digunakan sebagai sumber cahaya monokromatik. Bangku laser sebagai tempat meletakkan laser HeNe. Perlengkapan interferometer yang tediri dari beam splitter yang digunakan sebagai pemisah berkas cahaya sehingga cahaya ada yang ditansmisikan dan ada yang direfleksikan. Ajustable mirror digunakan sebagai transimisi berkas menuju layar. Movable mirror digunakan sebagai transmisi berkas beam splitter dan sebagian berkas direfleksikan menuju layar.menuju Convex lens 18 nm digunakan untuk memfokuskan cahaya yang berasal darisumber cahaya. Glass plate/Acrylic plate digunakan sebagai medium kedua yang akan dicari indeks biasnya. Jangka sorong digunakan untuk mengukur ketebalan glass plate/acrylic plate.



2.2 Desain Percobaan Desain percobaan yang digunakan pada eksperimen indeks bias gelas dan akrilik adalah :



Kemudian dengan prosedur yang digunakan juga untuk medium akrilik.



sama



2.4 Analisis Data Analisis data yang digunakan pada eksperimen indeks bias gelas dan akrilik adalah : 2.4.1 Tabel Hasil No.



Gambar 3.1 Set-up pengukuran indeks bias gelas dan akrilik. (Sumber : Tim Penyusun Buku Panduan Eksperimen Fisika II, 2017) 2.3 Langkah Kerja Langkah kerja yang dilakukan pada eksperimen indeks bias gelas dan akrilik adalah peralatan disusun seperti gambar 2.1. Pointer putar diletakkan diantara beam splitter dan movable mirror, tegak lurus terhadap arah lintasan optik. Kemudian bidang putar diletakkan pada magnetik backing pada meja putar. Petunjuk diposisikan sehingga tepi nol pada skala vernier searah dengan angka nol pada skala dasar interferometer. Lensa dari depan dipindahkan keluaran laser, layar pengamatan dipegang diantara glass plate dengan movable. Sedangkan pengamatan dipndahkan dan juga lensanya diatur perlahan agar mendapatkan satu set frinji pada layar. Secara perlahan pointer putar diatur dengan menggerakkan lengan pointer dari pointer putar dengan jumlah frinji yang bergeser dihitung skala tersebut dicatat, selanjutnya dilakukan dengan frinji yang berbeda.



𝑵



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



(θ̅



± Δθ)



Tebal (𝒎)



ng



θ(Gelas) θ1



(ng



θ2



θ̅



θ3



± Δng)



D (%)



2.4.2 Persamaan



3. Hasil



a. Menghitung indeks bias gelas dan akrilik



Hasil yang diperoleh dari eksperimen indeks bias gelas dan akrilik :



𝑛𝑔 = 𝑛𝑎 =



(2𝑡 − 𝑁𝜆0 ) + (1 cos 𝜃) 2𝑡 (1 − 𝜃) − 𝑁𝜆0



Tabel 3.1 Pengamatan Indeks Bias Untuk Gelas.



b. Ralat ∆𝜃̅ = √



∑(𝜃𝑛 − 𝜃̅)2 𝑛(𝑛 − 1)



∑(𝑛𝑔 − ̅̅̅) 𝑛𝑔 √ ∆𝑛 ̅̅̅ 𝑔 = 𝑛(𝑛 − 1)



∆𝑛 ̅̅̅𝑎 = √



2



∑(𝑛𝑎 − ̅̅̅) 𝑛𝑎 2 𝑛(𝑛 − 1)



c. Deskripansi 𝐷=|



𝑛𝑏𝑒𝑠𝑡 − 𝑛𝑟𝑒𝑓 | × 100% 𝑛𝑟𝑒𝑓



2.4.3 Grafik N 120



Jumlah Frinji (N)



Y=mx+C



100



y = 118.3x - 99.632 R² = 0.9605



80



60



Grafik…



40 20 0 0



n



1 Gelas Indek Bias



2



Gambar 3.1 Grafik regresi indeks bias pada gelas



150



Jumlah Frinji (N)



120 100 60



Grafik Error Bar



40 20



Jumlah Frinji (N)



100



80



y = 237.41x - 220.04 R² = 0.9614 Grafik…



50



0



0 0



0.5



1



1.5



Indek Bias Gelas



2



0



0.5



1



Indek Bias Akrilik



1.5



Gambar 3.3 Grafik regresi indeks bias akrilik Gambar 3.2 Grafik error bar indeks bias gelas



Jumlah Frinji (N)



120



Tabel 3.2 Pengamatan Indeks Bias Untuk Akrilik



100 80 60



Grafik…



40 20 0 0



0.5



1



Indek Bias Akrilik



1.5



Gambar 3.4 Grafik error bar indeks bias akrilik 4. Diskusi Eksperimen variasi indeks bias gelas dan akrilik ini dilakukan untuk mengetahui nilai indeks bias gelas dan akrilik. Percobaan ini dilakukan dengan dengan menggunakan peralatan interferometer, dimana ditambahkan gelas dan akrilik yang diletakkan diantara beam splitter dan movable mirror. Eksperimen ini dilakukan dengan mengamati pola frinji yang terbentuk dan perputaran θ. Semakin besar perputaran sudutmaka semakin besar pula jumlah frinji yang terbentuk. Hal ini sesuai dengan teori dimana bahwa nilai N sebanding dengan θ. Hal ini berlaku untuk kedua bahan yaitu gelas dan akrilik. Pola tersebut juga terjadi pada hubungan antara jumlah frinji dengan nilai



indeks bias yang terbentuk dan jumlah frinji dengan perubahan lintasan yang teramati. Dengan demikian, semakin jelas bahwa grafik hubungan antara jumlah frinji dan pergeseran medium kedua yang dilakukan menunjukkan nilai yang pertambahannya cendrung linear. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan dan banyaknya jumlah frinji berbanding terbalik dengan nilai indeks bias yang dilakukan. Eksperimen variasi indeks bias gelas dan akrilik dengan menggunakan interferometer ini didapatkan bahwa indeks bias gelas dan akrilik memilik nilai yang berbeda, maka dapat diketahui bahwa impedansi antar kedua medium tersebut adalah berbeda. Perbedaan impedansi ini disebabkan oleh karakteristik masing-masing medium yang meliputi kerapatan medium maupun perbandingan antara medan listrik dan medan magnet yang tebentuk.Terdapat perbedaan antara hasil dengan toeri yang ada. Walupun tidak terlalu jauh, yaitu pada gelas 0.0895 dan akrilik 0.3273. Perbedaan tersebut disebabkan adanya bahan dasra gelas dan akrilik.



5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari eksperimen indeks bias gelas dan akrilik adalah : 1. Ketebalan dari medium yang digunakan yaitu gelas dan akrilik memilki nilai indeks bias bias yang berbeda,dimana indeks bias bias gelas nilainya lebih daripada indeks bias akrilik. 2. Nilai indeks bias dengan jumlah pergeseran frinji yang terbentuk pada pengukuran



menunjukkan pola berbanding lurus dan saling berhubungan, yaitu penambahan jumlah frinjidapat digunakan dalam menentukan nilai indeks bias melalui hubungan matematis. 3. Nilai indeks bias pada eksperimen menunjukkan nilai hampir sama dengan teori. 5.2 Saran Saran yang dapat disampaikan dari eksperimen indeks bias gelas dan akrilik adalah praktikan sebaiknya memahami materimateri yang berhubungan dengan percobaan yang akan dilakukan agar saat melakukan praktikum tidak mengalami kesulitan. Lebih teliti dalam pembacaan skala pada skala derajat. Hal tersebut dilakukan agar data yang didapatkan lebit akurat. Selain itu, praktikan lebih teliti lagi dalam pengamatan jumlah frinji.



DAFTAR PUSTAKA Arkundato,A. dan L. Rohman. 2007. OPTIKA. Jakarta : Unversitas Terbuka. Bahrudin. 2006. Kamus Fisika Bandung : Epsilon Group.



Plus.



Halliday, R. 1994. Fisika. Jakarta : Erlangga. Roshidi, R. 1992. Refrokmeter. Bandung : Bna Cipta. Tim



Penyusun. 2017. Modul Praktikum Eksperimen II. Jember : Laboratorium Fisika Modern dan Optoelektronika Jurusan Fisika FMIPA Universitas Jember.



Tippler, P. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.