![Muhammad Rofiid Ramdhan - 1306620081 - Indeks Bias - Akhir [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/muhammad-rofiid-ramdhan-1306620081-indeks-bias-akhir.jpg)
10 0 483 KB
Tanggal Percobaan Tanggal Pengumpulan
: 29 – 03 – 2021 : 11 – 04 – 2021
PRAKTIKUM FISIKA DASAR II SEMESTER 114
INDEKS BIAS
NAMA
: Muhammad Rofiid Ramdhan
NIM
: 1306620081
DOSEN PENGAMPU
: Lari Andreas Sanjaya, S. Pd, M. Pd
ASISTEN LABORATORIUM : Tasya Nagaria Laut (1306618015) Maryam Tsara Sausan (1306618018) Adimas Nugrah Pangestu (1306618026) Willi Tri Argatta (1306618016)
Laporan Awal
Laporan Akhir
Kinerja
Total
Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam Universitas Negeri Jakarta 2021
O1: INDEKS BIAS
A. TUJUAN 1. Menentukan indeks bias berbagai larutan dengan berbagai konsentrasi. 2. Menentukan sudut kritis larutan. 3. Menentukan indeks bias. 4. Menentukan indeks bias dengan menggunakan refraktometer. 5. Mempelajari cara penggunaan refraktometer. B. ALAT DAN BAHAN 1. Bejana Pengukur indeks bias, 2. Refraktometer 3. Berbagai larutan dengan konsentrasi yang berbeda C. TEORI DASAR Apabila seberkas cahaya mengenai bidang batas antara dua medium yang berbeda, maka berkas cahaya itu akan dipantulkan (refleksi) dan biaskan (refraksi). Pada gejala refleksi maupun refraksi tersebut berlaku hukum Snellius: a) Apabila seberkas cahaya datang pada bidang batas antara dua medium dengan indek bias masing-masing n dan n’ maka cahaya tersebut akan dipantulkan dan dibiaskan. b) Berkas cahaya pantul sebidang dengan berkas cahaya dating, dan memiliki sudut pantul sama dengan sudut datang atau dapat dituliskan (sudut i) = (sudut p), dimana (sudut i) adalah sudut datang dan (sudut p) adalah sudut pantul. c) Sedangkan bila cahaya tersebut dibiaskan, maka berlaku: sin i n' = sin r n
(1)
n' disebut indeks bias relatif dari medium kedua terhadap medium pertama. n Jika sudut bias r = 90°, sehingga sin r = 1, maka sudut datang i disebut sudut kritis (ic). Sehingga, bila seluruh berkas cahaya yang datang pada bidang batas antara medium tersebut akan dipantulkan semuanya/sempurna.
Menghitung koefisien indeks bias relatif Berdasarkan persamaan 1) maka diperoleh: n sin i = n’sin r. Selanjutnya perhaikan gambar 1. x x' Berdasarkan gambar 1, maka kita akann dapatkan hubungan n =n' sehingga nx = n’x’ a a atau
n' x' n' = ( disebut indeks bias relatif) n x n
Refractometer Jika berkas cahaya datang dari zat antara dengan indeks bias n dan mengenai sisi prisma (indeks bias n) dengan sudut hampir 90° maka diperoleh persamaan berikut: 1. Pada saat cahaya masuk prisma, berdasarkan persamaan 1) berlaku: n=n' sin r 1
(2)
2. Pada saat cahaya masuk prisma, berdasarkan persamaan 1) berlaku: n sin r 2−n' sin i 2
(3)
β=r 1 +i 2
(4)
3. Sedangkan
Subtitusi persamaan 2), 3) dan 4) diperoleh: sin r 2=
n' sin( β−r 1 ) n
(5)
Pada prisma, besaran-besaran seperti n’, β dan sudut kritis prisma (r1) merupakan besaran tertentu yang besarnya tergantung pada bahan dan jenis prisma, dan n’sin(β -r1) merupakan suatu ketetapan (sebut saja k). Maka sin r 2= Dengan k = n’sin (β-r1) atau n =
k n
(6)
k . Indeks bias n dapat dihitung jika r2 diketahui sin r 2
TEORI TAMBAHAN Indeks bias adalah sifat dasar dari semua bahan optik dan menentukan hukum Snell, kecepatan propagasi, panjang gelombang, difraksi, kepadatan energi, penyerapan dan emisi cahaya dalam bahan.1 Indeks bias sangat penting untuk aplikasi di bidang teknik dan penelitian. Variasi spasial indeks bias menyebabkan hamburan cahaya; Oleh karena itu, ini merupakan masukan yang sangat diperlukan untuk pemodelan propagasi cahaya dalam media keruh. Indeks bias itu sendiri bergantung pada kepadatan molekul lokal dan dengan demikian membawa informasi, misalnya, struktur mikro jaringan biologis. Selain itu, pengukuran
1
Taeyong Chang, dkk, “Broadband giant-refractive-index material based on mesoscopic space-filling curves”, Journal of Nature Communications, Vol. 7, 2016, 1-7
indeks bias dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemantauan konsentrasi zat terlarut dalam cairan2 Perbandingan kecepatan cahaya pada ruang hampa dengan kecepatan cahaya pada suatu zat dinamakan indeks bias. Indeks bias suatu zat merupakan ukuran kelajuan cahaya di dalam zat cair dibanding ketika zat di udara (Murdaka et al, 2010). Pengukuran indeks bias dalam industri dapat digunakan untuk menemukan parameter fisik berupa konsentrasi, suhu dan tekanan. Indeks bias juga dapat digunakan untuk mengetahui kualitas nilai dari suatu larutan.3 Snellius (1626) mencari hubungan sudut dating dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal dengan hukum snellius yang berbunyi “Sinar datang, garis normal dan sinar bias terletak pada satu bidang datar. Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, maka sinar dibelokkan mendekati garis normal. Jika kebalikannya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, maka sinar dibelokkan menjahui garis normal” (Giancoli, 2001)4 Berkas cahaya datang dari medium dengan indeks bias n 1 dengan sudut datang d dan dibiaskan ke dalam material dengan indeks bias n2 dan sudut bias b. Syarat terjadinya pembiasan adalah a) Laju cahaya pada kedua medium berbeda b) Arah datang cahaya tidak tegak lurus terhadap bidang pembatas kedua medium. Khusus untuk gelombang cahaya, kecepatan rambat gelombang dalam medium dengan indekas bias n adalah v c / n . Dengan demikian, hokum pembiasan untuk gelombang cahaya dapat ditulis sin θd sinθ b c c n1 n2 atau n1 sin θd =n2 sin θb di mana n1 indeks bias medium tempat cahaya dating 2
Xu U. Zhang, dkk, “Refractive index measurement using single fiber reflectance spectroscopy”, Journal of Biophotonic, Vol. 12 No. 7, 2019, 1-11 3 Suhadi dan Nanda Septia W., “Kajian Indeks Bias Terhadap Air Keruh Menggunakan Metode Plan Paralel”, Jurnal Penelitian Fisika dan Terapannya, Vol. 1 No.1, 2019, 7-14. 4 Faradhilla dan Silviana Hendri, “Mengukur Indeks Bias Berbagai Jenis Kaca dengan Menggunakan Prinsip Pembiasan”, Jurnal Indonesian J. Integr. Sci. Education, Vol. 1 No. 2, 2019, 139-146.
n2 indeks bias medium yang dituju cahaya d sudut datang cahaya diukur dari arah tegak lurus bidang pembatas dua medium, dan b sudut bias cahaya diukur dari arah tegak lurus bidang pembatas dua medium
yang merupakan ungkapan hukum Snell. Jelas dari hokum ini bahwa jika gelombang masuk ke medium dengan indeks bias lebih besar maka arah rambat mendekati garis normal, dan sebalknya.5 Jika kita ingin melewatkan gelombang dari medium 1 ke medium 2 dan antara dua mediam dipasang medium perantara. Misalkan impedansi medium 1 adalah Z1 dan impedansi medium 2 adalah Z2. Gelombang akan ditransfer sebesar-besarnya dari medium1 ke medium 2 jika impedansi medium perantara memenuhi Z = (Z1Z2) 1/2. Jika pada kaca yang dolapisi film tipis. Jika indeks biasa kaca adalah nk dan indeks bias udara adalah nu. Maka agar cahaya dapat menembus lapisan tipis sebanyak mungkin maka indeks bias lapisan tipis harus memenuhi n = (nknu) 1/2.6 Alat praktikum pembiasan cahaya umumnya digunakan kaca plan paralel. Alat ini digunakan untuk memperlihatkan pembiasan dan menghitung indeks bias udara dan kaca plan paralel, tetapi sudut kritis dan pemantulan sempurna sulit diperlihatkan. Sehingga alat praktikum
5 6
Mikrajuddin Abdullah, Fisika Dasar II (Bandung : Institut Teknologi Bandung, 2017), 750 Mikrajuddin Abdullah, Fisika Dasar I (Bandung : Institut Teknologi Bandung, 2016), 487
fisika khususnya untuk konsep pembiasan cahaya, indeks bias, sudut kritis dan pemantulan tidak dilibatkan dalam proses pembelajaran fisika.7
D. CARA KERJA Refractometer sederhana 1. Mengisi bejana dengan larutan dengan konsentrasi tertentu. 2. Menempatkan standar S didinding bagian belakang bejana. 3. Mengukur A dan X sebagai sudut datang. 4. MembuatS, O dan A terlihat jika diamati melalui larutan (A akan berpindah ke A’ jika diamati melalui larutan). 5. Mengukur x dan x’ yang menunjukkan kedudukan titik A dan A’. 6. Mengukur sudut bias sebagai A’ dan X’. 7. Mengubah letak S dan catat kedudukan A dan A’ serta X dan X’ seperti langkah 6 dan 8. Melakukan percobaan diatas untuk bermacam-macam konsentrasi, misalnya 50%, 40%, 30%, 20% dan 10%. Refractometer sederhana 1. Mencatat temperatur di ruang anda kerja. 2. Mengatur lensa refractometer sehingga garis silang dan skala tampak jelas. 3. Membersihkan prisma dengan kain lunak dan bersih. 4. Meneteskan cairan yang akan diukur indeks biasnya (beberapa tetes) pada prisma penerang, kemudian rapatkan kembali prisma penerang dan pengukur. 5. Memutar pemutar disebelah kanan sehingga batas gelap terang tepat pada garis silang. Bacalah skalanya! E. PERTANYAAN AWAL 1. Jelaskan mengapa seberkas cahaya sampai pada batas antara dua medium transparan akan terjadi refleski dan refraksi! Jawab: 7
Arum Sri Rahayu, Vina Serevina, dan Raihani. “Pengembangan Set Praktikum Cahaya Untuk Pembelajaran Fisika di SMA”, Jurnal Prosiding Seminar Nasional Fisika, Vol. 5, 2016, 1-6.
Ketika seberkas cahaya mengenai permukaan suatu benda, maka cahaya tersebut ada yang dipantulkan dan ada yang diteruskan. Jika benda tersebut transparan seperti kaca atau air, maka sebagian cahaya yang diteruskan terlihat dibelokkan, dikenal dengan pembiasan. Cahaya yang melalui batas antar dua medium dengan kerapatan optik yang berbeda, kecepatannya akan berubah. Perubahan kecepatan cahaya akan menyebabkan cahaya mengalami pembiasan. Suatu sinar melewati dua medium yang berbeda, akan terjadi pembiasan. Jika sinar dilewatkan dari udara melewati zat cair, maka sinar di dalam zat cair itu akan dibelokkan. 2. Jika seberkas cahaya datang dari ruang hampa menuju zat antara, apa yang terjadi? Jelaskan berdasarkan persamaan 1)! Jawab: berkas cahaya tersebut akan dipantulkan dan dibiaskan, yaitu pembelokan gelombang cahaya menuju garis normal karena adanya perubahan cepat rambat cahya dari medium yang rapat masanya lebih rapat menjadi sedikit lebih lambat. Sudut bias (r) bergantung pada sudut datang (i), keduanya diukur dari garis normal, yaitu garis yang tegak lurus permukaan antara, dan dituliskan:
n' adalah indeks bias materi. Sehingga dapat n
sin i n ' = sin r n
F. DATA PENGAMATAN Nst bejana indeks bias
Nst timbangan = 0,01 g
A
= 0,50
Nst Mistar
= 1 mm
X
= 0,2 cm
S
= 3 cm dan 5 cm
Nst gelas ukur = 1 ml S = 3 cm Larutan gula 5% Sudut mula-mula A
X (cm)
(udara)
Sudut bias A1
X1 (cm)
(larutan)
14,5
5
20,5
6,8
15
5,2
19
6,6
14,5
5
20,5
6,8
14,5
5
20,5
6,8
15
5,2
20
6,6
X (cm)
Sudut A1
X1 (cm)
S = 5 cm Larutan gula 5% Sudut A (udara)
(larutan) 23,5
7,8
33,5
11
24
8
33
10,8
24
8
33
10,8
24
8
33,5
11
24
8
33
10,8
X (cm)
Sudut A1
X1 (cm)
S = 3 cm Larutan gula 20% Sudut A (udara)
(larutan)
\
14,5
5
21
7,2
15
5,2
20,5
6,8
14,5
5
21
7
14,5
5
21
7
15
5,2
20,5
6,8
S = 5 cm Larutan gula 20% Sudut A (udara)
X (cm)
Sudut A1
X1 (cm)
(larutan) 23,5
7,8
34
11,2
24
8
34,5
11,4
24
8
34,5
11,4
24
8
34
11,2
24
8
34
11,2
X (cm)
Sudut A1
X1 (cm)
S = 3 cm Larutan gula 30% Sudut A (udara)
(larutan) 14,5
5
21,5
7,4
15
5,2
21,5
7,4
14,5
5
21,5
7,4
14,5
5
21,5
7,4
15
5,2
21
7
S = 5 cm Larutan gula 30% Sudut A (udara)
X (cm)
Sudut A1
X1 (cm)
(larutan) 23,5
7,8
36,5
11,8
24
8
36,5
11,8
24
8
36,5
11,8
24
8
36
11,6
24
8
36
11,6
G. PENGOLAHAN DATA 1. Data Tunggal S = 3 cm = 0,03 m 1 1 ∆ S= ×nst= × 0,001=0,0005 m 2 2 KSR=
∆S 0,0005 × 100 %= ×100 %=1,6 % (3 AP) S 0,03
( S ± ∆ S )=( 0,0300 ± 0,000500 ) m S = 5 cm = 0,05 m 1 1 ∆ S= ×nst= × 0,001=0,0005 m 2 2 KSR=
∆S 0,0005 × 100 %= ×100 %=1 % (3 AP) S 0,05
( S ± ∆ S )=( 0,0500 ± 0,000500 ) m
2. Data Majemuk
S = 3 cm = 0,03 m Larutan gula 5% No
A
A2
X (cm)
X2 (cm)
A’
A’2
X’ (cm)
X’2 (cm)
1
14,5
210,25
5
25
20,5
420,25
6,8
46,24
2
15
225
5,2
27,04
19
361
6,6
43,56
3
14,5
210,25
5
25
20,5
420,25
6,8
46,24
4
14,5
210,25
5
25
20,5
420,25
6,8
46,24
5
15
225
5,2
27,04
20
400
6,6
43,56
∑
73,5
1080,75
25,4
129,08
100,5
2021,75
33,6
225,84
Sudut A (Udara) A=
∑ A = 73,5 =14,7 ° n
∆ A=¿ ¿ 1 5
¿
5
1 n¿¿¿ n√ 2
1 5
√
√
5403,75−5402,25 =¿ 0,1224 ° ¿ 4
KSR=
5 ( 1080,75 )− (73,5 ) 5−1
∆A 0,1224 ° ×100 %= ×100 %=0,832 % (4 AP) A 14,7 °
( A ± ∆ A)=( 14,700 ± 0,1224 ) ° Kedudukan X (Udara) X=
∑ X = 25,4 =5,08 cm=0,0508 m n
∆ X=¿ ¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√
√
5 ( 129,08 ) −( 25,4 ) 5−1
2
¿
1 5
645,4−645.16 =¿ 0,048 cm=0,00048 m¿ 4
√
KSR=
∆X 0,00048 ×100 %= ×100 %=0,94 % (4 AP ) X 0,0508
( X ± ∆ X ) =( 0,05080 ±0,0004800 ) m Sudut A’ (Larutan) A ' 100,5 ∑ A '= = =20,1 ° n
1 n¿¿¿ n√
∆ A ' =¿ ¿
¿
1 5
5
2
1 5
√
√
10.108,75−10.100,25 =¿ 0,291° ¿ 4
KSR=
5 ( 2021,75 ) −( 100,5 ) 5−1
∆ A' 0,291 ° × 100 %= ×100 %=1,44 %(3 AP) ' 20,1 ° A
( A' ± ∆ A ' )= (20,1 ± 0,291 ) ° Kedudukan X’ (Larutan) X '=
∑ X ' = 33,6 =6,72cm=0,0672m n
∆ X ' =¿ ¿
¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√ 2
1 5
√
√
1129,2−1128,96 =¿ 0,048 cm=0,00048 m¿ 4
KSR=
5 ( 225,84 )−( 33,6 ) 5−1
∆ X' 0,00048 × 100 %= ×100 %=0,72 % (4 AP ) ' 0,0672 X
( X ' ± ∆ X ' )= ( 0,06720± 0,0004890 ) m
S = 5 cm = 0,05 m Larutan gula 5% No
A
A2
X (cm)
X2 (cm)
A’
A’2
X’ (cm)
X’2 (cm)
1
23,5
552,25
7,8
60,84
33,5
1122,25
11
121
2
24
576
8
64
33
1.089
10,8
116,64
3
24
576
8
64
33
1.089
10,8
116,64
4
24
576
8
64
33,5
1122,25
11
121
5
24
576
8
64
33
1.089
10,8
116,64
∑
119,
2856,25
39,8
316,84
166
5511,5
54,4
591,92
5 Sudut A (Udara) A=
∑ A = 119,5 =23,9° n
∆ A=¿ ¿
¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√ 2
1 5
√
√
14281.25−14280,25 =¿ 0,1° ¿ 4
KSR=
5 ( 2856,25 ) −( 119,5 ) 5−1
∆A 0,1° ×100 %= × 100 %=0,4 % (4 AP) A 23,9°
( A ± ∆ A)=( 23,90 ± 0,1000 ) ° Kedudukan X (Udara) X=
∑ X = 39,8 =7,96 cm=0,0796 m n
5
1 n¿¿¿ n√
∆ X=¿ ¿
¿
1 5
2
1 5
√
√
1,584.2−1,584.04 =¿ 0,04 cm=0,0004 m¿ 4
KSR=
5 ( 316,84 )−( 39.8 ) 5−1
∆X 0,0004 ×100 %= × 100 %=0,5 % (4 AP ) X 0,0796
( X ± ∆ X ) =( 0,07960 ±0,0004000 ) m Sudut A’ (Larutan) A ' 166 ∑ A '= = =33,2 ° n
1 n¿¿¿ n√
∆ A ' =¿ ¿
¿
1 5
5
2
1 5
√
√
27,557.5−27,556 =¿ 0,12 ° ¿ 4
5 ( 5511,5 )−( 166 ) 5−1
∆ A' 0,12 ° KSR= ' × 100 %= ×100 %=0,36 %( 4 AP) 33,2 ° A ( A' ± ∆ A ' )= (33,200 ± 0,1200 ) ° Kedudukan X’ (Larutan) X '=
∑ X ' = 54,4 =10,88 cm=0,1088 m n
∆ X ' =¿
¿
5
1 n¿¿¿ n√ 2
¿
1 5
√
1 5
√
29596−29593,6 =¿ 0,0489 cm=0,000489m ¿ 4
5 ( 5919,2 )−( 544 ) 5−1
∆ X' 0,000489 KSR= ' × 100 %= ×100 %=0,45 % (4 AP) 0,1088 X
( X ' ± ∆ X ' )= ( 0,1088± 0,0004890 ) m
S = 3 cm = 0,03 m Larutan gula 20% No
A
A2
X (cm)
X2 (cm)
A’
A’2
X’ (cm)
X’2 (cm)
1
14,5
210,25
5
25
21
441
7,2
51,84
2
15
225
5,2
27,04
20,5
420,25
6,8
46,24
3
14,5
210,25
5
25
21
441
7
49
4
14,5
210,25
5
25
21
441
7
49
5
15
225
5,2
27,04
20,5
420,25
6,8
46,24
∑
73,5
1.080,75
25,4
129,08
104
2.163,5
34,8
242,32
Sudut A (Udara) A=
∑ A = 73,5 =14,7 ° n
∆ A=¿ ¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√
√
5 ( 1080,75 )− (73,5 ) 5−1
2
¿ 0,122 ° KSR=
∆A 0,122° ×100 %= × 100 %=0,82 %( 4 AP) A 14,7 °
( A ± ∆ A)=( 14,70 ± 0,1220 ) ° Kedudukan X (Udara)
X=
∑ X = 25,4 =5,08 cm=0,0508 m n
5
1 n¿¿¿ n√
∆ X=¿ 1 5
¿
√
5 ( 129,08 ) −( 25,4 ) 5−1
2
¿ 0,0489 cm=0,000489 m KSR=
∆X 0,000489 ×100 %= ×100 %=0,96 %(4 AP) X 0,0508
( X ± ∆ X ) =( 0,0508 ±0,0004890 ) m Sudut A’ (Larutan) A '=
∑ A ' = 104 =20,8° n
1 n¿¿¿ n√
∆ A ' =¿ ¿
1 5
5
√
5 ( 2163,5 ) −( 104 ) 5−1
2
¿ 0,122 ° KSR=
∆ A' 0,122 ° × 100 %= ×100 %=0,58 %( 4 AP) ' 20,8 ° A
( A' ± ∆ A ' )= (20,80 ± 0,1220 ) ° Kedudukan X’ (Larutan) X '=
∑ X ' = 34,8 =6,96 cm=0,0696 m n
∆ X ' =¿ ¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√
√
5 ( 242,32 )− (348 ) 5−1
2
¿ 0,0748 cm=0,000748 m
∆ X' 0,000748 KSR= ' × 100 %= ×100 %=1,07 % (4 AP) 0,0696 X
( X ' ± ∆ X ' )= ( 0,0696± 0,000748 ) m
S = 5 cm = 0,05 m Larutan gula 20% No
A
A2
X (cm)
X2 (cm)
A’
A’2
X’ (cm)
X’2 (cm)
1
23,5
552,25
7,8
60,84
34
1.156
11,2
125,44
2
24
576
8
64
34,5
1.190,25
11,4
129,96
3
24
576
8
64
34,5
1.190,25
11,4
129,96
4
24
576
8
64
34
1.156
11,2
125,44
5
24
576
8
64
34
1.156
11,2
125,44
∑
119,5
2.856,2
39,8
316,84
171
5.848,5
56,4
636,24
5 Sudut A (Udara) A=
∑ A = 119,5 =23,9° n
∆ A=¿ ¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√
√
¿ 0,1 °
5 ( 2856,25 ) −( 119,5 ) 5−1
2
KSR=
∆A 0,1° ×100 %= × 100 %=0,4 % (4 AP) A 23,9°
( A ± ∆ A)=( 23,90 ± 0,1000 ) ° Kedudukan X (Udara) X=
∑ X = 39,8 =7,96 cm=0,0796 m n
1 n¿¿¿ n√
∆ X=¿ 1 5
¿
5
√
5 ( 316,84 )−( 39,8 ) 5−1
2
¿ 0,04 cm=0,0004 m KSR=
∆X 0,0004 ×100 %= × 100 %=0,5 % (4 AP ) X 0,0796
( X ± ∆ X ) =( 0,07960 ±0,0004000 ) m Sudut A’ (Larutan) A '=
∑ A ' = 171 =34,2° n
1 n¿¿¿ n√
∆ A ' =¿ ¿
1 5
5
√
2 5 ( 5848,5 )− (171 ) 5−1
¿ 0,122 ° KSR=
∆ A' 0,122 ° × 100 %= ×100 %=0,356 %( 4 AP) ' 34,2 ° A
( A' ± ∆ A ' )= (34,20 ± 0,1220 ) ° Kedudukan X’ (Larutan) X '=
∑ X ' = 56,4 =11,28 cm=0,1128 m n
5
1 n¿¿¿ n√
∆ X ' =¿ ¿
1 5
√
2
5 ( 636,24 )−( 56,4 ) 5−1
¿ 0,04 cm=0,0004 m KSR=
∆ X' 0,0004 × 100 %= × 100 %=0,3 %( 4 AP) ' 0,1128 X
( X ' ± ∆ X ' )= ( 0,1128 ±0,0004000 ) m
S = 3 cm = 0,03 m Larutan gula 30% No
A
A2
X (cm)
X2 (cm)
A’
A’2
X’ (cm)
X’2 (cm)
1
14,5
210,25
5
25
21,5
462,25
7,4
54,76
2
15
225
5,2
27,04
21,5
462,25
7,4
54,76
3
14,5
210,25
5
25
21,5
462,25
7,4
54,76
4
14,5
210,25
5
25
21,5
462,25
7,4
54,76
5
15
225
5,2
27,04
21
441
7
49
∑
73,5
1.080,7
25,4
129,08
107
2.290
36,6
268,04
5 Sudut A (Udara) A=
∑ A = 73,5 =14,7 ° n
5
1 n¿¿¿ n√
∆ A=¿ ¿
1 5
√
2 5 ( 1080,75 )− (73,5 ) 5−1
¿ 0,122 ° KSR=
∆A 0,122° ×100 %= × 100 %=0,82 %( 4 AP) A 14,7 °
( A ± ∆ A)=( 14,70 ± 0,1220 ) ° Kedudukan X (Udara) X=
∑ X = 25,4 =5,08 cm=0,0508 m n
1 n¿¿¿ n√
∆ X=¿ ¿
5
1 5
√
5 ( 129,08 ) −( 25,4 ) 5−1
2
¿ 0,0489 cm=0,000489 m KSR=
∆X 0,000489 ×100 %= ×100 %=0,96 %(4 AP) X 0,0508
( X ± ∆ X ) =( 0,0508 ±0,0004890 ) m Sudut A’ (Larutan) A ' 107 ∑ A '= = =21,4 ° n
1 n¿¿¿ n√
∆ A ' =¿ ¿
1 5
5
√
5 ( 2290 ) −( 107 ) 5−1
2
¿ 0,1 ° KSR=
∆ A' 0,1° × 100 %= × 100 %=0,4 % ( 4 AP) ' 21,4 ° A
( A' ± ∆ A ' )= (21,40 ± 0,1000 ) ° Kedudukan X’ (Larutan) X ' 36,6 ∑ X '= = =7,32cm=0,0732m n
1 n¿¿¿ n√
∆ X ' =¿ ¿
1 5
5
√
5 ( 268,04 )−( 36,6 ) 5−1
2
¿ 0,08 cm=0,0008 m ∆ X' 0,0008 KSR= ' × 100 %= ×100 %=1,09 % (3 AP ) 0,0732 X
( X ' ± ∆ X ' )= ( 0,0732± 0,000800 ) m
S = 5 cm = 0,05 m Larutan gula 30% No
A
A2
X (cm)
X2 (cm)
A’
A’2
X’ (cm)
X’2 (cm)
1
23,5
552,25
7,8
60,84
36,5
1.332,25
11,8
139,24
2
24
576
8
64
36,5
1.332,25
11,8
139,24
3
24
576
8
64
36,5
1.332,25
11,8
139,24
4
24
576
8
64
36
1.296
11,6
134,56
5
24
576
8
64
36
1.296
11,6
134,56
∑
119,5
2.856,2
39,8
316,84
181,5
6.588,75
58,6
686,84
5
Sudut A (Udara) A=
∑ A = 119,5 =23,9° n
1 n¿¿¿ n√
∆ A=¿ 1 5
¿
5
√
5 ( 2856,25 ) −( 119,5 ) 5−1
2
¿ 0,1 ° KSR=
∆A 0,1° ×100 %= × 100 %=0,4 % (4 AP) A 23,9°
( A ± ∆ A)=( 23,90 ± 0,1000 ) ° Kedudukan X (Udara) X=
∑ X = 39,8 =7,96 cm=0,0796 m n
1 n¿¿¿ n√
∆ X=¿ 1 5
¿
5
√
5 ( 316,84 )−( 39,8 ) 5−1
2
¿ 0,04 cm=0,0004 m KSR=
∆X 0,0004 ×100 %= × 100 %=0,5 % (4 AP ) X 0,0796
( X ± ∆ X ) =( 0,07960 ±0,0004000 ) m Sudut A’ (Larutan) A '=
∑ A ' = 181,5 =36,3 ° n
∆ A ' =¿ ¿
1 5
5
1 n¿¿¿ n√
√
5 ( 6588,75 ) −( 181,5 ) 5−1
¿ 0,122 °
2
∆ A' 0,122 ° KSR= ' × 100 %= ×100 %=0,336 %( 4 AP) 36,3 ° A ( A' ± ∆ A ' )= (36,60 ± 0,1220 ) ° Kedudukan X’ (Larutan) X '=
∑ X ' = 58,6 =11,72 cm=0,1172 m n
1 n¿¿¿ n√
∆ X ' =¿ ¿
1 5
5
√
5 ( 686,84 )−( 58,6 ) 5−1
2
¿ 0,0489 cm=0,000489 m KSR=
∆ X' 0,000489 × 100 %= ×100 %=0,41 % (4 AP) ' 0,1172 X
( X ' ± ∆ X ' )= ( 0,1172± 0,0004890 ) m
H. PERHITUNGAN DAN ANALISIS 1. Hitung indeks dan sudut kritis masing-masing larutan pada percobaan Refractometer sederhana! a. Indeks Bias n' =n
sin ( i ) sin ( r )
∆ n' =
¿
√( √(
n sin ( r )
2
2 2 n ∆ sin (i) + 3 sin ( r )
2
) ( )( )( n 2 . ∆ sin (i° )) +¿ ¿ ¿ ( ) sin ( r ) 3 2
2
2 ∆ sin (r ) 3
2
)
Sin i= A , sin r= A ', ∆ sin i=∆ sin ∆ A , ∆ sin r =∆ sin ∆ A ' Larutan Gula 5% S
= 3 cm
∆ sin i=∆ sin (0,1224o )
A rata-rata
= 14,7o
∆ sin r =∆ sin ( 0,291o )
A’ rata-rata
= 20,1o
1 sin 20,1° ¿ 0,004
∆ n' =
√(
2
)(
2 2 .0,1224 o +¿ ¿ ¿ 3
)
∆ n' 0,004 × 100 %= ×100 %=0,5 %( 4 AP) ' 0,738 n ( n ' ± ∆ n' )=( 0,7380 ± 0,004000 ) KSR=
S
= 5 cm
∆ sin i=¿ ∆ sin 0,1 °
A rata-rata
= 23,9o
∆ sin r = ∆ sin 0,12 °
A’ rata-rata
= 33,2o
n' =1. ∆ n' =
sin ( 23,9° ) =¿ 0,739 sin ( 33,2° )
√(
1 sin 33,2°
2
)(
2 2 .0,1 ° +¿ ¿ ¿ 3
)
¿ 0,001705 ∆ n' 0,001705 × 100 %= ×100 %=0,2 % (4 AP) ' 0,739 n ( n ' ± ∆ n' )=( 0,7390 ± 0,001705 ) KSR=
Larutan Gula 20%
S
= 3 cm
∆ sin i=∆ sin (0,122o)
A rata-rata
= 14,7o
∆ sin r =∆ sin ( 0,122o )
A’ rata-rata
= 20,8o
∆ n' =
√( √(
1 sin ( 20,8° )
1 0,355 ¿ 0,003 ¿
2
)(
2
)(
2 2 .sin (0,122° ) +¿ ¿ ¿ 3
)
2 2 .0,002 +¿ ¿ ¿ 3
)
∆ n' 0,003 × 100 %= ×100 %=0,42 % (4 AP) ' 0,712 n ( n ' ± ∆ n' )=( 0,7120 ± 0,003000 ) KSR=
A’ rata-rata S
= 5 cm
A rata-rata
= 23,9o
= 33,2o
∆ sin i=∆ sin ( 0,1o) ∆ sin r =∆ sin ( 0,122o )
∆ n' =
¿
√( √(
1 sin ( 34,2° ) 1 0,562
2
)(
2
)(
2 2 . sin( 0,1° ) +¿ ¿ ¿ 3
)
2 2 .0,00174 +¿ ¿ ¿ 3
)
¿ 0,00221
KSR=
∆ n' 0,00221 × 100 %= ×100 %=0,3 % (4 AP) ' 0,720 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,7200 ± 0,002210 )
Larutan Gula 30%
n' =1.
∆ n' =
S
= 3 cm
∆ sin i=¿ ∆ sin 0,1224 °
A rata-rata
= 14,7o
∆ sin r = ∆ sin 0,1 °
A’ rata-rata
= 21,4o
sin ( 14,7 ° ) =0,695 sin ( 21,4 ° )
√(
1 sin 21,4 °
2
)(
2 2 . 0,1224 ° +¿ ¿ ¿ 3
)
¿ 0,00365
KSR=
∆ n' 0,00365 × 100 %= ×100 %=0,5 % (4 AP ) ' 0,695 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,695 ± 0,00365 )
S
= 5 cm
∆ sin i=¿ ∆ sin 0,1 °
A rata-rata
= 23,9o
∆ sin r = ∆ sin 0,1224 °
A’ rata-rata
= 36,3o
n' =1.
∆ n' =
sin ( 23,9° ) =0,684 sin ( 36,3° )
√(
1 sin 36,3°
2
)(
2 2 .0,1 +¿ ¿ ¿ 3
)
¿ 0,001931 KSR=
∆ n' 0,001931 × 100 %= × 100 %=0,28 % (4 AP) ' 0,684 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,6840 ± 0,001931 ) b. Indeks bias relatif n' =
x x'
'
∆n=
¿
√(
n' x
√(
1 x'
2
2 2 n' (∆ x ) + 3 X
2
2 2 −1. x ( ∆ x) + 2 3 x'
)( )(
2
) ( )( )(
2 ∆X' 3 2
)(
2
)
2 ∆ X' 3
2
)
Larutan gula 5% S = 3 cm
∆X = 0,00048 m
X rata-rata = 0,0508 m
∆X’ = 0,00048 m
X’ rata-rata = 0,0672 m
'
∆n=
√(
1 0,0672
2
)(
2 −1 ( 0,0508 ) 2 . 0,00048 + 3 0,06722
)(
2
)(
2 . 0,00048 3
= 0,005969 ∆ n' 0,005969 KSR= ' × 100 %= ×100 %=0,8 % (4 AP) 0,75 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,7500 ± 0,005969 ) m
2
)
S = 5 cm
∆X = 0,0004
X rata-rata = 0,0796
∆X’ = 0,000489
X’ rata-rata = 0,1088
'
∆n=
√(
1 0,1088
2
)(
2 −1 ( 0,0796 ) 2 . 0,0004 + 3 0,10882
)(
2
)(
2 .0,000489 3
2
)
= 0,003288
KSR=
∆ n' 0,003288 × 100 %= ×100 %=0,4 %( 4 AP) ' 0,731 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,7310 ± 0,003288 ) m Larutan gula 20% S = 3 cm
∆X = 0,000489 m
X rata-rata = 0,0508 m
∆X’ = 0,000748 m
X’ rata-rata = 0,0696 m
∆ n' =
√(
1 0,0696
2
)(
2 2 −1× 0,0508 × 0,000489 + 2 3 0,0696
)(
2
)(
2 × 0,000748 3
2
)
= 0,00702
KSR=
∆ n' 0,00702 × 100 %= ×100 %=0,96 % (4 AP) ' 0,729 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,7290 ± 0,007020 ) m
S=5
∆X = 0,0004
X rata-rata = 0,0796
∆X’ = 0,0004
X’ rata-rata = 0,1128
'
∆n=
√(
1 0,1128
2
)(
2 2 −1 ×0,0796 ×0,0004 + 2 3 0,1128
)(
2
)(
2 ×0,0004 3
2
)
= 0,00289
KSR=
∆ n' 0,00289 × 100 %= ×100 %=0,4 %(4 AP) ' 0,705 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,7050 ± 0,002890 ) m
Larutan gula 30% S = 3 cm
∆X = 0,000489 m
X rata-rata = 0,0508 m
∆X’ = 0,0008 m
X’ rata-rata = 0,0732 m
'
∆n=
√(
1 0,0732
2
)(
2 −1 ( 0,0508 ) 2 . 0,000489 + 3 0,07322
)(
2
)(
2 . 0,0008 3
2
)
= 0,006738
KSR=
∆ n' 0,006738 × 100 %= ×100 %=0,9 % (4 AP) ' 0,7 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,7000 ± 0,006738 ) m
S = 5 cm
∆X = 0,0004 m
X rata-rata = 0,0796 m
∆X’ = 0,000489 m
X’ rata-rata = 0,1172 m
'
∆n=
√(
1 0,1172
2
)(
2 −1 ( 0,0796 ) 2 .0,0004 + 3 0,1172 2
) (
2
)(
2 . 0,000489 3
2
)
= 0,002957 ∆ n' 0,001172 KSR= ' × 100 %= ×100 %=0,4 %( 4 AP) 0,679 n
( n ' ± ∆ n' )=( 0,6790 ± 0,001172 ) m c. Sudut kritis 1. Larutan gula 5% S = 3 cm i = arcsin
n' 0 ,738 = arcsin = 47,5° n 1
√(
∆ sin i=
√ √
∂sin i ∂n'
¿ ( sin r )2 ¿ ( 0 , 3 )2
KSR =
(
(
2
2 ∆n 3
2
)( )
2 ∆n' 3
2
)
2 2 0 , 00 4 =0,0 00 8° 3
)
Δsin i 0,0 00 8 ×100 % = 0,1% (4AP) × 100% = sin i 0 , 738
(sin i ± Δ sin i) = (0,7380 ± 0,0008000) S = 5 cm i = arcsin
n' 0 ,739 = arcsin = 47,6° n 1
√(
∆ sin i=
√ √
∂sin i ∂n'
¿ ( sin r )2
(
2
2 ∆n 3
2
)( )
2 ∆n' 3
2
)
2 2 ¿ ( 33,2 ) 0 , 00221 =0 ,00056 ° 3
KSR =
2
(
)
Δsin i 0,0 0056 × 100 % = 0,075% (4AP) × 100% = sin i 0,739
(sin i ± Δ sin i) = (0,7390 ± 0,0005600) 2. Larutan gula 20% S = 3 cm i = arcsin
n' 0,712 = arcsin = 45,39° n 1
√(
∆ sin i=
∂sin i ∂n'
2
2 ∆n 3
)( )
2 ¿ ( sin r ) ∆n' 3
√ √
2
(
¿ ( 0,355 )2
KSR =
2
(
2
)
2 2 0 , 003 =0,00071 ° 3
)
Δsin i 0,0 0071 ×100 % = 0,1% (4AP) × 100% = sin i 0,712
(sin i ± Δ sin i) = (0,7120 ± 0,0007100) S = 5 cm i = arcsin ∆ sin i=
√
n' 0,720 = arcsin = 46,05° n 1
√(
∂sin i ∂n'
¿ ( sin r )2
(
2
2 ∆n 3
2
)( )
2 ∆n' 3
2
)
√
¿ ( 0,562 )2
KSR =
(
2 2 0 , 00221 =0,0 0082 3
)
Δsin i 0 , 0 0082 ×100 % = 0,1% (4AP) × 100% = sin i 0,720
(sin i ± Δ sin i) = (0,720 ± 0,00082) 3. Larutan gula 30% S = 3 cm i = arcsin
n' 0 , 695 = arcsin = 44° n 1
√(
∆ sin i=
√ √
∂sin i ∂n'
¿ ( sin r )2 ¿ ( 0,5 )2
KSR =
(
(
2
2 ∆n 3
2
)( )
2 ∆n' 3
2
)
2 2 0 , 003657 =0,000122 ° 3
)
Δsin i 0,0 00122 ×100 % = 0,017% (4AP) × 100% = sin i 0,695
(sin i ± Δ sin i) = (0,6950 ± 0,0001220) S = 5 cm i = arcsin ∆ sin i=
n' 0,684 = arcsin = 43° n 1
√(
√ √
∂sin i ∂n'
¿ ( sin r )2
(
2
2 ∆n 3
2
)( )
2 ∆n' 3
2
)
2 2 ¿ ( 33,2 ) 0 , 00221 =0,00077° 3
KSR =
2
(
)
Δsin i 0,00077 × 100 % = 0,11% (4AP) × 100% = sin i 0,684
(sin i ± Δ sin i) = (0,6840 ± 0,00077) 2. Berdasarkan data hasil percobaan yang telah anda lakukan, buatlah grafik hubungan antara indeks bias dengan konsentrasi larutan serta hubungan antara sudut kritis dengan konsentrasi larutan! Indeks Mutlak S=3
3 0.74 0.73 0.72 0.71
Indeks Bias Mutlak
0.7 0.69 0.68 0.67 5%
S=5
20%
30%
5 0.74 0.73 0.72 0.71 Indeks Bias Mutlak
0.7 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 5%
20%
30%
Indeks Relatif S=3
Series 1 0.76 0.75 0.74 0.73 Indeks Bias Relatif
0.72 0.71 0.7 0.69 0.68 0.67 5%
S=5
20%
30%
Series 1 0.74 0.73 0.72 0.71 0.7
Indeks Bias Relatif
0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 5%
20%
30%
Sudut Kritis S=3
Series 1 4847.5 47 46
45.39 Sudut kritis
45 44 44 43 42 5%
S=5
20%
30%
Series 1 4847.6 47 46.05 46 45
Sudut kritis
44 43 43 42 41 40 5%
20%
30%
ANALISIS Pada praktikum Indeks Bias kali ini memiliki tujuan untuk menentukan indeks bias dan juga sudut kritis pada suatu larutan gula dengan konsentrasi yang berbeda. Indeks bias adalah sifat dasar dari semua bahan optik dan menentukan hukum Snell, kecepatan propagasi, panjang gelombang, difraksi, kepadatan energi, penyerapan dan emisi cahaya dalam bahan. indeks bias suatu zat adalah perbandingan kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa atau medium luar. Di dalam hukum pembiasan berlaku hukum snellius, merupakan rumusan matematika yang memberikan hubungan antara sudut datang dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya melalui batas antara dua medium isotopik berbeda, seperti udara dan gelas. Dan alat pengukur indeks bias yang digunakan adalah refraktometer. Prinsip kerja pada praktikum kali ini adalah apabila seberkas cahaya mengenai bidang batas antara dua medium yang memiliki indeks bias masing-masing n dan n’ maka cahaya tersebut akan dipantulkan dan dibiaskan. Berkas cahaya inilah yang diamati untuk mengetahui apa yang dipengaruhi oleh konsentrasi zat cair yang berbeda-beda, dimana diperoleh pula berkas cahaya pantul sebidang dengan berkas cahaya datang dan
memiliki sudut pantul sama dengan sudut kritis. Sudut kritis atau sudut deviasi yaitu sudut yang dibentuk oleh perpanjangan sinar datang mula-mula dengan sinar yang meninggalkan bidang pembias atau pemantul. Praktikan menguji dengan 3 jenis konsentrasi larutan yaitu 5%, 20%, dan 30%. Dan menggunakan 2 jenis perbedaan S yaitu jarak titik acuan yang terletak dibagian belakang wadah air pada benjana pengukur indeks bias. Jarak digunakan yaitu pada 3 cm dan 5cm. Pada tiap jarak dan tiap larutan dilakukan percobaan sebanyak lima kali. Selanjutnya melakukan percobaan sesuai dengan petunjuk pada modul atau sesuai cara kerja yang ditentukan, alat yang
Indeks Bias Mutlak Konsentrasi
digunakan untuk mengukur indeks
Jarak
5%
20%
30%
3 cm
0,738
0,712
0,695
5 cm
0,731
0,720
dilakukan
Indeks Bias Relatif Konsentrasi Jarak
5%
20%
30%
3 cm
0,75
0,729
0,7
5 cm
0,731
0,705
0,679
0,684
perhitungan,
Sudut Kritis Konsentrasi
nilai indeks bias berikut:
bias refractometer sederhana. Setelah
diperoleh
dan sudut kritis sebagai
Jarak
5%
20%
30%
3 cm
47,5o
45,39
44
5 cm
47,6
46,05
43
Berdasarkan hasil perhitungan diatas, terdapat perbedaan pada masing-masing nilai indeks bias dalam konsentrasi larutan gula, dikarenakan faktor konsentrasi sebuah larutan dimana semakin besar konsentrasi larutan maka semakin besar pula indeks biasnya, begitu juga sebaliknya. Tetapi pada perhitungan di atas nilai Indeks Bias berbanding terbalik dengan konsentrasinya, hal ini bisa terjadi karena praktikan tidak teliti atau salah dalam menghitung data atau karena kesalahan mengambil data-data saat praktikum. Dalam percobaan terdapat beberapa yang tidak sesuai dangan teori mungkin disebabkan oleh beberapa faktor , diantaranya ; alat yang kuang baik kondisinya, kurang teliti saat membaca sudut dan jarak, adanya kesalahan perhitungan dan hal lainnya. I. PERTANYAAN AKHIR 1. Bagaimana pendapat anda tentang hubungan antara indeks bias relatif dengan indeks bias mutlak dalam percobaan ini? Jawab: Hubungan antara indeks bias relatif dengan indeks bias mutlak dalam percobaan ini mempunyai perbedaan yang dapat dikatakan sangat besar sekitar 1/5. Dimana, indeks bias relatif memiliki nilai yang lebih besar ketimbang indeks bias mutlak. Dan indeks bias relatif juga dipengaruhi oleh sudut yang datang, serta bahan ataupun medan yang ditembus. Serta jenis medan datang dan keluarnya. 2. Bagaimana pendapat anda pengukuran indeks bias dengan Refractometer Abbe? Jawab: Pada praktikum kali ini tidak menggunakan refractometer abbe. J. KESIMPULAN 1. Indeks bias adalah sifat dasar dari semua bahan optik dan menentukan hukum Snell, kecepatan propagasi, panjang gelombang, difraksi, kepadatan energi, penyerapan dan emisi cahaya dalam bahan. 2. Refraktometer adalah alat untuk mengukur indeks bias suatu zat. 3. Semakin besar konsentrasi larutan yang digunakan, maka semakin besar juga indeks bias relatif yang dihasilkan. 4. Faktor yang mempengaruhi indeks bias adalah sudut kritis, kecepatan cahaya, kerapatan, dan konsentrasi
5. Semakin besar konsentrasi suatu larutan, maka larutan akan berwarna menjadi lebih keruh. 6. Semakin kecil konsentrasi suatu larutan, maka sudut yang dihasilkan akan semakin kecil 7. Semakin besar konsentrasi larutan, maka semakin besar juga indeks bias relatif yang dihasilkan K. DAFTAR PUSTAKA Abdullah, Mikrajudin. 2016. Fisika Dasar I. Bandung: Institut Teknologi Bandung Abdullah, Mikrajudin. 2017. Fisika Dasar II. Bandung: Institut Teknologi Bandung Chang, Taeyong, dkk. 2016. Broadband giant-refractive-index material based on mesoscopic space-filling curves. Journal of Nature Communication. Vol. 7, 1-11. Daejeon: Korea Advance Institute of Science and Technology. Faradhillah dan Silviana Hendri. 2019. Mengukur Indeks Bias Berbagai Jenis Kaca dengan Menggunakan Prinsip Pembiasan. Jurnal Indonesian J. Integr. Sci. Education. Vol. 1 No. 2, 139-146. Aceh: Universitas Malikussaleh Rahayu, Arum Sri, Vina Serevina, dan Raihani. 2016. Pengembangan Set Praktikum Cahaya Untuk Pembelajaran Fisika di SMA. Jurnal Prosiding Seminar Nasional Fisika. Vol. 5, 1-6. Jakarta: Universitas Negeri Jakarta Suhadi dan Nanda Septia W. 2019. Kajian Indeks Bias Terhadap Air Keruh Menggunakan Metode Plan Paralel. Jurnal Penelitian Fisika dan Terapannya. Vol. 1 No.1, 7-14. Palembang: Universitas Islam Negeri Raden Fatah Zhang Xu U, dkk. 2019. Refractive index measurement using single fiber reflectance spectroscopy. Journal of Biophotonic. Vol. 12 No. 7, 1-11. Amsterdam: University of Amsterdam
