PEMANTULAN DAN PEMBIASAN CAHAYA
I. Tujuan Percobaan
1.1 Mempelajari hukum pemantulan dari Hukum Snellius dengan cara menginvestigasi pembiasan pada suatu bidang batas antara dua medium(interfaces), pembiasan pada prisma dan pemantulan internal
1.2 Menentukan indeks bias suatu medium balok kaca, blok setengah lingkaran, dan blok prisma
1.3 Mempelajari fenomena-fenomena yang terjadi pada masing-masing blok kaca(balok, setengah lingkaran, prisma, cembung, cekung)II. Dasar Teori
Cahaya menurut Newton (1642-1727) terdiri dari partikel-partilkel ringan berukuran sangat kecil yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sementara menurut Huygens (1629-1695), cahaya adalah gelombang seperti bunyi. Perbedaan antara keduanya hanya pada frekuensi dan panjang gelombang saja. Pada permukaan yang datar, sinar yang dipantulkan akan membentuk pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang akan dipantulkan dalam bentuk yang sejajar juga(Giancoli,2001).
Apabila seberkas cahaya atau sinar mengenai suatu medium atau berpindah dari medium satu ke medium yang lain, maka akan mengalami dua gejala yaitu, pemantulan dan pembiasan. Namun, karena sifat medium dua gejala tersebut salah satu lebih dominan daripada yang lain. Jika berkas cahaya mengenai cahaya, maa gejala yang lebih dominan adalah pemantulan dibandingkan dengan pembiasan. Begitu juga bila berkas cahaya mengenai benda bening seperti air, lensa, maka gejala yang lebih dominan adalah pembiasan. Perbedaan cepat rambat cahaya antara satu medium dengan medium lain menyebabkan peristiwa perubahan arah rambat (pembelokkan) cahaya pada batas dua medium tersebut. Jika seberkas cahaya melalui bidang batas antara dua buah medium yang berbeda tingkat kerapatanya, cahaya akan mengalami perubahan arah rambat atau dibelokka. Peritiwa pembelokkan cahaya pada batas dua medium disebut pembiasan(Sutrisno,1979).
Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium bening yang berbeda indeks biasnya. Sebagai contoh sebatang tongkat yang sebagiannya tercelup di dalam kolam berisi air dan bening akan terlihat patah. Permukaan sebuah lensa dapat berupa bola, parabola atau silinder(Tipler,1998).
Cermin cekung bersifat konvergen(mengumpulkan sinar). Berkas sinar sejajar sumbu utama dipantulkan mengumpul pada satu titik yang dinamakan titik fokus. Cermin cekung disebut juga cermin konkaf atau cermin positif. Cermin cembung, bagian mukanya melengkung ke luar, titik fokusnya berada di belakang cermin. Sifat cermin cembung adalah menyebarkan sinar (divergen). Sifat bayangan pada cermin cembung adalah maya dibelakang cermin, sama tegak dan diperkecil(Serway,2004).
Hukum pemantulan cahaya yang dikemukakan oleh W. Snellius, menurutnya apabila seberkas cahaya mengenai permukaan bidang datar yang rata, maka akan berlaku aturan-aturan sebagai berikut :
1. Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
2. Sudut sinar datang selalu sama dengan sudut sinar pantul (sudut i = sudut r).
Sudut deviasi adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan dari perpanjangan cahaya datang dengan perpanjangan cahaya bias yang meninggalkan prisma(Young dan Freedman,2004).
III. Metodologi Percobaan
3.1 Alat dan Bahan
a. Lampu sinar polikromatis (1 buah)
b. Busur (1 buah)
c. Push pin (1 buah)
d. Penggaris (1 buah)
e. Sterofom (1 buah)
f. Balok kaca (1 buah)
g. Cermin datar (1 buah)
h. Blok kaca setengah lingkaran (1 buah)
i. Blok kaca prisma (1 buah)
j. Cerming cekung (1 buah)
k. Cermin cembung (1 buah)
l. Blok kaca cekung (1 buah)
m. Blok kaca cembung (1 buah)
3.2 Langkah Kerja
3.2.1 Pemantulan pada cermin datar
a. Susun peralatan seperti gambar 1
b. Amati sinar yang terjadi
c. Buat grafik hubungan antara sudut datang dengan sudut pantul
d. Ulangi percobaan sampai 5x dengan memvariasikan sudut datangnya
3.2.2 Pemantulan dan pembiasan pada blok kaca
a. Susun peralatan seperti pada gambar 2
b. Amati jalannya sinar datang, sinar pantul, dan bias
c. Tandai ketiganya dengan menggunakan jarum pentul
d. Hubungkan sinar datang dengan sinar pantul, lalu sinar datang dengan sinar bias
e. Lalu buat garis normal yang tegak lurus terhadap bidang
f. Buat tabel hubungan antara sudut datang, sudut pantul, dan sudut bias
g. Ulangi percobana sampai 5x dengan memvariasikan sudutnya
h. Buat grafik yang menyatakan hubungan antara sudut datang dengan sudut bias
i. Dengan menggunakan data tersebut, tentukan nilai indeks bias kaca relatif terhadap udara
3.2.3 Pemantulan internal pada blok kaca setengah lingkaran
a. Susun peralatan seperti pada gambar 3
b. Amati jalannya sinar datang, sinar pantul, dan bias
c. Cari sudut sinar datang sehingga menyebabkan sudut biasnya 90°(sudut kritis) dengan cara menggeser-gesek blok kaca
d. Ulangi percobaan sampai 5x
e. Rata-rata sudut sinar datang tersebut
f. Hitung indeks biasnya menggunakan persamaan :
3.2.4 Deviasi minimum pada prisma
1. Susun alat seperti gambar 4
2. Amati peristiwa yang terjadi pada sinar
3. Cari sudut deviasi minimum dengan memutar prisma secara searah
4. Buat tabel seperti dibawah
5. Catat θmin dan δmin
6. Ulangi sebanyak 5x dengan cara yang sama
7. Rata-rata nilai θmin dan δmin
8. Lalu dengan nilai tersebut, hitung nilai A dengan menggunakan persamaan :
δmin = 2.θmin - A ..........(2)
9. Setelah mendapat ilai A, hitung indeks bias blok prisma dengan menggunakan persamaan :
np = (sin θmin) / (sin A/2) ..........(3)
IV. Data dan Analisa
4.1 Data Percobaan
4.2 Analisa Data
Percobaan pemantulan dan pembiasan cahaya dilakukan berdasarkan prinsip Hukum Snellius, yaitu rumus matematika yang memberikan hubungan antara sudut datang dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotropik berbeda yaitu udara da kaca. Diketahui bahwa indeks bias udara yaitu 1.
Rekomendasi Laporan lain:
Alat yang digunakan pada percobaan ini, yaitu balok kaca, cermin cekung, cermin cembung, lensa cekung, lensa cebung, balok prisma, dan balok setengah lingkaran. Setiap bahan memiliki prinsip kerja masing-masing. Balok kaca memiliki prinsip kerja yaitu jika balok kaca diberikan sinar datang maka cahaya tersebut akan dibiaskan dan dipantulkan, karena memiliki dua bidang batas, yaitu pemantulan dan pembiasan ketika memasuki kaca dan pembiasan ketika keluar dari kaca.
Percobaan pertama adalah menentukan indeks bias suatu medium balok kaca. Percobaan menggunakan sebuah plan parallel. Sebuah balok kaca diletakkan diatas kertas dan disinari oleh sebuah sinar datang. Dilakukan variasi besarnya sudut datang sebanyak 5 sudut. Untuk menentukan indeks bias medium kaca, digunakan persamaan :
n1. sin α = n2. sin β ..........(1)
dimana n1 adalah indeks bias medium udara yang sudah diketahui besarnya yaitu 1, sin α adalah sinus dari sudut datang, sin β adalah sinus dari sudut bias, dan n2 adalah indeks bias medium kaca. Dari persamaan tersebut, didapatkan indeks bias medium kaca(n2) sebesar 1,05 dengan kesalahan relative sebesar 6,67% dan ketelitian sebesar 93,33%. Dapat disimpulkan bahwa indeks bias medium kaca lebih besar daripada indeks bias medium udara. Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa sudut datang α selalu sama dengan sudut pantul, sesuai dengan hukum pemantulan cahaya.
Percobaan kedua adalah mengamati fenomena yang terjadi pada cermin cekung. Prinsip kerja dari cermin cekung adalah mengumpulkan sinar(konvergen). Dari percobaan, didapatkan hasil sebagai berikut :
berdasarkan gambar 5, pemantulan cerming cekung adalah konvergen. Sinar datang akan dipantulkan mengumpul mendekati sinar datang. Maka akan didapatkan titik perpotongan antar garis yang disebut dengan titik fokus, sehingga titik fokus cerming cekung terdapat didepan cermin.
Percobaan ketiga adalah mengamati fenomena yang terjadi pada cermin cembung. Prinsip kerja dari cermin cembung adalah menyebarkan sinar(divergen). Dari percobaan, didapatkan hasil sebagai berikut :
berdasarkan gambar 6, pemantulan cermin cembung adalah divergen karena batas cahaya yang datang dan mengenai cermin akan dipantulkan kembali dari satu titik dan menyebar. Titik tersebut disebut dengan titik fokus, sehingga titik fokus cemrin cembung terdapat dibelakang cermin.
Percobaan keempat adalah mengamati fenomena yang terjadi pada lensa cekung. Prinsip kerja dari lensa cekung adalah apabila ada sebuah cahaya yang melewati lensa cekung maka cahaya akan diteruskan dan bersifat divergen(menyebarkan sinar). Dari percobaan, didapatkan hasil sebagai berikut :
berdasarkan gambar 7, yaitu pembiasan pada lensa cekung yang bersifat divergen. Sinar datang diteruskan dan dibelokkan kea rah luar(sudut besar), jika ditambah lensa cekung dibelakangnya maka sudut menjadi semakin besar(persebaran sinarnya semakin besar).
Percobaan kelima adalah mengamati fenomena yang terjadi pada lensa cembung. Prinsip kerja dari lensa cembung adalah apabila ada sebuah cahaya yang melewati lensa cembung maka cahaya akan diteruskan dan bersifat konvergen(mengumpulkan sianr). Dari percobaan, didapatkan hasil sebagai berikut :
berdasarkan gambar 8, yaitu pembiasan pada lensa cembung yang bersifat konvergen. Sinar datang diteruskan dan dibelokkan kea rah dalam(sudutnya kecil), jika ditambah lensa cembung dibelakangnya maka sudut menjadi semakin kecil(pengumpulan sinarnya semakin rapat).
Percobaan ke-enam adalah mengamati fenomena yang terjadi pada balok setengah lingkaran. Prinsip kerja dari balok setengah lingkaran adalah apabila ada seberkas cahaya dari medium dengan indeks bias n1 masuk ke medium n2 dengan n1 > n2, maka untuk sinar-sinar datang dengan sudut yang lebih besar dari suatu sudut yang disebut dengan sudut kritis. Hukum Snellius menjadi tidak dapat digunakan lagi. Sudut kritis adalah sudut datang dalam kaca yang menghasilkan sudut bias 90̊. Maka dari Hukum Snellius didapatkan hubungan :
sin β dihilangkan atau tidak dianggap karena sin 90̊ bernilai 1.
Percobaan terakhir adalah mengamati fenomena yang terjadi pada balok prisma. Prinsip kerja dari balok prisma adalah apabila seberkas sinar datang dari medium renggang(udara) menuju medium rapat(bidang prisma), maka berkas sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. Selanjutnya, berkas sinar tersebut dari medium rapat(bidang prisma) menuju medium renggang(udara), akan dibiaskan menjauh garis normal. Nilai minimum(sebagai fungsi sudut rotasi prisma) dapat dihubungkan dengan sudut datang minimum menggunakan persamaan :
dengan persamaan 3, indeks bias prisma dapat ditentukan menggunakan persamaan :
np = (sin θmin) / (sin A/2) ..........(3)
Sudut deviasi adalah sudut perpotongan antara perpanjangan sinar datang dengan perpanjangan dari sinar bias. Sudut deviasi minimum(δmin) adalah sudut deviasi terkecil yang dapat dibentuk sebelum sudut deviasinya kembali bertambah besar akibat perputaran prisma. Sudut datang(θmin) adalah sudut datang yang mengakibatkan sudut deviasinya minimum. Dispersi cahaya adalah peristiwa penguraian cahaya putih(polikromatik) menjadi komponen-komponennya karena pembiasan. Komponen-komponen warna yang terbentuk yaitu merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Dispersi terjadi akibat adanya perbeaan deviasi untuk setiap panjang gelombang yang disebabkan oleh perbedaan kelajuan masing-masing gelombang pada saat melewati medium pembias.
V. Kesimpulan
5.1 Pemantulan cahaya terjadi apabila seberkas cahaya mengenai suatu bidang yang licin dan datar, sinar akan memantula secara teratur. Jika permukaannya kasar maka akan dipantulkan secara difusi. Sedangkan pembiasan terjadi ketika seberkas cahaya melewati bidang batas antara dua medum yang memiliki kerapatan yang berbeda, sinar akan mengalami pembelokan
5.2 Nilai indeks bias suatu medium balok kaca yaitu sebesar 1,05 ± 0,07
5.3 Fenomena-fenomena yang terjadi, yaitu Hukum Snellius, sifat cermin cekung dan cermin cembung, sifat lensa cekung dan lensa cembung
a. Pada cerming cekung bersifat konvergen (mengumpulkan sinar)
b. Pada cerming cembung bersifat konvergen (menyebarkan sinar)
c. Pada cerming cekung bersifat konvergen (menyebarkan sinar)
d. Pada cerming cembung bersifat konvergen (mengumpulkan sinar)
VI. Daftar Pustaka
Giancoli, D.2001. Fisika Jilid II. Jakarta : Erlangga.
Serway, R.2004. Fisika Untuk Sains dan Teknik Edisi 6. Jakarta : Erlangga.
Sutrisno. 1979. Fisika Dasar Seri Gelombang dan Optik. Bandung : ITB.
Tipler, P.1998. Fisika Untuk Sains dan teknik jilid II. Jakarta : Erlangga.
Young dan Freedman.2004. Fisika Universitas Edisi 10 Jilid II. Jakarta : Erlangga.
VII. Bagian Pengesahan
-
VIII. Lampiran
