Laporan Praktikum Fisika Pembiasan Cahaya

FISIKA
PEMBIASAN CAHAYA

1. TUJUAN      

                 

- Mencari nilai indeks bias belok kaca

            - Mencari besar pergeseran sinar pada kaca plan paralel

2. ALAT DAN BAHAN

1.  Balok kaca                 : 1 buah
2.  Busur derajat              : 1 buah
3.  Kertas HVS               : secukupnya
4.   Jarum pentul              : secukupnya
5.  Styrofoam                  : 1 buah
6.  Kalkulator                  : 1 buah

3. DASAR TEORI

Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Arah pembiasan cahaya dibedakan menjadi dua macam yaitu :

a. Mendekati garis normal

Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika cahaya merambat dari medium optik kurang rapat ke medium optik lebih rapat, contohnya cahaya merambat dari udara ke dalam air.

b. Menjauhi garis normal

Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal jika cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik kurang rapat, contohnya cahaya merambat dari dalam air ke udara.

Syarat-syarat terjadinya pembiasan :

1) Cahaya melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya;

2) Cahaya datang tidak tegaklurus terhadap bidang batas (sudut datang lebih kecil dari 90^o)

Beberapa contoh gejala pembiasan yang sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari diantaranya :

1.  Dasar kolam terlihat lebih dangkal bila dilihat dari atas.

2.  Kacamata minus (negatif) atau kacamata plus (positif) dapat membuat jelas pandangan bagi penderita rabun jauh atau rabun dekat karena adanya pembiasan.

3.   Terjadinya pelangi setelah turun hujan.

Hukum Snell

Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591 –1626) melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal dengan nama hukum Snell yang berbunyi :

1.      sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar.

2.      hasil bagi sinus sudut datang dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap dan disebut indeks bias.

Ketika cahaya melintas dari suatu medium ke medium lainnya, sebagian cahaya datang dipantulkan pada perbatasan. Sisanya lewat ke medium yang baru. Jika seberkas cahaya datang membentuk sudut terhadap permukaan (bukan hanya tegak lurus), berkas tersebut dibelokkan pada waktu memasuki medium yang baru. Pembelokan ini disebut Pembiasan.

Sudut bias bergantung pada laju cahaya kedua media dan pada sudut datang. Hubungan analitis antara q₁ dan q₂ ditemukan secara eksperimental pada sekitar tahun 1621 oleh Willebrord Snell .

Hubungan ini dikenal sebagai Hukum Snell dan dituliskan:

n₁ sin q₁ = n₂ sin q₂

q₁ adalah sudut datang, dan q₂ adalah sudut bias (keduanya diukur terhadap garis yang tegak lurus permukaan antara kedua media). n₁ dan n₂ adalah indeks-indeks bias materi tersebut. Berkas-berkas datang dan bias berada pada bidang yang sama, yang juga termasuk garis tegak lurus terhadap permukaan. Hukum Snell merupakan dasar Hukum pembiasan.

Jelas dari hukum Snell bahwa jika n₂ > n₁, maka q₂ > q_1, artinya jika cahaya memasuki medium dimana n lebih besar (dan lajunya lebih kecil), maka berkas cahaya dibelokkan menuju normal. Dan jika n₂ > n_1, maka q₂ > q₁, sehingga berkas dibelokkan menjauhi normal

Sinar yang masuk bidang pembias I akan sejajar dengan sinar yang keluar dari bidang pembias II dan mengalami pergeseran. Pergeseran sinar tersebut dirumuskan :

t = d sin (i-r)/cos r

4. LANGKAH KERJA

1. Tempelkan kertas pada styrofoam dengan menggunakan jarum pentul
2. 
   Letakkan balok kaca pada kertas dengan posisi seperti gambar di bawah ini dan buatlah garis pada sisi-sisi balok kaca pada kertas.

3. Tancapkan dua buah jarum pentul A dan B. Amati kedua pentul dari sisi lain balok (bersebrangan), kemudian tancapkan dua buah jarum pentul C dan D sehingga ketika diamati dari sisi bersebrangan seolah-olah keempat jarum pentul tersebut terlihat dalam garis lurus (pengamatan dilakukan di dalam balok kaca)

4. Angkatlah balok kaca dari kertas, hubungkan dengan garis antara jarum pentul A dan B sampai pada sisi batas garis balok kaca. Demikian juga dengan jarum pentul C dan D.

5.  Buatlah garis normal tegak lurus garis sisi-sisi balok kaca pada posisi perpotongan antara sisi balok dengan garis jarum pentul. Kemudian ukurlah besar sudut datang dan sudut bias.

Informasi:

i.                    Garis yang melalui AB merupakan sinar datang sehingga sudut datang adalah sudut antara garis AB dengan garis normal

ii.                  Garis yang melalui CD merupakan sinar bias sehingga sudut bias adalah sudut antara garis AB dengan garis normal

6. Lakukan percobaan sampai tiga kali dengan sudut datang yang berbeda-beda.
7. Masukkan data hasil percobaan ke dalam tabel data.

5. DATA & ANALISIS

1.      Data Percobaan

No & Nama	Sudut Datang 1 (i1)o	Sudut Datang 2 (i2)o	Sudut Bias 1 (r1) o	Sudut Bias 2 (r2) o	Sudut rata-rata		Sin i	Sin r	Sin i/ Sin r
					i	r
1.      Vanya	6	11	8	8	8,5	8	0,15	0,14	1,07
2.      Mey	23	23	12	10	23	11	0,4	0,2	2
3.      Amel	41	41	26	26	41	26	0,65	0,43	1,51
4.      Nathan	36	36	22	22	36	22	0,58	0,37	1,57

2.      Analisis Data

a.       Berdasarkan tabel di atas, buatlah grafik hubungan antara sin i dan sin r

b.      Dari hasil pengukuran sudut dan nilai sinusnya pada kaca plan paralel, kecenderungan apa yang dapat diketahui?

 Pada percobaan kali ini, menggunakan kaca plan paralel atau balok kaca. Balok kaca itu sendiri adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar.

Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh bahwa besar sudut datang tidak sama dengan sudut biasnya. Sudut datang dan sudut bias disini ditentukan oleh sudut datang sang pengamat. Jika pengamat melihat dari arah kiri, maka sudut datangnya akan mengarah ke arah kiri bawah, begitu ula sebaliknya, jika pengamat mengamat dari sebelah kanan, maka sudut yang dibentuk akan mengarah ke kanan bawah. Pergeseran yang terjadi dalam kaca plan paralel ini merukapan pergeseran yang selalu mendekati garis normal. Hal ini disebabkan sinar datang dari medium udara (kurang rapat) ke medium yang lebih rapat (plan paralel). Pergeseran yang terjadi disebabkan oleh pengaruh dari ketebalan balok kaca.

Hal ini sesuai dengan Hukum II Snellius: berbunyi “ Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (misalnya: dari udara ke air atau dari udara ke kaca), maka sinar di belokkan mendekati garis normal. Jika sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat maka sinar di belokkan menjauhi garis normal ”.

Sudut datang selalu lebih besar daripada sudut bias. Dalam grafik, dapat dilihat pula bahwa semakin besar sin i maka sin r juga akan semakin besar. Nilai sin i / sin r pun apabila di rata-rata akan menghasilkan angka mendekati 1,5 yaitu 1,53. Hal ini menunjukkan bahwa pada praktikum kali ini, nilai indeks biasnya apabila di rata-rata, hampir sama dengan indeks bias kaca plan paralel itu sendiri yaitu 1,5.

c.       Hitunglah nilai indeks bias dari kaca plan paralel!

1)      n = 0,15 / 0,14 = 1,07

2)      n = 0,4 / 0,2 = 2

3)      n = 0,65 / 0,43 = 1,51

4)      n = 0,58 / 0,37 = 1,57

n rata-rata = 1,53

d.      Indeks bias relatif kaca terhadap udara nilainya sekitar

N₂₁ = n2 / n1

1)      N₂₁ = 1,07 / 1 = 1,07

2)      N₂₁ = 2 / 1 = 2

3)      N₂₁ = 1,51 / 1 = 1,51

4)      N₂₁ = 1,57 / 1 = 1,57

n rata-rata = 1,53

6. PEMBAHASAN

1.      Dari hasil pengukuran sudut dan nilai sinusnya pada kaca plan paralel, kecenderungan apa yang dapat diketahui ?

Pada percobaan kali ini, menggunakan kaca plan paralel atau balok kaca. Balok kaca itu sendiri adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar.

Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh bahwa besar sudut datang tidak sama dengan sudut biasnya. Sudut datang dan sudut bias disini ditentukan oleh sudut datang sang pengamat. Jika pengamat melihat dari arah kiri, maka sudut datangnya akan mengarah ke arah kiri bawah, begitu ula sebaliknya, jika pengamat mengamat dari sebelah kanan, maka sudut yang dibentuk akan mengarah ke kanan bawah. Pergeseran yang terjadi dalam kaca plan paralel ini merukapan pergeseran yang selalu mendekati garis normal. Hal ini disebabkan sinar datang dari medium udara (kurang rapat) ke medium yang lebih rapat (plan paralel). Pergeseran yang terjadi disebabkan oleh pengaruh dari ketebalan balok kaca.

Hal ini sesuai dengan Hukum II Snellius: berbunyi “ Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (misalnya: dari udara ke air atau dari udara ke kaca), maka sinar di belokkan mendekati garis normal. Jika sebaliknya, sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat maka sinar di belokkan menjauhi garis normal ”.

Sudut datang selalu lebih besar daripada sudut bias. Dalam grafik, dapat dilihat pula bahwa semakin besar sin i maka sin r juga akan semakin besar. Nilai sin i / sin r pun apabila di rata-rata akan menghasilkan angka mendekati 1,5 yaitu 1,53. Hal ini menunjukkan bahwa pada praktikum kali ini, nilai indeks biasnya apabila di rata-rata, hampir sama dengan indeks bias kaca plan paralel itu sendiri yaitu 1,5.

2.      Hubungan antara sudut datang dan sudut bias dapat dinyatakan dengan rumus

·         Jawaban :

n₁ sin q₁ = n₂ sin q₂

{\displaystyle n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}\ }

3.      Adakah perbedaan antara i₁ dan i₂ serta r₁ dan r₂ ? (iya/tidak) Mengapa bisa terjadi?

·         Ada perbedaan pada percobaan pertama  yaitu pada i₁ dan i₂. Nilai i₁ adalah 6^o sedangkan nilai i₂ adalah 11^o. Sedangkan nilai r nya sama. Juga ditemukan perbedaan pada percobaan kedua, yaitu pada nilai r₁ dan r₂. Nilai r₁ adalah 12^o dan r₂ adalah 10^o sedangkan nilai i nya sama. Sedangkan pada percobaan lainnya, yaitu percobaan pertama hingga ketiga menunjukan nilai indeks bias yang sama.

·         Perbedaan yang terjadi ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, yaitu :

1.      Ketidak telitian pengamat pada saat melakukan pengamatan proses pembiasan saat mengamati jarum kaca.

2.      Kurangnya ketelitian pengamat dalam melakukan pengukuran terhadap sudut bias maupun sudut datang.

3.      Mata pengamat tidak sesuai dengan cara mengukur yang tepat.

4.      Kurangnya pengalaman yang dilakukan pengamat sehingga menghambat jalannya percobaan.

5.      Kurang tepatnya peletakan jarum pentul pada saat pengamatan sedang di lakukan.

6.      Penggambaran sinar bias atau sinar datang serta perpanjangannya yang kurang tepat atau tidak benar-benar lurus

7. KESIMPULAN

Dari percobaaan yang telah dilakukan dapat di peroleh beberapa kesimpulan, yaitu:

1)      Sinar datang mengalami pergeseran sehingga sudut datang berbeda dari sudut biasnya.

2)      Pergeseran yang terjadi mendekati garis normal karena sinar datang dari medium yang renggang ke medium yang lebih rapat.

3)      Semakin besar nilai sin i maka semakin semakin besar nilai sin r nya.

4)      Besar nilai indeks rata-rata yang diperoleh dari hasil percobaan sesuai dengan nilai indeks kaca plan paralel pada umumnya, yaitu 1,5.

5)      Umumnya, besar sudut datang akan selalu lebih besar dari sudut biasnya.