PRAKTIKUM GELOMBANG DAN OPTIK

“PEMBIASAN PADA KACA PLAN PARALEL”

Nama Kelompok 10 :

1.      Mufidah Nurul Hidayah       (12030654058)

2.      Eli Nurhayati                        (13030654052)

3.      Nur Jannatin                         (13030654060)

4.      Raka Prasetyo N                   (13030654063)

5.      Renyta Ayu C.                     (13030654072)

Pendidikan IPA B 2013

PRODI PENDIDIKAN IPA

FAKULTAS MATEMATIKA ILMU DAN PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

2015

ABSTRAK

Percobaan yang kami lakukan pada hari kamis, 19 November 2015 di laboratorium IPA UNESA dengan judul “ Pembiasan pada Kaca Plan Paralel” yang bertujuan untuk menentukan besar nilai indeks bias dan pergeseran sinar cahaya pada kaca plan paralel. Metode yang digunakan yaitu meletakkan kaca plan paralel di atas kertas putih dan menggambarnya, membuat garis normal, menentukan sinar datang dengan sudut tertentu, menancapkan jarum pada garis sinar datang, mengamati posisi jarum dari sisi lain kaca plan paralel, menancapkan jarum lain pada titik dimana kedudukan jarum berhimpit dengan jarum di sisi lain (pada garis sudut datang), membuat garis sinar bias, mengukur sudut bias, dan mengukur besar pergeserannya. Berdasarkan hasil praktikum ini didapat nilai indeks rata-rata sebesar 1,44 yang terpaut sebesar 0,06 dari indeks bias kaca yaitu 1,50.

Kata kunci : Indeks bias, Pergeseran sinar cahaya, Kaca Plan Paralel

BAB I
PENDAHULUAN

A.    Latar belakang

Adanya pergeseran pada letak benda yang dilihat pada kaca plan paralel dari letak benda sebenarnya, membuat fisikawan mencoba menjelaskan fenomena tersebut dengan istilah pembiasan sinar yang melewati medium, dimana setiap medium dilewati sinar mempunyai nilai indeks bias.

Menurut Tipler (2001: 446) pembiasan adalah perunahan arah dari sinar yang ditransmisikan karena mengenai sebuah permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda. Indeks bias adalah perbandingan lau cahaya di ruang hampa terhadap laju cahaya di dalam medium.

Pada percobaan ini, mengambar kaca plan paralel lalu membentuk garis normal dan menentukan sinar datang dengan sudut yang sudah ditentukan. Pengaruh pemberian sudut inilah dapat menentukan indeks bias dan pergeseran sinar cahaya pada kaca plan paralel, untuk lebih jelasnya akan dibahas pada bab-bab berikut.

B.     Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas dapat diambil suatu rumusan masalah, sebagai berikut :

1.      Bagaimana besarnya indeks bias kaca plan paralel?

2.      Bagaimana besarnya pergeseran sinar cahaya pada kaca plan paralel?

C.    Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan ini, adalah :

1.      Menentukan besarnya indeks bias kaca plan paralel

2.      Menentukan besarkan besarnya pergeseran sinar cahaya pada kaca plan paralel.

D.    Hipotesis

Adapun hipotesis dari percobaan ini, yaitu :

“Perbandingan dari sinus datang engan sinus sudut bias adalah konstan”

BAB II

KAJIAN TEORI

Pembiasan cahaya berarti pembelokan arah rambat cahaya saat melewati bidang batas dua medium bening yang berbeda indeks biasnya. Pada Hukum I Snellius berbunyi, “sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar. Sedangkan Hukum II Snellius berbunyi, “jika sinar datang dari medium renggang ke medium rapat (misalnya dari udara ke air atau dari udara ke kaca), maka sinar dibelokkan mendekati garis normal. Jika sebaliknya, sinar datang dari medium rapat ke medium renggang (misalnya dari air ke udara) maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal”. Hukum Snellius dapat dituliskan sebagai berikut:

n = sin i/sin r

dengan, i = sudut datang

 r = sudut bias

 n = indeks bias

Indeks bias mutlak medium yaitu indeks bias medium saat berkas cahaya dari ruang hampa melewati medium tersebut. Indek bias mutlak suatu medium dituliskan n_medium. Indeks bias mutlak kaca dituliskan n_kaca, indeks bias mutlak air dituliskan n_air dan seterusnya. Oleh karena c selalu lebih besar dari pada v maka indeks bias suatu medium selalu lebih dari satu n_medium >1.

Contoh indeks bias mutlak beberapa zat.

Gambar 1

Indeks Bias Beberapa Zat

Sumber: http://penjagahati-zone.blogspot.co.id

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

1.    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.

2.    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 :

a.       Cahaya melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya;

b.      Cahaya datang tidak tegak lurus 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.

Salah satu medium yang dapat membuat cahaya terbiaskan dan dapat diamati pembiasannya adalah kaca planparalel. Kaca planparalel adalah sebuah kaca yang terdiri dari beberapa bidang datar di sekitarnya. Bentuk kaca planparalel adalah sebuah balok sehingga dapat memungkinkan pengamatan yang berbeda-beda tergantung ketebalannya. Jika sinar datang menuju kaca planparalel, sinar yang dipantulkan dibelokkan menuju garis normal. Di sisi lain, berkas cahaya yang muncul dalam kaca dibiaskan ke udara, sudut bias lebih besar dari sudut datang dan sinar yang dipantulkan dibelokkan menjauhi garis normal. Hasil dari pembiasan tersebut adalah sebuah pergeseran sinar cahaya yang seharusnya tetap lurus menembus menjadi terbelokkan tetapi tetap sejajar dengan sinar aslinya. Pergeseran sinar tersebut dapat diamati dengan jelas tergantung medium yang dilewatinya.

Besarnya pergeseran sinar (t) pada kaca planparalel dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:

Keterangan :

t        = Pergeseran sinar yang melewati kaca planparalel

i         = Sudut sinar datang

r        = Sudut sinar bias

d       = Tebal kaca

BAB III

METODE PERCOBAAN

A.     Alat dan Bahan

No.	Nama Alat dan Bahan	Jumlah
1	Kaca Plan Pararel	1 buah
2	Jarum Pentul	Secukupnya
3	Penggaris	1 buah
4	Kertas HVS putih	10 lembar
5	Busur derajat	1 buah
6	Ball-point	2 buah

B.      Rancangan Percobaan 

A.    Variabel Percobaan

1.      Variabel Manipulasi          : Sudut Datang (i)

Definisi Operasional       : Sudut datang adalah sudut yang dibentuk antara sinar datang yang menyentuh sisi kaca plan pararel dengan garis normal. Sudut datang dimanipulasi sebesar 25^◦, 30^◦, 35^◦, 40^◦, 45^◦, 50^◦, 55^◦, 60^◦ , 65^◦ dan 70^◦

2.      Variabel Kontrol               :  Jenis Kaca dan Tebal Kaca

Definisi Operasional           : Jenis kaca yang digunakan dalam percobaan adalah sama yaitu kaca plan pararel yang memiliki ketebalan yang sama pula.

3.      Variabel Respon                : Sudut bias (r) dan pergeseran (t)

Definisi Operasional           : Yang dimaksudkan dengan panjang sudut     bias adalah sudut yang dibentuk antara sinar yang keluar (garis pada kaca) dengan garis normal, dimana nanti akan diukur dengan busur derajat. Sedangkan pergeseran (t) adalah jarak antara sinar datang dengan sinar yang meninggalkan sisi kaca plan pararel.

.

B.     Langkah Percobaan

1.      Meletakkan kaca plan pararel diatas kertas A4 kemudian menggambar atau menyalin bentuk dari kaca plan pararel.

2.      Membuat garis normal pada kertas yang sudah digambari.

3.      Membuat garis sinar datang (i) dengan sudut 25^◦

4.      Menancapkan jarum pentul pada garis sinar datang.

5.      Mengamati jarum pentul pada garis sinar datang dari sisi lain pada kaca plan pararel.

6.      Menancapkan jarum pada gambar percobaan sehingga berimpitan dengan jarum pada sinar datang.

7.      Menggambar garis pada titik-titik jarum yang berimpitan.

8.      Menggambar garis dari titik sudut datang pada batas sisi kaca plan pararel sampai titik sinar yang meninggalkan kaca plan pararel pada batas sisi kaca plan pararel (garis bias).

9.      Mengukur besar sudut bias.

10.  Mengukur besarnya pergeseran (t)

11.  Mengulangi percobaan sebanyak 10 kali dengan besar sudut datang yang berbeda.

12.  Menghitung nilai indeks bias pada data percobaan yang telah dihasilkan.

Membandingkan nilai indeks bias kaca plan pararel secara teoritis dengan nilai indeks bias yang didapat melalui percobaan.

BAB IV

DATA, ANALISIS, DAN DISKUSI

A.    Data

Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan yang berjudul pembiasan pada kaca plan paralel, diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 4.1 Data Hasil Percobaan

No.	(i ± 1)o	(t ± 0,1) cm	r (o)
1	25	0,9	24,23
2	30	0,9	22,30
3	35	1,4	22,30
4	40	1,8	23,74
5	45	2,1	27,00
6	50	2,3	31,38
7	55	2,6	34,20
8	60	2,8	38,66
9	65	3,3	39,70
10	70	3,8	42,30

Keterangan :

i         = sudut datang

t         = pergeseran yang diperoleh dari pengamatan

r         = sudut bias

d        = ketebalan kaca plan paralel  = 6 cm

indeks bias prisma     = 1,5

B.     Analisis

Berdasarkan data hasil pengamatan diatas dapat dihitung besarnya sudut bias (r) yang dibentuk oleh sudut datang masing-masing dengan menngunakan persamaan berikut :

Tabel 4.2 Besarnya indeks bias dari perhitungan

No	(i ± 1)o	(t ± 0,1) cm	r (o)	n
1.	25	0,9	24,23	1,05
2.	30	0,9	22,30	1,32
3.	35	1,4	22,30	1,50
4.	40	1,8	23,74	1,60
5.	45	2,1	27,00	1,58
6.	50	2,3	31,38	1,48
7.	55	2,6	34,20	1,46
8.	60	2,8	38,66	1,40
9.	65	3,3	39,70	1,42
10.	70	3,8	42,30	1,40
Total				14,44
Rata-rata				1,44

Dari tabel 4.2 diatas, dapat diketahui bahwa untuk sudut datang sebesar 25^o diperoleh sudut bias sebesar 24,22^o dan indeks bias kaca sebesar 1,05^o, indeks bias ini sangat jauh kurang daripada indeks bias kaca plan paralel yang diketahui secara teori. Hal ini diperoleh karena besarnya bergeseran (t) dengan sudut datang tersebut, yaitu sebesar 0,9 cm. Besarnya perbedaan antar indeks bias hasil pengamtan dengan indeks bias pada teori disebabkan oleh beberapa hal, diantara yaitu kesalahan paralaks yang dilakukan oleh praktikan, penggambaran sudut datang, sudut bias, serta pergeseran pada kertas yang memungkinkan adanya kesalahan atau dalam kata lain kurang tepat (benar).

Selain itu indeks bias rata-rata dari percobaan juga berbeda dengan indeks bias sesuai teori yang ada. Selisih antar keduanya yaitu sebesar 0,06. Sama seperti pada percobaan yang pertama , ketidaksesuaian antara indeks bias hasil percobaan dengan indeks bias pada teori disebabkan oleh kemungkinan adanya kesalah paralaks oleh praktikan. Serta adanya kemungkinan kesalah pada saat proses penggambaran (sudut datang, dan pergeseran yang dibentuknya). Sehingga ketika dicari nilai sudut biasnya  dengan menggunakan persamaan diatas akan diperoleh nilai pergeseran yang berbeda pula.

A.    Diskusi

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.

Menurut Hukum Snellius, “Dalam peristiwa pembiasan cahaya, perbandingan sinus sudut datang dan sinus sudut bias adalah konstan”. Secara teori jika cahaya merambat dari medium optik kurang rapat ke medium optik yang lebih rapat, maka sudut bias akan mendekati garis normal. Sedangkan Jika cahaya merambat dari medium optik lebih rapat ke medium optik yang kurang rapat, maka sudut bias yang terbentukakan menjauhi garis normal.

Sebenarnya pembiasan pada kaca plan paralel ini terjadi dua kali pembiasan yaitu pada saat bayamgam benda ketika diudara menuju ke bagian kaca plan paralel, dan kedua pada saat bayangan benda dari kaca plan paralel menuju keluar dari kaca (menuju keudara lagi). Semakin besar sudut datang yang membentuk, maka sudut sudut biasnya ssemakin kecil dengan catatan jika pembiasan dari medium yang kurang rapat menuju medium yang lebih rapat. Pada percobaan kali ini semakin besar sudut datangnya maka sudut bias bayangan (r’) yang dibentuk juga akan semakin miring (menjauhi garis normal. Akan tetapi sudut bias yang dimaksudkan pada persamaan pembiasan adalah sudut bias yang dibentuk karena adanya sudut datang dari luar kaca plan paralel (dengan medium udara) menuju ke dalam kaca plan paralel. Sehingga diperoleh besarnya indeks bias seperti pada data yang diperoleh sebelumnya.

Berdasarkan data yang diperoleh diatas dapat diketahui bahwa besarnya sudut bias lebih lebih kecil daripada sudut datangnya. Pembiasan yang terjadi pada percobaan kali ini adalah pembiasan dari medium yang kurang padat menuju ke medium yang lebih padat. Berarti sudut bias yang terbentuk seharusnya semakin kecil (karena mendekati garis normal). Dan dari hasil percobaan kali ini juga menun jukkan bahwa sudut bias yang terbentuk pada masing-masing sudut datang lebih kecil daripada sudut datangnya sendiri. sehingga antar teori dengan hasil percobaan dapat dikatakan sesuai, dan dapat diterima.

Pada tabel 4.2 tampak bahwa terdapat perbedaan antara hasil percobaan dengan nilainya secara teori. Yaitu pada besarnya nilai indeks bias. Dari semua percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui terdapat perbedaan yang sangat menonjol pada percobaan yang pertama yaitu selisih antara indeks bias yang diperoleh dari pengamatan dengan indeks bias dari teori terpaut jauh daripada indeks bias pengamatan yang lainnya.

Selain itu indeks bias rata-rata dari percobaan juga berbeda dengan indeks bias sesuai teori yang ada. Selisih antar keduanya yaitu sebesar 0,6.

Perlu diketahui juga bahwa ketebalan kaca plan paralel pada percobaan ini yaitu sebesar 6 cm. Ketebalan kaca planparalel menentukan cepat/lamanya suatu benda dibiaskan pada kaca plan paralel tersebut.

Selisih antara  indeks bias rata-rata dari percobaan dengan indeks bias sesuai teori disebabkan oleh beberapa faktor seperti yang telah dijelaskan pada bagian analisis sebelumnya, antara lain kemungkinan adanya kesalah paralaks oleh praktikan. Serta adanya kemungkinan kesalah pada saat proses penggambaran (sudut datang, dan pergeseran yang dibentuknya). Sehingga ketika dicari nilai sudut biasnya  dengan menggunakan persamaan diatas akan diperoleh nilai pergeseran yang berbeda pula.  Dan dari percobaan ini diperoleh standart deviasi sebesar 0,16.

BAB V

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Praktikum pembiasan pada kaca plan paralel yang bertujuan menentukan besarnya indeks bias dan pergeseran sinar cahaya pada kaca plan paralel ini didapatkan nilai indeks bias berdasarkan perhitungan dengan menggunakan rumus,

 

dan besarnya pergeseran sinar cahaya dengan menggunakan rumus,

Percobaan ini dilakukan sebanyak 10 kali percobaan dengan sudut datang yang berbeda-beda yakni secara berurutan 25^o; 30^o; 35^o; 40^o; 45^o; 50^o; 55^o; 60^o; 65^o; dan 70^o. Didapat nilai pergeseran sinarnya secara berurutan dalam satuan cm yakni 0,9; 0,9; 1,4; 1,8; 2,1; 2,3; 2,6; 2,8; 3,3; dan 3,8. Dan masing-masing nilai indeksnya adalah 1,05; 1,32; 1,50; 1,60; 1,58; 1,48; 1,46; 1,40; 1,42; dan 1,40. Secara teori nilai indeks bias kaca adalah sebesar 1,50 yang berbeda dengan hasil percobaan kami yakni nilai indeks rata-rata nya sebesar 1,44. Hal ini dikarenakan praktikan kurang teliti dalam melakukan percobaan ini seperti dalam proses penggambaran sudut datang dan pergeseran, maupun menentukan sudut bias yang dihasilkan.

A.    Saran

Dalam melakukan percobaan pembiasan pada kaca plan paralel ini harus lebih teliti khususnya dalam menentukan sudut bias yang dihasilkan berdasarkan sudut datangnya. Sudut bias ini akan sejajar dengan sudut datangnya jika masing-masing ditarik garis yang akan menunjukkan bahwa antara sudut datang dan sudut bias saling sejajar.