Pembiasan.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Seiring berjalannya zaman, pengetahuan-pengetahuan yang dimiliki oleh seorang manusia semakin bertambah. Hal ini dibuktikan dengan berbagai macam perubahan dan perkembangan di dalam setiap sudut kehidupan. Namun, dari sekian banyak perkembangan, perkembangan yang paling menyita perhatian dari kalangan masyarakat yaitu teknologi. Dari waktu ke waktu teknologi terus-menerus diperbaharui. Kemajuan teknologi ini memiliki dampak positif yang sangat besar bagi kehidupan manusia. Berbagai peralatan canggih dibuat untuk dapat menggantikan fungsi organ, atau menyelediki fungsi dan penyimpangan pada organ tubuh manusia, misalnya pada suatu alat optik. Menurut KBBI, optik adalah berkenaan dengan penglihatan (cahaya, lensa mata, dsb). Sedangkan alat adalah benda yang dipakai untuk mengerjakan sesuatu. Sehingga alat optik dapat diartikan sebagai alat-alat yang salah satu atau lebih komponennya menggunakan benda optik. Prinsip kerja alat optik adalah dengan memanfaatkan prinsip pemantulan (refleksi) dan prinsip pembiasan (refraksi). Peristiwa refraksi tidak hanya menggunakan lensa cekung atau hanya dengan lensa cembung. Namun kali ini, kedua lensa tersebut dapat digunakan secara bersamaan. Sehingga, bayangan yang terbentuk pada lensa pertama akan menjadi benda pada lensa kedua. Pembentukan bayangan lensa gabungan menjadi sebuah hal yang harus di diskusikan. Karena pembentukan bayangan yang terjadi akan memiliki sifat yang berbeda, tergantung posisi benda. Kasus lain, ilmu fisika sangat akrab dengan kata-kata yang tidak bermakna positif. Padahal ilmu fisika adalah salah satu dari cabang ilmu pengetahuan yang menuntun kita untuk peka terhadap keadaan lingkungan serta melatih untuk terbiasa berpikir lebih kritis dan logis. Salah satu fenomena untuk mendapatkan tujuan itu adalah fenomena ketika sedang melemparkan tombak ke ikan yang diarahkan ke dalam laut. Ketika tombak tersebut dilemparkan, secara inisiatif pelempar tombak itu tidak lurus kepada obyek yang akan dituju. Melainkan, tombak tersebut diarahkan sedikit melenceng ke arah depan ikan yang dilihat oleh mata pelempar tombak dan akhirnya lemparan itu tepat sasaran.

1

Hal ini diakibatkan karena adanya proses pembiasan dengan dua buah medium yang indeks biasnya berbeda. Pada saat itu, terdapat perbedaan posisi antara ikan yang dilihat oleh mata sang pelempar dengan pada saat tombak itu dilemparkan dan tepat sasaran. Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan di atas, maka penulis ingin mengadakan percobaan mengenai “Optik Pembiasan”.

1.2 Rumusan Masalah a. Bagaimana cara menentukan nilai fokus dari sebuah lensa cekung? b. Bgaiman cara menentukan jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang pada kaca plan paralel?

1.3 Tujuan a. Menentukan fokus lensa cekung b. Menentukan jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang pada kaca plan paralel

1.4 Manfaat a. Dapat menentukan nilai fokus dari sebuah lensa cekung dengan bantuan lensa cembung. b. Dapat menentukan jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang pada kaca plan paralel

2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pembiasan Pembiasan cahaya adalah pembelokan arah rambat cahaya, yang terjadi karena cahaya melewati batas medium yang berbeda indeks biasnya. Dalam buku yang ditulis oleh Giancoli (2001) istilah yang digunakan dalam pembiasan cahaya adalah : a. Sinar datang adalah sinar yang jatuh pada bidang atas. b. Garis normal adalah garis yang melalui titik jatuh sinar dan tegak lurus bidang batas. c. Sinar bias adalah sinar hasil pembiasan sinar datang.

Kenyataan berdasarkan gambar diatas menunjukan bahwa : a. Sinar yang datang dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat di biaskan mendekati garis normal. b. Sinar yang datang dari medium yang lebih rapat ke medium kurang rapat dibiaskan menjauhi garis normal. c. Sinar yang datang tegak lurus bidang batas tidak di biaskan melainkan di teruskan.

2.2. Hukum Snellius Hukum snellius untuk pembiasan yaitu cahaya mempunyai sifat untuk di biaskan, yaitu pembelokan cahaya sehubungan dengan perubahan kelajuan cahaya rambat dari satu medium ke medium yang lain. Berikut rumusan mengenai hukum snellius untuk pembiasan : (Giancoli, 2001) a. Sinar datang, garis normal, dan sinar bias terletak pada satu bidang datar. 3

b. Jika sinar datang dari medium lebih rapat menuju medium yang kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal. c. Jika sinar datang dari medium kurang rapat menuju medium yang lebih rapat, maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal. d. Perbandingan sinus sudut datang (i) dengan sinus sudut bias (r) merupakan suatu bilangan tetap. Bilangan tetap inilah yang sebenarnya menunjukkan indeks bias. Indeks bias merupakan perbandingan laju cahaya di udara hampa dengan cepat rambat cahaya pada medium. (Giancoli, 2001) 2.3. Jenis – Jenis Lensa Lensa memiliki beberapa jenis, yang diantaranya: a. Lensa konvergen,lensa yang mengumpulkan berkas sinar sejajar. Disebut pula lensa cembung atau lensa positif. Terdapat tiga jenis lensa konvergen, yaitu lensa bikonveks (cembung-rangkap), plankonveks (cembung datar), dan konkaf-konveks (cembungcekung). (Surya, 2010). Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah sebagai berikut: (Sutrisno, 1985): i.

Sinar datang yang sejajar sumbu utama lensa dibiaskan melalui titik fokus.

ii.

Sinar datang yang melalui titik fokus dibiaskan sejajar dengan sumbu utama lensa.

iii.

Sinar datang yang melalui pusat optic lensa tidak dibiaskan, tetapi diteruskan.

(a)

(b)

Gambar (a) merupakan macam-macam lensa cembung. Dan gambar (b) merupakan pembentukan bayangan oleh lensa cembung.

4

b. Lensa divergen,lensa yang menyebarkan berkas sinar sejajar. Disebut pula lensa cekung atau lensa negatif. Terdapat tiga jenis lensa divergen, yaitu lensa bikonkaf (cekungrangkap), plankonkaf (cekung-datar), dan konvekskonkaf (cekung-cembung). (Surya, 2010). Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah sebagai berikut: (Sutrisno, 1985) . a. Sinar datang yang sejajar dengan sumbu utama lensa dibiaskan seolah-olahberasal dari titik fokus. b. Sinar datang yang seolah-olah mnuju ke titik fokus di biaskan sejajar dengan sumbu utama lensa. c. Sinar datang yang melalui pusat optic lensa tidak dibiaskan, tetapi di teruskan.

(a)

(b)

Gambar (a) merupakan jenis-jenis lensa cekung, sedangkan gambar (b) adalah pembentukan bayangan oleh lensa cekung.

2.4 Prinsip Huygens dan Hukum Refraksi Christian Huygens seorang ilmuwan fisika yang berasal dari Negara Belanda pada tahun 1678 yang menganggap bahwa cahaya adalah gelombang dan tidak menjelaskan tentang hakikat gelombang tersebut. Menurut teori Huygens yang dikenal sebagai prinsip Huygens (Halliday, 1977), semua titikpada muka gelombang dapat dipandang sebagai sumber titik yang menghasilkan gelombang sferis (bola) sekunder (spherical secondary wavelet). Setelah selang waktu t, posisi muka gelombang yang baru adalah permukaan selubung yang menyinggung semua gelombang sekunder ini. Pembiasan cahaya (refraksi) adalah pembelokan arah rambat cahaya yang terjadi karena cahaya melewati batas medium yang berbeda indeks biasnya. Refraksi terjadi karena 5

adanya 2 medium yang berbeda yang pastinya memiliki indeks bias yang berbeda pula, misalnya udara dengan kaca. Tahapan refraksi dapat diilustrasikan dengan menganggap gelombang datang dapat digambarkan berjarak λ satu dengan yang lainnya, dengan λ1 adalah panjang gelombang diukur dalam medium 1. Misalkan laju cahaya dalam udara v1 dan dalam kaca v2 (v2 < v1). Istilah yang digunakan dalam pembiasan cahaya (Giancoli, 2001), yaitu : a. Sinar datang adalah sinar yang jatuh pada bidang atas. b. Garis normal adalah garis yang melalui titik jatuh sinar dan tegak lurus bidang atas. c. Sinar bias adalah sinar hasil pembiasan sinar datang. Penerapan prinsip Huygens pada refraksi, dalam buku Halliday & Resnick (1977) mengharuskan bahwa jika sinar cahaya dibelokkan ke arah normal ketika merambat dari udara ke dalam medium yang rapat secara optis, maka laju cahaya dalam medium yang rapat tersebut harus lebih kecil daripada laju cahaya di udara. Pada awalnya, dengan teori partikel untuk cahaya yang dikemukakan oleh Newton, refraksi hanya dapat dijelaskan jika laju cahaya dalam medium dimana cahaya dibelokkan mendekati normal (medium yang rapat secara optis) lebih besar daripada laju cahaya di udara. Medium yang rapat itu, diperkirakan akan memberi gaya tarik pada “butir-butir” cahaya ketika mendekati permukaan, menambah lajunya dan mengubah arahnya agar membentuk sudut dengan normal yang lebih kecil.

2.5 Gelombang Sferis Gelombang Sferis-Cermin Datar. Cahaya jatuh pada cermin sebagai gelombang sferis, dan pada setiap titik tempat sinar menumbuk cermin akan direfleksikannya. Jika semua sinar yang direfleksikan diperpanjang ke belakang, maka akan menemukan sebuah titik potong yang ada di belakang cermin yang disebut dengan bayangan. Bayangan dapat bersifat nyata atau maya. Menurut Halliday&Resnick dalam bukunya, pada bayangan nyata, cahaya betulbetul melalui titik bayangan tersebut. Sedangkan pada bayangan maya cahaya seolah-olah terpancar dari titik bayangan, padahal sesungguhnya cahaya tidak melalui titik ini. Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar berbeda dari bendanya dalam hal kiri-kanan, yaitu keduanya saling dipertukarkan. Bayangan dari suatu halaman cetakan tidak sama dengan halaman itu sendiri. Gelombang Sferis-Cermin Sferis. Cermin sferis dikenal juga dengan cermin lengkung, yang terdiri dari cermin cekung (konkaf) dan cermin cembung (konveks). Pada cermin cekung (konkaf), ketika ada sinar datang yang bersifat divergen (menyebar) jatuh pada cermin cekung, maka sinar tersebut akan megumpul (konvergen) setelah direfleksikan oleh cermin cekung sferis, yang membentuk bayangan nyata. Sedangkan pada cermin

6

cembung (konveks), sinar-sinar konvergen jatuh pada cermin cembung. Benda maya akan menghasilkan bayangan maya pula. Sehingga, titik fokus dan semuanya bertanda negatif. Permukaan Refraktor Sferis. Permukaan ini memisahkan dua media yang indeks refraksinya bebeda. Permukaan refraktor bisa berbentuk cembung dan berbentuk cekung.

2.6 Pembiasan pada Kaca Plan Paralel Kaca plan paralel atau balok kaca adalah keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar Untuk memudahkan pembahasan, berkas sinar yang masuk dan keluar dari kaca ini dilukiskan pada gambar dibawah. yang merupakan gambar dua dimensi.

Peristiwa pembiasan pada kaca plan paralel dapat kita amati pada gambar berikut ini:

Pada gambar di atas, balok kaca berada di meja. Berkas sinar masuk dari salah satu sisi balok kaca dengan sudut datang i dan lalu mengalami pembiasan dua kali. Pertama saat melewati bidang batas antara udara dan balok kaca, berkas sinar dibiaskan dengan sudut bias r. Kedua, saat melewati bidang batas antara balok kaca dan udara, berkas sinar datang ke bidang batas dengan sudut datang i' dan sudut bias r'. Tampak pada gambar, besar sudut bias pertama sama dengan sudut datang kedua atau r = i'. Tampak pula berkas sinar yang masuk ke balok bergeser ke arah kiri bawah saat keluar dari balok kaca, namun keduanya tampak sejajar. Bila d = PQ menyatakan ketebalan balok kaca dan t = RS menyatakan besar pergeseran berkas sinar, maka 7

Dari segi tiga RPS kita dapatkan: sin(𝑖 − 𝑟) =

𝑅𝑆 𝑡 = 𝑃𝑆 𝑃𝑆

𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑃𝑆 =

𝑡 sin(𝑖 − 𝑟)

Dari segi tiga QPS kita dapatkan: cos 𝑟 =

𝑃𝑄 𝑑 = 𝑃𝑆 𝑃𝑆

𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑃𝑆 =

𝑑 cos 𝑟

Kita gabungkan persamaan yang baru kita dapatkan di atas dengan persamaan sebelumnya, 𝑡 𝑑 = sin(𝑖 − 𝑟) cos 𝑟 Akhirnya kita dapatkan persamaan untuk pergeseran berkas sinar yang melewati balok kaca, 𝑡=

𝑑[sin(𝑖 − 𝑟)] cos 𝑟

dengan d =lebar balok kaca, (cm) i = sudut datang, (°) r = sudut bias, (°) t = pergeseran cahaya, (cm)

8

BAB III PEMBAHASAN

3.1 Problem Solving 1 A. Tujuan Percobaan Menentukan fokus lensa cekung.

B. Alat dan Bahan 1. Bangku Optik

1 set

2. Lensa Cekung

1 buah

3. Lensa Cembung

1 buah

4. Objek LED

1 buah

5. Dudukan Lensa

2 buah

6. Dudukan Layar

1 buah

C. Prosedur Percobaan 1. Mencatat suhu dan tekanan sebelum eksperimen 2. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan di meja eksperimen 3. Mempersiapkan LED,Lensa Cembung dan Layar pada bangku optik

4. Menggeser layar untuk mencari bayangan yang paling fokus pada layar 5. Menyisipkan lensa cekung diantara lensa cembung dan layar,kemudian mencatat jarak anatara lensa cekung dan layar pada tabel pengamatan 6. Menggeser layar sehingga bayangan pada layar tersebut terlihat fokus 7. Mencatat jarak antara lensa cekung dengan layar yang merupakan s’ 8. Mengulangi langkah ke-4 sampai ke-7,sebanyak 10 kali percobaan 9. Merapikan kembali alat dan bahan yang telah digunakan 10. Mencatat suhu dan tekanan setelah eksperimen.

9

D. Prediksi

Nilai fokus lensa konstan karena berkaitan dengan lensa.Ketika S diubah maka nilai S’ nya juga berubah. E. Data Hasil Eksperimen 1. Kegiatan praktikum dilaksanakan pada: hari/tanggal : Senin, 08 Desember 2014 pukul

: 13.00 – 14.00 WIB

tempat

: Laboratorium Fisika Dasar Lantai 3 Gedung FPMIPA A Universitas Pendidikan Indonesia Temperatur ( 0C )

Tekanan ( cm Hg )

Sebelum Eksperimen

26

68,63

Sesudah Eksperimen

26,5

68,3

2. Tabel Pengamatan S (cm)

S' (cm)

18,9

36,9

16,5

45

14,5

50,7

22,2

24,5

19,5

39,9

15,9

47,4

12,7

52,2

20,8

23,7

15

50,5

13,5

51,5

10

F. Pengolahan Data

1

S (cm)

S' (cm)

1/s (cm-1)

1/s' (cm-1)

1/f (cm-1)

f (cm)

-18,9

36,9

-0,052910

0,027100

0,080010

12,49839

-16,5

45,0

-0,060606

0,022222

0,082828

12,07317

-14,5

50,7

-0,068966

0,019724

0,088689

11,27531

-22,2

24,5

-0,045045

0,040816

0,085861

11,64668

-19,5

39,9

-0,051282

0,025063

0,076345

13,09848

-15,9

47,4

-0,062893

0,021097

0,08399

11,90616

-12,7

52,2

-0,07874

0,019157

0,097897

10,21479

-20,8

23,7

-0,048077

0,042194

0,090271

11,07775

-15,0

50,5

-0,066667

0,019802

0,086469

11,56489

-13,5

51,5

-0,074074

0,019417

0,093492

10,69615

Grafik Manual

Nilai C dari grafik : 0,025 𝑓=

1 1 =− = −40 𝑐𝑚 𝑐 0,025 11

2

Grafik Menggunakan Microsoft Excel

Grafik 1/s = f (1/s') 0.12 0.1 y = -1.0089x - 0.0257 R² = 0.9755

1/s'

0.08

0.06

Series1 Linear (Series1)

0.04 0.02 0 -0.14

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

1/s

Persamaan grafik yang didapat adalah y= -1,0089x - 0,0257 dengan c = - 0,0257 1

maka𝑓 = 𝑐 𝑓=−

1 0,0257

𝑓 = − 38,9 cm

3

Grafik Menggunakan Microcal Origin

12

Persamaan grafik yang didapat adalah y= -1,00892x - 0,02572 dengan c = - 0,02572 1

maka𝑓 = 𝑐 𝑓=−

1 0,02572

𝑓 = − 38,8 cm

G. Analisis Dari data yang sudah diolah, nilai fokus lensa cekung yang digunakan sebesar f = -40 cm hal ini masuk akal karena kelengkungan lensa tidak terlalu melengkung sehingga lingkaran yang dibuat sangat besar dan nilai fokus adalah setengah dari jari-jari lingkaran yang dibuat permukaan lensa. Dari eksperimen ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu : 1. Gambar yang fokus pada layar pada saat menentukan letak bayangan lensa cembung terdapat rentang gambar yang fokus.meskipun rentangnya sedikit, tetap saja akan menimbulkan nilai yang berbeda. Cara mengatasinya dengan melihat secara seksama mana posisi yang paling fokus. 2. Pada percobaan menentukan posisi fokus gambar pada layar setelah diletakan lensa cekung pun memiliki rentang fokus, cara mengatasinya sama pada analisis 1. 3. Posisi pada bangku optik harus dilihat dari posisi pandang yang benar yaitu lurus dari garis

13

3.2 Problem Solving 2 A. Tujuan Percobaan Menentukan jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang pada kaca plan paralel.

B. Alat dan Bahan 1. Pensil

1 buah

2. Kaca Plan Paralel

1 buah

3. Jarum Pentul

4 buah

4. Busur Derajat

1 buah

5. Kertas Milimeterblok

1 lembar

C. Prosedur Percobaan 1. Mencatat suhu dan tekanan sebelum eksperimen 2. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan di meja eksperimen 3. Mengukur lebar kaca plan paralel 4. Meletakan 2 buah jarum dengan sudut kurang dari 15 derajat 5. Melihat sisi kaca yang lain dan menancapkan jarum di tepi plan yang terlihat berhimpit dengan jarum sebelumnya 6. Menancapkan jarum ke-4 berhimpit dengan jarum sebelumnya 7. Melukiskan garis tiap jarum dan mengukur sudut keluar yang terbentuk 8. Mengulangi langkah ke-4 sampai ke-7 sampai 5 kali percobaan dengan variasi sudut yang kurang dari 15 derajat 9. Merapika kembali alat yang telah di gunakan 10. Mencatat suhu dan tekanan setelah eksperimen

D. Prediksi 𝑡

sin(𝑖 − 𝑟) cos 𝑟 Faktor yang mempengaruhi jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang adalah sudut sinar datang dan kerapatan medium atau indek bias. 14

E. Data Hasil Eksperimen 1. Kegiatan praktikum dilaksanakan pada: hari/tanggal : Senin, 08 Desember 2014 pukul

: 14.00 – 15.30 WIB

tempat

: Laboratorium Fisika Dasar Lantai 3 Gedung FPMIPA A Universitas Pendidikan Indonesia Temperatur ( 0C )

Tekanan ( cm Hg )

Sebelum Eksperimen

26,5

68,3

Sesudah Eksperimen

26

68,55

2. Tabel Pengamatan I

r

d

(º)

(º)

(cm)

5

3

6,2

7

5

6,2

9

6

6,2

11

7

6,2

13

8

6,2

F. Pengolahan Data

i (º)

r (º)

sin (i-r)

cos r

d (cm)

𝐬𝐢𝐧(𝒊 − 𝒓) 𝐜𝐨𝐬 𝒓

t(ukur)

t(gambar)

5

3

0,030

0,990

6,2

0,030303

0,187

0,2

7

5

0,030

0,996

6,2

0,030120

0,186

0,2

9

6

0,050

0,994

6,2

0,050302

0,311

0,3

11

7

0,060

0,992

6,2

0,060484

0,375

0,4

13

8

0,080

0,990

6,2

0,080808

0,501

0,5

15

1. Grafik Menggunakan Microsoft Excel

Berdasarkan grafik tersebut pergeseran sinar bias dan sinar datang adalah 6,09 cm

2. Grafik Menggunakan Microcal Origin

16

Berdasarkan grafik dari microcal origin pergeseran sinar bias dan sinar datang adalah 6,0968 cm.

G. Analisis

17

BAB IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan 1. Problem Solving 1 Kita dapat menentukan titik fokus dari sebuah lensa cekung yaitu dengan menggunakan bantuan lensa cembung yang dipasang di depan lensa cekung. Bayangan dari lensa cembung merupakan benda untuk lensa cekung karena letak benda bagi lensa cekung adalah bayangan oleh lensa cembung,maka nilainya negatif.Sedangkan karena letak bayangan oleh lensa cekung di depan,maka nilainya menjadi positif.Dari hasil eksperimen yang telah kami lakukan dengan menggunakan perhitungan grafik Ms. Excel, diperoleh besar fokus lensa cekung yaitu (38,9 cm).Sedangkan dengan menggunakan perhitungan grafik origin diperoleh besar fokus lensa cekung yaitu (38.8 cm).Dan perhitungan menggunakan grafik manual diperoleh besar fokus lensa yaitu (39,52 cm).

2. Problem Solving 2 Kita dapat menentukan jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang pada kaca plan paralel dengan cara mengetahui nilai sudut datang (i), sudut bias (r), tebal kaca plan paralel (d) kemudian diolah menggunakan persamaan:

Dari grafik tersebut kita dapat mengetahui bahwa jarak pergeseran sinar bias dan sinar datang pada kaca plan paralel nilainya tidak konstan melainkan berubah tergantung kepada besar sudut datangnya, artinya semakin besar sudut sinar datang dan sudut sinar bias, maka pergeserannya akan semakin besar. Begitupun sebaliknya.Dari hasil eksperimen yang telah kami lakukan dengan menggunakan perhitungan grafik Ms. Excel, diperoleh lebar kaca plan paralel yaitu (6,09 cm).Sedangkan dengan menggunakan perhitungan grafik origin lebar kaca plan paralel yaitu (6,0968 cm).Dan perhitungan menggunakan grafik manual diperoleh lebar kaca plan paralel yaitu (6,16 cm).Dari semua hasil yang diperoleh hasilnya hampir mendekati dengan hasil pengukuran yaitu (6,2 cm).

18

4.2 Saran Dalam melakukan percobaan untuk menentukan panjang fokus lensa cekung dan untuk mengetahui pergeseran sinar datang dan sinar datang pada plan paralel kami menyarankan sebelum melakukan percobaan, diharapkan sudah memahami konsepkonsep dasar mengenai optika geometri. Selain itu dalam pembuatan prediksi, lebih baik membuat prediksi percobaan berdasarkan konsep dasar yang telah dipahami.Alat-alat yang digunakan pun harus dalam keadaan yang baik, agar hasil yang didapatkan adalah hasil yang akurat dengan tingkat kesalahan yang rendah.

19