PERHITUNGAN SUDUT DEVIASI SPEKTRUM SINAR MATAHARI DALAM AIR DAN

Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

Perhitungan Sudut Deviasi Spektrum Sinar Matahari Dalam Air dan Cermin Datar Yulinar Adnan dan Supardi Jurusan Fisika FMIPA Unsri [email protected]

Abstrak. Dalam makalah ini, kami melakukan percobaan untuk melakukan perhitungan sudut deviasi sinar matahari. Sinar matahari dilewatkan ke dalam air dimana pada dasarnya diberi cermin datar dengan sudut kemiringan tertentu ( ). Pemberian sudut ini berguna untuk membentuk suatu prisma, dan bukan berupa kaca plan parallel. Sudut deviasi ( ) yang dimaksud adalah selisih antara sudut pantul oleh cermin datar bila tanpa ada air di atasnya ( ) dengan sudut bias sinar yang keluar dari air ( ). Kata Kunci. Spectrum sinar matahari, sudut deviasi, dispersi.

PENDAHULUAN

mutlak ditulis sebagai ,

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat mengalami peristiwa pemantulan, pembelokan, pembiasan dan penguraian . Peristiwa penguraian cahaya polikromatik menjadi monokhromatik disebut dispersi, merupakan fenomena yang sering dijumpai alam kehidupan sehari – hari. Pada makalah ini kami akan menurunkan secara analitik perumusan sudut deviasi sinar matahari oleh cermin datar dalam air, kemudian menerapkannya untuk menghitung sudut deviasi yang terjadi, dengan menggunakan data dari percobaan sederhana. TINJAUAN PUSTAKA Cepat rambat cahaya pada setiap medium berbeda – beda, bergantung pada kerapatan optik (indeks bias) dari medium dilaluinya. Pada medium yang memiliki kerapatan optik tinggi, cahaya akan memiliki kecepatan yang lebih rendah bila dibandingkan dengan kecepatan cahaya pada medium yang optik lebih rendah. Perbandingan antara cepat rambat cahaya dalam ruang hampa (vakum) dan cepat rambat cahaya dalam medium disebut indeks bias mutlak (atau hanya disebut indeks bias). Secara matematis, indeks bias

(1)

dengan n menyatakan indeks bias, c adalah cepat rambat cahaya pada ruang hampa dan v adalah cepat rambat cahaya pada medium. Dalam banyak aplikasi seringkali diperlukan indeks bias relatif yang merupakan perbandingan indeks bias antara dua medium yang berbeda sebagaimana diberikan olah ,

(2)

dengan menyatakan indeks bias relatif medium 2 terhadap medium 1, n1 adalah indeks bias medium 1, dan n2 adalah indeks bias medium 2. Cahaya monokhromatik yang melalui bidang batas antara dua medium yang berbeda, akan mengalami pembelokan arah rambat cahaya (pembiasan). Pada peristiwa pembiasan berlaku Hukum Snellius ,

(3)

dengan menyatakan sudut datang (dari medium 1) dan menyatakan sudut bias (di medium 2). Pembiasan cahaya pada prisma pembias segitiga menyebabkan terjadinya penyimpangan arah sinar yang disebut deviasi, lihat gambar 1. Besarnya sudut deviasi diberikan oleh persamaan (4)

Semirata 2013 FMIPA Unila |15

Yulinar Adnan dkk: Perhitungan Sudut Deviasi Spektrum Sinar Matahari Dalam Air dan Cermin Datar

Gambar 1. Pembiasan cahaya pada prisma segitiga Gambar 2. Dispersi cahaya pada prisma segitiga

dengan menyatakan sudut datang pada prisma, dan menyatakan sudut bias yang keluar prisma, sedang adalah sudut puncak pembias prisma. Sudut deviasi akan minimum jika sinar bias keluar prisma simetri terhadap sinar masuk prisma. Besar sudut deviasi minimum adalah (

)

.

(5)

Bila cahaya yang mengalami pembiasan adalah cahaya polikhomatik, maka terjadi proses penguraian cahaya polikhomatik menjadi monokhromatik, yang disebut dispersi cahaya, lihat gambar 2. Karena dalam peristiwa pembiasan cahaya tidak terjadi perubahan frekuensi, maka besaran gelombang yang juga berubah adalah panjang gelombang, memenuhi hubungan .

(6)

Cahaya merah memiliki panjang gelombang terpanjang (indeks bias terendah) sehingga mengalami deviasi terendah dan sebaliknya cahaya ungu mengalami deviasi tertinggi. Sudut yang dibentuk oleh cahaya ungu dan mereh hasil dispersi disebut sudut dispersi, yaitu (

METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1.Wadah air Wadah air digunakan untuk menampung air. 2.Layar putih Layar putih digunakan tempat untuk menampilkan hasil dari spektrum warna. 3.Busur derajat Busur derajat digunakan untuk mengukur sudut yang dibentuk oleh cermin datar dengan horizontal. 4.Meteran Meteran digunakan sebagai alat untuk mengukur jarak antara cermin ke layar dan tinggi tiap spektrum dari cermin. Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1.Cahaya matahari Cahaya matahari merupakan sumber cahaya polikhromatik. 2.Air Air digunakan sebagai bahan pembias/pendispersi. 3.Cermin Cermin digunakan sebagai bahan pemantul cahaya hasil pembiasan oleh air.

) , (7)

PROSEDUR PENELITIAN dengan dan menyatakan deviasi sinar ungu dan sinar merah, serta dan menyatakan indeks bias sinar ungu dan merah. 16| Semirata 2013 FMIPA Unila

1. Penurunan rumus sudut deviasi secara analitik. 2. Melakukan eksperimen

Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

a. Meletakkan air pada tempat yang terkena pancaran sinar matahari. b. Melakukan pengukuran untuk menentukan sudut datang sinar c. Meletakkan cermin dalam air dan mengatur dengan posisi cermin (α) supaya mendapat hasil pantulan warna yang jelas di layar. d. Menentukan jarak antara wadah terhadap layar. e. Mengamati dan mengukur spektrum warna yang tampak pada layar. 3. Menghitung sudut deviasi a. Menghitung sudut datang ( ) b. Menghitung sudut pantul ( ) c. Menghitung sudut deviasi ( ) d. Dan menghitung sudut dispersi ( ) HASIL DAN PEMBAHASAN Seberkas cahaya yang jatuh dengan membentuk sudut , terhadap vertikal pada sebuah cermin datar yang membentuk sudut terhadap horizontal, akan mengalami pemantulan sedemikian hingga sudut pantulnya memiliki sudut terhadap vertikal, lihat gambar 3. Namun bila cermin datar tersebut dimasukkan ke dalam air, maka arah jalannya sinar akan seperti terlihat pada gambar 4, dimana cahaya akan mengalami proses pembiasan, pemantulan dan pembiasan lagi. Pada peristiwa ini terjadi perbedaan arah antara sinar pantul bila cermin diletakkan di udara dengan sinar bias yang keluar dari air, selanjutnya disebut sudut deviasi. Bila sudut yang dibentuk oleh sinar bias yang keluar air terhadap vertikal adalah , maka besar sudut deviasi adalah

Gambar 3. Pemantulan cahaya pada cermin datar yang membentuk sudut tertentu terhadap horizontal

Gambar 4. Peristiwa dispersi cahaya oleh cermin datar dalam air

(

).

(8)

Cahaya yang keluar dari dalam air berupa deret spektrum cahaya tampak. Bila dilakukan pengukuran (perhitungan) sudut datang ( ) dan sudut bias yang keluar air ( ) untuk tiap spektrum cahaya, maka dapat dihitung sudut deviasi tiap spektrum dan sudut dispersi yang terjadi. Setelah dilakukan eksperimen diperoleh data sebagai berikut: TABEL 1 Pengukuran tinggi spektrum dari cermin Spektrum Interval Hasil Pengukuran Ungu 51,7 – 52,6 cm Nila 52,6 – 53,6 cm Biru 53,6 – 54,3 cm Hijau 54,3 – 55,1 cm Kuning 55,1 – 55,8 cm Jingga 55,8 – 57,1 cm Merah 57,1 – 58,0 cm

Pengukuran data Tabel 1, diambil untuk nilai , pada waktu bayangan horizontal benda setinggi 60 cm (vertikal) adalah 28 cm, dan jarak cermin ke layar L = 128 cm. Hasil spektrum yang tampak pada layar diberikan oleh gambar 5. Sudut datang sinar matahari adalah ( )

( )

. (9)

Sudut bias sinar matahari yang keluar dari air dicari menggunakan

Gambar 5. Spektrum cahaya yang tampak di layar

Semirata 2013 FMIPA Unila |17

Yulinar Adnan dkk: Perhitungan Sudut Deviasi Spektrum Sinar Matahari Dalam Air dan Cermin Datar

TABEL 2 Perhitungan sudut deviasi Spektrum Sudut bias (°) Sudut deviasi Ungu 67,27 – 67,65 16,24 – 16,62 Nila 67,00 – 67,27 15,97 – 16,24 Biru 66,70 – 67,00 15,67 – 15,97 Hijau 66,43 – 66,70 15,40 – 15,67 Kuning 65,95 – 66,43 14,92 – 15,40 Jingga 65,61 – 65,95 14,58 – 14,92 Merah 65,24 – 65,61 14,21 – 14,58 ( ).

(10)

Berdasarkan hasil – hasil di atas, maka sudut deviasi ( ), dimana hasilnya diberikan pada Tabel 2. Selain itu dapat juga dihitung sudut dispersi ( ), yaitu selisih antara sudut deviasi maksimum dengan sudut deviasi minimum, hasilnya adalah .

(11)

KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa perumusan sudut deviasi untuk cermin yang diletakkan dalam air berbeda dengan perumusan sudut deviasi pada prisma segitiga. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih ditujukan kepada FMIPA UNSRI dan Staf yang telah

18| Semirata 2013 FMIPA Unila

membantu pelaksanaan seminar. DAFTAR PUSTAKA Anonim, 2006, Warna. (Online) (http://id.wikipedia.org/wiki/Warna, diakses tanggal 2 September 2012). Anonim, 2009, Mata. (Online) (http://www.alikhlas.net/artikel.php.id/M ata, diakses tanggal 7 Juli 2012). Anonim, 2009, Cahaya. (Online) (http://id.wikipedia.org/wiki/Cahaya, diakses tanggal 20 Juli 2012). Beiser, Arthur. 1995. Konsep Fisika Modern. Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Young, D. and R. A. Freedman, 2003. Fisika Universitas/Edisi Kesepuluh/Jilid 2. Jakarta : Erlangga. Giancoli, Douglas C. 2005. Physics/Sixth Edition. United States of America : Pearson Education. Halliday, D. dan R. Resnick, 1990, Fisika Jilid 2, edisi ketiga, Penerbit Erlangga, Jakarta. Tjia, M.O, 1994, Gelombang, Penerbit Erlangga, Jakarta Tripler. 1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik (terjemahan). Jakarta: Erlangga