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