INDEK BIAS

INDEK BIAS

A.    Tujuan

1.      Menentukan nilai indeks bias kaca plan paralel.

2.      Menentukan nilai indek bias bahan pembuat prisma.

3.      Menentukan deviasi minimum sebuah prisma.

B.     Dasar Teori

Menurut wikipedia (2013), Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dengan cepat rambat cahaya pada suatu medium.

1.      Pembiasan oleh permukaan datar sejajar (plan pararel)

Menurut Anonim 2013, Kaca plan pararel adalah benda yang terbuat dari kaca berbentuk kubus dengan 6 sisi yang rata dengan sisi yang berhadapan sejajar. Bentuknya lempeng tipis mirip batu-bata atau korek api. Ia memiliki ketebalan tertentu yang sering dilambangkan dengan d. Peristiwa yang terjadi ketika seberkas sinar melewati sebuah kaca plan pararel adalah sinar tersebut akan megalami pergeseran. Cahaya atau berkas sinar akan mengalmi 2 kali pembiasan oleh dua medium yang berbeda kerapatannya. Pembiasan pertama terjadi ketika berkas cahaya dari udara menuju kaca dan pembiasan kedua terjadi saat berkas cahaya meninggalkan kaca menuju udara.

Menurut Sasa (2012), rumus kaca plan paralel adalah :

t =

Keterangan :

Keterangan :  d = tebal balok kaca, (cm)
i = sudut datang, (°)
r = sudut bias, (°)
t = pergeseran cahaya, (cm)

2.      Pembiasan oleh prisma

Menurut Taufiqullah (2013), kaca prisma adalah zat bening yang dibatasi oleh dua bidang datar. Apabila seberkas sinar datang pada salah satu bidang prisma yang kemudian disebut sebagai bidang pembias I, akan dibiaskan mendekati garis normal. Sampai pada bidang pembias II, berkas sinar tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal. Pada bidang pembias I, sinar dibiaskan mendekati garis normal, sebab sinar datang dari zat optik kurang rapat ke zat optik lebih rapat yaitu dari udara ke kaca. Sebaliknya pada bidang pembias II, sinar dibiaskan menjahui garis normal, sebab sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik kurang rapat yaitu dari kaca ke udara. Sehingga seberkas sinar yang melewati sebuah prisma akan mengalami pembelokan arah dari arah semula. Marilah kita mempelajari fenomena yang terjadi jika seberkas cahaya melewati sebuah prisma seperti halnya terjadinya sudut deviasi dan dispersi cahaya. 

Sudut yang dibentuk antara arah sinar datang dengan arah sinar yang meninggalkan prisma disebut sudut deviasi diberi lambang D. Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut datangnya sinar. 

D = i1 + r2 - B

Keterangan :   D = sudut deviasi

i1 = sudut datang pada prisma

r2 = sudut bias sinar meninggalkan prisma

B = sudut pembias prisma

Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya ke prisma.

Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil. Sudut deviasi akan mencapai minimum (Dm) jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki,

i1 = r2 = i (dengan i = sudut datang cahayake prisma)

 dan

i2 = r1 = r (dengan r = sudut bias cahaya memasuki prisma)

C.    Alat dan Bahan

1.      Alat

a.       Kaca paln paralel

b.      Prisma

c.       Mistar

d.      Busur pengukur sudut

2.      Bahan

a.       Jarum pentul

b.      Sterofoam

c.       Kertas HVS

D.    Prosedur Kerja

1.      Untuk mengukur indeks bias kaca plan paralel

a.       Siapkan selembar kertas HVS yang masih kosong dan bersih, letakkan diatas meja. Letakkan kaca plan paralel tersebut diatas meja tersebut, gambar segi empat dengan cara menggaris tepi kaca plan paralel.

b.      Tancapkan jarum kira-kira ditengah garis panjang dari garis segi empat yang telah dibuat, sejajar dan menempel salah satu sisi kaca. Kemudian tancapkan satu jarum lagi disembarang titik disis kaca tidak menempel dan membentuk sudut terhadap garis normal sisi kaca.

                                  jarum

Plan paralel

                                                                  

                                                                                                 

 

                                                                                     

                  jarum atau paku sebagai representasi benda dan bayangan

c.       Dari sisi yang bersebrangan lihatlah dua jarum tadi, gerakkan kepala anda sehingga melihat jarum tadi berimpit.  Tancapkan dua jarum lagi, salah satu menempel kaca dan yang lain berada pada jarak tertentu dari kaca. Keempat jarum yang telah tertancap harus terlihat berimpit antara satu dengan yang lainnya.

d.      Singkirkan plan paralel dari atas kertas, kemudian cabut pula jarum-jarumnya. Perhatikan titik lubang berkas menancapnya jarum.

e.       Hubungkan titik-titik lubang berkas jarum sehingga membentuk garis. Buatlah juga garis normal sisi kaca yang melewati titik lubang jarum.

f.       Ukur sudut datang dan sudut bias dengan menggunakan busur pengukur sudut. Ukur pula jarak pergeseran antara sinar yng masuk dan sinar yang keluar dari kaca. Catat hasil pengukuran pada tabel.

g.      Lakukan kegiatan a s/d f sebanyak 5 kali, untuk beberapa sudut datang yang berbeda.

2.      Untuk menentukan indeks bias prisma, dan menentukan deviasi minimum

a.       Siapkan selembar kertas HVS yang masih kosong dan bersih, letakkan diatas meja. Letakkan prisma diatas kertas tersebut. Gambar segitiga dengan cara menggaris tepi prisma.

b.      Tancapkan jarum kira-kira ditengah sisi garis segitiga yang telah dibuat sejajar dan menempel salah satu sis prisma. Tancapkan salah satu jarum lagi disuatu titik pada sisi prisma dan tidak menempel pada prisma, sehingga sudut datang  sebesar 30⁰.

c.       Dari sisi prisma yang lain lihatlah dua jarum tadi lewat dalam prisma. Gerakkan kepala anda sehingga melihat kedua jarum tadi berhimpit. Tancapkan dua jarum lagi, salah stu jarum menempel pada prisma sedangkan jarum yang lain tidak menempel. Keempat jarum tersebut harus terlihat berhimpit satu dengan yang lainnya.

 

                             

Skema susunan alat percobaan penentuan indeks bias prisma

d.      Singkirkan prisma dari atas kertas, kemudian cabut jarum-jarumnya. Perhatikan titik lubang berkas menancapnya jarum.

e.       Hubungkan titik-titik lubang berkas jarum sehingga membentuk garis. Buat juga garis normal sisi prisma yang melewati titk lubang jarum.

f.       Ukur sudut datang dan sudut sinar bias (deviasi pertama) terhadap garis normal sisi pertama prisma. Catat hasil pengukuran pada tabel.

E.     Hasil Pengamatan

1.      Plan Paralel

a.       Dik:           d = 4 cm

ἰ  = 58^o

r = 55^o

x = d

   = 4

   = 4

   = 0,36 cm

b.      Dik:           d = 4 cm

ἰ  = 40^o

r = 35^o

x = d

   = 4

   = 4

= 4

            = 0,42

c.       Dik:           d = 4 cm

ἰ  = 70^o

r = 68^o

x = d

   = 4

   = 4

= 4

            = 0,36 cm

d.      Dik:           d = 4 cm

ἰ  = 48^o

r = 62^o

x = d

   = 4

   = 4

= 4

            = 0,56 cm

e.       Dik:           d = 4 cm

ἰ  = 23^o

r = 20^o

x = d

   = 4

   = 4

= 4

            = 0,22 cm

2.      Prisma kecil

a.       Dik: β = 60^o

        i₁= 70^o

r2 = 45^o

D = (i1+r2) – β

= (70+45) – 60

= 55^o

Dm = 2i- β

= 2.70 – 60

= 80^o

b.      Dik: β = 60^o

        i₁= 63^o

r2 = 56^o

D = (i1+r2) – β

= (63+56) – 60

= 59^o

Dm = 2i- β

= 2.63 – 60

= 66^o

c.       Dik: β = 60^o

        i₁= 60^o

r2 = 35^o

D = (i1+r2) – β

= (60+35) – 60

= 35^o

Dm = 2i- β

= 2.60 – 60

= 60^o

d.      Dik: β = 60^o

        i₁= 63^o

r2 = 20^o                                                    

D = (i1+r2) – β

= (63+20) – 60

= 23^o

Dm = 2i- β                                                

= 2.63 – 60

= 66^o

                                                           

3.      Prisma Besar

a.       Dik:  β = 90^o

   i₁= 25^o

  r2 = 20^o                                                  

D = (i1+r2) – β

    = (25+20) – 90^o

    = -45^o

Dm = 2i- β                                                

       = 2.25 – 90

       = -40^o

b.      Dik: β = 45^o

   i₁= 80^o

  r2 = 30^o                                                  

D = (i1+r2) – β

    = (80+30) – 45^o

    = -45^o

Dm = 2i- β                                                

       = 2.25 – 90

       = -40^o

F.     Pembahasan

Pada percobaan yang dilakukan yakni mengenai indeks bias dilakukan percobaan yaitu menentukan nilai indeks bias kaca plan paralel. Prisma kecil dan prisma besar dan menentukan deviasi minimum sebuah prisma.

Kaca plan tersebut merupakan keping kaca tiga dimensi yang kedua sisinya dibuat sejajar. Sebelum melewati kaca plan paralel, terlebih dahulu cahaya yang berasal dari sumber cahaya melewati lensa. setelah itu diteruskan melewati diafragma 1 celah. Hal itu berfungsi untuk memusatkan cahaya pada satu celah guna untuk mempermudah melihat efek pembiasan pada kaca plan paralel.        

  

 Pada percobaan ini balok kaca tersebut di letakkan di atas steofom yang sudah di lapisi kertas untuk menggambar garisnya. Berkas sinar masuk dari salah satu sisi balok kaca dengan sudut datang, lalu mengalami pembiasan. Saat melewati bidang batas antara udara dan balok kaca, sudut yang datang i lalu berkas sinar di biaskan dengan sudut bias r.

    Berdasarkan hasil pengamatan diperoleh bahwa besar sudut datang pertama tidak sama dengan sudut biasnya. Terlihat  bahwa berkas sinar yang masuk ke balok bergeser ke arah kiri bawah saat keluar dari balok kaca, namun keduanya tampak sejajar, walaupun sebenarnya mengalami pergeseran. Pergeseran yang terjadi disebabkan oleh pengaruh dari ketebalan balok kaca, dengan ketebalan 4 cm.

 Dalam percobaan ini menggunkan sudut datang (i) 58^0, 40⁰, 70⁰, 48⁰,23⁰, dan mendapatkan sudut biasnya r adalah 55⁰, 35⁰, 68⁰, 42⁰, 20⁰. Sehingga akan menemukan pergeseran cahaya yaitu menggunakan rumus. t =

Dari rumus di atas maka dapat mengetahui pergeseran cahayanya adalah 0,36 cm, 0,42 cm, 0,36 cm, 0,56 cm, 0,22 cm.

Dari data di atas dapat dilihat bahwa semakin besar sudut datang maupun sudut pantul maka pergeseran berkas sinar semakin besar pula. Hal ini disebabkan karena sudut datang dan sudut bias berbanding lurus dengan pergeseran berkas sinar.

Pada percobaan kedua adalah menentukan indek bias kaca prisma dan deviasi minimum prisma. prisma tersebut merupakan suatu benda tembus cahaya (bening) terbuat dari gels yang dibatasi oleh dua bidang datar yang membentuk sudut tertentu satu sama lain. Besarnya sudut deviasi sinar bergantung pada sudut datangnya cahaya ke prisma.

Sudut datang yang digunakan adalah 70⁰, 63⁰, 60⁰, 63⁰, dan mendapatkan sudur biasnya adalah 45⁰, 65⁰, 35⁰, dan 20^0. Apabila sudut datangnya sinar diperkecil, maka sudut deviasinya pun akan semakin kecil. Sudut deviasi akan mencapai minimum (Dm) jika sudut datang cahaya ke prisma sama dengan sudut bias cahaya meninggalkan prisma atau pada saat itu berkas cahaya yang masuk ke prisma akan memotong prisma itu menjadi segitiga sama kaki. Untuk mencari deviasi minimum menggunakan rumus Dm = 2i – β, sehingga didapatkan nilai deviasi minimum adalah 80⁰, 66⁰, 60⁰ dan 66⁰.

G.    Kesimpulan

Berdasarkan praktikum di atas dapat disimpulkan bahwa:

1.      Arah sinar datang sejajar dengan arah sinar yang meninggalkan kaca plan paralel, akan tetapi terjadi pergeseran berkas sinar.

2.      Semakin besar sudut datang maupun sudut pantul maka pergeseran berkas sinar semakin besar pula

3.      Plan paralel dengan sudut datang (i) 58^0, 40⁰, 70⁰, 48⁰,23⁰, mendapatkan sudut biasnya (r) adalah 55⁰, 35⁰, 68⁰, 42⁰, 20⁰

4.      Prisma dengan sudut datang 70⁰, 63⁰, 60⁰, 63⁰, mendapatkan sudur biasnya adalah 45⁰, 65⁰, 35⁰, dan 20^0.

5.      Besar sudut deviasi minimum masing-masing adalah 80⁰, 66⁰, 60⁰ dan 66⁰ dengan menggunakan rumus Dm = 2i – β 

6.      Besarnya sudut deviasi tergantung pada sudut datangnya sinar.

Daftar Pustaka

Anonim.2012.http://blogs.taz-ik.com/pembiasan-cahaya-pada-prisma/

Diakses pada hari Kamis, tanggal 6 Desember 2013 pukul 14:20

Anonim.2012.http://ekaazsasa.wordpress.com/2012/08/12/pembiasan-kaca-plan-paralel/

            diakses pada hari Kamis, tanggal 6 Desember 2013 pukul 14:20

Anonim.2012.http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CC0QFjAA&url=http%3A%2F%2Fejurnal.its.ac.id%2Findex.php%2Fteknik%2Farticle%2Fdownload%2F2410%2F904&ei=IdaeUo68CsSrrAfSqIGwDw&usg=AFQjCNEXy2LkXJAJ42-2qz8zlA0zhvQe4g&bvm=bv.57155469,d.bmk

            Diakses pada hari Kamis, tanggal 6 Desember 2013 pukul 14:20