CINCIN NEWTON (2016) 1-5
1
Cincin Newton Rizqi Ahmad Fauzan, Alif Rosyidy Hilmi, Sefrilita R.A. Rani, dan Gontjang Prajitno Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected]
Abstrak—Telah dilakukan percobaan cincin newton dengan tujuan untuk mempelajari peristiwa interferensi pada percobaan Cincin Newton, menjelaskan fungsi-fungsi alat pada cincin newton, mengukur panjang gelombang lampu halogen menggunakan metode Cincin Newton, dan mencari keseksamaan panjang gelombang yang terukur dengan yang sebenarnya. Percobaan ini dilakukan dengan cara menyiapkan alat yang terdiri dari lampu halogen dengan sumber tegangan dan satu set alat Newton’s Ring. Kemudian, posisi lensa diatur pada tempatnya. Lampu halogen dinyalakan, kemiringan reflektor diatur agar pantulan sinar dari sumber cahaya ke lensa bikonveks membentuk beberapa lingkaran. Putar skala mikrometer sekrup sampai posisi titik pusat tepat pada pola terang ke – n yang ingin kita amati. Skala yang terbaca pada putaran skala diukur dan dicatat pada tabel pengamatan. Dari percobaan yang telah dilakukan, secara fisis telah terjadi proses refleksi dan interferensi dari cahaya yang berasal dari lampu halogen. Kesimpulan dari praktikum ini yaitu peristiwa
interferensi yang terjadi pada percobaan Cincin Newton dapat dipelajari melalui fenomena terbentuknya pola gelap-terang yang berasal dari interferensi cahaya refleksi dari lensa dan cermin datar, fungsi-fungsi alat pada percobaan Cincin Newton ini antara lain lampu halogen sebagai sumber cahaya yang akan diamati pola Cincin Newton-nya, pemutar skala untuk mengatur agar penunjuk pada mikroskop dapat tepat posisinya pada pita gelap ke – n yang ingin diketahui jari-jarinya, dan sebagainya; Panjang gelombang lampu halogen yang terukur adalah 0,000695727 mm, dan keseksamaan dari panjang gelombang yang terukur dengan yang sebenarnya adalah 100 - 6,055894 % = 93,94410569 %. Kata Kunci—cincin newton, interferensi, pola gelap-terang, refleksi.
I. PENDAHULUAN
H
al yang melatarbelakangi dilakukannya praktikum mengenai Cincin Newton ini adalah adanya sifat cahaya yang dapat memantul dan berinterferensi. Pola interferensi cahaya dari dua sumber atau lebih dapat diamati hanya jika sumber-sumber cahaya tersebut memiliki perbedaan fase yang konstan terhadap waktu. Interferensi merupakan penggabungan dari dua atau lebih gelombang yang akan menghasilkan baik interferensi konstruktif ataupun interferensi destruktif. Pemantulan cahaya yang memiliki nama lain refleksi merupakan perubahan arah rambat cahaya ke arah sisi medium asalnya setelah menumbuk antarmuka dua medium. Percobaan Cincin Newton ini dapat kita amati fenomenanya dalam kehidupan sehari-hari. Apabila kita mengamati sesuatu
yang kecil baik karena ukurannya ataupun jaraknya dari mata kita menggunakan mikroskop atau teleskop, maka seringkali akan terbentuk pola gelap-terang yang tipis sebagai akibat dari persebaran gelombang cahaya yang digunakan untuk mengamati benda tersebut. Ibaratnya cahaya pada konteks ini seperti gangguan pada media seperti munculnya suara dengung di udara. Nilai dari indeks bias medium juga dapat mempengaruhi pemantulan dan interferensi. Oleh karena itu, kami merasa perlu dilakukannya praktikum ini untuk mengkaji aspek –aspek yang berpengaruh dalam terbentuknya Cincin Newton. Refleksi cahaya yaitu pemantulan cahaya atau perubahan arah rambat cahaya ke arah medium asalnya setelah menumbuk antarmuka dua medium. Di lain hal, refraksi cahaya atau yang biasa disebut dengan pembiasan adalah perubahan arah rambat dari partikel cahaya akibat adanya percepatan yang menyebabkan kecepatan fase gelombang cahaya berubah. Secara tidak langsung, kedua fenomena ini menggambarkan bahwa cahaya adalah gelombang. Selain itu, ada pula fenomena interferensi cahaya yang terjadi jika minimal dua buah gelombang bergabung dan warna-warna akan dihasilkan akibat interferensi diantara cahaya yang direfleksikan dari permukaan depan dan permukaan belakang, seperti contoh pada gelembung sabun atau film minyak. [1] Refleksi terbagi dua yaitu refleksi spekular dan refleksi difusi. Refleksi spekular terjadi pada permukaan yang halus, sedangkan refleksi difusi terjadi pada permukaan kasar. Contoh realita di antara kedua bentuk refleksi ini ada pada kasus mengapa kita lebih sulit berkendara ketika hari hujan dibandingkan dengan hari biasa. Jika jalanan basah, permukaan jalan akan banyak memantulkan sinar lampu dari mobil. Ketika jalanan kering, permukaan jalan yang kasar akan memantulkan kembali sinar yang berasal dari mobilmu kembali ke matamu, sehingga kamu dapat melihat ke jalan dengan lebih jelas. [2] Cincin Newton adalah deretan cincin-cincin yang tidak sepusat. Cincin ini muncul apabila kaca dengan permukaan lengkung disentuhkan dan diletakkan dengan kaca berpermukaan datar dan disinari dengan cahaya monokromatis dari atas. Akibat yang muncul dari perlakuan ini adalah munculnya cahaya pantul dari atas dan dari bawah permukaan celah udara yang sangat tipis antara dua kepingan kaca. Celah tipis ini memiliki sifat yang berhubungan dengan sifat interferensi konstruktif dan destruktif, sehingga bisa mengjasilkan deretan garis gelap dan garis terang [3] Cincin Newton menggambarkan pola gelap-terang alternatif yang meluas dari pusatnya dan dapat terbentuk ketika sebuah
CINCIN NEWTON (2016) 1-5
2
lensa plan konveks ditempatkan di atas plat kaca yang selanjutnya lampu Sodium digunakan untuk mempelajarinya. Pola-pola yang terbentuk akan memiliki warna-warna apabila cahaya putih digunakan. Diameter dari kisi diasumsikan konstan dan diameter kisi serta kelengkungan lensa akan digunakan untuk menghitung panjang gelombang lampu Sodium. Pola-pola yang terbentuk dapat terjadi sebagai akibat dari interferensi cahaya yang datang dari pantulan lensa dan permukaan yang ada di atasnya. Hal ini juga didasarkan pada sifat lensa itu sendiri. [4] Pada Cincin Newton, jika lapisan udara diantara permukaan kaca memiliki ketebalan bervariasi dari 0 sampai t pada titik kontak di P dan radius kelengkunagn R nilainya lebih besar dari jarak r lalu sistem ini kita lihat dari atas, maka pola gelap terang akan terlihat.
kedua gelombang tersebut akan menghasilkan gelombang superposisi yang memiliki amplitudo sebesar dua kali amplitudo gelombang penyusunnya. Akan tetapi apabila nilai maksimum dari salah satu gelombang mendekati nilai minimum dari gelombang yang lainnya, maka gelombang resultannya hampir tidak memiliki amplitudo karena terjadinya interferensi destruktif, yaitu kedua gelombang tersebut saling melemahkan. [5] Prinsip Huygens merupakan pembuktian dari hukum refleksi dan refraksi menggunakan metode geometri yang diusulkan oleh Huygens pada tahu 1678. Melalui prinsip difraksi dari Huygens inni, dapat diprediksi dimana muka gelombang yang diberikan akan berada pada waktu berapapun di masa yang akan datang jika kamu tahu posisi dari muka gelombang tersebut sekarang. Prinsip yang dikemukakannya mengasumsikan bahwa setiap titik di sepanjang muka gelombang dapat dianggap sebagai titik sumber untuk menghasilkan lingkaran gelombang yang baru adalah tangen permukaan dari lingkaran-lingkaran gelombang yang kedua ini. [5] II. METODOLOGI
Gambar 1.1. Ilustrasi Cincin Newton dan Polanya
Interferensi yang terjadi ini disebabkan oleh kombinasi sinar 1, direfleksi dari plat datar, dengan sinar 2, direfleksikan dari permukaan lengkung lensa. Sinar 1 mengalami perubahan fase 180° saat refleksi, sedangkan sinar 2 tidak mengalami perubahan fase. Oleh karena itu, kondisi interferensi konstruktif dan destruktif dari peristiwa tersebut ditunjukkan oleh persamaan (1.1) (1.2) dengan n = 1 karena lapisan yang digunakan adalah udara. Karena tidak ada perbedaan jalur dan total perubahan fase adalah 180°, maka titik kontak di O akan memiliki pola gelap seperti yang tampak pada gambar 1.1[2] Menggunakan geometri seperti yang dapat kita lihat pada gambar 1.1, maka kita akan mendapatkan persamaan untuk radius pita terang dan gelap dalam suku radius kelengkungan R dan panjang gelombang λ, Sebagai contoh, pola gelap akan memiliki radius (1.3) Dari sini, kita bisa mendapatkan panjang gelombang dari cahaya yang digunakan yang menyebabkan pola interferensi dengan mengukur radius cincin (R). Sebaliknya, kita juga dapat mencari R menggunakan panjang gelombang yang diketahui. [2] Interferensi akan terjadi pada cahaya ataupun gelombang apabila dua atau lebih gelombang cahaya bersuperposisi. Peristiwa interferensi dari cahaya ini juga terjadi pada percobaan celah Young. Dimisalkan ada dua buah gelombang yang memiliki panjang gelombang dan fase yang sama. Maka,
A. Alat Alat yang digunakan pada percobaan Cincin Newton ini antara lain lampu halogen dan satu set alat Newton Ring’s. Kegunaan dari alat-alat ini antara lain lampu halogen sebagai sumber cahaya yang akan diamati pola Cincin Newton-nya, pemutar skala untuk mengatur agar penunjuk pada mikroskop dapat tepat posisinya pada pita gelap ke – n yang ingin diketahui jari-jarinya, reflektor untuk mengatur pantulan sinar dari sumber cahaya ke lensa agar membentuk pola cincin Newton, lensa plan konveks yaitu untuk memantulkan cahaya dan meneruskannya ke mata, mikroskop vernier untuk media pembacaan skala untuk mendapatkan informasi jarak pola gelap pusat ke gelap ke – n, dan starting switch digunakan untuk menyalakan set alat Cincin Newton . B. Skema Alat Pada percobaan ini, digunakan skema alat yang tampak pada gambar sebagai berikut
Gambar 2.1. Skema Alat Cincin Newton
CINCIN NEWTON (2016) 1-5
3
Pertama, alat yang terdiri dari lampu halogen dengan sumber tegangan dan satu set alat Newton’s Ring dipastikan telah lengkap. Kemudian, posisi lensa bikonveks diatur pada tempatnya. Lampu halogen dinyalakan dengan cara menekan starting switch dan ditahan beberapa saat sampai lampu halogen menyala. Kemiringan reflektor diatur agar pantulan sinar dari sumber cahaya ke lensa bikonveks membentuk beberapa lingkaran. Dari sini, putar skala mikrometer sekrup sampai posisi titik pusat tepat pada pola terang ke – n yang ingin kita amati. Lalu, skala yang terbaca pada putaran skala diukur dan dicatat pada tabel pengamatan. Agar lebih singkat, maka dibuatlah flow-chart sebagai berikut.
4
4
1,92
1,91
1,92
2,36
2,02
Tabel 3.2. Data Jarak antara Pola Gelap Pusat dengan Gelap Ke – n Sisi Bawah
No
Orde 1 2 3 4
1 2 3 4
1 1,41 1,77 1,97 2,21
Pengulangan 2 3 1,48 1,49 1,82 1,85 1,99 1,98 2,53 2,5
4 1,34 1,68 2,1 2,5
RataRata 1,43 1,78 2,01 2,43
Selanjutnya, akan kita cari nilai panjang gelombang dari lampu halogen yang digunakan menggunakan rumus
Start
dengan r adalah jarak dari pola gelap pusat ke gelap ke – n, m adalah orde, dan R adalah jari-jari kelengkungan lensa yang bernilai 2500 mm. Sebagai contoh perhitungan, maka digunakan data pertama pada tabel 3.1 pada orde 1. Maka akan didapatkan hasil sebagai
Peralatan harus dipastikan telah lengkap
Alat dipastikan dalam keadaan bersih
Posisi lensa diatur pada tempatnya
= 0,000708 mm
Lampu halogen dinyalakan dengan cara ditahan beberapa saat
sedangkan untuk data-data yang lain, akan ditampilkan pada tabel berikut ini
Kemiringan reflektor diatur agar pantulan lens bikonveks membentuk beberapa lingkaran
No 1
Data yang didapatkan dengan skala pada mikrometer sekrup yang diatur / digeser
2 3
Alat di switch off
4
Tabel 3.3. Data Panjang Gelombang Perhitungan Sisi Atas Pengulangan RataRata 1 2 3 4 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1 708 354 232 207 375 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 2 961 512 329 4 55 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 3 369 662 447 467 736 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 4 475 73 492 557 813
Orde
Finish
Gambar 2.2. Flowchart Praktikum Cincin Newton
No 1
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN A. Analisa Data Dari percobaan Cincin Newton yang telah dilakukan, maka diperoleh hasil data berupa jarak antara pola gelap pusat dengan gelap ke – n (dalam mm) seperti pada tabel berikut Tabel 3.1. Data Jarak antara Pola Gelap Pusat dengan Gelap Ke – n Sisi Atas
No 1 2 3
Orde 1 2 3
1 1,33 1,55 1,85
Pengulangan 2 3 1,33 1,32 1,6 1,57 1,82 1,83
4 1,44 2 2,16
RataRata 1,35 1,68 1,91
2 3 4
Tabel 3.4. Data Panjang Gelombang Perhitungan Sisi Bawah Pengulangan RataOrde Rata 1 2 3 4 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 1 795 438 296 18 427 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 2 253 662 456 282 664 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 3 552 792 523 441 827 0,001 0,001 0,000 0,000 0,001 4 954 28 833 625 173
Setelah dilakukan perhitungan dan didapatkan data-data panjang gelombang, maka panjang gelombang yang didapatkan melalui perhitungan akan dibandingkan nilainya dengan panjang gelombang lampu halogen yang sebenarnya,, yang bernilai , menggunakan rumus error yaitu
CINCIN NEWTON (2016) 1-5
4
Untuk menghitung nilai error, pertama dicari dulu nilai ratarata panjang gelombang pada tiap orde yang akan disajikan pada tabel dibawah ini Tabel 3.5 Nilai rata-rata panjang gelombang pada orde
Orde Atas Bawah 1 0,000375 0,000427 2 0,00055 0,000664 3 0,000736 0,000827 4 0,000813 0,001173 Rata-Rata Panjang Gelombang
Rata-Rata 0,000401239 0,000606983 0,000781583 0,000993102 0,000695727
maka akan didapatkan hasil untuk data pertama sebesar
untuk panjang gelombang yang lainnya, maka didapatkan data nilai error seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini Tabel 3.6 Tabel Error dari Panjang Gelombang
No. 1 2 3 4
Orde 1 2 3 4 rata-rata
0,000401239 0,000606983 0,000781583 0,000993102 0,000695727
Error (%) 38,83549 7,472053 19,14367 51,38745 6,055894
B. Pembahasan Percobaan Cincin Newton ini memiliki tujuan untuk mempelajari peristiwa interferensi pada percobaan Cincin Newton, menjelaskan fungsi-fungsi alat pada cincin newton, mengukur panjang gelombang lampu halogen menggunakan metode Cincin Newton, dan mencari keseksamaan panjang gelombang yang terukur dengan yang sebenarnya. Tahapan kegiatan yang dilakukan yaitu alat yang terdiri dari lampu halogen dengan sumber tegangan dan satu set alat Newton’s Ring harus dipastikan telah lengkap. Posisi lensa bikonveks diatur pada tempatnya, lampu halogen dinyalakan dengan cara menekan starting switch dan ditahan beberapa saat sampai lampu menyala. Kemiringan reflektor diatur agar pantulan sinar dari sumber cahaya ke lensa bikonveks membentuk beberapa lingkaran. Skala mikrometer sekrup diputar sampai posisi titik pusat tepat pada pola terang ke – n yang ingin kita amati. Lalu, skala yang terbaca pada putaran skala diukur dan dicatat pada tabel pengamatan. Fenomena yang terjadi pada percobaan mengenai Cincin Newton ini secara fisis antara lain terjadinya proses refleksi dan interferensi dari cahaya yang berasal dari lampu halogen. Ketika cahaya mengenai lensa, ada sebagian yang dipantulkan dan ada pula sebagian yang diteruskan. Cahaya yang diteruskan akan memantul disebabkan tumbukan oleh cermin datar. Karena sebelum dipantulkan oleh cermin datar cahaya
melalui medium-medium yang berbeda kerapatan optisnya (lensa – udara – cermin), maka kemudian sinar yang dipantulkan oleh cermin datar akan mempunyai perbedaan fase 180° jika dibandingkan dengan sinar yang dipantulkan oleh lensa. Maka kemudian, kedua sinar tersebut akan bertabrakan di udara dan membentuk pola interferensi konstruktif dan destruktif dengan pola gelap utama yang berada di tengah-tengah layar yang dapat kita lihat melalui mikroskop yang ada pada percobaan ini. Data yang didapatkan pada percobaan ini ternyata memiliki perbedaan yang signifikan apabila dibandingkan antara panjang gelombang dari masing-masing orde dengan panjang gelombang lampu halogen yang sebenarnya. Akan tetapi apabila diambil nilai rata-rata panjang gelombang dari semua orde tersebut, maka perbedaan yang didapatkan cukup kecil. Perbedaan yang signifikan dari hasil pengukuran melalui tinjauan orde-orde tersebut disebabkan karena peralatan yang digunakan kurang akurat untuk memposisikan mikroskop agar tepat menunjuk ke orde ke – n yang ingin kami ukur jarak dari terang pusat ke terang ke – n tersebut, karena perbedaan antara tiap pita terang sangat sempit dan ukuran penunjuk yang ada pada mikroskop pun cukup besar, sehingga sulit diamati secara pasti jaraknya. Setelah dilakukannya praktikum ini, kami dapat mempelajari terjadinya peristiwa interferensi pada percobaan cincin Newton dengan cara mengamati pola gelap terang yang dapat diamati melalui mikroskop. Selain itu, fungsi-fungsi alat yang digunaka pada percobaan Cincin Newton ini juga telah dapat dijelaskan. Nilai panjang gelombang lampu halogen dapat diketahui melalui persamaan yang menggambarkan hubungan antara jari-jari lensa, orde pita, dan jarak antara pola gelap pusat dan gelap ke – n yang diamati. Keseksamaan panjang gelombang yang terukur dengan yang sebenarnya juga dapat diketahui untuk mengkaji apakah data yang didapatkan melalui praktikum sudah akurat atau belum KESIMPULAN/RINGKASAN Dari percobaan yang telah dilakukan, didapat beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Peristiwa interferensi yang terjadi pada percobaan Cincin Newton dapat dipelajari melalui fenomena terbentuknya pola gelap-terang yang berasal dari interferensi cahaya refleksi dari lensa dan cermin datar. 2. Fungsi-fungsi alat pada percobaan Cincin Newton ini antara lain lampu halogen sebagai sumber cahaya yang akan diamati pola Cincin Newton-nya, pemutar skala untuk mengatur agar penunjuk pada mikroskop dapat tepat posisinya pada pita gelap ke – n yang ingin diketahui jari-jarinya, reflektor untuk mengatur pantulan sinar dari sumber cahaya ke lensa agar membentuk pola cincin Newton, lensa plan konveks yaitu untuk memantulkan cahaya dan meneruskannya ke mata, mikroskop vernier untuk media pembacaan skala untuk mendapatkan informasi jarak pola gelap pusat ke gelap ke – n, dan starting switch digunakan untuk menyalakan set alat Cincin Newton . 3. Panjang gelombang lampu halogen yang terukur adalah 0,000695727 mm .
CINCIN NEWTON (2016) 1-5 4.
Keseksamaan dari panjang gelombang yang terukur dengan yang sebenarnya adalah 100 - 6,055894 % = 93,94410569 % UCAPAN TERIMA KASIH
Saya, Rizqi Ahmad Fauzan mengucapkan terima kasih kepada Bapak Gontjang Prajitno selaku dosen Gelombang dan Optika saya, dan Mas Alif Rosyidy Hilmi serta Mbak Sefrilita R.A. Rani sebagai asisten laboratorium yang telah membimbing dalam pelaksanaan praktikum. Terima kasih juga saya sampaikan kepada teman-teman sekelompok praktikum yang baik secara langsung ataupun tidak langsung telah membantu dalam proses terselesaikannya laporan ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2]
[3] [4]
[5]
Zemansky, dan Sears. 2003. “Fisika Universitas”. Jakarta. Erlangga Serway, R.A. dan John W.J, Jr. 2010. “Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics”. Brooks/Cole Cengage Learning. California. Giancolli, Douglas. 2001. “Fisika”. Jakarta. Erlangga. Rao, Bayyarapu Prasada. 2013. “Interference and Diffraction – A New Theory”. InternationalJournal of Applied Physics and Mathematics. Vol. 3, No. 1. 1 Vandergriff, L.J. et al. 2008. “Fundamentals of Photonics”. S.P.I.E. Washington
5
