GRAVITASI

BAB I

PENDAHULUAN

1.1          Latar Belakang

Difraksi merupakan pola penyebaran gelombang akibat adanya halangan celah sempit pada medium merambat gelombang tersebut.Semakinkecil halangan, penyebarangelombang semakin besar. Dua berkas sinar gelombang akan saling menguatkan bilamana keduanya sefase dan sebaliknya akan saling melemahkan, bahkan saling menghapuskan, bilamana fase keduanya saling berlawanan.Untuk menentukan, mengetahui,dan mengidentifikasi spektrum cahaya akibat adanya pola sebarang gelombang dari efek difraksi, kita dapat menggunakan spektrometer.

            Huygens dapat menerangkan hal ini dengan prinsipnya, yakni spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya yang memiliki panjanggelombang berbeda dengan adanya polagelap dan terang yang dibentuk oleh sumber cahaya yang dipancarkan melalui celah sempit yang saling berinterferensisatu sama lain.Gas hidrogen merupakanatom yang paling sederhanayang ternyata, deret panjang gelombangnya mempunyaipola tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis yangdikemukakan oleh Balmer.Penelitian mengenaipenyebaran gelombang cahaya yang diakibatkan oleh celah sempittelahbanyak memberikan kontribusi untuk perkembangan optoelektronik yangmerupakan cabang keilmuan dari fisika dikarenakan hal ini banyak terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

1.2         Tujuan

1.    Untuk dapat menentukan indeks bias prisma secara praktikum

2.        Untuk menentukan panjang gelombang spektrum warna yang dibentuk oleh prisma

3.        Untuk mengetahui dispersi cahaya dalam medium dispersi

BAB II

DASAR TEORI

Kemampuan teori atom Bohr untuk menerangkan asal-usul garis spektrum merupakan salah satu hasil yang menonjol, sehingga dirasakan pantas untuk memulai membuka teori itu dengan menerapkannya pada aspek spektrum atomik.Berbagai segi yang dapat diamati dari radiasi dapat diterangkan atas dasar teori kuantum cahaya tak tergantung dari perincian proses radiasi itu sendiri atau dari sifat materialnya.Hal ini dikemukakan bahwa zat mampat (zat padat dan zat cair) pada setiap temperatur memancarkan radiasi dimana terdapat panjang gelombang walaupun dengan intensitas yang berbeda – beda. Dari penemuan itu, dapat disimpulkan bahwa banyak atom yang berinteraksi kolektifketimbang perilaku karakteristik atau individu unsur tertentu.

Jika gas atomik atau uap atomik yang bertekanan sedikit dibawah tekanan atmosfer “dieksitasikan” biasanya dengan melakukan arus listrik, radiasi yang dipancarkan mempunyai spektrum yang berisi hanya panjang gelombang tertentu saja.Susunan ideal untuk mengamati spektrum yang berisi hanya panjang gelombang tertentu saja.Pada ekstrim yang lain, atom atau molekul pada gas bertekanan rendah berjarak rata – rata cukup jauh sehingga interaksi hanya terjadi pada saat tumbukan yang kadang – kadang terjadi. Dalam keadaan seperti ini, radiasi yang dipancarkan merupakan karakteristik dari atom atau molekul secara individu yang terdapat disitu.

Spektrometer yang sesungguhnya memakai kisi difraksi menunjukkan spektrum atomik untuk beberapa unsur. Spektrum seperti ini disebut spektrum garis emisi.Setiap unsurmemperlihatkan spektrum garis yang unik bila sampelnya dalam fase uap dieksitasikan.Untuk menganalisis komposisi zat yang tak diketahui digunakan alat spektroskopi.Spektrum gas molekular atau uap molekular berisi pita – pita yang terdiri dari banyak sekali garis yang terletak sangat berdekatan.Pita timbul dari rotasi dan vibrasi (getaran) atom yang tereksitasi elektronis.Bila cahaya putih dilewatkan melalui gas, ternyata gas itu akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dari panjang gelombang yang terdapat pada spektrum emisi.Spektrum garis absorbsi yang terjadi terdiri dari latar belakang yang terang ditumpangi oleh garis gelap yang bersesuaian dengan panjang gelombang yang diserap.

(Arthur Beiser, 1983)

Saat seberkas cahaya putih masuk mengenai permukaan sebuah prismakaca pada beberapa sudut,sudut bias untuk panjang gelombang yang lebih pendek yang mendekati ujung ungu dari spektrum cahaya tampak sedikit lebih besar dari sudut bias untuk panjang gelombang yang menuju ujung merah pada spektrum cahaya tampak tersebut. Dispresi merupakan kebergantungan indeks bias pada panjang gelombang yang berarti juga pada frekuensi. Indeks bias sebuah material sedikit bergantung pada panjang gelombang. Indeks bias beberapa material transparan untuk cahaya natrium (sodium) dengan panjang gelombang 589nm. Cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dibelokan lebih besar dari cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang.Berkas cahaya putih disebar atau didispersikan ke dalam menjadi warna-warna komponen atau panjang gelombang-panjang gelombang.

   Sebuah contoh pendispersian cahaya adalahpembentukan pelangimelalui pembiasancahaya matahari dalam tetes-tetes air.Konstruksi Descartes tentang berkas-berkas sinar paralel dari cahaya yang masuk pada sebuah tetes air sferis yang mula-mula sinar tersebut dibiaskan saat memasuki tetesan air tersebut. Kemudian sinar-sinar tersebut dipantulkan dari belakang permukaan tetesan air dan akhirnya dibiaskan lagi saat meninggalkan tetesan air tersebut.Sinar 1 memasuki tetesan air sepanjang diameter tetesan dengan sudut datang nol dan dipantulkan kembali sepanjang lintasan masuknya.Sinar 2 masuk sedikit di atas diameter dan keluar dibawah diameter dengan sudut kecil. Sinar-sinar yang masuk makin jauh dari garis tengah  keluar dengan sudut-sudut yang makin besar hingga sinar 7, seperti ditunjukan oleh garis halus sinar-sinar yang masuk di atas sinar 7 keluar dengan sudut makin kecil yang mendekati diameter. Sudutyang terbentuk merupakan sebuah konsentrasi sinar.Sinar keluar dengan sudut mendekati sudut maksimum.Konsentrasi sinar-sinar di dekat sudut maksimum ini yang menimbulkan pelangi.Melalui konstruksi dengan memakai hukum pembiasan, Descartes menunjukan bahwa sudut maksimum kira-kira 42^o.Untuk mengamati pelangi, harus dilihat tetesan-tetesan air pada sudut 42^o relatif terhadap garis membelakangi matahari.Jadi jari-jari sudut pelangi adalah 42^o.Jari-jari sudut pelangi dapat dihitung dari hukum-hukum pemantulan dan pembiasan. Seberkas sinar cahaya yang masuk pada sebuah tetes air sferis pada titik A menunjukkan sudut bias ₂yang di hubungkan dengan sudut datang oleh hukum snellius:

n_udara sinθ₁ = n_air sinθ₂ …………………………………………………………………... (2.1)

( Paul A.Tipler,1996 )

Daya dispersi atau daya uraian warna adalah ukuran kemampuan menguraikan warna dari prisma kecuali ditentukan oleh besarnya variasi indeks bias terhadap warna; juga oleh sudut puncak prisma.Dispersimelalui pembiasanakan mengakibatkan terjadinya uraian warna yang dibentuk oleh prisma dan dikatakan mengakibatkan terjadinya aberasi kromatis.

Aberasi kromatis dapat dieliminasi dengan mempergunakan lensa gabungan yang terdiri atas dua lensa tipis yang ditempelkan merapat satu sama lain sedemikian hingga jarak fokus sistem dua lensa tipis itu sama untuk garis F maupun garis C yang dengan menerapkan rumus untuk jarak fokus lensa tipis akan berarti.Syarat akromatis dapat juga dinyatakan dalam hubungan dengan daya dispersi, yaitu dengan menerapkan jarak fokus lensa tipis dan dengan mengingat daya dispersi.Oleh aberasi kromatis itu, titik fokusnya terurai menjadi titik-titik fokus untuk masing-masing warna,sehingga bayangan berupa tumpukan bayangan dengan warna yang berbeda-beda. Terjadinya uraian warna oleh prisma tentu disebabkan oleh perbedaan pembelokan yang berarti perbedaan indeks bias bagi masing-masing warna penyusun cahaya yang masuk ke medium prisma, dimana warna biru lebih dibelokan yang berarti mempunyai indeks bias lebih besar, yang berarti pula kecepatannya lebih rendah dari pada warna hijau yang lebih dibelokkan dari pada warna kuning yang lebih dibelokkan dari pada warna merah.

Berdasarkan uraian warna oleh difraksi, ternyata urutan warna biru, hijau, kuning, merah, berhubungan dengan panjang gelombang cahaya sebagai gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya bervariasi dari sekitar 4000Å sampai seskitar 7000Å dimana 1Å = 10_­­^-8cm. Jadi semakin pendek panjang gelombang cahayanya,makin besar indeks biasnya yang berarti makin besar merosotnya kecepatannya  sewaktu melintas medium.

Sebenarnya yang menentukan warna cahaya bukanlah panjang gelombang, melainkan frekuensinya sebagai gelombang elektromagnetik.Karena frekuensi cahaya tidak mengalami perubahan sewaktu cahaya melintas dari satu medium ke medium lain, maka yang mengalami perubahan adalah panjang gelombangnya, yaitu akibat adanya perubahan kecepatan sewaktu melintas perbatasan kedua medium.

Sudut deviasi δ yaitu sudut antara sinar datang dan sinar terbias sampai keluarmeninggalkan prisma. Secara geometris dari Δ N₁MN_2, sudut deviasi itu adalah :

δ = 180⁰ - <M = < N₁ + < N₂ = ( α₁– β₁ ) + ( α₂ – β₂ ) =( α₁ – α₂) + (β₁ – β₂ ) ……….….(2.2)

Sedangkan dari segi empat AN₁BN₂ di dapatkan:

< A + <B = 360^o – 90^o = 180^o ...........................................................................................(2.3)

Akan tetapi di dalam Δ N₁BN₂  terlihat bahwa :

          < B = 180^o - (β₁ + β₂ ) ……………………………………………………………….......(2.4)

Jadi :

(β₁ + β₂ ) = < A sehingga δ =  α₁+ α₂ -< A …………………………………...……….....(2.5)

Yang memperlihatkan bahwa merupakan fungsi dan < A sedangkan  berkaitan dengan  melalui rumus snellius n₁ sin n₂ sin  Teori gelombang elektromagnetik cahaya dapat menerangkan bahwa interferensi dan difraksi merupakan peristiwa terjadinya pola gelap dan terang berselang-seling atas bayangan benda sumber cahaya. Dua berkas sinar gelombang akan saling menguatkan bilamana keduanya sefase dan sebaliknya akan saling melemahkan, bahkan saling menghapuskan, bilamana fase keduanya saling berlawanan.

Dengan mengingat rumus jarak fokus sistem dua lensa serta mendeferensialkan jarak fokus fterhadap N serta menyamakannya dengan nol, yaitu df/dN = 0, akan diperoleh syarat akromatis :

T= ½ (f₁+f₂) ....................................................................................................................(2.6)

( Dr. Peter Soedojo, 2004 )

Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik. Sifat-sifat cahaya diantaranya adalah dapat mengalamai pelenturan (difraksi) dan diuraikan (dispersi). Apabila suatu berkas cahaya  putih jatuh pada sebuah permukaan prisma kaca dengan menbentuk sudut terhadap permukaan tersebut kemudian melewati prisma tersebut, maka cahaya putih tersebut akan diuraikan atau didispersikan menjadi spektrum-spektrum warna. Hasil tersebut dapat diamati menggunakan spektrometer prisma sehingga dapat diketahui sudut deviasi dari cahaya tersebut dan melalui hukum Snellius dapat diketahui indeks biasnya. Spektrometer prisma merupakan alat yang juga digunakan untuk melihat spektrum dari suatu sumber cahaya. Susunan spektrometer prisma terdiri dari komponen-komponen kolimator, teleskop, meja spectrometer, dan skala.

Jika seberkas cahaya yang berasal dari suatu sumber cahaya mengenai suatu prisma maka berlaku kedua peristiwa refraksi dan dispersi, dimana pada peristiwa tersebut pada prisma diperoleh sudut deviasi minium yang merupakan sudut yang terbentuk oleh perpanjangan dari sinar datang (i₁) dengan sinar bias yang terakhir (r₂) sehingga akibat dari peristiwa tersebut dapat ditentukan sudut deviasi minimum tiap garis spektrum sumber cahaya. Prisma adalah suatu medium yang dibatasi oleh dua permukaan yang membentuk sudut A. Dianggap bahwa medium tersebut mempunyai indeks bias n dan dikelilingi oleh suatu medium seperti udara yang berindeks satu. Sinar datang PQ mengalami dua pembiasan dan keluar dengan terdeviasi membentuk sudut D terhadap arah datangnya.

(http://uswah23.wordpress.com/2012/10/30/spektrometer-prisma/)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Fungsi

1.    Spektrometer               

     Fungsi : Untuk mengamati spektrum cahaya yang terurai setelah melewati suatu    

                   medium sehingga membentuk suatu spektrum.

a.       Kolimator               

Fungsi : Untuk mensejajarkan berkas sinar yang keluar dari celah.

b.      Teleskop                 

Fungsi : Untuk melihat spektrum cahaya yang dihasilkan prisma

c.       Meja Spektrometer      

Fungsi : Untuk tempat meletakkan prisma.

d.      Skala utama dan nonius           

Fungsi : Untuk menunjukkan besar sudut yang dihasilkan dari pembiasan lensa.

2.    Prisma                          

       Fungsi : Untuk mengubah sinar polikromatis menjadi monokromatis.

3.      Lampu Na, Hg, Cd      

                 Fungsi : Untuk sumber cahaya.

4.        Induktor Rumhkorf     

Fungsi : Untuk menyimpan energi.

5.        Loop                          

Fungsi : Untuk melihat pembacaan skala pada spektrometer

6.        Statif                          

Fungsi : Sebagai penyangga                

3.2     Prosedur Percoabaan

1.    Dipersiapkan semua peralatan.

2.    Disusun peralatan.

3.    Disejajarkan kolimator dengan celah lampu tabung.

4.    Dipasang lampu Cd, Hg, Na secara bergantian pada tabung lampu.

5.    Dihidupkan indikator Rumhkorf yang sudah terhubung dengan PLN.

6.    Dicari sinar yang terbentuk secara vertikal yang disejajarkan dengan kolimator.

7.    Dibaca skala sebagai  standard.

8.    Diletakkan prisma pada meja prisma.

9.    Diteropong dan digeser ke kiri atau ke kanan untuk mencari spektrum warna yang

       didispersikan oleh prisma.

10.  Dibaca skala pada spektrometer.

11.  Dihitung sudut yang ditunjukkan pada skala spektrometer dan dicatat data percobaan

       pada kertas data percobaan.

12.  Dimatikan indikator Rumhkorf setelah semua spektrum warna telah didapati.

13.  Dikembalikan semua peralatan ketempat semula.

3.1    Gambar Percobaan

(Terlampir)

3.4 Diagram Alir

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 1983. KONSEP FISIKA MODERN. Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga.

           Halaman : 136 - 138

Soedojo, peter. 2004. FISIKA DASAR. Edisi Kedua. Yogyakarta : Andi.

 Halaman : 108 – 111 dan 117

Tipler, Paul. A. 1996. FISIKA. Edisi Ketiga. Jilid 1.Jakarta : Erlangga.

           Halaman : 452 - 454

http://uswah23.wordpress.com/2012/10/30/spektrometer-prisma/

           Diakses pada tanggal : 23 Oktober 2013

           Pukul : 08.10 WIB