Percobaan Sederhana Menghitung Indeks Bias Cairan Menggunakan Konsep Cahaya dan Lensa

PENDAHULUAN 
Indeks bias merupakan salah satu dari beberapa sifat optik yang penting dari medium. Dimana indeks bias juga dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara panjang gelombang cahaya yang melewati medium pertama dengan panjang gelombang cahaya yang melewati medium kedua dalam fenomena gelombang cahaya yang melintasi dua medium yang berbeda. Walaupun demikian, nilai indeks bias secara sederhana dapat diketahui dari perubahan lintasan gelombang cahaya yang dapat teramati dari perbandingan antara nilai sinus sudut datang dengan sinus pada sudut bias. Dalam hukum indeks bias secara sederhana dapat diketahui dari perubahan lintasan gelombang cahaya yang dapat teramati dari perbandingan antara nilai sinus sudut datang dengan sinus pada sudut bias. Dalam hukum Snellius (hukum pembiasan), perubahan posisi lintasan gelombang cahaya tersebut diakibatkan oleh perbedaan karakteristik dua medium yang meliputi kerapatan dan impedansi. Namun dalam percobaan ini kami menentukan nilai indeks bias zat cair dengan menggunakan alat sederhana (model uji indeks bias), dimana alat tersebut digunakan untuk mengukur indeks bias air secara praktik dan kemudian dibandingkan dengan nilai indeks bias secara teori yang mempunyai nilai indeks bias sekitar 1,33 dimana prinsip alat kerja ini yaitu dengan meletakkan cairan dengan indeks bias n diantara cermin datar dan lensa, cahaya dari suatu titik cahaya yang Jika kita menaruhnya sebuah layar berada di sekitar titik fokus lensa, bayangan pantulan akan tertangkap oleh layar di sekitar titik fokus f1 lensa. Indeks bias suatu benda sangat diperlukan pada percobaan ini karena dapat dipakai pada peristiwa pemantulan dan pembiasan. Alat model uji indeks bias yang kami buat ini tidak hanya digunakan untuk menentukan indeks bias air tetapi juga digunakan untuk menentukan indeks bias zat cair lainnya seperti gliseirin, alkohol, minyak dan lain-lain.

TEORI 
Dengan meletakkan cairan dengan indeks bias n di antara cermin datar dan lensa, cahaya dari suatu titik cahaya yang datang padanya akan dipantulkan kembali oleh cermin. Jika kita menaruhnya sebuah layar berada di sekitar titik fokus lensa, bayangan pantulan akan tertangkap oleh layar di sekitar titik fokus f1 lensa, seperti pada gambar dibawah ini.

Kita misalkan panjang fokus lensa gabungan fgab, yaitu gabungan zat cair pada cermin datar dan lensa dengan panjang fokus f1. Berdasarkan persamaan lensa gabungan bahwa :

Jadi jika fgab dan f1 diketahui maka f2 dapat dihitung. Kita tahu bahwa persamaan pembuat lensa adalah : 

 

Jika jari – jari kelengkungan itu menjadi tak terhingga (R₂= ∞), cermin itu menjadi datar dan persamaan diatas dapat berubah menjadi :

 

Karena nilai R₁ dan f₂ bernilai negatif maka :

METODOLOGI EKSPERIMEN

Alat dan Bahan

1.    lensa cembung (f = 10 cm) 1 buah

2.    Paralon ukuran ½ inchi dengan panjang 40 cm

3.    Sambungan paralon T ½ inchi 1 buah

4.    Lampu LED 1 buah

5.    Kotak baterai 1 buah

6.    Kabel

7.    Sakelar 1 buah

8.    Cermin datar

9.    Layar plastik ( kaset/CD) 1 buah

10. Balok kayu/tripleks 

Langkah Kerja : 
Pembuatan Alat

1.    Siapkan papan multiplek dengan ukuran seperti pada gambar dan sebuah cermin datar kecil dan buat celah tempat menempatkan cermin pada papan dasar landasar. Lubangi pada bagian pinggir sebesar diameter paralon, Seperti pada gambar dibawah ini :

 

2.    Potong pipa paralon sepanjang 28 cm dan siapkan pula pipa T paralon dan bentuk hingga seperti pada gambar dibawah ini.

3.  Usahakan pada pembuatan bagian ini (layar transparan), sumber sinar dan layar transparan berada dalam satu garis. Siapkan lembar plastik transparan dari bekas plastik kaset atau CD. Lubangi di tengah-tengah papan plastik seukuran lampu LED dan masukkan LED ke dalam lubang tersebut, lihat berturut-turut urutan pengerjaannya seperti pada gambar dibawah :

4.  Rangkai setiap bagian alat seperti pada gambar dibawah ini :

Pengambilan Data

1.    Nyalakan lampu LED dan atur kedudukan lampu LED dan lensa hingga ditemukan bayangan lampu LED yang jelas pada layar dengan cara menggeser layar arah vertikal.

2.    Ukur jarak dari cermin datar ke layar pada saat ditemukan bayangan lampu LED yang jelas, yaitu jarak f₁. Catat hasil pengamatan anda pada tabel pengamatan

3.    Sekarang, singkirkan lensa lalu teteskan di atas cermin beberapa tetes air. Letakkan kembali lensa di atas tetes air sambil mengamati nyala lampu LED di layar. Geser layar untuk mencari nyala lampu LED yang jelas. Setelah di dapatkan jarak ini, jarak ini merupakan jarak fokus gabungan f_gb Catat hasil pengamatan anda pada tabel pengamatan.

 

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Kegiatan : Menghitung indeks bias air

Jari – jari lensa (r) = 20 cm 

Jarak fokus lensa tampa cairan (f₁) = |9,80 ± 0,05| cm

Analisis Data:

Menghitung jarak Fokus cairan (f₂) dengan menggunakan persamaan :

Menghitung indeks bias cairan dengan nilai jari –jari kelengkungan (R₁) = -20 cm, adalah :

Analisis ketidakpastian :

Pembahasan

Berdasarkan eksperimen yang telah kami lakukan, yaitu menentukan nilai indeks bias air dengan menggunakan alat model uji indeks bias. Dimana prinsip alat kerja ini yaitu dengan meletakkan cairan dengan indeks bias n diantara cermin datar dan lensa, cahaya dari suatu titik cahaya yang Jika kita menaruhnya sebuah layar berada di sekitar titik fokus lensa, bayangan pantulan akan tertangkap oleh layar di sekitar titik fokus f₁ lensa. Sesuai dengan hasil eksperimen diperoleh nilai indeks bias air masing-masing (|1,12 ± 0,01; |1,10 ± 0,01| dan |1,10 ± 0,01|)  dengan persentase kesalahannya sekitar 1%, sehingga nilai indeks bias yang diperoleh dari hasil praktikum terdapat perbedaan secara teori, karena secara teori nilai indeks bias air  seharusnya 1,3. Adanya perbedaan nilai praktikum yang diperoleh dengan nilai secara teori dapat terjadi karena adanya kesalahan pengukuran atau saat pengambilan data. Penentuan bayangan yang jelas (fokus) sulit untuk kita tentukan. Bayangan jelas (fokus) yang ditangkap oleh layar hampir sama. Selain itu, air yang kita gunakan saat pengambilan data pada dasarnya bukan air murni (H₂O) yang memiliki indeks bias yaitu 1,3 akan tetapi air yang kita gunakan adalah air mineral yang dikomsumsi sehari-hari. Sehingga dapat terjadi perbedaan indeks bias yang diperoleh secara praktikum dan teori dengan tingkat kesalahan 1 %.

SUMBER 
Young, Freedman 2001. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2, Erlangga, Jakarta
Anonim, 2011. Pembuatan Alat Peraga Fisika untuk SMA, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Atas Direktorat Jenderal Pendidikan Menengah Kementerian Pendidikan Dan Kebudayaan, Jakarta