Laporan Eksperimen GO 5

SPEED OF LIGHT APPARATUSOleh :Sofatul Marwah(113184002) Mila Sariyanti(113184004) Mukhlis Hidayatulloh(113184027)

ABSTRAKCahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Untuk mengetahui kecepatan cahaya dilakukan praktikum speed of light apparatus dengan tujuan untuk mengetahui cara menentukan besarnya kecepatan cahaya menggunakan metode Foucault dan menentukan besarnya kecepatan cahaya. Dengan metode menggunakan cermin putar yang dikenal dengan metode Foucault. Variabel manipulasi pada eksperimen ini adalah besarnya kecepatan rotasi cermin putar, besarnya B, D, dan A sebagai variabel kontrol dan berkas cahaya yang tertangkap pada mikroskop pengukur sebagai variabel respon. Dari eksperimen ini diperoleh besarnya kecepatan cahaya sebesar 4,9.106 m/s. Ketidaksesuaian hasil yang diperoleh dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu jarak D yang terlalu dekat, kesalahan paralaks, ketelitian alat ukur, dan kesulitan dalam memfokuskan berkas cahaya yang dipantulkan dari rotated mirror (MR) menuju fixed mirror (MF) dan sebaliknya.Kunci : Kecepatan cahaya, metode Foucault.

Laporan Eksperimen GO 5

Kelompok 8Page 6

PENDAHULUAN1.1. Latar belakangCahaya adalah suatu gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380-750 nm. Cahaya dapat dianggap bergerak secara langsung dan instan. Namun, untuk jarak yang sangat jauh, batas kelajuan cahaya akan memberikan dampak pada pengamatan yang terpantau. Kecepatan cahaya dalam ruang bebas adalah konstanta dasar alam yang paling penting dan menarik. Kecepatan cahaya pertama kali diteliti oleh Albert Einstein dalam teori relativitas khusus, dimana kecepatan cahaya menetapkan batas atas untuk kecepatan yang dapat diberikan ke objek apapun dan objek yang bergerak mendekati kecepatan cahaya mengikuti serangkaian hukum-hukum fisika yang jauh berbeda, tidak hanya dari Hukum Newton, tetapi dari asumsi dasar intuisi manusia. Banyak waktu dan usaha telah diinvestasikan dalam mengukur kecepatan cahaya. Beberapa pengukuran yang paling akurat dibuat oleh Albert Michelson antara tahun 1926 dan 1929 menggunakan metode Foucault. Michelson mengukur kecepatan cahaya dalam udara menjadi 2.99712 x 108 m/detik. Sehingga dapat disimpulkan kecepatan pada ruang vakum menjadi 2.99796 x 108 m/detik. Oleh karena itu, untuk lebih memahami proses penentuan kecepatan cahaya, maka kami melakukan eksperimen yang berjudul Kecepatan Cahaya.

1.2. Rumusan Masalah1. Bagaimanakah cara mengukur kecepatan cahaya dengan menggunakan metode Foucault?2. Berapakah besar kecepatan cahaya yang diukur menggunakan metode Foucault?

1.3. Tujuan1. Untuk mengetahui cara mengukur kecepatan cahaya dengan menggunakan metode Foucault 2. Untuk membuktikan bahwa besarnya kecepatan cahaya dapat diukur dengan menggunakan metode focault

BAB IIDASAR TEORI

Kecepatan cahaya dalam ruang bebas adalah salah satu konstanta alam paling penting dan menarik. Berdasarkan sejarah, besarnya kecepatan cahaya yang diperoleh dari pengukuran yang paling akurat yaitu 2,99712 x 108 m/detik. Pengukuran yang dilakukan yaitu dengan menggunakan metode Foucault, dimana pada percobaan ini menggunakan cermin putar untuk mengirim cahaya yang telah focus ke cermin tetap. Gambar metode Foucault dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini.

BAB III

Gambar 1Metode FoucaultDalam menggunakan metode Foucault untuk mengukur kecepatan cahaya, perlu untuk menentukan hubungan yang tepat antara kecepatan cahaya dan perpindahan dari bayangan titik. Selain itu, variabel eksperimen lain yang berpengaruh yaitu: Laju rotasi MR Jarak antara MR dan MF Perbesaran L2, yang tergantung pada titik fokus L2 dan juga jarak antara L2, L1, and MF.Untuk pembahasan secara kualitatif dari metode ini dimulai dari penurunan seberkas cahaya yang meninggalkan laser dan menempuh jalur yang dijelaskan dalam deskripsi kualitatif di atas. Pertama berkas sinar terfokus ke satu titik di s, kemudian dipantulkan dari MR ke MF dan kembali ke MR. Sinar kemudian kembali melalui pemecah berkas dan difokuskan kembali ke suatu titik pada titik s, yang dapat dilihat melalui mikroskop. Sinar cahaya ini dipantulkan dari titik tertentu pada MF. Sebagai langkah pertama dalam penurunan, kita harus menentukan bagaimana titik pantulan pada MF berkaitan dengan sudut rotasi MR.

Gambar 1Gambar tersebut menunjukkan jalur dari berkas cahaya, dari laser ke MF, ketika MR pada sudut . Dalam kasus ini, sudut datang yang membentur MR juga dan, karena sudut datang sama dengan sudut pantul, sudut antara sinar datang dan sinar pantul hanya 2. Seperti ditunjukkan dalam diagram, gelombang cahaya mengenai MF pada titik yang telah diberi label S.

Gambar 2bmenunjukkan lintasan gelombang cahaya jika cahaya meninggalkan laser pada waktu yang sedikit terlambat, ketika MR berada di sudut 1 = + . Sudut datang menjadi 1 = + , sehingga sudut antara sinar datang dan sinar pantul menjadi 2 1 = 2( + ). Kali ini titik dimana gelombang mengenai MF diberi label S1. Jika kita mendefinisikan D sebagai jarak antara MF dan MR, maka jarak antara S dan S1 dapat dihitung:S1 - S = D(2 1 - 2) = D[2( + ) 2 ] = 2D (EQ1)Analisis bayangan virtual dari proses tersebut sebagai berikut:

Gambar 3Dengan MR di sudut 1, titik S1 berada pada sumbu fokus lensa L2. Titik S berada di bidang fokus lensa L2, tetapi berjarak S = S1 - S jauhnya dari sumbu fokus. Dari teori lensa tipis, kita tahu bahwa objek dengan tinggi S di bidang fokus L2 akan difokuskan di bidang pada titik s dengan tinggi (-i/o)S. Di sini i dan o adalah jarak lensa dari bayangan dan objek, masing-masing, dan tanda minus berhubungan dengan pembalikan bayangan. Maka, persamaan untuk perpindahan (s) dari bayangan titik:

(EQ2)S = S1 - S, perpindahan dari bayangan titik yang berkaitan dengan posisi awal dan posisi selanjutnya dari MR dinyatakan oleh rumus:

(EQ3)Karena sudut bergantung pada kecepatan rotasi MR. Maka persamaannya adalah

di mana c adalah kecepatan cahaya dan adalah kecepatan rotasi cermin dalam radian per detik. (2D/c adalah waktu yang dibutuhkan gelombang cahaya untuk menempuh jarak dari MR ke MF dan kembali lagi.Menggunakan persamaan 4 untuk menggantikan dalam persamaan 3 menghasilkan:

(EQ 5)Persamaan 5 dapat disusun kembali untuk menghasilkan persamaan akhir dari kecepatan cahaya:

(EQN 6)dimana:c = kecepatan cahaya = kecepatan rotasi cermin putar (MR)A = jarak antara lensa L2 dan lensa L1, dikurangi titik fokus L1B = jarak antara lensa L2 dan cermin putar (MR)D = jarak antara cermin putar (MR) dan cermin tetap (MF)s = perpindahan dari bayangan titik

METODE PERCOBAANI. Alat dan BahanOS- 9261 Peralatan Kecepatan cahaya terdiri dari :1. OS-9263A High Speed Rotating Mirror Assembly2. Fixed Mirror3. Measuring Microscope4. SE-9367 0.5 mW He-Ne Laser5. OS-9103 One Meter Optics Bench6. OS-9172 Laser Aligment Bench7. OS-9142 Optics Bench Couplers8. OS-9133 Lens (48 mm FL)9. OS-9135 Lens (252 mm FL)10. OS-9109 Calibrated Polarized (2)11. OS-9107 Component Holders (3)12. OS-8514 Laser Adapter Kit13. Aligment Jigs (2) Part Number 648-02230

II. Rancangan Percobaan

Gambar 4

III. Langkah Percobaan

1. Mengatur rangkaian eksperimen sesuai dengan rancangan percobaan yang telah ditentukan.2. Dengan peralatan yang telah selaras dan berkas bayangan dari laser sudah dalam kondisi fokus yang tajam, cermin rotasi diputar kearah CW atau searah jarum jam. 3. Menyesuaikan mikroskop pengukur. Selain itu , mengubah L2 agak miring (sekitar 1-2) untuk mendapatkan bayangan-bayangan yang lebih baik. 4. Memanaskan motor sekitar 600 putaran/detik selama 3 menit.5. Perlahan-lahan menambah keeceptan rotasi.6. Menggunakan tombol ADJUST untuk membawa kecepatan rotasi hingga sekitar 1.000/sec. Kemudian menekan tombol MAX REV/SEC dan ditahan. Ketika kecepatan rotasi stabil, knop mikrometer di mikroskop diputar untuk menyelaraskan bayangan sinar dengan salib di mikroskopyang tegak lurus dengan arah defleksi. Merekam kecepatan putaran motor, mematikan motor dan mencatat pembacaan pada skala mikrometer.7. Kemudian membalik arah rotasi cermin dengan membalik arah ke CCW. Mmbiarkan cermin berhenti total sebelum membalik arah. Kemudian mengulangi langkah-langkah yang sudah dilakukan diatas. Hal yang harus diperhatikan.Tidak melihat langsung ke dalam sinar laser, baik secara langsung maupun yang direfleksikan dari cermin, juga ketika merubah peralatan, memastikan beam path tidak berada pada garis melintang di mana seseorang mungkin

IV. Variabel-Variabel

1. Variabel Manipulasi = Kecepatan rotasi cermin putar (MR)Definisi operasional variabel manipulasi:Kecepatan rotasi cermin merupakan kecepatan cermin setelah diputar secara rotasi yang diukur dengan menggunakan Basic speed of light apparatus2. Variabel Kontrol = Jarak antara cermin putar (MR) dengan cermin tetap (MF) atau D Jarak antara lensa L2 dan lensa L1 (A), dan Jarak antara lensa L2 dan cermin putar (MR) yang disimbolkan dengan BDefinisi operasional variabel kontrol:( )3. Variabel Respon = Berkas cahaya yang tertangkap oleh mikroskop pengukur.Definisi operasional variabel respon:Berkas cahaya yang tertangkap oleh mikroskop merupakan hasil dari cahaya yang telah dipantulkan oleh cermin putar ke cermin tetap dan sebaliknya yang kemudian terukur dengan menggunakan mikrometer pada mikroskop.BAB IVDATA DAN ANALISIS DataBerdasarkan eksperimen yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut:SCW = 12, 67 cm = 0,1267 mS CCW= 12,66 cm = 0,1266 mcw = 1543 rev/secccw = 1534 rev/secD= 286 cm = 2,86 mB= 46,3 cm = 0,463 mf= 48 mm = 0,048 mA= 0,31 m 0,048 m= 0,262 m

AnalisisBerdasarkan data yang telah didapatkan besarnya kecepatan cahaya dapat ditentukan dengan memasukkan data-data tersebut ke dalam persamaan dibawah ini:

Sehingga diperoleh besarnya kecepatan cahaya pada eksperimen ini adalah 4,9.106 m/s

PembahasanBerdasarkan data dan analisis yang telah dilakukan, maka diperoleh bahwa besarnya kecepatan cahaya pada eksperimen ini sebesar 4,9 x 106 m/s. Hasil ini tidak sesuai dengan referensi atau secara teori yang menyatakan bahwa besarnya kecepatan cahaya sebesar 3 x 108 m/s. Ketidaksesuaian hasil eksperimen dengan teori dapat disebabkan oleh beberapa faktor yang dapat dijelaskan secara rinci sebagai berikut :1. Jarak antara rotated mirror (MR) dan fixed mirror (Mf) terlalu dekat (D)Pada eksperimen yang telah dilakukan oleh peneliti terdahulu yaitu Michelson menempatkan atau memasang rotated mirror (MR) di puncak gunung Baldy (Gunung San Antonio) yang berjarak 35 km. Jarak 35 km disebut sebagai jarak yang optimum, karena dapat menghasilkan atau mengukur kecepatan cahaya sebesar 2,99792458 x 108 m/s yang diukur dalam ruang hampa dengan menggunakan tabung yang panjang. Jika berpedoman pada penelitian yang dilakukan Michelson, pasti sangat sulit untuk menghasilkan besar kecepatan cahaya yang sama persis dengan teori. Karena pada eksperimen yang telah dilakukan jarak antara rotated mirror (MR) dan fixed mirror (Mf) hanya 2,86 m. Jarak yang digunakan terlalu dekat dan berbeda sangat jauh sekali dengan jarak yang dilakukan oleh Michelson. Selain itu, pada eksperimen yang kami lakukan kecepatan cahaya tidak diukur dalam ruang hampa, melainkan pada udara bebas. Sehingga kecepatan cahaya yang terukur akan berkurang. Walaupun secara teori kecepatan cahaya di udara hanya berkurang sedikit.2. Kesalahan ParalaksKesalahan paralaks yang dimaksud adalah kesalahan yang timbul akibat adanya penyimpangan ukuran yang dimulai dari pengukuran jarak antara rotated mirror (MR) dan fixed mirror (Mf) dan mengukur besarnya Scw dan Sccw pada mikroskop pengukur. Besaran-besaran tersebut sangat mempengaruhi besarnya nilai kecepatan cahaya yang diukur.3. Kelayakan dan Ketelitian alat ukurPada eksperimen yang telah dilakukan, faktor kelayakan dan ketelitian alat ukur juga sangat mempengaruhi hasil eksperimen. Mikroskop pengukur kurang dapat mengukur berkas atau titik cahaya yang terbentuk. Karena berkas atau titik cahaya yang muncul terlihat pudar, bergerak-gerak, tidak tetap pada satu titik saja. Sehingga untuk menetapkan perpotongan antara garis vertikal dan horisontal pada berkas titik tersebut sangat sulit dan hanya mendekati., tidak persis ditengah-tengah berkas titik yang tertangkap pada mikroskop pengukur. Selain itu, motor untuk cermin putar sudah tidak layak digunakan karena angka rotasi tidak dapat dikontrol dan meningkat secara terus-menerus dengan sendirinya. Sehingga dapat mempengaruhi penentuan hasil kecepatan cahaya.4. Kesulitan dalam menfokuskan berkas sinarKesulitan dalam memfokuskan berkas sinar yang dimaksud adalah fokus berkas sinar dari rotated mirror (MR) dan fixed mirror (Mf) dan dari fixed mirror (Mf) ke rotated mirror (MR). Hal ini disebabkan pantulan sinar dari rotated mirror terkadang melemah dan berpindah-pindah. Selain itu, ketika membalikkan sinar kembali ke rotated mirror seringkali terhalang oleh lensa yang ada di L2. Sehingga hal ini sangat berpengaruh terhadap berkas titik yang ditangkap oleh mikroskop pengukur. Karena jika berkas cahaya menyimpang sedikit dari rotated mirror, letak titik berkas cahaya pada mikroskop juga akan berubah.

BAB IVPENUTUP

DiskusiDari hasil analisis dan pembahasan yang telah dilakukan didapatkan besarnya kecepatan cahaya yaitu sebesar 4,9.106 m/s. Sedangkan secara teori dengan menggunakan metode percobaan yang sama, besarnya kecepatan cahaya sebesar 2,99.108 m/s. Ketidak sesuaian besarnya kecepatan cahaya tersebut dikarenakan oleh beberapa faktor diantaranya yaitu:1. Jarak antara rotated mirror dan fix mirror (D) terlalu dekat2. Kesalahan paralaks3. Kelayakan dan ketelitian alat ukur, dan 4. Kesulitan dalam menfokuskan berkas cahaya yang dipantulkan dari rotated mirror (MR) menuju fixed mirror (MF) dan sebaliknya.

KesimpulanBerdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan dapat diambil suatu kesimpulan sebagai berikut: Metode yang digunakan untuk mengukur besarnya kecepatan cahaya adalah metode Foucoult yang memiliki ciri khas menggunakan cermin putar yang diputar pada kecepatan rotasi tertentu sampai berkas cahaya yang dipantulkan tajam sehingga mempermudah pencatatan hasil pengamatan Besarnya kecepatan cahaya yang diperoleh yaitu 4,9.106 m/s.Ketidak sesuain hasil eksperimen dengan teori disebabkan oleh jarak D terlalu dekat, kesalah paralaks, ketelitian alat dan kesulitan dalam menfokuskan cahaya.

Daftar PustakaGiancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1 Edisi Kelima. Jakarta: Erlanggawww.pasco.com www.google.co