7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 1/11

A.  Tujuan

Menetukan kecepatan cahaya di udara

B.  Dasar Teori

Cahaya adalah energi  berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata

dengan  panjang gelombang sekitar 380 – 750 nm. Pada bidang fisika,  cahaya adalah

radiasi elektromagnetik, baik dengan  panjang gelombangkasat mata maupun yang

tidak. Selain itu, cahaya adalah paket partikel yang disebut foton.  Kedua definisi

tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut

"dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian

dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya

dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.

Pada tahun 1638,  Galileo Galilei  berusaha untuk mengukur laju cahaya dari

waktu tunda antara sebuah cahaya lentera dengan persepsi dari jarak cukup jauh. Pada

tahun 1676,  sebuah percobaan awal untuk mengukur laju cahaya dilakukan oleh Ole

Christensen Rømer,  seorang ahli fisika Denmark dan anggota grup astronomi dari

 French Royal Academy of Sciences. Dengan menggunakan teleskop, Ole Christensen

Rømer mengamati gerakan planet Jupiter dan salah satu bulan satelitnya, bernama

Io.[6][7] Dengan menghitung pergeseran periode orbit Io,  Rømer memperkirakan jarak

tempuh cahaya pada diameter orbit bumi sekitar 22 menit.[8] Jika pada saat itu Rømer

mengetahui angka diameter orbit bumi, perhitungan laju cahaya yang dibuatnya akan

mendapatkan angka 227×106 meter/detik. Dengan data Rømer ini, Christiaan Huygens

mendapatkan estimasi kecepatan cahaya pada sekitar 220×106 meter/detik.

Penemuan awal penemuan grup ini diumumkan oleh Giovanni Domenico Cassini

 pada tahun 1675, periode Io, bulan satelit planet Jupiter dengan orbit terpendek,

nampak lebih pendek pada saat Bumi bergerak mendekati Jupiter daripada pada saat

menjauhinya. Rømer mengatakan hal ini terjadi karena cahaya bergerak pada kecepatan

yang konstan.

Pada tahun 1849, pengukuran laju cahaya, yang lebih akurat, dilakukan di Eropa

oleh Hippolyte Fizeau. Fizeau menggunakan roda sprocket yang berputar untuk

meneruskan cahaya dari sumbernya ke sebuah cermin yang diletakkan sejauh beberapa

kilometer. Pada kecepatan rotasi tertentu, cahaya sumber akan melalui sebuah kisi,

menempuh jarak menuju cermin, memantul kembali dan tiba pada kisi berikutnya.

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 2/11

Dengan mengetahui jarak cermin, jumlah kisi, kecepatan putar roda, Fizeau

mendapatkan kalkulasi laju cahaya pada 313×106 meter/detik.

Albert Abraham Michelson melakukan percobaan-percobaan dari tahun 1877

hingga tahun 1926 untuk menyempurnakan metode yang digunakan Foucault dengan

 penggunaan cermin rotasi untuk mengukur  waktu yang dibutuhkan cahaya pada 2 x

 jarak tempuh antara Gunung Wilson dan Gunung San Antonio, di California.  Hasil

 pengukuran menunjukkan 299.796.000 meter/detik. Pengukuran laju cahaya secara

tidak langsung, yang dilakukan pada tahun itu prinsipnya mengikuti persamaan:

 

Cepat rambat cahaya di ruang hampa ialah sekitar ⁄   , bila berkas

cahaya itu masuk ke dalam medium lain, maka cepat rambatnya bergantung pada

indeks bias mediumnya. Pada percobaan pengukuran kecepatan cahaya menggunakan

sinar laser, berkas sinar laser yang berasal dari emitter  diarahkan ke cermin pemantul

dengan panjang lintasan , kemudian oleh cermin sinar tersebut dipantulkan ke

receiver   dengan panjang lintasan . Skema gambar percobaannya seperti terlihat

 pada gambar di bawah :

Gambar 1. Skema Percobaan Pengukuran Kecepatan Cahaya

Sinyal ketika berkas laser dipancarkan akan dideteksi oleh osiloskop melalui

input 1 dan sinyal yang ditangkap oleh detector (receiver)  akan dideteksi oleh

osiloskop melalui input 2. Gambar yang akan ditampilkan osiloskop akan seperti

 berikut:

L2RECEIVER

OSILOSKOP

L1EMITTER

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 3/11

 

Gambar 2. Tampilan Gelombang dari Emitter dan Receiver Pada

Osiloskop

Osiloskop dapat menentukkan perbedaan waktu antara kedua sinyal input

tersebut. Beda fase yang dirumuskan sebagai   =1

1

2

2

T 

t 

T 

t  , karena pada praktikum

ini menggunakan laser dan salah satu sifat laser adalah monokromatis maka laser

yang keluar dari emitter   dan laser yang diterima oleh receiver   itu sama dalam arti

memiliki panjang gelombang yang sama sehingga periodanya pun sama juga (T2 = T1

= T) sebab v =T 

  .

Jadi   = 12

1t t 

T  , sehingga beda fase yang dimaksud disini adalah

.T = t2  –  t1 karena bila tidak seperti itu maka beda fase yang tanpa memiliki satuan

akan salah pengertiannya sebab pada percobaan ini beda fasenya itu memiliki satuan

yaitu dalam nanosekon.

Dengan mengetahui jarak lintasan sinar laser dan waktu tempuhnya maka akan

dapat ditentukan kecepatan sinar laser tersebut.

Laju cahaya di dalam medium seperti misalnya kaca, air atau udara ditentukan

oleh indeks bias n, yang didefinisikan sebagai permbandingan laju cahaya dalam

ruang hampa c terhadap laju tersebut dalam mendium v:

 

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 4/11

C.  Alat dan Bahan

No Alat dan Bahan Jumlah

1. Transmiter 1

2. Receiver 13. Oscilloscop dual trace 1

4. Power Supply 1

5. Penggaris 1

6. Cermin Pemantul 1

7. Kabel Konektor 2

D.  Prosedur Percobaan

1. 

Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan

2.  Menyusun dan merangkai alat percobaan seperti sketsa

3. 

Menghubungkan ground  pada emiter  dan receiver  menggunakan lead wire. 

4.  Menghubungkan Channel 1 osiloskop pada terminal keluaran emitter   dengan

menggunakan kabel koaksial.

5. 

Menghubungkan Channel 2  osiloskop pada terminal keluaran receiver   dengan

menggunakan kabel koaksial.6.  Menyalakan emitter   dan receiver , menunggu 10-30 menit agar frekuansi

modulasinya tetap.

7.  Mengatur fokus laser sehingga membentuk lingkaran dengan diameter 3 mm pada

receiver. 

8.  Mengatur cermin pemantul agar sinar yang berasal dari emitter  tepat berada pada

 pusat cermin pemantul.

9.  Mengatur posisi vertikal pada osiloskop sehinga Channel 1 dan Channel 2 berada

 pada sumbu horizontal yang sama.

OSILOSKOP

RECEIVER

EMITTER

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 5/11

10. Mengukur beda fase antar Channel 1 dan Channel 2.

11. Mengulangi langkah (7) sebanyak 10 kali.

12. 

Mencatat data yang diperoleh pada tabel.

13. Merapikan alat dan bahan yang telah digunakan.

E.  Data Praktikum

No  (mm)  (mm)  (ns)

1. 698 804 4,8

2. 781 874 5,2

3. 782 890 5,4

4. 791 890 5,65. 803 901 5,8

6. 813 909 6,0

7. 822 917 6,0

8. 872 936 6,2

9. 909 978 6,4

10. 954 1011 6.6

F.  Pengolahan Data

No. L1 (m) L2 (m) L1 + L2 (m) Δt (ns)  Δt (s)

1. 0.698 0.804 1.502 4.8 4.8E-09

2. 0.781 0.874 1.655 5.2 5.2E-09

3. 0.782 0.89 1.672 5.4 5.4E-09

4. 0.791 0.89 1.681 5.6 5.6E-09

5. 0.803 0.901 1.704 5.8 5.8E-09

6. 0.813 0.909 1.722 6 6E-09

7. 0.822 0.917 1.739 6 6E-09

8. 0.872 0.936 1.808 6.2 6.2E-09

9. 0.909 0.978 1.887 6.4 6.4E-09

10. 0.954 1.011 1.965 6.6 6.6E-09

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 6/11

 

  Pengolahan Data menggunakan Metode Statistik

Untuk menghitung besarnya nilai kecepatan cahaya, data yang diperoleh

dimasukkan ke dalam rumust 

l l v

  21 

, sehingga diperoleh :

Didapat :

∑

 2.995804461 x 108 m/s

√ ∑ √ 

0,315136029

sehingga :

v = ( 2,99  0,315 ) × 108 m/s.

-  % kesalahan presisi ⁄

⁄  

-  % kesalahan akurasi =

 0.07 %

  Pengolahan data menggunakan metode grafik

Untuk menghitung besarnya nilai kecepatan cahaya berdasarkan metode

grafik, adalah sebagai berikut : 

 No. L1 + L2 (m) Δt x 10-9 (s) v (x 108 m/s)  smvv   /10

8    smvv   /10

162

 

1 1.502 4.8 3.129166667 0.133362 0.017785

2 1.655 5.2 3.182692308 1.062383 1.128658

3 1.672 5.4 3.096296296 1.033544 1.068214

4 1.681 5.6 3.001785714 1.001997 1.003997

5 1.704 5.8 2.937931034 0.980682 0.961737

6 1.722 6 2.87 0.958006 0.917776

7 1.739 6 2.898333333 0.967464 0.935987

8 1.808 6.2 2.916129032 0.973404 0.947516

9 1.887 6.4 2.9484375 0.984189 0.968628

10 1.965 6.6 2.977272727 0.993814 0.987666

29.95804461 8.937964509

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 7/11

 

1 2 L L x

vt t 

 

x = v sin  

y = v cos  

Dari grafik tersebut diketahui bahwa :

Dengan :

L1 : jarak antara emitter dengan cermin (m)

L2 : jarak antara receiver dengan cermin (m)

t : beda fase antara cahaya yang keluar dari emitter dengan cahaya yang

diterima receiver setelah dipantulkan oleh cermin (s)

Dari pengolahan data menggunakan Origin ProTM  6.0, didapatkan persamaan garis

linier :

 

1 2tan

  L L x

t t  

 

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 8/11

Sumbu y pada persamaan di atas adalah jarak tempuh ( ). Sumbu x di dalam

 persamaan tersebut adalah selang waktu (t). Sehingga kecepatan cahaya di udara hasil

 percobaan adalah kemiringan garis dari persamaan garis linier di atas.

⁄  

ketidakpastiannya : 

⁄  

Sehingga : ⁄  

-  ⁄

⁄  

- 

% kesalahan akurasi =  26.18 %

G.  Analisis

Pengolahan pada percobaan ini adalah dengan perhitungan menggunakan

 persamaan pada gerak lurus beraturan (GLB) yaitu . Persamaan ini digunakan

dikarenakan cahaya tidak pernah mengalami percepatan maka kecepatannya relative

konstan. x adalah panjang lintasan yang dilalui cahaya (laser) dari emitter  ke receiver. x

ini adalah jarak bukan merupakan perpindahan.

Sudut yang dibentuk oleh lintasan L1  dan L2  pada percobaan ini tidak

 berpengaruh terhadap hasil perhitungan nilai kecepatan cahaya. Nilai kecepatan cahaya

hanya dipengaruhi oleh panjang lintasan L1 dan L2  (x = L1 + L2) yang ditempuh pada

selang waktu tertentu. Dengan mengetahui jarak lintasan yang ditempuh sinar laser dan

waktu tempuhnya, maka dapat ditentukan cepat rambat sinar laser tersebut.

Berdasarkan literatur, kecepatan cahaya di udara adalah ⁄ . Dari pengolahan data yang dilakukan dengan menggunakan statistik dan

grafik terdapat dua nilai yang jauh berbeda, yaitu (2,99  0,315) × 108 m/s dari statistik

dan ⁄  dari grafik. Terlihat bahwa terdapat perbedaan

yang cukup signifikan dari hasil pengolahan data antara kecepatan cahaya hasil

 percobaan dengan kecepatan cahaya dalam medium udara di literatur. Hal tersebut

dikatakan signifikan karena dari hasil yang diperoleh diperhitungkan cukup besar jadi

 bila terdapat perbedaan atau selisih sedikit saja maka perbedaannya akan cukup besar.

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 9/11

Berikut adalah hal-hal yang dapat menyebabkan perbedaan antara hasil pengolahan

data dengan literatur:

1. 

Cahaya pantulan dari cermin tidak tepat terdeteksi oleh receiver karena posisi

antara cermin dan receiver  yang kurang tepat sehingga dapat membuat gelombang

yang ditampilkan oleh osiloskop menjadi buram dan sulit atau tidak tepat dalam

 pentuan beda fase gelombang.

2.  Pengukuran jarak tempuh cahaya yang kurang tepat. Hal ini dapat dikarenakan

acuan yang digunakan setiap kali pengambilan data tidak sesuai dengan

sebelumnya (tidak konsisten). Jarak yang diukur adalah jarak dari emitter   ke

cermin dan dari cermin ke receiver . Kesalah dalam penentuan acuan pengukuran

ini pun dapat mempengaruhi besar kecepatan cahaya hasil perhitungan.

3. 

Gelombang yang ditangkap oleh osiloskop tidak jelas (berbayang) sehingga untuk

 penetuan puncak gelombang lebih sulit dan ada kemungkinan paralaks.

4.  Angin kencang yang berhembus dalam ruangan laboratorium juga mempengaruhi

 berubah dan bergesernya posisi cahaya yang dipantulkan dari emitter  ke receiver.

Berdasarkan hasil pengolahan data menunjukkan bahwa besar kecepatan cahaya

yang mendekati literatur adalah hasil dari pengolahan statistik yaitu ̅

   . Dengan persentase kesalahan presisi sebesar  

sedangkan dari literatur menunjukkan bahwa c =00

1

    dengan 0  : permeabilitas

ruang hampa (0  = 4.10-7 2

 A

 N  ) dan 0 : permitivitas ruang hampa (0  =

8,854187817.1012  2

2

.m N 

C  ) sehingga c = 2,99792458.108  s

m . Sehingga dapat

dihitung persentase kesalahan akurasi :

 

 

 0.07 %

Penyebab perbedaan antara hasil percobaan dengan literatur kecepatan cahaya di

ruang vakum, sama seperti pada literatur di medium udara, namun penyebab lainnya

adalah karena indeks bias udara lebih besar, maka jelas cahaya akan merambat lebih

rambat di udara daripada di ruang vakum.

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 10/11

H.  Kesimpulan

 

Besar kecepatan cahaya yang diperoleh dari percobaan menggunakan perhitungan

dengan metode statistik yaitu:

v = (̅  

 

Dengan besar persentase kesalahan praktikum (presisi) 13,26%

  Besar kecepatan cahaya yang diperoleh dari percobaan menggunakan perhitungan

dengan metode grafik yaitu:

v = (̅ ⁄  

Dengan besar persentase kesalahan praktikum (presisi) 4,74%dan persentase

kesalahan relatif terhadap literatur (akurasi) 7,80 %.

I.  Daftar Pustaka

Tipler, Paul A. 2001.  Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2 Edisi Ketiga. Jakarta :

Erlangga.

Halliday, David.1997. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga.Jakarta:Erlangga.

(2013). Cahaya. [Online]. Tersedia : http://id.wikipedia.org/wiki/Cahaya. [29 April

2013]

J.  Lampiran

7/17/2019 laporan praktikum kecepatan cahaya di udara

http://slidepdf.com/reader/full/laporan-praktikum-kecepatan-cahaya-di-udara 11/11