BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Cahaya merupakan gelombang transversal yang arah getarnya tegak

lurus dengan arah rambatnya. Setiap gelombang yang bergetar pada bidang

tertentu dapat dipisahkan kedalam komponen-komponen vertikal dan

horizontal. Pengetahuan dasar mengenai cahaya dan interaksinya sudah

menjadi suatu yang tidak asing dan sering dialami dikehidupan sehari-hari.

Salah satunya mengenai interaksi cahaya dengan medium.

Jenis-jenis medium yang kita kenal diantaranya adalah opaque (benda

padat yang tidak tembus cahaya), transparent (tembus cahaya) dan translucent

(tembus cahaya tetapi tidak tempus pandang). Cahaya akan memiliki sifat

yang berbeda-beda bila mengenai masing-masing jenis medium tersebut.

Pembiasan dan pemantulan adalah sifat dasar dari cahaya apabila mengenai

sebuah medium. Kolam terlihat dangkal merupakan salah satu contoh

peristiwa pembiasan cahaya.

Konsep dasar mengenai pembiasan dan pemantulan yang berdasarkan

pada hukum snellius saat ini telah banyak diaplikasikan dalam berbagai

bidang, salah satunya adalah pada perusahaan minuman. Perusahaan

minuman menggunakan prinsip indeks bias untuk membuat minuman yang

baik dengan mengatahui kadar konsentrasi dari zat yang dilarutkan pada

minuman. Begitu pula dalam industri obat-obatan terutama obat berbentuk

cair.

Oleh karena itu nilai indeks bias dalam penetuan konsentrasi larutan

sangat penting diketahui untuk pembuatan produk yang baik. Sehingga dapat

diduga bahwa konsentrasi larutan mempengaruhi nilai indeks bias pada suatu

larutan. Untuk itu akan dilakukan penelitian mengenai pengaruh konsentrasi

terhadap nilai indeks bias pada larutan. Sebagai media pembanding

digunakan air, larutan gula dan larutan garam.

1

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas maka perumusan masalah

penelitian ini adalah bagaimana pengaruh perubahan konsentrasi larutan

terhadap harga indeks bias larutan gula dan garam?

1.3 Batasan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah diatas serta untuk membatasi ruang

lingkup pembahasan maka:

a. Larutan yang digunakan adalah larutan gula dan garam dengan

pembanding adalah air.

b. Larutan gula dan garam dengan konsentrasi 100 gram/ liter dan 200

gram/liter untuk setiap jenis larutan.

c. Suhu ruangan dianggap konstan.

1.4 Tujuan Penelitian

Berdasarkan uraian diatas, tujuan dari penelitian ini adalah

mengetahui pengaruh perubahan konsentrasi larutan terhadap harga indeks

bias larutan gula dan garam.

1.5 Manfaat penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai informasi ilmiah tentang

pengaruh konsentrasi terhadap nilai indeks bias larutan untuk kepentingan

penelitian dan lainnya.

BAB II

2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pembiasan

Pembiasan adalah perambatan cahaya melalui permukaan (atau bidang

batas) yang memisahkan dua media. Ketika seberkas sinar cahaya yang merambat

melalui suatu medium transparan menemui suatu batas dari medium transparan

lainnya, seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, sebagian energinya dipantulkan

dan sebagian lagi memasuki medium kedua. Sinar yang memasuki medium kedua

dibelokkan di daerah perbatasan kemudian dibiaskan. Sinar datang, sinar pantul

dan sinar yang dibiaskan semuanya terletak pada bidang yang sama. Sudut bias

pada gambar 1a bergantung pada sifat-sifat dari kedua medium dan pada sudut

datang. Persamaannya adalah:

sin θ 2sin θ 1 =

v2

v1 = konstan

(1)

Di mana v1 adalah kelajuan cahaya di medium pertama dan v2 adalah kelajuan

cahaya di medium kedua (serway dan jewett,2010).

Lintasan dari seberkas sinar cahaya yang melalui sebuah permukaan

refraktif (pembias) adalah reversible. Sebagai contoh, sinar yang ditunjukkan pada

gambar 1a merambat dari titik A ke titik B. Jika sinarnya berwal di B,maka sinar

ini akan merambat ke kiri sepanjang garis BA untuk mencapai titik A, dan bagian

yang dipantulkan akan mengarah ke bawah dan kekiri dalam kaca.

Dari persamaan 1 kita dapat menyimpulkan bahwa ketika cahaya bergerak

dari suatu bahan yang didalamnya kelajuannya tinggi ke suatu bahan yang di

dalamnya kelajuannya lebih rendah, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2,

sudut bias 𝞱2 lebih kecil daripada sudut datang 𝞱1 dan sinarnya dibelokkan

mendekati normal. Jika sinarnya bergerak dari suatu bahan dimana cahaya melaju

dengan lambat ke suatu bahan dimana ia melaju dengan lebih cepat. Seperti yang

diilustrasikan pada gambar, maka 𝞱2 lebih besar daripada 𝞱1 dan sinarnya

dibelokkan menjauhi garis normal (serway dan jewett,2010).

Pada gamba r 1a , saat cahaya jatuh pada permukaan balok-balok

plastik, berkas yang redup dari cahaya tersebut dipantulkan dari permukaan,

tetapi berkas yang terang masuk ke dalam balok plastik. Berkas cahaya yang

3

masuk tersebut tidak sebagai garis lurus, namun berkas tersebut dibelokkan pada

permukaan, atau pembelokkan gelombang, pada batas antara dua medium disebut

pembiasan.

Pada saat berkas cahaya datang dari udara ke kaca dengan sudut tertentu,

berkas cahaya tersebut dibengkokkan mendekati garis normal, seperti ditunjukkan

pada Gambar 1. Berkas cahaya di dalam medium pertama disebut sinar datang,

dan berkas sinar di dalam medium kedua disebut sinar bias. Dalam hal ini sudut

datang lebih besar daripada sudut bias, yaitu sudut yang dibentuk antara

sinar bias dengan garis normal. Jika sudut bias lebih kecil daripada sudut datang,

maka medium kedua tersebut disebut mempunyai kerapatan optik lebih

besar. Kelajuan cahaya lebih kecil jika di dalam benda-benda yang kerapatan

optiknya lebih besar (Supriyono, 2004).

Gambar 1. Cahaya dibiaskan mendekati garis normal pada saat masuk ke medium yang lebih

rapat. Bandingkan pembelokkan serangkaian roda pada saat melalui perbatasan jalan aspal dan

lumpur. Roda pertama yang masuk lumpur dilambatkan, menyebabkan roda berubah arah

mendekati garis tegak lurus.

Apa yang terjadi pada saat sinar cahaya lewat dari kaca ke udara? Seperti

terlihat pada Gambar 2 sinar-sinar dibiaskan menjauhi garis normal. Sudut

bias lebih besar daripada sudut datang. Pada saat cahaya sampai pada

permukaan secara tegak lurus, sudut datangnya 0, dan sudut bias juga 0. Sinar

bias meninggalkan garis tegak lurus terhadap permukaan tidak diubah arahnya.

4

Gambar 2 Cahaya dibiaskan menjauhi garis normal pada saat melewati medium yang kurang

rapat. Bandingkan pembelokkan serangkaian roda pada saat melewati perbatasan jalan

lumpur-aspal. Roda pertama yang meninggalkan lumpur dipercepat dan arah roda berubah

menjauhi garis tegak lurus.

2.2 Hukum Snellius

Pada saat cahaya melewati satu medium ke medium yang lain, cahaya

tersebut mungkin dipantulkan atau dibiaskan. Derajat pembelokkan cahaya

tersebut tergantung pada sudut datang dan sifat- sifat medium seperti ditunjukkan

pada Gambar 3. Bagaimana bila sudut bias dibandingkan dengan sudut datang?

Jawaban pertanyaan ini ditemukan oleh ilmuwan Belanda, Willbrord Snell pada

tahun 1621. Hukum Snellius menyatakan bahwa perbandingan sinus sudut

datang dengan sinus sudut bias adalah konstan. Untuk cahaya berasal dari ruang

hampa ke medium lain, konstan n, disebut indeks bias. Hukum Snellius ditulis

sebagai berikut (Halliday dkk,2010):

n1 sin 𝞱1= n2 sin 𝞱2(2)𝞱2 adalah sudut bias, n adalah indeks bias dan 𝞱1 adalah sudut datang.

5

Gambar 3. Pada saat cahaya lewat dari medium satu ke Medium lain, sudut bias bergantung pada

sudut datang. Hal ini ditunjukkan sangat jelas oleh sinar cahaya yang meninggalkan prisma

Gambar 4. Indeks bias kaca lebih besar dibandingkan indeks bias air. Hasil pembelokkan akan lebih besar pada saat cahaya masuk atau keluar kaca

Dalam hal ini ni adalah indeks bias medium tempat sinar datang, dan nr

indeks bias medium tempat sinar dibiaskan. Gambar 3 menunjukkan sinar cahaya

yang masuk dan meninggalkan kaca dan air dari udara. Perhatikan bagaimana i

selalu digunakan untuk sudut datang sinar dengan permukaan, tanpa

menghiraukan medium. Dari sudut-sudut bias, bagaimana anda akan menentukan

indeks bias air dibandingkan dengan indeks bias kaca?

Indeks bias suatu bahan sering dapat diukur di laboratorium. Untuk

melakukan hal ini, diarahkan sinar cahaya ke permukaan bahan tersebut. Diukur

sudut datang dan sudut bias. Lalu dengan hukum Snellius ditemukan indeks bias

Gambar 4 menampilkan indeks bias beberapa bahan yang lazim digunakan.

Perhatikan bahwa indeks bias udara hanya sedikit lebih besar daripada ruang hampa.

6

Untuk pengukuran yang paling tepat, dapat menggunakan indeks bias udara adalah

seharga satu (Supriyono, 2004).

2.3 Indeks Bias

Secara umum, kelajuan cahaya dalam sebuah bahan lebih kecil dibandingkan

kelajuannya diruang hampa udara. Terlebih lagi,cahaya merambat pada kelajuan

maksimalnya diruang hampa udara. Merupakan suatu kemudahan bagi kita untuk

mendefinisikan indeks bias n dari sebuah medium sebagai rasio dari

n = kelajuancahayadalam ruang hampaudara

kelajuan cahayadalam suatu bahan = cv (3)

Dari definisi ini, kita lihat bahwa indeks bias adalah suatu nilai tak berdimensi yang

lebih besar dari satu, karena v selalu lebih kecil daripada c. Kemudian n=1 untuk

ruang hampa udara. Indeks biasa untuk beberapa zat ditampilkan pada tabel 1 (serway

dan jewett,2010).

Tabel 1. Beberapa Indeks Biasa

Medium Indeks Medium Indeks

Ruang Hampa Tepat 1 Kaca Krona Biasa 1,52

Udara (STP)b 1,00029 Natrium Klorida 1,54

Air 1,33 Polistirena 1,55

Aseton 1,36 Karbon disulfide 1,63

Etil Alkohol 1,36 Kaca Flinta Berat 1,65

Larutan gula 30% 1,38 Safir 1,77

Kuarsa Lumer 1,46 Kaca Flinta Berserat 1,89

Larutan gula 80% 1,49 Intan 2,42aUntuk panjang gelombang 589 nm (cahaya natrium kuning)bSTP berarti “suhu standar (0oC) dan tekanan (1 atm)”.

7

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada tanggal 21 April 2013 di ruang gelap Laboratorium

Fisika F-MIPA Universitas Tanjungpura yang beralamat di Jalan Ahmad Yani

Pontianak.

3.2 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

a. Busur derajat

b. Laser

c. Neraca Digital

d. Pengaduk

e. Wadah fluida

f. Wadah kaca

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

a. Air

b. Garam

c. Gula.

8

3.3 Prosedur Penelitian

a. Disiapkan alat dan bahan yang diperlukan.

b. Dibuat larutan gula dan garam dengan konsentrasi 100 gram/liter dan 200

gram/liter. Diaduk hingga merata dan diletakkan pada wadah yang berbeda.

c. Dimasukkan larutan gula ke dalam wadah kaca yang telah diberi garis

normal

d. Ditembakkan sinar laser dengan sudut datang sebesar 45o dan 60o dan

dicatat data pengamatan pada tabel berikut. Diulangi prosedur c dan d

untuk air dan larutan gula.

No

.Nama Fluida

Besar sudut bias (r)

i = 45o i = 60o

1. Air

2. Larutan Gula 100 gram/liter

3. Larutan Gula 200 gram/liter

4. Larutan Garam 100 gram/liter

5. Larutan Garam 200 gram/liter

e. Dihitung nilai indeks bias pada masing-masing larutan.

9

3.4 Bagan Alir

10

Mulai

Mempersiapkan Bahan dan Peralatan

Menyusun Sistem Pengukuran

Eksperimen dan Pengambilan Data

Harga Indeks Bias dari Eksperimen

Analisa Teoritis terhadap Rancangan Eksperimen

Harga Indeks Bias dari Data Acuan (Teoritis)

Analisa Teoritis terhadap Rancangan Eksperimen

Selesai

Studi Literatur

Komparasi

BAB 1V

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan

No

.Nama Fluida

Besar sudut bias (r)

i = 45o i = 60o

1. Air 32o 40o

2. Larutan Gula 100 gram/liter 33o 41o

3. Larutan Gula 200 gram/liter 31o 38o

4. Larutan Garam 100 gram/liter 30o 37o

5. Larutan Garam 200 gram/liter 29o 36o

4.2 Perhitungan harga indeks bias larutan

n1 sin 𝞱i = n2 sin 𝞱r

1 sin 𝞱i = n2 sin 𝞱r

n2 = sin θ isin θ r

a. Air

i = 45o dan r = 32o i = 60o dan r = 40o

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin 45 ⁰sin 32 ⁰

n2 = sin 60 ⁰sin 40 ⁰

n2 = 0,710,53

= 1,34 n2 = 0,870,64

= 1,36

11

b. Larutan Gula 100 gram/liter

i = 45o dan r = 33o i = 60o dan r = 41o

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin 45 ⁰sin 33 ⁰

n2 = sin 60 ⁰sin 41 ⁰

n2 = 0,710,54

= 1,31 n2 = 0,870,66

= 1,32

c.Larutan Gula 200 gram/liter

i = 45o dan r = 31o i = 60o dan r = 38o

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin 45 ⁰sin 31 ⁰

n2 = sin 60 ⁰sin 38 ⁰

n2 = 0,710,51

= 1,39 n2 = 0,870,62

= 1,40

d. Larutan Garam 100 gram/liter

i = 45o dan r = 30o i = 60o dan r = 37o

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin 45 ⁰sin 30 ⁰

n2 = sin 60 ⁰sin 37 ⁰

n2 = 0,710,50

= 1,42 n2 = 0,870,60

= 1,45

e. Larutan Garam 200 gram/liter

i = 45o dan r = 29o i = 60o dan r = 36o

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin θ isin θ r

n2 = sin 45 ⁰sin 29 ⁰

n2 = sin 60 ⁰sin 36 ⁰

12

n2 = 0,710,48

= 1,48 n2 = 0,870,59

= 1,47

4.3 Pembahasan

Penelitian ini adalah penelitian mengenai pengaruh konsentrasi terhadap harga

indeks bias larutan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan

konsentrasi larutan terhadap harga indeks bias larutan gula dan garam Larutan yang

digunakan dalam penelitian ini adalah larutan gula dan garam dengan konsentrasi 100

gram/liter dan 200 gram/liter untuk setiap jenisnya. Untuk mengetahui kelayakan

metode pengambilan data digunakan air sebagai pembanding yang telah diketahui

nilai indeks biasnya secara teoritis yaitu 1,33. Setelah dilakukan penelitian dengan

mengukur indeks bias air sebagai penguji kelayakan, didapat hasil indeks bias sebesar

1,34 pada tembakan laser di sudut datang 45o dan sebesar 1,36 pada tembakan laser

dengan sudut datang 60o. Hasil yang diperoleh cukup dapat dijadikan acuan untuk

tetap menggunakan metode pengambilan data. Nilai error yang dihasilkan adalah

sebesar 0,75 % dan 2,25 %.

Pada pengambilan data untuk larutan gula, larutan gula yang memiliki

konsentrasi larutan 100 gram/liter menghasilkan harga indeks bias sebesar 1,31 pada

tembakan laser di sudut datang 45o dan sebesar 1,32 pada tembakan laser dengan

sudut datang 60o. Untuk larutan gula dengan konsentrasi 200 gram/liter menghasilkan

harga indeks bias sebesar 1,39 pada tembakan laser di sudut datang 45o dan 1,40 pada

tembakan laser dengan sudut datang 60o.

Pada pengambilan data untuk larutan garam, larutan garam yang memiliki

konsentrasi larutan 100 gram/liter menghasilkan harga indeks bias sebesar 1,42 pada

tembakan laser di sudut datang 45o dan 1,45 pada tembakan laser dengan sudut

datang 60o. Untuk larutan garam dengan konsentrasi 200 gram/liter menghasilkan

harga indeks bias sebesar 1,48 pada tembakan laser di sudut datang 45o dan 1,47 pada

tembakan laser dengan sudut datang 60o.

13

Berdasarkan hasil pengamatan, dapat terlihat bahwa harga indeks bias larutan

bertambah nilai seiring dengan penambahan konsentrasi larutan. Kenaikan harga

indeks bias larutan gula dan garam terhadap konsentrasi juga dapat terlihat pada

grafik berikut.

100 gram/liter 200 gram/liter1.26

1.28

1.3

1.32

1.34

1.36

1.38

1.4

1.42

i= 45⁰i= 60⁰

Grafik Harga Indeks Bias Terhadap Konsentrasi pada Larutan GulaIn

deks

Bia

s

Larutan Gula

Gambar . Grafik Harga Indeks Bias Terhadap Konsentrasi pada Larutan Gula

100 gram/liter 200 gram/liter1.39

1.41.411.421.431.441.451.461.471.481.49

i= 45⁰i= 60⁰

Larutan Garam

Inde

ks B

ias

Grafik Harga Indeks Bias Terhadap Konsentrasi pada Larutan Garam

Gambar . Grafik Harga Indeks Bias Terhadap Konsentrasi pada Larutan Garam

14

Pada grafik harga indeks bias terhadap konsentrasi larutan gula dapat terlihat

bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan maka harga indeks bias semakin tinggi

pula. Keadaan ini juga berlaku pada larutan garam. Pada larutan gula dengan

konsentrasi 100 gram/liter, ketika ditembakkan sinar laser dengan sudut datang 45o,

dihasilkan sudut bias sebesar 32o dan ketika ditembakkan sinar laser dengan sudut

datang 60o dihasilkan sudut bias sebesar 40o. Sedangkan pada konsentrasi 200

gram/liter, ketika ditembakkan sinar laser dengan sudut datang 45o dihasilkan sudut

bias sebesar 31o dan ketika ditembakkan sinar laser dengan sudut datang sebesar 60o,

dihasilkan sudut bias sebesar 38o.

Dari data dapat terlihat bahwa sudut bias selalu lebih kecil dibandingkan

dengan sudut datang. Hal ini berarti sinar bias mendekati garis normal dan secara

teoritis hal ini dapat diterima karena dinyatakan bahwa ketika suatu sinar datang dari

medium yang renggang ke medium yang lebih rapat maka sinar akan dibiaskan

mendekati garis normal begitu pula sebaliknya. Fluida yang digunakan dalam

penelitian ini merupakan medium yang lebih rapat dibandingkan dengan medium

awal ditembakkannya sinar laser yaitu udara. Maka dari itu terlihat bahwa seluruh

sudut bias akan mendekat kearah garis normal.

Terlihat pula pada sudut bias yang dibentuk oleh larutan garam 100 gram/liter

dan 200 gram/liter. Pada larutan garam 100 gram/liter, ketika ditembakkan sinar laser

dengan sudut datang 45o, dihasilkan sudut bias sebesar 30o, dan ketika ditembakkan

sinar laser dengan sudut datang 60o dihasilkan sudut bias sebesar 37o. Untuk larutan

garam dengan konsentrasi sebesar 200 gram/liter, ketika ditembakkan sinar laser

dengan sudut datang 45o, dihasilkan sudut bias sebesar 29o dan ketika ditembakkan

sinar laser dengan sudut datang sebesar 60o dihasilkan sudut bias sebesar 36o.

Pada hasil dari perhitungan indeks bias dengan membagi nilai sinus dari sudut

datang terhadap nilai dari sinus sudut bias, didapatkan nilai indeks bias larutan gula

yang berbeda pada tiap konsentrasi yang telah dibuat. Begitu pula pada larutan

garam. Sehingga hipotesis peneliti terhadap pengaruh konsentrasi terhadap nilai

indeks bias larutan dapat terjawab dengan hasil data penelitian.

15

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan penelitian ini dapat disimpulkan bahwa indeks bias akan

semakin bertambah seiring dengan penambahan konsentrasi zat terlarut dalam suatu

larutan. Pada larutan gula dengan konsentrasi 100 gram/liter didapatkan harga indeks

bias sebesar 1,31 dan 1,32 dan pada larutan gula dengan konsentrasi 200 gram/liter

didapatkan harga indeks bias sebesar 1,39 dan 1,40. Sedangkan pada larutan garam

dengan konsentrasi 100 gram/liter, didapatkan harga indeks bias sebesar 1,42 dan

1,45 dan pada larutan garam dengan konsentrasi 200 gram/liter didapatkan harga

indeks bias sebesar 1,47 dan 1,48.

5.2 Saran

Agar data yang dihasilkan lebih akurat maka sebaiknya digunakan sinar laser

yang memiliki diameter lebih kecil agar lebih baik menjadi sinar monokromatik

dalam pengambilan data. Serta sebaiknya data diambil pula dengan menggunakan

refraktometer supaya dapat menjadi pembanding dan diketahui keakuratan data

penelitian.

16

DAFTAR PUSTAKA

Halliday, Resnick, dan Walker, 2010, “Dasar-Dasar Fisika Versi Diperluas”, jilid 2,

alih bahasa: Syarifudin,S.T, Mike Damayanti,S.si, Yayan Wulandari,S.Si,

Binarupa Aksara, Jakarta.

Raymond A. Serway, John W.Jewett,Jr.,2010,”Fisika untuk sains dan teknik”,buku 3,

edisi 6, Salemba Teknika, Jakarta.

Supriyono, 2004, “Aplikasi Optik”, editor: Dr Budi Jatmiko,M.Pd, Drs. Munasir,

M.Si, Direktorat Jenderal Pendidikan Nasional.

17

LAMPIRAN

a. Larutan Garam dan Gula

b. Pengambilan data

18