PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA

By On Tuesday, October 29th, 2013 Categories : Teknologi

Sejak jaman Yunani kuno sampai abad ke-17, kebanyakan ilmuwan cenderung menganggap bahwa cahaya merambat dengan laju yang tak terhingga besarnya. Galileo menyarankan suatu eksperimen untuk membuktikannya, tetapi eksperimen itu gagal karena masih kasarnya metode dan peralatannya. Namun dari kegagalan ini disimpulkan bahwa laju rambat itu pasti besar sekali.
Baik teori korpuskuler Newton (cahaya sebagai pancaran partikel) maupun teori gelombang Huygens menuntut bahwa laju rambat cahaya haruslah terhingga (dapat diukur). Karena itu para ilmuwan tergoda untuk berhasil mengukur laju ini. Metode Astronomi memanfaatkan data dari pengamatan astronomi untuk menghitung kecepatan cahaya. Satelit Yupiter. Romer memperhatikan bahwa kurun waktu munculnya kembali satelit pertama Yupiter dari balik Yupiter selalu berubah-ubah, tergantung pada jarak antara Yupiter dan bumi. Selisih itu mencapai 22 menit, bila jarak Yupiter—Bumi maksimal dan bila minimal. Ia menafsirkan bahwa 22 menit itu adalah waktu yang diperlukan oleh cahaya untuk mengarungi garis tengah edaran bumi mengelilingi matahari. Dari pengandaian ini, ia menghitung kecepatan cahaya c = 214.000 kilometer per detik. Ketidaktepatan ini disebabkan antara lain oleh tidak tepatnya nilai jari-jari edaran bumi dan bergoyangnya edaran satelit Yupiter itu. Koreksi oleh pakar lain lama sesudah itu menghasilkan waktu 14 menit, sehingga c = 303.000 kilometer per detik. Aberasi cahaya, vzmts Bradley mengamati adanya aberasi tahunan sebesar kira-kira 41″ busur dalam posisi bintang yang jauh letaknya, yang disebabkan oleh gerakan bumi dalam angkasa luar. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kecepatan cahaya 10.210 kali lebih besar daripada kecepatan edaran bumi, dan bahwa cahaya matahari memerlukan 8 menit 12 detik untuk sampai ke permukaan bumi. Bila nilai garis edar bumi yang diketahui pada saat itu digunakan, akan diperoleh nilai c = 264.000 kilometer per detik. Jarak matahari—bumi dewasa ini diperkirakan sebesar 149.700 kilometer, sehingga dari perhitungan Bradley akan diperoleh c = 304.166 kilometer per detik. Pengukuran Laboratorium. Dengan berbagai per-alatan, kecepatan cahaya juga dapat dihitung di laboratorium.
Metode roda gigi. Armand Fizeau membiarkan cahaya dipantulkan oleh cermin yang jauhnya 8,63 kilometer. Berkas cahaya ini sebelumnya diganggu dengan roda gigi yang bergigi 720 buah. Pada kecepatan putar roda gigi tertentu, setelah cahaya dihalangi oleh sebuah gigi, denyut cahaya yang telah mengarungi jarak 2 x 8,63 kilometer akan tepat diloloskan oleh celah antargigi berikutnya. Pada kecepatan separo kecepatan putar tersebut, Fizeau sama sekali tidak melihat pantulan cahaya. Pada kecepatan dua kali kecepatan putar itu, ia akan melihat pantulan itu lagi. Fizeau sampai pada nilai c = 315.000 kilometer per detik dengan menggunakan kecepatan putar 200 putaran per detik. Metode cermin putar. Setahun berikutnya, 1850, Jean L. Foucault, ilmuwan Perancis lain, menggunakan metode cermin putar yang dirintis oleh fisikawan Perancis, Dominique Arago, dan sampai pada nilai c = 298.000 kilometer per detik; nilai ini berselisih kurang dari 1 persen dari nilai yang dewasa ini diterima umum. Berbagai perbaikan dilakukan orang, salah satunya adalah oleh fisikawan Amerika, Albert Michelson. Ia menggunakan sistem pemantul berupa dua cermin cekung dan satu cermin datar kecil. Ia bekerja antara dua puncak gunung yang berjarak 35 kilometer. Nilai terakhir yang ia peroleh adalah c = 299.863 kilometer per detik. Pearson dan Pease melakukan hampir 3.000 pengukuran dalam kurun waktu 1931 —1933 dengan metode Michelson ini dan memperoleh rata-rata sebesar c = 299.774 kilometer per detik dengan sebaran 20 kilometer per detik. Sel Kerr. Berkat penemuan dalam bidang elektronika jarak yang besar tak diperlukan lagi dalam pengukuran kecepatan rambat cahaya. Sel Kerr berupa dua lempeng legam sejajar, yang di tengahnya diisi dengan nitrobenzena. Sistem ini ditaruh dalam sel kaca yang tembus cahaya. Diketahui bahwa nitrobenzena cair akan memutar bidang polarisasi bila berada dalam medan listrik.
Sebuah prisma Nichol akan menghasilkan berkas cahaya terpolarisasi. Berkas ini dilewatkan sel Kerr dan dibiarkan mengarungi jarak sejauh 33 meter sebelum dipantulkan oleh cermin. Berkas pantulan akan menembus sel Kerr lain dan sebuah prisma Nichol sebelum jatuh pada layar. Kedua sel Kerr diberi voltase dari satu sumber arus bolak-balik. Perangkat ini pada hakikatnya mirip metode roda gigi Fizeau (sebagai ganti roda gigi digunakan sepasang sel Kerr yang diaktifkan oleh satu sumber arus bolak-balik yang frekuensinya dapat diubah-ubah). Waktu yang diperlukan cahaya untuk mengarungi jarak 2 x 33 = 66 meter itu sama dengan periode seperempat siklus arus bolak-balik. Dengan metode ini, August Karolus dan O. Mittelstaedt (pertengahan dasawarsa 1920-an) sampai pada nilai c = 299.778 kilometer per detik. Perbaikan oleh Wilmer C. Anderson (percobaan dilakukan antara 1937—1941) dan A. Huttel, ilmuwan Jerman, masing-masing sampai ke nilai 299.776 plus-minus 14 dan 299.768 plus-minus 10.
Metode Berdasarkan Pengukuran Panjang Gelombang. Metode-metode ini tergolong pada pengukuran tidak langsung, karena didasarkan pada hubungan X x,f = c. Karena panjang gelombang dan frekuensi dapat diukur dengan ketepatan tinggi (1 bagian tiap juta) setelah Perang Dunia I, maka c yang dihitung dianggap sangat teliti. Metode-metode ini berhasil berkat perkembangan dalam bidang elektronika, khususnya radar.

PENGUKURAN KECEPATAN CAHAYA | ok-review | 4.5