Blackferry

Pernahkah kita membayangkan bila ada sebuah cermin yang terbuat dari zat cair? Bagaimana jika cermin itu terbuat atau disusun oleh air? Tentu saja hal ini masih sangat asing di telinga kita. Sebagaimana yang kita tahu, cermin yang kita temukan pada saat sekarang terbuat dari zat padat. Namun, ternyata beberapa tahun lalu (tepatnya tahun 1994), Professor dari Universitas Calgary, Canada, Hans Laue telah memikirkan untuk merancang sebuah percobaan yang dapat membuat cermin dari cairan. Cermin yang ia buat adalah cermin cekung-cair (concave-liquid mirror). Hans Laue adalah orang yang merancang hal tersebut. Ia merupakan ahli fisika teori dengan konsentrasi cold atom physics. Ia merancang eksperimen ini bersama rekan kerjanya yang bernama Hugo Graumann. Hugo Graumann merupakan staff pembantu laboratorium departemen fisika dan astronomi Universitas Calgary.

Eksperimen mereka sebenarnya dilatarbelakangi oleh percobaan yang telah dilakukan oleh E.Graf dalam artikelnya yang berjudul “Apparatus for The Study of Uniform Circular Motion in a Liquid”. Namun, mereka mempunyai beberapa perbedaan dalam rancangan rangkaian eksperimennya. Teknis eksperimennya hampir sama, yakni menggunakan berkas cahaya laser yang vertikal dan akan diarahkan ke suatu permukaan cairan yang berputar sehingga dapat dipantulkan. Hanya saja, peralatan yang digunakan oleh Laue-Graumann lebih sederhana daripada E.Graf. Percobaan ini telah diterapkan oleh mahasiswa tahun pertama di Universitas Calgary.

Peralatan yang digunakan terlihat pada gambar.1

	Gambar. 1 Peralatan padaEksperimen Concave Liquid Mirror

Peralatan yang digunakan terdiri dari empat bagian utama: sebuah wadah melingkar yang berisi cairan, sebuah piring putar, sebuah laser dengan posisi radial yang bisa disesuaikan dan sebuah busur yang dapat dipindahkan (digerakan secara horizontal).

A. Laser dan Busur

Laser dan Busur disusun secara bersamaan, sehingga membentuk sebuah inclinometer. Inclinometer berfungsi untuk mengukur kemiringan cairan pada jarak sudut manapun dari pusat cermin. Inclinometer dirancang untuk dapat dipindah-pindahkan, karena tidak semua percobaan membutuhkan hal ini.

Laser yang digunakan adalah laser HeNe dengan daya rendah ( 0.5 mW), yang ditembakkan mengarah ke bawah, ke dalam wadah dan dapat dipindahkan secara horizontal. Sebuah penggaris dipasang di samping laser sehingga bisa mengukur posisi sudut dari laser. Sinar pantul laser dicerminkan keluar permukaan air menuju ke busur.

Busur transparan yang dapat dipindahkan secara horizontal akan dilewati berkas cahaya yang dicerminkan oleh cermin cair tersebut. Sudut kemiringan permukaan air bisa dibaca secara langsung dari skala busur yang telah dikalibrasi dan dapat diketahui bahwa besarnya kemiringan air adalah setengah dari sudut yang dibaca antara cahaya yang direfleksikan ke busur dan sinar laser yang ditembakkan secara vertikal ke bawah.

B. Wadah melingkar yang berisi cairan

Wadah melingkar yang berisi cairan memiliki diameter 32 cm dan tinggi 6 cm. Dimensinya cukup ideal sehingga pada kecepatan sudut maksimum (5.0 rad/s) airnya tidak tumpah melampaui batasnya dan air masih berada di pusat wadah tersebut. Air yang digunakan adalah air biasa, bukan air yang beracun, air yang mudah didapat dan mudah dibersihkan. Untuk variasi percobaan kita bisa menambahkan sabun untuk meningkatkan reflektivitas dan stabilitas permukaan air ketika gelembung sudah dihilangkan.

C. Piring putar

Piring putar terbuat dari suatu platform aluminum melingkar dengan diameter 32 cm (dengan pegangan yang aman) dan diletakkan di atas suatu batang yang dapat berputar. Batang dipasang pada dua bearing (penopang) yang kokoh. Lalu batang dikemudikan menggunakan belt drive yang digerakkan oleh sumber DC. Sebuah karet gelang juga melapisi belt drive. Dalam aplikasi ini, belt drive-nya dirancang sedemikian rupa sehinggga apabila meja putar diputar tidak akan merusak piring putar.

D. Motor Pengarah

Motor pengarah digunakan pada tegangan 6-24 V dc dengan torsi sekitar 10 pon. Nilai tegangan dan reversibilitas motor masih bisa bekerja walaupun terdapat kesalahan pada pemasangan kawat dan masih dapat bergerak dengan kecepatan sudut yang bisa diatur. Motor menggunakan power supply sebagai sumber tegangan. Rentang tegangan pada power supply dari 5 V sampai 30 V dan menghasilkan suatu kecepatan sudut dari 0.5 sampai 5.0 rad/s. Pada kecepatan sudut maksimum, arus pada motor adalah 200 mA.

Itulah beberapa peralatan dalam membuat concave-liquid mirror. Peralatan ini sangat menarik karena bisa dirancang di rumah saja.

Lalu, bagaimana cara kerja melakukan eksperimen ini?

Prosedur

1. Mengatur piring putar pada posisi mendatar.

2. Memutar piring putar sehingga permukaan air yang sebelumnya datar menjadi cekung.

3. Mengatur laser mengarah ke bawah ke pusat wadah ( tandai titik yang disinar pada wadah). Hal Ini dilakukan dengan menggeser laser dan menyebabkan sinar laser jatuh tegak lurus terhadap permukaan air di pusat wadah (sinar datang dipantulkan ke arah datangnya)

Landasan teori

Percobaan ini menggunakan persamaan yang sama seperti di artikel dengan E. Graf . Persamaan Graf.

y = cr ², where c = w² / 2g (1)

Persamaan ini menunjukkan bahwa cairan yang diputar mempunyai bentuk parabola. Di mana, w adalah kecepatan sudut dan g adalah percepatan gravitasi. Variabel y dan r diterangkanpada gambar 2a.

y= sumbu y (ordinat)

r= sumbu x (axis)

Sekarang dapat diketahui bahwa semua sinar yang datang ke cermin parabola akan sejajar dengan sumbu optis, tanpa memperhitungkan jaraknya dari sumbu optis, sinar laser direfleksikan oleh cermin sehingga memotong sumbu optis pada jarak f dari pusat kelengkungan cermin (V) . persamaan akan menghubungkan f, w, dan g.

Gambar 2 a memperlihatkan sinar datang berjarak b dari sumbu optis. Dan jatuh di titik P dengan koordinat

P: (r,y) = (b,cb²) (2)

Gambar 2b menunjukkan tangen sudut dari bidang datar terhadap P, sinar datang dan sinar pantul pada P,dan beberapa sudut yang muncul. Kemiringan bidang singgung pada titik P (tan q), didapatkan (1) pada r= b. Seperti:

tan q = 2cb (3)

Hukum pemantulan mendefinisikan bahwa sinar pantul membentuk sudut 2q sehingga kemiringan dapat diukur dengan persamaan 3, menjadi:

tan 2q = 2 tan q / [1 – tan2 q]

= 2(2cb) /[1 – (2cb)²] = 4cb /[1 – 4c²b²] (4)

Kemiringan s sama dengan harga 1/tan 2q diberi nilai negatif

s = –1/tan2q = –[1 – 4c² b²] / 4cb (5)

dengan persamaan menggunakan persamaan 2 dan 5 kita bisa menuliskan persamaan sinar yang direfleksikan sebagai:

[y – cb²] / (r – b) = s = –[1 – 4c² b²] / 4cb (6)

Jika r=0 pada persamaan di atas, dan disubstitusikan ke persamaan 1, maka didapat

f = cb² + [l – 4c² b²] / 4c = 1/4c = g/2q² (7)

Persamaan 7 untuk r tidak tergantung pada jarak b dari sinar datang. Untuk sinar paraxial jarak benda = s, jarak bayangan=s’, dan jarak fokus = f. dimana:

1/ f = 1/s + 1/s’ (8)

Aplikasi Concave-Liquid Mirror

Liquid-Mirror Telescope

Konsep Liquid-Mirror Telescope yang dikembangkan dari Eksperimen concave liquid mirror juga sederhana, yakni memutar suatu kolam cairan dan permukaannya akan melengkung ke dalam membentuk parabola sesuai dengan persamaan waktu. Kelengkungan diperlukan bagi teropong bintang untuk memusatkan cahaya. Teropong ini menggunakan suatu cairan yang dapat memantulkan cahaya seperti air raksa,

Apakah kelebihan menggunakan teleskop liquid? Teleskop liquid lebih sederhana, tidak sulit, dan memakan biaya yang relatif murah. Harga yang dibutuhkan untuk membuat teleskop liquid sepersepuluh dari harga pembuatan teleskop konvensional. Namun, terdapat beberapa kekurangan yakni teleskop liquid hanya bisa melihat objek yang lurus saja, berarti teleskop ini hanya mengamati apa yang telah dilewati saja.

Teleskop liquid juga cocok digunakan untuk survei benda-benda langit. Sebagai contoh, suatu teropong bintang 8-meter yang ditempatkan secara benar bisa mengamati 1 milyar (Am.) galaksi, di dekatnya. Hal ini juga bisa mendeteksi gelombang supernova yang berguna bagi astronot untuk mendeteksi letak energi lubang hitam (black hole).

Ermanno Borra di Universitas Laval, Quebec, Canada, dan para rekan kerjanya adalah beberapa orang yang mengembangkan cairan yang dapat memantulkan cahaya dengan viskositas tinggi sehingga cairan dapat merefleksikan hingga kemiringan 30^o dari garis vertical. Misi mereka yaitu membuka cakrawala pengetahuan tentang langit yang jauh. Sebagai ahli astronomi, mereka membutuhkan teropong bintang yang lebih besar dan jauh lebih besar, namun biaya yang mereka butuhkan semakin meningkat. Oleh karena itu, pembuatan liquid mirror atau cermin cair menjadi salah satu solusi yang menarik bagi mereka.

Borra berkata "Pada permulaan abad 20, teropong bintang yang menggunakan glass atau kaca banyak digunakan dan hal itu terjadi dalam waktu yang cukup lama. Namun pada akhirnya liquid mirror atau cermin cair akan menjadi inovasi terbaru di dunia optik.” Menurut Borra bayangan yang dibentuk oleh cermin cair akan sama dengan cermin biasa.

Kesimpulan

Eksperimen concave liquid mirror bekerja berdasarkan hukum-hukum mekanika dan optik, yang akan membuat suatu cermin cekung yang terbuat dari air karena putaran yang terjadi pada air tersebut.

Eksperimen concave liquid mirror dilakukan dengan beberapa alasan. Pertama, yaitu:

1. Membuat cermin cekung yang sederhana dari air sangat menarik untuk inovasi-inovasi baru di dunia optik. Pada saat ini liquid mirror yang lebih besar terbuat dari raksa saat ini sudah diteliti karena harganya relatif murah.

2. Kita bisa mengatur berbagai fokus lensanya hanya dengan menyesuaikan tingkat rotasi.

3. Dan yang paling penting dari penemuan ini adalah karena concave liquid mirror merupakan penemuan yang menarik dan edukatif yang dapat menggabungkan mekanika dan optik.

Eksperimen concave liquid mirror diprediksikan akan menjadi awal penemuan optik yang sangat inovatif untuk melahirkan penemuan-penemuan baru, khususnya di bidang astronomi. Hal itu karena kelebihan-kelebihan concave liquid mirror yang akan mendorong banyaknya peneliti yang akan menggunakannya sebagai alat bantu mencari pengetahuan baru di luar angkasa.

Video:

Referensi

Laue, Hans. Concave Liquid-Mirror Experiments. The Physics Teacher. Vol.36 Jan 1998 pp.28-31.

http://static.howstuffworks.com/gif/liquid-mirror-telescope-8.jpg&imgrefurl=http://science.howstuffworks.com/liquid-mirror-telescope2.htm