Difraksi Cahaya [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Setelah diselesaikannya percobaan Difraksi Cahaya ini, diharapkan gejala difraksi oleh celah sempit dapat dijelaskan dan lebar celah tunggal serta jarak antarcelah pada celah ganda dapat ditentukan oleh peserta praktikum Fisika Dasar. 1.2 Dasar Teori Pola interferensi dapat diamati pada layar yang jauh dari celah. Pada jarak yang sangat lebar dari celah, garis dari dua celah ke beberapa titik di layar yang kira-kira sejajar, dan perbedaan path length adalah kurang lebih seperti pemisah celah. Ketika perbedaan panjang jarak sama dengan jumlah integral panjang gelombang, interferensi tersebut bersifat konstruktif. Dengan demikian interferensi maksima pada sudut



adalah:



dimana m adalah nomor urut. Interferensi minima terjadi pada



Perbedaan fase pada suatu titik berhubungan dengan perbedaan panjang jarak oleh



Kita dapat menghubungkan jarak yang diukur sepanjang layar dari titik pusat ke pinggiran terang dengan jarak L dari celah ke layar:



Untuk sudut kecil tan



sin



. Mensubstitusi



pada sin



dalam persamaan



interferensi maksima dan penyelesaiannya adalah



Dari hasil ini kita melihat bahwa untuk sudut kecil pada pinggiran berjarak sama pada layar (Tipler,2008). Difraksi mengacu pada penyimpangan cahaya dari garis lurus propagasi. Biasanya sesuai dengan pembengkokan atau penyebaran gelombang di sekitar tepi lubang dan hambatan. Difraksi menempatkan batasan pada ukuran detail yang dapat diamati secara optik. Pada difraksi celah tunggal, ketika sinar paralel cahaya dengan panjang gelombang terjadi pada celah dengan lebar D, pola difraksi diamati di balik celah. Gelap total diamati pada sudut



dengan berkas lurus melalui balok, dimana:



disini, m = 1,2,3.... adalah nomor urut dari pita difraksi gelap (Bueche,1997). Cahaya dari dua pita yang langsung berada di bawah kedua pita sampai di P yang berselisih fasa setengah siklus. Kenyataannya cahaya dari setiap pita dalam setengah bagian atas celah itu akan meniadakan cahaya dari sebuah pita yang bersangkutan dalam



setengah pita bagian bawah celah. Hasilnya adalah peniadaan sepenuhnya di P untuk cahaya yang digabungkan dan keseluruhan celah tersebut, yang memberikan sebuah daerah gelap dalam pola interferensi itu. Yakni, sebuah daerah gelap terjadi bilamana:



Atau



Tanda plus atau minus ( ) dalam persamaan mengatakan bahwa ada daerah-daerah



yang simetris di atas dan di bawah titik 0. Daerah sebelah atas (



titik P dimana cahaya dari setengah bagian bawah celah menjalani



) terjadi di sebuah



lebih jauh ke P



dimana daripada cahaya yang dijalani oleh cahaya di setengah bagian atas; daerah sebelah bawah (



) terjadi dimana cahaya dari setengah bagian atas dan celah



menjalani lebih jauh daripada yang dijalani oleh setengah bagian bawah (Young, 2001). Sejumlah besar celah sejajar yang sama disebut kisi difraksi, meskipun istilah “kisi interferensi” mungkin sesuai. Kisi-kisi dapat dibuat dengan mesin presisi garis paralel yang sangat halus di piring kaca. Ruang tak tersentuh antara garis berfungsi sebagai celah. Transparansi fotografi dari kisi original berfungsi sebagai kisi-kisi tidak mahal. Kisi-kissi yang terdiri dari 10000 baris persentimeter memang sudah umum dan sangat berguna untuk pengukuran panjang gelombang. Kisi difraksi yang mengandung celah disebut sebagai kisi transmisi. Jenis lain dari kisi difraksi adalah kisi refleksi, yang dibuat oleh garis-garis halus pada permukaan kaca metalik atau dari mana cahaya dipantulkan dan dianalisis. Analisis pada dasarnya sama dengan kisi tansmisi (Giancoli, 2005). Dalam prakteknya, berkas sinar sejajar yang datang biasanya dihasilkan oleh lensa pada titik fokus pertama dari mana celah-celah sempit diterangi. Jika celah diterangi oleh cahaya yang terdiri dari campuran panjang gelombang lensa L akan membentuk sejumlah bayangan celah dalam posisi yang berbeda, tiap panjang gelombang dalam cahaya asa memberikan satu susunan bayangan celah yang dideviasikan dengan sudut tepat. Jika celah diterangi oleh cahaya putih, maka satu susunan bayangan celah yang dideviasikan dengan sudut tepat. Jika celah diterangi oleh cahaya putih, maka satu kelompok bayangan yang kontinu dibentuk di kedua sisi, atau dengan perkataan lain, cahaya putih didispersikan menjadi spektrum di sebelah-menyebelah normal. Yang berhubungan dengan m=1 disebut tingkat pertama, yang berhubungan dengan m=2 disebut dengan tingkat kedua, dan seterusnya. Kalau m=0 maka deviasi adalah nol, semua warna bergabung sehingga menghasilkan bayangan celah yang putihdan searah dengan berkas cahaya datang (Sears, 1987).



BAB II METODOLOGI 2.1 Peralatan Dalam percobaan ini ada beberapa alat yang digunakan. Alat-alat tersebut adalah laser He-Ne berdaya rendah, sebuah slide foto (35 mm), yang memiliki sebuah celah ganda, sebuah kisi difraksi yang diletakkan pada sebuah slide 35 mm, pemegang slide yang memiliki pengatur vertikal, dan sebuah layar yang ditempeli selembar kertas grafik. 2.2 Tata Laksana Percobaan Percobaan Difraksi Cahaya ini terbagi menjadi tiga, yaitu percobaan celah ganda, celah tunggal, dan kisi difraksi. Pada percobaan celah ganda laser diletakkan di atas meja sejauh 2 hingga 3 meter dai layar atau dinding. Panjang gelombang laser yang digunakan adalah 632,8 nm. Dipasang slide yang berisi celah ganda pada pemegang slide dengan pengatur vertikal, sehingga letak celah pada berkas sinar laser dapat diatur. Kemudian ditempelkan selembar kertas grafik pada layar atau dinding. Berkas sinar laser dijatuhkan di atas celah, sehingga diperoleh bayangan yang tajam di layar. Kemudian tempat maksima dan minima di atas jertas tadi ditandai. Jarak x dari semua maksima dan minima diukur,



dihitung, dan dibuat grafik



sebagai fungsi orde n. Disini jarak antara



kedua celah dapat ditentukan. Semua langkah percobaan celah ganda di atas dilakukan lagi untuk percobaan celah tunggal. Percobaan pada kisi difraksi, langkah pertama yang dilakukan adalah kisi difraksi dipasang pada pemegang slide. Sebuah layar kecil kira-kira 20-50 cm diletakkan di depa kisi sehingga pola interferensi yang tajam dapat diamati. Orde-ord yang lebih tinggi bisa juga diamati namun hanya dengan cara layar didekatkan ke kisi karena pemisahan sudut (anguler) puncak sangat besar. Kemudian letak puncak paling tidak duan orde ditandai dan diukur. Lalu jumlah guratan per meter ditentukan dari kisi difraksi yang dipakai. 2.3 Gambar



Gambar 2.1 Laser He-Ne



Gambar 2.2 Kisi



3.3 Pembahasan 3.3.1 Analisa Prosedur 3.3.1.1. Fungsi Alat Dalam percobaan Difraksi Cahaya ini, digunakan beberapa alat. Alat-alat tersebut diantaranya adalah laser He-Ne berdaya rendah, sebuah slide foto (35 mm), sebuah kisi difraksi dan layar yang ditempel kertas grafik, serta pemegang slide. Laser He-Ne merupakan alat yang berfungsi sebagai penghasil sinar. Panjang gelombang (λ) dari laser yang digunakan adalah sebesar 632,8 nm. Slide foto merupakan alat dimana pada alat tersebut terdapat celah. Fungsi dari celah ini adalah untuk mendapatkan pola bayangan dari sinar laser. Alat selanjutnya adalah kisi difraksi. Kisi difraksi merupakan alat yang digunakan untuk mengamati pola interferensi. Pada pola tersebut terdapat beberapaorde yang harus dapat diamati oleh peserta praktikum. Pemegang slide merupakan alat yang digunakan untuk memegang slide agar posisi slide serta celah tidak berubah dan sinar laser dapat secara tepat melewati celah. Sedangkan kertas grafik pada percobaan ini digunakan sebagai media atau layar. Pola yang terbentuk ditandai pada kertas grafik ini.



3.3.1.1 Fungsi Perlakuan Percobaan Difraksi Cahaya ini dilakukan di ruangan yang gelap. Fungsinya adalah agar pola yang terbentuk dari difraksi maupun interferensi dapat diamati dengan mudah karena sinar laser terlihat sangat jelas di ruangan yang gelap. Slide yang berisi celah dipasang pada pemegang slide agar slide dapat diposisikan pada keadaan yang stabil di depan sinar laser secara vertikal. Pengatur vertikal dari slide diatur sedemikian rupa agar sinar dari laser tepat mengenai celah dan menghasilkan bayangan yang tajam pada layar. Selembar kertas grafik ditempelkan pada layar, dengan tujuan agar pola sinar yang terbentuk dapat ditandai pada kertas tersebut. Setelah semuanya selesai diatur, berkas sinar laser dijatuhkan di atas celah agar diperoleh bayangan yang tajam. Kemudian, ditandai bagian terang dari banyangan yang terbentuk pada kertas grafik. Fungsinya agar diperoleh minimal dan maksimal dari bayangan yang terbentuk. Dari hasil yang diperoleh pada kertas grafik, diukur jarak terang pusat terhadap terang ke-1 sampai terang ke-5, baik ke kiri maupun ke kanan. Fungsi perlakuan ini adalah untuk mendapatkan variabel x. Kisi atau slide yang digunakan adlaah sebanyak tiga buah. Hal ini dimaksudkan agar diketahui pola-pola bayangan dan jarak antarkedua celah dari slide yang berbeda, sehingga hasilnya dapat dibandingkan. Semua perlakuan ini dilakukan baik pada celah ganda maupun celah tunggal. Sehingga dapat digunakan untuk melakukan perbandingan hasil yang diperoleh. Jarak antara kisi dengan layar juga diukur menggunakan rollmeter. Fungsinya adalah agar diperoleh variabel L (jarak celah ke layar) yang nantinya digunakan untuk mencari nilai sinθ. Pada saat sinar laser dinyalakan dilarang keras untuk melihat langsung ke berkas cahayanya, karena dapat merusak retina mata. 3.3.2



Analisa Hasil Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil perhitungan sebagai berikut. Pertama untuk celah ganda. Pada slide ganda A jarak antarkedua celah diperoleh (86,50±4,53)x10-6 m pada sisi kiri dan (83,41±4,61)x10-6 m pada sisi kanan. Pada slide ganda B jarak antarkedua celah diperoleh (383,07±45,55)x10-6 m pada sisi kiri dan (472,87±29,03)x10-6 m pada sisi kanan. Pada slide ganda C jarak antarkedua celah diperoleh (225,39±2,53)x10-6 m pada sisi kiri dan (209,88±17,50)x10-6 m pada sisi kanan. Dari ketiga slide ini terlihat slide B mempunyai lebar jarak dengan selisih paling banyak antara bagian kiri dan bagian kanan. Hal ini mungkin disebabkan oleh



kesalahan penandaan daerah terang pada kertas grafik, karena sinar dari laser tidak dapat sepenuhnya diam. Hal ini juga ditunjukkan oleh kesalahan relatif dari slide B jarak antara dua celah bagian kiri dari slide B yang cukup besar, yaitu 11,8%, sedangkan yang lainnya hanya berkisar 5,23% - 6,13%. Yang kedua untuk celah tunggal. Pada slide A jarak kedua celah diperoleh (112,25±2,21)x10-6 m pada sisi kiri dan (112,69±23,48)x10-6 m pada sisi kanan. Pada slide B jarak antarkedua celah diperoleh (327,07±23,48)x10-6 m pada sisi kiri dan (248,03±15,79)x10-6 m pada sisi kanan. Pada slide C jarak antarkedua celah diperoleh (377,46±11,07)x10-6 m pada sisi kiri dan (452,12±10,60)x10-6 m pada sisi kanan. Dari ketiga slide, slide yang mempunyai jarak antarkedua celah yang hampir sama hanyalah slide A, dengan kesalahan relatif 1,98% dan 0,9%. Sedangkan slide yang lainnya kesalahan relatifnya berkisar antara 2,34% - 7,17%. Hal ini menunjukkan bahwa masih ada kesalahan dalam percobaan. Walaupun tidak terlalu besar. Kesalahan dapat terjadi pada saat pengambilan data maupun pada saat membulatkan hasil perhitungan. Selain melalui perhitungan nilai jarak antara kedua celah dapat diperoleh dari perhitungan grafik. Melalui perhitungan grafik diperoleh hasil jarak antardua celah adalah sebagai berikut. Pertama untuk celah ganda. Pada slide celah ganda A diperoleh jarak antarcelah sebesar (744,47±88,59)x10-7 m pada sisi kiri dan (1054,66±87,54) x10-7 m pada sisi kanan. Pada slide celah ganda B diperoleh jarak antarcelah sebesar (326,18±29,64)x10-6 m pada sisi kiri dan (506,24±94,16)x10-6 m pada sisi kanan. Pada slide celah ganda C diperoleh jarak antarcelah sebesar (268,13±19,89)x10 -6 m pada sisi kiri dan (263,66±17,12) x10-6 m pada sisi kanan. Kesalahan relatif dari perhitungan grafik berkisar antara 6,12% - 18,6%. Dengan kesalahan relatif terbesar terletak pada slide celah ganda B bagian kanan. Melalui perhitungan grafik ini jarak antar celah antara bagian kiri dan kanan selisihnya lumayan besar. Hal ini mungkin dikarenakan oleh penentuan titik dan pengambilan garis yang kurang akurat. Kedua untuk celah tunggal. Pada slide celah tunggal A diperoleh jarak antarcelah sebesar (1318,33±223,24)x10-7 m pada sisi kiri dan (1054,66±55,50) x10 -7 m pada sisi kanan.



Pada



slide



celah



tunggal



B



diperoleh



jarak



antarcelah



sebesar



(342,0±57,50)x10-6 m pada sisi kiri dan (351,55±40,8)x10-6 m pada sisi kanan. Pada slide celah tunggal C diperoleh jarak antarcelah sebesar (458,55±44,24)x10-6 m pada sisi kiri dan (436,41±5,25) x10-6 m pada sisi kanan. Kesalahan relatif dari grafik celah tunggal ini berkisar antara 1,2% sampai 18%. Kesalah relatif terbesar terletak pada slide celah tunggal A kiri. Rentang kesalahan relatif yang cukup besar menunjukkan



bahwa masih ada kesalahan yang cukup signifikan pada pengambilan data maupun pada pembuatan grafik. Secara umum, hasil perhitungan dengan menggunakan rumus dan hasil perhitungan dengan menggunakan grafik sangat jauh berbeda hasil perhitungan. Berdasarkan kesalahan relatifnya, hasil perhitungan dengan rumus lebih akurat daripada dengan grafik. Hal ini disebabkan oleh pada pembuatan grafik dibutuhkan ketelitian yang cukup besar. Terutama pada penentuan titik sentroid dan garis bantu x dan y. Hubungan antara jarak antarcelah terhadap jarak antara terang pusat ke terang ke-n (x) adalah berbanding terbalik. Hal ini dapat dibuktikan dengan penurunan rumus berikut:



celah tunggal



celah ganda



Sehingga apabila x semakin besar, nilai d (jarak antarcelah) semakin kecil. Namun, pada kenyataannya hasil perhitungan pada percobaan ini hampir semuanya tidak sesuai dengan hubungan tersebut, seperti pada perhitungan slide celah ganda A dan C, serta pada slide celah tunggal A, B dan C. Hal ini disebabkan oleh kesalahan pembulatan nilai pada perhitungan. Dalam kehidupan sehari-hari peristiwa difraksi dan interferensi cahaya sangat sulit diamati. Interferensi cahay sukar diamati dalam kehidupan sehari-hari karena panjang gelombang cahaya sangat pendek (kira-kira 1% dari lebar rambut) dan setiap sumber alamiah cahaya memancarkan gelombang cahaya yang fasenya sembarang (random), sehingga interferensi yang terjadi hanya dalam waktu yang sangat singkat. Syarat terjadinya interferensi cahaya adalah kedua gelombang cahaya harus koheren (beda fase, φ selalu tetap), dan kedua sumber cahay harus memiliki amplitudo (A) yang hampir sama. Perisitiwa difraksi cahaya sulit diamati pada kehidupan sehari-hari karena biasanya sumber cahaya berupa polikromatik dan terlalu lebar sehingga pola difraksi yang dihasilkan masing-masing bagian akan tumpang tindih dan karena



cahaya tidak selalu koheren, sehingga polanya berubah-ubah sesuai perubahan beda fasenya.



BAB IV PENUTUP 4.1



Kesimpulan Difraksi merupakan deviasi dari perambatan cahaya, dapat juga dikatakan sebagai pelenturan cahaya atau pembelokkan arah rambat cahaya ketika melewati celah sempit. Interferensi cahaya adalah penjumlahan superposisi dari dua gelombang atau lebih yang menimbulkan pola gelombang baru. Untuk menentukan lebar celah tunggal dan jarak antarcelah pada celah ganda dapat dilakukan dengan mencari jarak terang pusat ke terang ke-n dari percobaan. Kemudian memasukkan pada persamaan



untuk celah tunggal, dan



untuk celah ganda. Dapat pula dicari



dengan perhitungan melalui grafik, dimana sumbu x menunjukkan n (celah ganda) atau n+1/2 (celah tunggal) dan sumbu y menunjukkan sinθ. 4.2



Saran Saran untuk praktikan selanjutnya, sebaiknya penandaan pola gelap terang pada kertas grafik dilakukan dengan sangat teliti agar hasil yang didapatkan lebih akurat. Saran untuk asisten, dimohon untuk memberikan remidi atau tugas tambahan bagi yang memperoleh nilai kurang baik.