Difraksi, Interferensi DLL [PDF]

Citation preview

TUGAS 3 KAPITA SELEKTA FISIKA 03 April 2018



NAMA KELAS NIM



: SIFATUS SHOLIKHAH : B PASCASARJAN 2017 : 170321863009



1. Buatlah ringkasan terkait gejala difraksi, refraksi, refleksi, polarisasi, dispersi, interferensi termasuk desain dan rumusannya. Difraksi Difraksi merupakan kemampuan gelombang untuk menyebar kesegala arah setelah melewati lubang-lubang kecil atau celah.



Pada gambar diatas merupakan gelombang air. Gelembang menyebar setelah melewati celah untuk mengisi ruang di belakang lubang, di mana gelombang bidang, mendekat dari kiri, tersebar dalam busur lingkaran setelah melewati lubang di penghalang.



Akan tetapi kondisi gelombang didalam air akan berbeda dengan gelombang cahaya. Pada gelombang cahaya, tidak terlihat cahaya menyebar dalam busur lingkaran setelah melewati celah. Ketika cahaya terdiri dari beberapa partikel yang tidak saling berinteraksi akan bergerak dalam gari lurus. Beberapa partikel akan melewati lubang untuk membuat area terang pada lantai, yang lain akan terhambat serta akan menyebar diluar celah sempit dan menyebabkan adanya bayangan. Gelombang lain, seperti gelombang suara dan gelombang air, juga memiliki sifat penyebaran ketika melewati lubang atau dengan tepi



tajam. Hal ini membuktikan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil, ringan dan cepat yang disebut dengan sel-sel korpuscles. Pada difraksi celah tunggal, cahaya sumber dilewatkan pada satu celah. Pola difraksi cahayanya bergantung pada perbandingan ukuran panjang gelombang dengan lebar celah yang dilewati. Hubungan antara lebar celah dengan panjang gelombang cahaya dapat dituliskan sebagai berikut : Atau Dengan mengasumsikan m = 1, maka diperoleh : Dimana θ merupakan sudut pembelelokan gelombang cahaya, m merupakan orde difraksi yang merupakan bilangan bulat positif atau negative, λ adalah panjang gelombang cahaya (dalam meter), dan L adalah lebar celah (m). Refraksi Refraksi merupakan penyebaran cahaya dari satu medium ke medium lainnya, disertai dengan perubahan arah.



Ketika sinar cahaya yang bergerak melalui medium transparan bertemu dengan batas yang mengarah ke medium transparan lain, seperti yang ditunjukkan pada Gambar, bagian dari energi dipantulkan dan bagian memasuki medium kedua. Sinar yang memasuki medium kedua dibengkokkan pada batas dan dikatakan dibiaskan. The incident ray, the reflected ray, and the refracted ray semuanya terletak pada bidang yang sama. Sudut pembiasan, θ2 dalam Gambar, bergantung pada sifat dari dua media dan pada pembentukan sudut melalui hubungan sebagai berikut :



dimana V1 adalah kecepatan cahaya di medium pertama dan V2 adalah kecepatan cahaya dalam medium kedua. Dari Persamaan diatas, kita dapat menyimpulkan bahwa ketika cahaya bergerak dari material dengan kecepatannya tinggi ke material dengan kecepatannya lebih rendah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar, sudut pembiasan θ2 kurang dari sudut insiden θ1, dan sinar ditekuk ke arah normal. Jika sinar bergerak dari material di mana cahaya bergerak perlahan



ke material di mana ia bergerak lebih cepat, seperti yang diilustrasikan pada Gambar dibawah ini, θ2 lebih besar dari θ1, dan sinar dibengkokkan menjauh dari normal.



Refleksi Refleksi merupakan pemantulan cahaya dari medium



Ketika sinar cahaya yang bergerak dalam satu medium bertemu dengan batas dengan medium lain, bagian dari cahaya tersebut dipantulkan. Gambar diatas menunjukkan beberapa sinar dari sinar insiden cahaya pada permukaan halus, seperti permukaan cermin. Sinar yang dipantulkan sejajar satu sama lain, seperti yang disebutkan dalam Hukum refleksi, yang menyatakan sebagai berikut : Sinar datang dan sinar pantulan berada pada bidang yang sama normal ke permukaan dan Sudut pantulan sama dengan sudut datang. Arah sinar yang dipantulkan adalah pada bidang yang tegak lurus terhadap permukaan pemantulan yang merupakan sinar datang. Refleksi cahaya dari permukaan halus seperti itu disebut refleksi spekulatif. Jika permukaan pantul kasar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah , permukaan memantulkan sinar tidak sebagai satu set paralel tetapi dalam berbagai arah. Refleksi dari permukaan kasar dikenal sebagai refleksi difus. Permukaan berfungsi sebagai permukaan halus selama variasi permukaan jauh lebih kecil dari panjang gelombang cahaya datang.



Untuk permukaan kasar, hukum refleksi θr = θi dipatuhi pada setiap titik tetapi ketidakteraturan permukaan menyebabkan sinar yang dipantulkan untuk menyebar dalam banyak arah acak. Pada permukaan halus panjang gelombang tampak-terang adalah ≈ 0,5 µm, setiap permukaan dengan tekstur, goresan, atau penyimpangan lainnya yang lebih besar dari 1 µm akan menyebabkan pantulan yang menyebar dari pada refleksi spekulatif. Selembar kertas mungkin terasa cukup halus di tangan kita, tetapi mikroskop akan menunjukkan bahwa permukaannya terdiri dari serat-serat berbeda yang jauh lebih besar dari 1 µm. Sebaliknya, penyimpangan pada cermin atau potongan logam yang dipoles jauh lebih kecil dari 1 µm. Polarisasi Gelombang yang dapat mengalami polarisasi hanyalah gelombang transversal. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus arah perambatannya. Terpolarisasi atau terkutub artinya memiliki satu arah getar tertentu saja. Polarisasi yang terjadi pada satu arah disebut polarisasi linear. Sinar cahaya biasa terdiri dari sejumlah besar gelombang yang dipancarkan oleh atom-atom sumber cahaya. Setiap atom menghasilkan gelombang yang memiliki beberapa orientasi khusus dari vektor medan listrik E, sesuai dengan arah getaran atom. Arah polarisasi masing-masing gelombang didefinisikan sebagai arah di mana medan listrik bergetar.



Pada Gambar diatas, arah ini terjadi di sepanjang sumbu y. Namun, gelombang elektromagnetik bisa memiliki vektor E-nya di bidang yz, membuat sudut yang mungkin dengan sumbu y. Karena semua arah getaran dari sumber gelombang dimungkinkan, gelombang elektromagnetik yang dihasilkan adalah superposisi gelombang yang bervibrasi dalam berbagai arah. Hasilnya adalah sinar tak terpolarisasi, seperti pada gambar. Jika gelombang pada Gambar 38.28 mewakili resultan dari semua gelombang individual, bidang polarisasi adalah bidang xy.



Arah propagasi gelombang dalam gambar ini tegak lurus terhadap halaman. Panah menunjukkan beberapa kemungkinan arah dari vektor medan listrik untuk gelombang individu yang membentuk sinar yang dihasilkan. Pada suatu titik tertentu dan pada beberapa waktu, semua vektor medan listrik ini menambahkan untuk memberikan satu vektor medan listrik yang dihasilkan. Gelombang dikatakan terpolarisasi linier jika medan listrik resultan E bergetar dalam arah yang sama setiap saat pada titik tertentu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar b. (Kadang-kadang, gelombang seperti itu digambarkan sebagai terpolarisasi-pesawat, atau hanya terpolarisasi.) Bidang yang dibentuk oleh E dan arah propagasi disebut bidang polarisasi gelombang. Dimungkinkan untuk mendapatkan sinar terpolarisasi linier dari sinar tak terpolarisasi dengan menghilangkan semua gelombang dari balok kecuali mereka yang vektor medan listriknya berosilasi dalam satu bidang tunggal. Dispersi Penguaraian cahaya atau dispersi, yaitu peristiwa penguraian gelombang elektromagnetik berfrekuensi banyak (polikromatik) atas komponen-kompnennya yang berfrekuensi tunggal (monokromatik). Salah satu gejala alamiah yang terjadi sebagai akibat dispersi adalah pelangi. Gejala ini tentu sangat kita kenali, tetapi belum tentu kita pahami dengan baik. Medium pengurainya adalah titik-titik air di angkasa setelah hujan turun. Kita bisa menemukan gejala yang serupa dengan pelangi pada saat bertamasya di sekitar air terjun pada siang hari. Semenatara di dalam laboratorium, anda dapat menampilkan dispersi dengan menggunakan prisma atau kekisi penghambur (difraksi) atau melalui interferensi. Pada saat cahaya berada di dalam bahan prisma, warna-warna cahaya akan terpecah. Pecahan warna-warna ini akan keluar sebagai spektrum pelangi karena memiliki sudut pembelokan yang berbeda-beda.



Dispersi juga bisa terjadi pada lensa. Namun, seringkali dispersi seperti ini bersifat merugikan sehingga kehadirannya tidak diinginkan, misalnya pada lensa kamera. Untuk melenyapkan gejala dispersi pada lensa kamera kita dapat membuat susunan lensa yang akromatik. Cahaya putih akan masuk ke lensa pertama dan terjadi dispersi. Spektrum hasil dispersi lensa pertama akan masuk ke lensa kedua dan dikeluarkan sebagai cahaya putih lagi.



Interferensi Interferensi merupakan perpeduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak jika beda fasenya adalah 180 derajat, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan. Prinsip Huygens menerangkan bahwa setiap wave front (muka gelombang) dapat dianggap memproduksi wavelet atau gelombang-gelombang baru dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang gelombang sebelumnya. Wavelet bisa diumpamakan gelombang yang ditimbulkan oleh batu yang dijatuhkan ke dalam air.



Interferensi konstruktif



d sinθ=(2n)1/2 λ n=0,1,2……



Interferensi destruktif



d sinθ=(2n-1)1/2 λ n=1,2,3…..



Kita bisa melihat peristiwa interferensi pada gelembung sabun atau pada suatu lapisan minyak pada jalan yang tergenang air yang menimbulkan pita berwarna. Pita berwarna ini diakibatkan oleh interferensi cahaya yang dipantulkan dari permukaan atas dan bawah lapisan tersebut. Warna yang berbeda muncul karena keaneka ragaman dalam tebal film, yang menyebabkan interferensi untuk panjang gelombang yang berbeda pada titik yang berbeda. Sebagian cahaya dipantulkan dari bagian atas permukaan udara air. Karena cahaya merambat lebih lambat di air dari pada di udara, terdapat perubahan fase 180° pada cahaya yang dipantulkan ini. Sebagian cahaya masuk film dan sebagian dipantulkan oleh permukaan bagian bawah air-udara.



2. Apakah gejala interferensi pada celah sempit tunggal dan jamak sperti Fraunhoffer, Fresnell, dan Young berlaku untuk peristiwa interferensi yang terjadi pada: a. Gejala makroskopik seperti air. Berikan penjelasannya.



Gelombang pada permukaan air yang diberikan usikan maka akan terbentuk gelombang permukaan air yang terjadi karena adanya interferensi dan difraksi pada permukaan air. Untuk menunjukkan gejala interferensi gelombang dapat dipergunakan dua sumber getar berbentuk bola atau sumber getar berupa keping/plat yang diberi dua lubang/celah di mana celah tersebut dapat dianggap sebagai sumber getaran (gelombang). Untuk mengamati gejala interferensi gelombang agar teramati dengan jelas, maka kedua gelombang yang berinterferensi tersebut harus merupakan dua gelombang yang koheren. b. Gejala mikroskopik seperti difraksi kisi kristal. Berikan penjelasannya.



c. Gejala semimikro seperti perubahan warna pada merak. Berikan penjelasannya.



Gejala semimikro seperti perubahan warna pada merak. Perubahan warna pada bulu merak terjadi karena perubahan sudut sinar datang atau berubah ketika kita melihat bulu-bulu merak dari berbagai sudut bukan karena pigmen, dikombinasikan dengan struktur kompleks lekukan dan lapisan seperti piring yang disebut mikro-lamellae Pada bulu burung merak, difraksi dan interferensi terjadi pada lapisan melanin. Lapisan melanin bersifat seperti cermin sehingga dapat memantulkan cahaya. Lapisan melanin pada bulu merak seperti batang-batang yang yang tersusun parallel. Susunan melanin ini berperan sebagai kisi refleksi (Gambar a) sehingga saat cahaya polokromatik datang akan terdifraksi dan terurai sesuai dengan panjang gelombang menjadi cahaya tampak. Jarak antar batang melanin rata-rata seragam 0,25x10-6 m.