LAPORAN UNIT 2 INTERFEROMETER MICHELSON (Ghoziyah Shaf - 1812040006 - Pendidikan Fisika B) [PDF]

Citation preview

1



Kelompok Nama



: 1 (Satu) : Ghoziyah Shaf



NIM : 1812040006 Nama anggota kelompok: 1. Yulita Vensi Benedikta 2. Rahmawati 3. Mukrimatul Khairah 4. Nurfadillah. R Nama Asisten : Agustina Limbong Allo LABORATORIUM FISIKA UNIT FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FMIPA UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR 2020



2



II. INTERFEROMETER MICHELSON



A. PENDAHULUAN



Albert Abraham Michelson (1852–1931) lahir di Strelno Prussia, (sekarang Polandia) pada tanggal 19 Desember 1852. Dua tahun setelah kelahirannya, Michelson pindah ke Amerika Serikat dan bermukim di kota Virgina Nevada. Pada tahun 1869 Michelson kemudian pindah ke Annapolis dan menjadi seorang Albert A. Michelson



instruktur sains di Akademi Angkatan Laut. Sebuah peristiwa di bulan November 1877telah



mengubah hidup Michelson. Saat itu, Michelson sedang mempersiapkan kuliah untuk mendemonstrasikan metode Foucault dalam menentukan kecepatan cahaya. Tiba-tiba muncul gagasan dalam pikirannya bahwa jika ia mengkolimasi (collimated) berkas cahaya pada demonstrasi itu, maka dapat diperoleh lintasan optik yang jauh lebih panjang dari pada yang ada saat itu sekaligus juga akan memberikan sensitivitas yang lebih tinggi. Dua tahun berikutnya, berkat sifat antusiasmenya, dengan talenta mekanika yang dimilikinya serta dengan sokongan dana sebesar $2000 dari mertuanya, Michelson berhasil mewujudkan gagasan yang tertanam di otaknya itu. Atas kesuksesan ini dan saran dari seorang astronom Simon Newcomb, Michelson lalu memutuskan untuk berkarir di bidang fisika dan berangkat ke Eropa selama dua tahun dengan tujuan memperdalam ilmu fisika. Di laboratorium Helmholtz yang terletak di Berlin, Michelson kemudian merancang dan membuat sebuah eksperimen yang fundamental. Dalam pikirannya telah terbayang sebuah konstruksi baru interferometer, yang cukup peka untuk mengukur efek orde kedua yang diakibatkan oleh kecepatan gerak bumi terhadap eter –sebuah zat ganjil, semacam fluida yang



3



dihipotesiskan oleh fisikawan pada masa itu sebagai medium untuk membawa getaran cahaya. Namun, dari eksperimen yang dilakukannya diperoleh hasil nihil. Michelson kecewa. Dia telah gagal mengukur kecepatan eter. Pada tahun 1882, Michelson berkolaborasi dengan Edward Morley dalam beberapa penelitian termasuk penelitian yang telah dilakukannya di Berlin dalam mencoba mengukur kecepatan eter. Morley, seorang eksperimenter yang terampil, banyak memberikan kontribusi besar dalam desain dan pelaksanaan eksperimen dengan menggunakan interferometer buatan Michelson. Sekali lagi, mereka masih menuai hasil nihil. Kelihatannya tidak mungkin untuk mendeteksi adanya gerakan dalam eter. Padahal eksperimen Michelson dan Morley ini oleh fisikawan dianggap sebagai metode eksperimen yang paling baik dari berbagai macam metode untuk mengukur kecepatan eter. Belakangan, hasil nihilnya justru merupakan hasil temuan yang baru bahwa tidak terdapat zat seperti eter itu. Michelson kelihatannya harus berterima kasih atas kerja teoritis Einstein dalam bidang relativitas khusus, meskipun hingga akhir hayatnya dia tak pernah bisa mempercayai bahwa cahaya bukan merupakan getaran yang terjadi dalam medium sejenis hantu eter. Pada tahun 1889 Michelson pergi ke Universitas Clark lalu pindah ke Universitas Chicago tiga tahun kemudian untuk menjabat sebagai ketua jurusan fisika di universitas tersebut. Dalam melakukan penelitiannya yang melelahkan dan menguras energi, serta pada masa-masa sulit pernikahan pertamanya,



Michelson



masih



aktif



dalam



pengajaran



fisika



dan



pengembangan penelitian di Chicago. Michelson juga adalah salah seorang di antara pendiri American Physical Society, yang kemudian menjadi presiden keduanya. Bertahun-tahun Michelson bekerja membuat kisi difraksi yang lebih baik dari kisi yang dibuat oleh Henry Rowland. Tetapi Michelson lebih dikenal sebagai orang yang melakukan pengukuran untuk standarisasi meter internasional di Paris yang didasarkan pada panjang gelombang



4



cahaya cadmium. Michelson juga adalah orang pertama yang dapat mengukur diameter sudut sebuah bintang yang dilakukannya dalam usia 67 tahun dengan menggunakan alat interferometer kesayangannya. Michelson, sepanjang karirnya, hampir telah merambah semua bidang di fisika. Tetapi, barangkali karena naluri khusus yang tampak dimilikinya, dia paling ahli dalam bidang optika. Atas berbagai hasil karyanya dalam bidang fisika, pada tahun 1907 A. A. Michelson di anugerahi penghargaan nobel fisika terutama atas karyanya berupa alat instrumen optis yang presisi (interferometer) serta penelitiannya dalam bidang spektroskopik dan metrologi dengan bantuan alat tersebut. Berkas cahaya pada hakikatnya merupakan osilasi gelombang dari medan listrik dan medan magnet. Bila dua atau lebih berkas cahaya bertemu, kedua medan tersebut akan bergabung menurut prinsip superposisi, sehingga akan teramati gejala interferensi. Pengamatan gejala interferensi berdasarkan prinsip superposisi pertama kali dilakukan oleh Thomas Young. Dalam eksperimennya, Young meloloskan seberkas cahaya pada celah tunggal yang sempit dan jatuh pada dua celah yang berdekatan. Di belakang kedua celah tersebut, Young menempatkan sebuah layar untuk menangkap gejala interferensi yang dihasilkan. Percobaan ini menegaskan sebuah bukti penting bahwa cahaya pada hakikatnya merupakan sebuah gelombang (Prinsip Huygens). Tahun 1881, A. A. Michelson membangun interferometer berdasarkan prinsip percobaan Young. Interferometer ini akan digunakan untuk menguji keberadaan “eter”, yaitu sebuah media hipotetik yang dianggap sebagai medium perambatan cahaya. Bersama Morley, hasil percobaan Michelson menunjukkan bahwa hipotesis eter tidak dapat diterima. Skema perangkat interferometer Michelson diperlihatkan dalam Gambar 6.1. Gambar 6.1 menunjukkan seberkas cahaya laser menumbuk beam splitter. Beam splitter ini berfungsi memecah berkas sehingga 50% cahaya



5



yang jatuh padanya dipantulkan dan 50% sisanya diteruskan. Berkas cahaya pantul bergerak menuju M2 dan berkas cahaya yang diteruskan bergerak menuju M1. Kedua cermin M1 dan M2 kemudian memantulkan kembali berkasberkas cahaya tersebut kembali ke beam splitter. Setengah dari masingmasing berkas cahaya pantul dari M 1 dan M2 kemudian di teruskan ke viewing screen, dan teramati pola lingkaran gelap-terang-gelap-terang konsentris. Oleh karena berkas cahaya interferensi bersumber dari berkas yang sama, maka berkas-berkas ini akan memiliki fase yang sama. Perbedaan fase relatif pada saat bertemu bergantung pada panjang lintasan optiknya. Panjang lintasan optik berkas cahaya pantul dapat diubah dengan menggerakkan M 1. Karena berkas cahaya bergerak dua kali antara M 1 dengan beam splitter maka menggerakkan M1 sejauh ¼ menuju beam splitter akan mengurangi lintasan optik sebesar ½ . Pada kondisi ini, pola interferensi akan berubah, jari-jari maksimum berkurang dan akan menempati posisi minima sebelumnya.



Gambar 6.1 Skemainterferometer Michelson



6



Dengan menggerakkan cermin perlahan-lahan sejauh d m, dan menghitung N, yaitu banyaknya pola interferensi yang kembali ke kondisi awal, maka panjang gelombang cahaya dapat dihitung dengan persamaan berikut. = 2 dm N



(6.1)



TUGAS PENDAHULUAN: 1. Apa yang dimaksud dengan interferensi? 2. Mengapa pola interferensi yang dihasilkan dalam percobaan interferometer Michelson berupa frinji melingkar?



Gambar 6.2. Pola Frinji melingkar yang terlihat dalam percobaan



3. Buktikanlah persamaan (6.1) dengan menganalisis skema percobaan pada gambar 6.1! 4. Misalkan terdapat dua sumber cahaya A dan B yang identik seperti pada Gambar 6.2 berikut. Apakah syarat yang harus dipenuhi agar terjadi interferensi konstruktif pada titik Q yang terletak pada layar? Q



A B



Gambar 6.3.



7



5. Anda diminta menentukan panjang gelombang sumber cahaya pada gambar di atas. Bagaimana Anda melakukannya? Jelaskan! 6. Jelaskan bagaimana percobaan Interferometer Michelson mampu menyanggah keberadaan medium eter!



REFERENSI: Instruction Manual and Experiment Guide for PASCO Scientific Models OS9255A rd



Serway, et. al. 2005. Modern Physics 3 Edition. Thompson Learning. Hecht, E. 2017. Optics. London: Pearson Education.



B. TUJUAN Setelah Anda melakukan percobaan ini, Anda diharapkan dapat : 1. Menjelaskan prinsip kerja/konsep interferometer Michelson 2. Mengukur panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan



C. ALAT DAN BAHAN



Perangkat alat Interferometer Michelson



Set pelengkap alat Interferometer



8



Laser He-Ne Model 155



Laser Alignment Bench



D. METODE PRAKTIKUM Penyetelan Peralatan dan Prosedur Kerja



Gambar 6.4. Tampilan perangkat percobaan yang siap digunakan



Untuk melakukan eksperimen ini, ikutilah langkah-langkah berikut. 1. Atur posisi laser dan interferometer untuk mode Michelson (mintalah petunjuk dari Pembimbing Anda) 2. Atur posisi viewing screen sehingga salah satu tanda pada skala milimeter segaris dengan frinji pola interferensi. 3. Putar tombol mikrometer searah jarum jam. Hitunglah jumlah frinji yang melewati tanda interferensi yang telah Anda buat (minimal 20 frinji). Anda bebas menentukan garis skala pada layar sebagai penanda untuk 1 frinji.



9



4. Catatlah dm. Ingat setiap divisi kecil pada mikrometer sebanding -6



dengan 10 meter pada jarak gerakan cermin.



5. Catat jumlah transmisi frinji N 6. Lanjutkan memutar tombol mikrometer seperti pada langkah 5 dan 6. Catat dm. Ulangi langkah ini minimal 5 kali. 7. Catat data hasil pengamatan Anda dalam table pengamatan 8. Hitung dan rata-ratakan nilai panjang gelombang yang Anda peroleh