Lap - Eksperimen Interferometer Michelson [PDF]

Citation preview

EKSPERIMEN INTERFEROMETER MICHELSON RANCANGAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA II



Oleh : Nama NIM Kelompok Shift/Tanggal Asisten



: Tsamara Ghinah S.W. : 171810201048 : A4 : 07.00-12.20 :



LABORATORIUM OPTOELEKTRONIK DAN FISIKA MODERN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM 2020



Summary (Ringkasan) Interferometer Michelson; Tsamara Ghinah Salsabilah Wijaya, 171810201048; 2020; 14 halaman; Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Univesitas Jember. Michelson melakukan percobaan pertama dari kecepatan cahaya pada tahun 1877. Percobaan itu adalah bagian dari kelas demonstrasi. Michelson mulai merencanakan penyempurnaan dari cermin berputar Leo Foucoult yang digunakan untuk mengukur kecepatan cahaya.



Pada tahun 1878, Michelson melalukan



pengukuran awal dengan peralatan seadanya dan menerbitkan hasil 299.910±50 km/s pada tahun 1879. Interferometer Michelson adalah alat yang digunakan untuk



mengukur



kecepatan



eter



sebagai



medium



perambatan



cahaya.



Interferometer digunakan untuk mengetahui pola-pola interferensi gelombang. Interferometer michelson memiliki fungsi lain sebagai penentuan panjang gelombang cahaya tertentu, mengetahaui pola penguatan interferensi yang terjadi dan beberapa fungsi lainnya. Percobaan inteferometer dilakukan dengan tujuan mengetahui pengaruh jumlah frinji pada besar dan mengetahui kalibrasi alat yang digunakan. Eksperimen dilakukan dengan cara menggeser mikrometer sekrup sebanyak jumlah frinji. Pada eksperimen ini digunakan perbandingan N=10 dan N=25. Dari hasil yang di dapatkan kesimpulan yang sesuai dengan literatur, dimana jumlah frinji akan selalu berbanding lurus dengan besar pergeseran cermin.



ii



DAFTAR ISI



Summary (Ringkasan)..................................................................................................ii DAFTAR ISI................................................................................................................iii DAFTAR TABLE........................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR....................................................................................................v DAFTAR LAMPIRAN................................................................................................vi BAB I. PENDAHULUAN.............................................................................................1 1.1



Latar Belakang...................................................................................................1



1.2



Rumusan Masalah..............................................................................................1



1.3



Tujuan................................................................................................................2



1.4



Manfaat..............................................................................................................2



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA...................................................................................3 BAB 3. METODE PENELITIAN................................................................................6 3.1 Alat dan Bahan.......................................................................................................6 3.2.1 Rancangan Penelitian........................................................................................6 3.2.2 Langkah Praktikum...........................................................................................7 3.4 Metode Analisis Data.............................................................................................8 3.4.1 Ralat..................................................................................................................8 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................................10 4.1



Hasil.............................................................................................................10



4.2



Pembahasan.................................................................................................11



BAB V PENUTUP......................................................................................................13 5.1 Kesimpulan.......................................................................................................13 5.2 Saran.................................................................................................................13 DAFTAR PUSTAKA.................................................................................................14



iii



DAFTAR TABLE Tabel 4. 1 Hasil Interferometer dengan N Kelipatan 10...................................................15 Tabel 4. 2 Hasil Interferometer dengan N kelipatan 25....................................................16



iv



DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Pola Penampakan Frinji Dalam Hubungannya dengan Sudut θ...................9Y Gambar 3. 1 Diagram Alir Rancangan Praktikum..............................................................1 Gambar 4. 2 Grafik Hubungan N dan dm........................................................................15 Gambar 4. 3 Grafik Hubungan N dan dm........................................................................16



v



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran-lampiran.................................................................................................15



vi



1



BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Interferometer Michelson adalah alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan eter sebagai medium perambatan cahaya. Interferometer digunakan untuk mengetahui pola-pola interferensu gelombang. Percobaan interfermeter michelson pertama kali di uji coba pada abad-19 oleh Michelson dan Morley. Percobaan ini membuktikan keberadaan eter. Eter saat itu di duga



sebagai



medium perambatan gelombang cahaya. Eksperimen yang dilakukan berdasarkan prinsip resultan kecepatan cahaya tersebut menghasilkan kesimpulan bahwa keberadaan eter tidak pernah ada (Soedojo, 1992). Eksperimen ini dilakukan dengan langkah pertama, menyusun semua alat sesuai dengan desain percobaan. Laser He-Ne di posisikan di depan lensa interferometer michelson. Tutup salah satu dari M1 atau M2, lalu atur agar cahaya menjadi berhimpit. Putar skrup pengatur M1/M2 sehingga pola interferensinya sesuai dengan pola yang diinginkan. Mikrometer skrup lalu diatur pada setengah skala utama. Setelah itu atur semua skala sesuai dengan ketentuan dan catat posisi d25. Langkah-langkah diulangi untuk setiap besar friji yang berbeda. Praktikum interferometer dilakukan untuk menentukan tetapan kalibrasi (k) interfero meter dengan menggunakan laser HeNe. Perkembangan selanjutnya dari interferometer michelson, tidak hanya digunakan sebagai pembukti ada tidaknya eter tapi juga digunakan sebagai penentuan panjang gelombang cahaya tertentu, pola penguatan interferensi yang terjadi. Mengingat banyaknya kegunaan dari interferometer michelson, maka sangat penting untuk dilakukan praktikum. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam praktikum Interferometer Michelson adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana hubungan antara jumlah friji (N) dengan pergeseran cermin (dm) dilihat dari bentuk dan pola pengamatan grafik yang terbentuk?



2



2. Berapa nilai tetapan kalibrasi k1 dan k2 dari analisa grafik maupun penurunan kuantitatif yang dilakukan dan bagaimana hubungan antar keduanya? 1.3 Tujuan Adapun tujuan dilakukannya praktikum interferometer michelson adalahn sebagai berikut : 1. Mengetahui hubungan antara jumlah friji (N) dengan pergeseran cermin (dm) dilihat dari bentuk dan pola pengamatan grafik yang terbentuk. 2. Mengetahui nilai tetapan kalibrasi k1 dan k2 dari analisa grafik maupun penurunan kuantitatif yang dilakukan dan bagaimana hubungan antar keduanya. 1.4 Manfaat Eksperimen



interferometer



michelson



memberikan



pengetahuan



pada



praktikan mengenai ketidakadaan eter. Selain itu interferometer michelson memiliki fungsi lain sebagai penentuan panjang gelombang cahaya tertentu, mengetahaui pola penguatan interferensi yang terjadi dan beberapa fungsi lainnya. Banyak manfaat yang dapat dirasakan dari eksperimen interferometer michelson dalam optika dan gelombang, sehingga sangat penting untuk mempelajarinya.



3



BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA Michelson melakukan percobaan pertama dari kecepatan cahaya pada tahun 1877. Percobaan itu adalah bagian dari kelas demonstrasi. Michelson mulai merencanakan penyempurnaan dari cermin berputar Leo Foucoult yang digunakan untuk mengukur kecepatan cahaya.



Pada tahun 1878, Michelson melalukan



pengukuran awal dengan peralatan seadanya dan menerbitkan hasil 299.910±50 km/s pada tahun 1879.



Pada tahun 1887 Michelson dan Morley melakukan



sebuah percobaan terhadap gerakan bumi pada eter. Hipotesis mereka cahaya merambat pada medium eter, namun hasil menunjukkan null (Beiser, 2003) Interferensi gelombang merupakan perpaduan antara dua gelombang atau lebih pada suatu daerah tertentu pada saat yang bersamaan. Interferensi gelombang yang mempunyai frekuensi, amplitude dan merambat pada garis lurus dengan kecepatan yang sama tapi berlawanan arah akan menghasikan gelombang stasioner atau gelombang diam. Interferensi destruktif (saling meniadakan) terjadi saat gelombang-gelombang saling berlawanan. Sedangkan interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi jika gelombang-gelombang yang mengambil bagian dalam interferensi memiliki fase yang sama. Interferensi konstruksi juga bisa di sebut dengan superposisi gelombang (Bahrudin, 2006). Interferometer Michelson adalah seperangkat alat yang memanfaatkan kejadian interferensi. Prinsip interferensi adalah kenyataan optik (d) akan membentuk suatu frinji. Percobaan ini menegaskan bahwa cahaya adalah gelombang (Halliday, 1993). Dalam interferometer, kedua gelombang berinterferensi diperoleh dengan jalan membagi intensitas gelombang semula. Contohnya interferometer michelson yang menghasilkan kesimpulan negatif tentang adanya eter. Interferometer juga berguna dalam pengukuran indeks bias dan jarak. Prinsip kerja dari percobaan Michelson adalah menghasilkan beberapa variasi konfigurasi. Pola interferensi yang berbentuk lingkaran gelap-terang dapat terjadi, hubungan fase antara gelombang-gelombang di sembarang titik pada pola interferensi harus koheren (Tjia, 1994).



4



Gambar 2. 1 Pola Penampakan Frinji Dalam Hubungannya dengan Sudut θ (Sumber : Bahrudin, 2006) Interferensi gelombang dari dua sumber tidak teramati kecuali sumbernya koheren, atau perbedaan fase diantara gelombang konstan terhadap waktu. Karena berkas cahaya pada umumnya adalah hasil dari jutaan atom yang memancar secara bebas, dua sumber cahaya biasaya tidak koheren. Korehesi dalam optika sering dicapai dengan membagi cahaya menjadi dua berkas atau lebih kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola interferensi. Pembagian ini dapat dicapai dengan memantulkan cahaya dari dua permukaan berbeda (Tipler, 1991). Prinsip reflektansi dan transmisivitas pada eksperimen Interferometer Michelson jelaskan sebagai berikut, sinar dikirim maju mundur melalui gas beberapa melalui sepasang cermin sejajar. Hal ini akan merangsang emisi berdasarkan sebanyak mungkin atom yang tereksitasi. Salah satu cermin itu tembus cahaya sebagian, sehingga sebagian dari berkas sinar itu muncul sebagai berkas sinar ke luar. (Zemansky, 1994). Dengan mengarahkan micrometer berlahan-lahan pada jarak dm tertentu, serta menghitung jumlah lingkaran N, berapa kali pola friji kembali pada pola awal, maka panjang gelombang cahaya (λ) akan dapat di tentukan dengan persamaan : λ=



2.dm N



l=k . dm



(2.1) (2.2)



Dimana k adalah tetapan kesembandingan (kalibrasi) yang dapat di temukan dengan persamaan :



5



k=



N .λ 2.dm



(2.3)



Dengan kalibrasi ini maka interferometer dapat digunakan untuk mengukur panjang gelombang (Hariharan, 2007).



6



BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum Interferensi Michelson adalah : 1. Meja interferometer (precision interferometer, OS-2955A) yang berfungsi sebagai tempat meletakkan perlengkapan interferometer Michelson. 2. Sumber laser He-Ne (OS-9171) berfungsi sebagai sumber cahaya yang akan digunakan dalam eksperimen interferometer Michelson. 3. Bangku lase He-Ne (OS-9172) berfungsi sebagai tempat meletakkan laser He-Ne. 4. Perlengkapan interferometer Michelson : a) Beam splitter sebagai pemisah berkas cahaya menjadi dua bagian. Sebagian menuju Movable mirror (M1) dan sebagian lagi menuju Adjustable mirror (M2). b) Compensator memilki fungsi menyamakan fasa gelombang yang berasal dari suber cahaya (laser He-Ne). c) Movable mirror (M1) berfungsi sebagai transmisi berkas menuju pemisah bekas dan dari pemisah berkas, sebagian dari berkas cahaya tersebut akan direfleksikan oleh pemisah berkas menuju layar pengamatan dengan posisinya yang berubah-ubah. d) Adjustable mirror (M2) berfungsi sebagai pereflaksi berkas menuju pemisah bekas dan dari pemisah berkas, sebagian dari berkas cahaya tersebut akan ditransmisikan oleh pemisah berkas menuju layar pengamatan dengan posisinya yang tetap. e) Convex lens 18 nm memiliki fungsi sebagai pemfokus serta penyebar berkas cahaya yang berasal dari sumbercahaya (laser HeNe). 3.2 Desain Eksperimen 3.2.1 Rancangan Penelitian Adapun rancangan praktikum di jelaskan dalam diagram alir berikut :



7



Indentifikasi Tinjauan Pustaka Variable Penelitian Kegiatan Eksperimen Data Analisis Kesimpulan



Gambar 3. 1 Diagram Alir Rancangan Praktikum 3.2.2 Langkah Praktikum Adapun langkah kerja dari praktikum Interferometer Michelson : 1. Peralatan disusun sedemikian rupa, dimana posisi adjustable mirror dan Movable mirror di posisikan tegak lurus dengan sudut 90odengan splitter diposisikan ditengah sebagai acuan.



Gambar 3.1 Rangkaian Interferometer Michelson 2. Laser He-Ne diletakkan tepat didepan lensa sejajar dengan meja interferometer Michelson. 3. Adjustable mirror (M2) ditutup, kemudian posisi Movable mirror (M1) diatur hingga berkas pantulnya dapat diamati pada layar pengamatan. Dengan cara yang sama posisi Adjustable mirror



8



(M2) diatur, hingga berkas cahaya dari M2 berimpit dengan berkas cahaya dari M1. 3. Secara perlahan skrup pengatur M2 diputar hingga pola interferensinya dapat diamati dengan jelas pada layar pengamatan. 4. Posisi mikrometer skrup diatur pada skala setengah utama, serta perubahan frinji pada layar pengamatan diamati. 5. Mikrometer diputar satu putaran penuh berlawanan arah jarum jam. Secara perlahan micrometer diputar kembali sampai angka nol pada knop berimpit dengan garis tanda. 6. Pada layar dibuat garis yang berimpit dengan salah satu tepi lingkaran frinji yang dipilih, yang nantinya akan menjadi acuan dalam manghitung jumlah perubahan frinji (N). 7. Posisi awal mikrometer dicatat sebelum memulai melakukan penghitungan. 8. Knop mikrometer diputar secara perlahan berlawanan dengan arah jarum jam, pada saat yang bersamaan banyaknya frinji yang melintasi batas tersebut dihitung. Knop diputar sampai jumlah frinji N=25. Dan posisi mikrometer yang baru dibaca kembali (dm). 9. Posisi d25 dicatat sehingga jarak mikrometer dapat dihitung menurut langkah 8 dan 9. 10. Langkah 9 dan 10 diulang untuk jumlah frinji yang berbeda. Jumlah frinji tersebut dibuat kelipatan 25, lakukan pengamatan hingga diperoleh 10 data frinji yang berbeda. 3.4 Metode Analisis Data 3.4.1 Ralat Ralat dari percobaan Interferometer Michelson adalah sebagai berikut : a. menentukan panjang gelombang cahaya λ=



2d N



b. menentukan panjang gelombang cahaya setelah dikalibrasi λ = 2kd/N



9



3.4.2 Desain Percobaan



Gambar 3.2 Susunan eksperimen Interferometer Michelson ( Sumber : Tim Penyusun,2020 ).



10



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Hasil yang di dapatkan dari praktikum Interferometer Michelson adalah sebagai berikut : Tabel 4. 1 Hasil Interferometer dengan N Kelipatan 10 No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.



1



di 2



3



5 9 12 16 20 23 26 29 32 35



8 11 15 20 24 27 31 34 37 41



7 11 16 20 23 26 31 36 39 43



D0



0



m



0,332



k



x



y



0,166



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



5 9 12 16 20 23 26 29 32 35



Hubungan Antara N dan dm 40 30 N



20 10 0 0



20



40



60



80



100



dm



Gambar 4. 1 Grafik Hubungan N dan dm



120



K



0,006471



11



Tabel 4. 2 Hasil Interferometer dengan N kelipatan 25 No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.



D0



0



300 250



1



di 2



3



11 19 29 37 46 56 64 72 81 90



12 20 28 37 46 55 63 71 79 87



13 24 34 45 53 63 71 81 90 99



m



2,841



k



x



y



2,841755



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



5 9 12 16 20 23 26 29 32 35



K



0,006471



Hubungan Antara N dan dm



200 150 N 100 50 0 0



10



20



30



40 dm50



60



70



80



90 100



Gambar 4. 2 Grafik Hubungan N dan dm 4.2 Pembahasan Tujuan dari eksperimen Interferometer Michelson adalah mengetahui pengaruh jumlah friji pada pergeseran cermin. Percobaan dilakukan dengan menggeser mikrometer skrup sebanyak jumlah N friji yang diinginkan. Percobaan pertama dilakukan dengan kelipatan N sebanyak 10 kali dan percobaan kedua dilakukan dengan N kelipatan 25. Hasil dari percobaan pertama ditunjukkan pada tabel 4.1 dan tabel 4.2. Menurut literatur yang telah di pelajari sebelumnya, jika semakin besar friji yang maka pergeseran cermin akan semakin besar pula. Kedua hasil dari dua percobaan dibandingan dan hasinya sesuai dengan literatur. Jumlah friji pada percobaan pertama lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah friji pada



12



percobaan kedua. Grafik dari kedua tabel menunjukkan grafik positif, hingga dapat di simpulkan semakin banyak frinji yang terbentuk makan semakin besar pergeseran cerminnya. Tujuan kedua dari praktikum interferometer michelson adalah mengetahui tetapan kalibrasi (K1 dan K2) dari analisa grafik. dalam eksperimen ini, nilai 𝐾1 bergantung dari pemosisian Adjustable Mirror dan Movable Mirror. Pemosisian yang dimaksud berkaitan dengan jarak Adjustable Mirror maupun Movable Mirror terhadap split dan posisi sudut kedua mirror tersebut terhadap split. Posisi sudut yang paling tepat dalam memperoleh nilai kalibrasi awal 𝐾1 yang valid adalah ketika Adjustable Mirror dan Movable Mirror dalam keadaan tegak lurus atau 90 derajat dengan posisi split ditengah sebagai titik nol. Pada eksperimen dengan N = 10, hasil dari kalibrasi menunjukkan hasil 0,166 dan pada eksperimen dengan N= 25 hasil kalibrasi menunjukkan hasil 1,4205. Hasil kalibrasi keduanya berbeda dikarenakan perbedaan nilai slope saat percobaan pertama dan kedua. Namun secara keseluruhan kalibrasi dari kedua percobaan dapat dikatakan telah mendekati nilai baik.



13



BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat di tarik dari hasil eksperimen Interferometer Michelson adalah : 1. Jumlah frinjin berbanding lurus dengan besar pergeseran cermin, semakin besar jumlah frinji maka semakin besar pergeseran cermin. 2. Kalibrasi dari alat interferometer yang digunakan cukup baik. 5.2 Saran Saran yang dapat diberikan dalam praktikum ini adalah, praktikan diharapkan lebih teliti dalam mengambil data agar tidak terjadi kesalahan data. Dalam pengolahan data sebaiknya lebih rapi lagi, agar tidak membingungkan pembaca. Praktikan juga diharapkan berkomunikasi satu sama lain dengan lebih baik agar tidak terjadi kesalahpahaman saat mengerjakan data.



14



DAFTAR PUSTAKA



Bahrudin, Drs. MM. 2006. Kamus Fisika Plus. Bandung: Epsilon Group Beiser, Arthur. 2003. Concepts of Modern Physics Sixth Edition. New York: Mc Graw Hill Halliday, Resnick.1986. Fisika Jilid 2 edisi ketiga. Jakarta: Erlangga Hariharan, P. 2007. Basic Of Interferometry. Sydney: Academic Press Tipler. 1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga Zemansky, Sears. 1994. Fisika untuk Universitas 3 Optika Fisika Modern. Bandung: Binacipta



15



Lampiran Hasil Interferometer dengan N Kelipatan 10 No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.



1



di 2



3



5 9 12 16 20 23 26 29 32 35



8 11 15 20 24 27 31 34 37 41



7 11 16 20 23 26 31 36 39 43



D0



0



m



0,332



k



x



y



0,166



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



5 9 12 16 20 23 26 29 32 35



Hubungan Antara N dan dm 40 30 N



20 10 0 0



20



40



60



80



100



dm



Grafik Hubungan N dan dm, N = 10x



120



K



0,006471



16



Hasil Interferometer dengan N kelipatan 25 No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.



D0



0



300 250



1



di 2



3



11 19 29 37 46 56 64 72 81 90



12 20 28 37 46 55 63 71 79 87



13 24 34 45 53 63 71 81 90 99



m



2,841



k



x



y



2,841755



10 20 30 40 50 60 70 80 90 100



5 9 12 16 20 23 26 29 32 35



Hubungan Antara N dan dm



200 150 N 100 50 0 0



10



20



30



40 dm50



60



70



80



Grafik Hubungan N dan dm. N=25x



90 100



K



0,006471