INTERFERENSI DAN DIFRAKSI

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1      Interferensi Cahaya

Interferensi cahaya terjadi jika dua (atau lebih) berkas cahaya kohern dipadukan. Di bagian ini kita akan mempelajari interferensi antar dua gelombang cahaya kohern. Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun jika beda fase kedua gelombag sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut.

Dua berkas cahaya disebut kohern jika kedua cahaya itu memeiliki beda fase tetap. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya berbeda fase 180^o. Sedangkan interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi jika kedua gelombang cahaya sefase atau beda fasenya nol. Interferensi destruktif maupun interferensi konstruktif dapat diamati pada pola interferensi yang terjadi.

2.1.1        Interferensi Celah Ganda

Hasil interfensi pada layar yang berupa garis – garis terang dan garis gelap berngantung pada lintasan berkas cahaya dari S₁ dan S₂.  Apabila jarak kedua celah d jauh lebih kecil dari jarak celah dengan layar l(d<<1), maka beda lintasan untuk sembarang titik P adalah S₂P-S₁P=S₂R=d sin .

 Berdasarkan gambar di atas, selisih lintasan antara berkas S₁ dan d sin θ, dengan d adalah jarak antara dua celah.

Ø  Interferensi Maksimum (Terang)

Interferensi maksimum pada celah ganda akan terjadi jika kedua gelombang memiliki fase yang sama, yaitu ketika beda lintasannya sama dengan nol atau kelipatan dari panjang gelombang. Jadi interferensi maksimum (garis terang) terjadi jika

d sin θ = n λ

 

                                                     dengan n =0, 1, 2, 3, …

atau

p      :  jarak dari terang ke-n dari terang pusat (meter)

d     :  jarak antara kedua celah (meter)

ℓ      :  jarak antara celah dengan layar (meter)

n      :  bilangan (1,2,3…dst)

λ      :  panjang gelombang (meter)

Ø  Interferensi Minimum (Gelap)

Interferensi minimum pada celah ganda akan terjadi jika kedua gelombang berbeda fase sebesar 180⁰, yaitu ketika beda lintasannya sama dengan bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang.

d sin θ = n λ

 

dengan n =0, 1, 2, 3, …

atau

p      :  jarak dari gelap ke-n dari terang pusat (meter)

2.1.2        Interferensi Lapisan Tipis

Interferensi dapat terjadi pada lapisan tipis seperti lapisan sabun dan lapisan minyak. Jika seberkas cahaya mengenai lapisan tipis sabun atau minyak, sebagian berkas cahaya dipantulkan dan sebagian lagi dibiaskan kemudian dipantulkan lagi. Gabungan berkas pantulan langsung dan berkas pantulan setelah dibiaskan ini membentul pola interferensi.

Seberkas cahaya jatuh ke permukaan tipis dengan sudut datang i. Sebagian berkas langsung dipantulkan oleh permukaan lapisan tipis (sinar a), sedangkan sebagian lagi dibiaskan dulu ke dalam lapisan tipis dengan sudut bias r dan selanjutnya dipantulkan kembali ke udara (sinar b).

Sinar pantul yang terjadi akibat seberkas cahaya mengenai medium yang indeks biasnya lebih tinggi akan mengalami pembalikan fase (fasenya berubah 180^o), sedangkan sinar pantul dari medium yang indeks biasnya lebih kecil tidak mengalami perubahan fase. Jadi, sinar a mengalami perubahan fase  180^o, sedangkan sinar b tidak mengalami perubahan fase. Selisih lintasan antara a dan b adalah 2d cos r.

-          Syarat terjadinya interferensi konstruktif (pola terang):

2d cos r = (m – ½ ) λ ; m = 1, 2, 3, …

-          Syarat terjadinya interferensi destruktif (pola gelap):

2d cos r = m λ ; m = 0, 1, 2, 3, …

2.1.3        Cincin Newton

Fenomena cincin Newton merupakan pola interferensi yang disebabkan oleh peman  tulan cahaya di antara dua permukaan, yaitu permukaan lengkung (lensa cembung) dan permukaan datar yang berdekatan. Ketika diamati menggunakan sinar monokromatis akan terlihat rangkaian pola konsentris (sepusat) berselang-seling antara pola terang dan pola gelap.

Jika diamati dengan cahaya putih (polikromatis), terbentuk pola cincin dengan warna-warni pelangi karena cahaya dengan berbagai panjang gelombang berinterferensi pada ketebalan lapisan yang berbeda. Cincin terang terjadi akibat interferensi destruktif.

Cincin di bagian luar lebih rapat dibandingkan di bagian dalam. Dengan R adalah jari-jari kelengkungan lensa, dan panjang gelombang cahaya dalam kaca adalah λ,

-          Radius cincin terang ke-n, yaitu r_n dapat dihitung dengan:

               dengan m = 1, 2, 3, …

-           Radius cincin gelap ke-n, yaitu  r_n dapat dihitung dengan rumus:

dengan m = 0, 1, 2, 3, …

2.2      Difraksi Cahaya

Difraksi merupakan peristiwa pelenturan cahaya, karena adanya penghalang misalnya celah kisi. Difraksi juga bisa dijelaskan sebagai "pembelokan cahaya disekitar sebuah rintangan".

Difraksi Fresnel terjadi Apabila suatu seumber cahaya dan layar relatif dekat ke kisi yang membentuk pola difraksi.

Difraksi Fraunhofer terjadi Apabila sumber, kisi dan layar cukup jauh jaraknya, sehingga semua garis dari sumber ke kisi dapat dianggap sejajar. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Hal ini bisa diterangkan oleh prinsip Huygens.

2.2.1        Difraksi Celah Tunggal

 Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, seperti pada gambar , akan dibelokan dengan sudut  belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.Pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensi

2.2.2        Difraksi Celah Majemuk (Kisi)

Kisi adalah celah sangat sempit yang dibuat dengan menggores sebuah lempengan kaca dengan intan. Sebuah kisi dapat dibuat 300 sampai 700 celah setiap 1 mm. Pada kisi, setiap goresan merupakan celah. 

 Sebuah kisi memiliki konstanta yang menyatakan banyaknya goresan tiap satu satuan panjang, yang dilambangkan dengan d, yang juga sering dikatakan menjadi lebar celah. Dalam sebuah kisi, lebar celah dengan jarak antara dua celah sama apabila banyaknya goresan tiap satuan panjang dinyatakan dengan N,  

N celah = ~ribuan buah per cm/mm

Pada sebuah kisi yang disinari cahaya yang sejajar dan tegak lurus kisi, dan di belakang kisi ditempatkan sebuah layar, maka pada layar tersebut akan terdapat garis terang dan gelap, jika cahaya yang dipakai adalah monokromatik. Kemudian akan terbentuk deretan spektrum warna, jika cahaya yang digunakan sinar putih (polikromatik). 

Garis gelap dan terang atau pembentukan spektrum akan lebih jelas dan tajam jika celabar celahnya semakin sempit atau konstanta kisinya semakin banyak/besar. Garis gelap dan terang dan spektrum tersebut merupakan hasil interferensi dari cahaya yang berasal dari kisi tersebut yang jatuh pada layar titik/ tempat tertentu.

2.2.3        Pengaruh Difraksi Terhadap Pembesaran Maksimum pada Alat Optik

Difraksi yang terjadi jika cahaya dilewatkan melalui lubang sempit berbentuk lingkaran. seperti lubang pupil mata manusia, D = diameter pupil, S1 dan S2 dua sumber cahaya, seperti dua lampu sorot pada mobil.Pola difraksi yang dihasilkan berbentuk lingkaran pada layar atau retina mata . Pada retina mata ada dua bayangan yang berbentuk lingkaran di S1′ dan S2′, Seperti gambar berikut/gambar daya urai suatu lensa mata/daya urai alat optik.

Pada malam hari  mobil kita akan menyalakan lampu saat  sedang bergerak, pada saat berpapasan dengan mobil lain ayang arahnya berlawan, juga menyalakan lampu, kita akan silau melihat mobil itu. Apa yang terjadi pada mata kita melihat silau/ tidak jelas penglihatan. Terjadinya silau karena pada retina mata bayangan dari dua lampu mobil tidak bisa dipisahkan, seperti pada gambar (a)

Beberapa Kemungkinan Difraksi Cahaya Alat Optik ( Retina mata )

Gambar :

(a) bayangan berimpit dari dua sumber cahaya/dua benda

(b) hampir dapat dipisahkan dari bayangan dari dua sumber cahaya/dua benda

(c) bayangan dari dua sumber cahaya/dua benda tepat dipisahkan

Daya Urai Lensa (d)

Daya urai lensa adalah kemampuan alat optik untuk menghasilkan bayangan yang terpisah dari dua benda yang berdekatan.

Kriteria Rayleigh berbunyi : Dua benda titik tepat dapat dipisahkan jika pusat dari pola difraksi benda pertama berimpit dengan minimum pertama dari difraksi benda kedua.

2.3      Contoh Soal  Interferensi dan Difraksi Cahaya

1.      Pada percobaan interferensi celah ganda menggunakan sinar dengan panjang gelombang 4000 A⁰, dimana jarak kedua celah 5 mm dan jarak antara celah dengan layar 1 m, maka tentukanlah:

a.       Jarak terang pusat ke terang ketiga

b.      Jarak terang pusat ke gelap kedua

2.      Karel mengamati seberkas sinar monokromatis yang memiliki panjang gelombang 3800 A⁰ melewati sebuah celah tunggal sehingga terjadi difraksi maksimum orde kedua dengan sudut difraksi 30⁰. Tentukanlah lebar celah tersebut!

2.4      Penyelesaian

1.      Dik         : 

ℓ       =  1 m

d       =  5 mm      =  5 x 10^-3 m

λ       =  4000 A⁰  =  4 x 10^-7 m

Dit          :  a. YPt ₃…?

                  b. YPg ₂…?

Jawab     : 

a. 

b.

 

2.      Dik         : 

λ         =  3800 A⁰  =  38 x 10^-8 m

n         =  2

        =  30⁰

Dit          :       =…?

Jawab     : 

 m

BAB III

PROSES PERCOBAAN

3.1      Alat Dan Bahan

1.      Layar ( 30 x 30 cm)

2.      Kaleng plat celah ( 20 x 20 cm)

3.      Gunting

4.      Isolasiban hitam

5.      Senter cahaya putih

6.      Penggaris/mistar

3.2      Prosedur Percobaan

1.      Mempersiapkan semua alat dan bahan

2.      Membuat celah pada kaleng plat dengan lebar 1 mm pada setiap celah tunggal maupun celah ganda dengan menggunakan pisau lipat.

3.      Dibawahnya, membuat lubang pada plat kaleng dengan menggunakan paku kecil untuk celah bulat tunggal.

4.      Dibawahnya lagi, melubangi plat kaleng dengan bentuk sembarang.

5.      Kaleng plat celah dan layar diletakkan saling berhadapan dengan jarak tertentu. Diusahakan melakukan penyenteran di tempat gelap agar hasil terlihat lebih jelas di layar.

6.      Menyorotkan lampu senter pada kaleng plat celah yang telah dilubangi.

7.      Pada saat melakukan percobaan I (difraksi celah tunggal), semua celah dibawahnya terlebih dahulu ditutup agar sinar senter tidak melewati celah lainnya selain celah pertama. Dan begitu juga seterusnya pada celah ganda, celah bulat tunggal, maupun celah sembarang.

8.      Setelah terlihat terang gelap pada layar, mengukur jarak antara terang pusat ke terang 2 atau gelap ke 2 (pada interferensi celah ganda maupun difraksi celah tunggal) dengan menggunakan mistar.

9.      Kemudian menghitung panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh lampu senter.

BAB IV

ANALISIS PERCOBAAN

4.1  Percobaan II (Difraksi Celah Tunggal)

-  Pola difraksi maksimum (terang)/jarak antara terang kedua dengan terang pusat.

      Dik      : 

          ℓ  =   30 cm    =  3 x 10­^-1 m

          d  =   1 mm     =  10^-3 m

          y_t2     =           1,5 cm   =          1,5 x 10^-2 m                

          n  =   2           

      Dit          :   λ   =           ..?

      Jawab  :  

 

-  Pola difraksi minimum (gelap)/jarak antara gelap kedua dengan terang pusat.

Dik      : 

          ℓ  =   30 cm    =  3 x 10­^-1 m

          d  =   1 mm     =  10^-3 m

          y_g2=  1,5 cm   =  1,5 x 10^-2 m             

          n  =   2           

      Dit          :   λ   =           ..?

      Jawab  :  

4.2  Percobaan III (Interferensi Celah Ganda)

-          Interferensi Maksimum (jarak antara terang kedua dengan terang pusat)

      Dik      : 

          ℓ  =   22 cm    =  22 x 10­^-2 m

          d  =   0,75 cm =  75 x 10^-4 m

          y_t2     =           2 cm      =          2 x 10^-2 m                   

          n  =   2               

      Dit          :    λ      =  ..?

      Jawab  :    

-          Interferensi Minimum (jarak antara gelap kedua dengan terang pusat)

      Dik      : 

          ℓ  =   22 cm    =  22 x 10­^-2 m

          d  =   0,75 cm =  75 x 10^-4 m

          y_g2=  2 cm      =  2 x 10^-2 m                

          n  =   2               

      Dit          :    λ      =  ..?

      Jawab  :     

4.3       Percobaan IV (Difraksi Celah Bulat Tunggal)

-          Pola difraksi maksimum (terang)

      Dik      : 

          ℓ  =   28 cm    =  28 x 10­^-2 m

          d  =   0,3 cm   =  3 x 10^-4 m

          y_t3       =           9 cm      =          9 x 10^-2 m                   

          n  =   3               

      Dit          :    λ      =  ..?

      Jawab  :   

-          Pola difraksi minimum (gelap)

Dik      : 

          ℓ  =   28 cm    =  28 x 10­^-2 m

          d  =   0,3 cm   =  3 x 10^-4 m

          y_g3=  9 cm      =  9 x 10^-2 m                

          n  =   3               

      Dit          :    λ      =  ..?

   Jawab  :    

=  3λ

       

4.4      Percobaan V (Interferensi celah sembarang)

Pada percobaan kelima ini kami menggunakan bentuk celah sembarang dengan bentuk wajah wanita dengan memiliki mata yang besar, hidung, dan bibir yang tipis. Hal ini bertujuan hanya sebagai inovasi dari dari kami sebagai aplikasi/penerapan dari difraksi dan interferensi cahaya.

BAB VI

PENUTUP

6.1        Kesimpulan

Dari hasil praktikum yang kami lakukan, kami dapat menyimpulkan bahwa :

1.      Magnet selalu menghasilkan listrik dan listrik selalu menghasilkan magnet.

2.      Semakin besar gaya magnet yang mempengaruhi maka semakin besar pula arus listrik yang dihasilkan begitu pula sebaliknya.

3.      Semakin cepat perubahan medan magnet, maka GGL induksi yang timbul semakin besar.

4.      Semakin banyak lilitannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.

5.      Kekuatan magnet Semakin kuat gelaja kemagnetannya, maka GGL induksi yang timbul juga semakin besar.