LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN 1A

MODUL-2

Jurusan Fisika,FMIPA Universitas Padjadjaran

Senin, 23 November 2009

ABSTRAK

Pada kehidupan sehari-hari, manusia dan mahkluk hidup lainnya selalu

tidak pernah lepas dari cahaya. Cahaya memiliki kegunaan atau fungsi tersendiri

bagi masing-masing makhluk hidup di belahan dunia. Cahaya merupaka energy

berbentuk gelombang elektromagnetik yang kasat mata dengan panjang

gelombang sekitar 380-750 nm. Pada bidang ilmu sains khususnya fisika, cahaya

dikatakan sebagai radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat

mata atau tidak.

Cahaya pun dapat sebagai paket partikel yang disebut foton. Ada suatu

pembeda apabila cahaya dikatakan bersifat sebagai gelombang (elektromagnetik)

dan cahaya dikatakan bersifat sebagai partikel (foton), yaitu ketika cahaya bersifat

sebagai gelombang yakni dengan dapat memunculkan peristiwa difraksi dan

interfrensi. Peristiwa difraksi dan interfrensi yang akan menghasilkan suatu pola

terang dan pola gelap pada layar. Selain itu., dari pola tersebut dapat

menghasilkan suatu nilai intensitas cahayanya.

Ada suatu prinsip yang mendukung untuk materi praktikum kali ini,

prinsip tersebut dinamakan prinsip Huygens. Prinsip Huygens merupakan sebuah

metode geometrik untuk mencari dari bentuk sebuah muka gelombang yang telah

diketahui pada suatu waktu dan bentuk muka gelombang tersebut pada suatu

waktu kemudian. Dari prinsip ini, kita dapat menganggap bahwa setiap titik dari

sebuah muka gelombang dapat ditinjau sebagai gelombang-gelombang kecil yang

menyebar keluar atau ke segala arah dengan laju yang sama dengan laju

perambatan gelombang tersebut. Percobaan mengenai hal ini pun di dukung oleh

percobaan yang dilakukan oleh Thomas Youngm ia yang menyatakan bahwa

berkas cahaya yang dilenturkan akan berinterferensi baik maksimum maupun

minimum, tiap titik pada bagian terbuka dari celah itu dipandang sebagai sumber

cahaya baru yang akan menyebar ke segala arah.

Sesuai dengan tujuan praktikum kali ini, yaitu untuk menentukan pola dan

intensitas difraksi dari celah dan grid ganda, yang nantinya untuk mencari panjang

gelombang dari laser dengan menggunakan perhitungan-perhitungan pada teori

dasar.

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Difraksi terjadi ketika sebuah berkas cahaya melewati penghalang,

penghalang tersebut seperti celah sempit sehingga terjadi pelenturan

gelombang cahaya. Difraksi ialah peristiwa pembelokan gelombang bila

melewati sebuah penghalang. Interferensi ialah peristiwa penggabungan dua

gelombang atau lebih yang menghasilkan gelombang. Dua pengertian tersebut

adalah dasar dari percobaan ini. Pola difraksi dan interfrensi menunjukkan

sifat cahaya sebagai gelombang. Selain itu, percobaan ini menggunakan

prinsip huygens yang menyatakan bahwa cahaya sebagai gelombang. Dari

penjelasan di atas kita akan membuktikannya pada percobaan kali ini

Identifikasi masalah

Didalam percobaan kali ini yang akan kita bahas adalah bagaimana

difraksi dan interfrensi terjadi serta saat terjadinya interfrensi cahaya yang

merupakan hasil perpaduan gelombang cahaya yang berdifraksi terbentuk pola

tertentu yang teratur, berupa garis gelap dan terang ditinjau dari titik focus dan

n jarak antar celah serta panjang gelombang cahaya laser. Disamping itu, pola

difraksi yang terbentuk menurut posisi dan intensitasnya diukur dengan

menggunakan foto dioda yang dapat digeserkan.

Tujuan Percobaan

Adapun tujuan melakukan percobaan ini adalah ;

Menentukan pola dan intensitas difraksi dari celah dan grid ganda.

Menentukan posisi intensitas minimumpertama yang berhubungan

dengan celah tunggal. Harga intensitas minimum tersebut digunakan

untuk menghitung lebar dari celah.

Menentukan distribusi intensitas pada pola difraksi dari celah

kelipatan tiga, empat dan lima, dimana seluruh celah memiliki lebar

dan jarak antar celah yang sama. Selanjutnya menaksir hubungan

intensitas dari puncak pusat difraksi.

Menentukan posisi dari puncak beberapa orde dari difraksi untuk grid

transmisi dengan konstanta kisi yang berbeda. Selanjutnya

menggunakan nilai yang diperoleh untuk menghitung panjang

gelombang dari laser.

TEORI DASAR

Gelombang elektromagnetik sama seperti gelombang mekanik, dapat

berinterfrensi satu sama lain. Kita dapat ketahui bahwa cahaya sebagai

gelombang, memperlihatkan gejala interfrensi gelombang-gelombang yang

mempunyai beda fase yang tetap.

Bila Cahaya melintas dari suatu sumber melalui sebuah celah pada layar,

dan cahaya yang keluar dari celah tersebut digunakan untuk menerangi dua

celah bersebelahan pada layar kedua. Bila cahaya diteruskan dari kedua celah

tersebut dan jatuh pada layar ketiga, maka akan terbentuk sederet pita

interferensi yang sejajar. Ini sebagai fenomena interferensi.

Interferensi adalah peristiwa penggabungan dua gelombang atau lebih

yang menghasilkan gelombang baru. Untuk mendapatkan interferensi cahaya,

diperlukan sumber cahaya yang koheren, yaitu sumber cahaya yang

mempunyai beda fase tetap. Dua sumber cahaya koheren yang diperlukan

untuk penyelidikan proses interferensi secara percobaan, dapat diperoleh dari

sumber cahaya tunggal dengan dua cara, yaitu :

1. Pemecahan muka gelombang menjadi dua bagian menghasilkan dua

berkas sinar yang berkoherensi ruang / spasial, kemudian keduanya

dipertemukan kembali di daerah interferensi : percobaan dua celah Young,

interferensi dengan menggunakan biprisma, cermin kembar Fresnel atau

cermin tunggal Lloyd.

2. Pembagian amplitudo gelombang menjadi dua bagian dengan

menggunakan keping kaca yang mempunyai lapisan pemantul yang tidak

penuh dan dipasang sehingga sudut datang berkas cahaya primer yang

tunggal = 45.

Cincin Newton juga merupakan efek interferensi. Karena laser

merupakan sumber pancaran koheren, cahaya ini juga digunakan untuk

menghasilkan efek interferensi, salah satu penerapannya yaitu holografi.

Interferometer adalah alat yang dirancang untuk menghasilkan pita-pita

interferensi optis untuk mengukur panjang gelombang, menguji kedataran

permukaan, mengukur jarak yang pendek dan seterusnya

Efek interfrensi sukar untuk diamati karena berada dalam skala

gelombang cahaya, maka dari itu ada beberapa syarat yang harus dipenuhi,

yaitu ;

1. Sumber dari cahaya itu harus koheren, maksudnya adalah mempunyai

fase yang sama satu dengan yang lainnya.\

2. Sumber sinar harus memancarkan sinar yang bersifat mono kromatik,

maksudnya adalah harus mempunyai satu panjang gelombang.

3. Berlakunya prinsip superposisi.

Percobaan Young dan Fresnel

Berikut ini penjelasan percobaan yang dilakukan oleh Thomas Young

dan percobaan yang dilakukan oleh Fresnel;

Percobaan celah ganda Young

Pada tahun 1801, seorang berkebangsaan Inggris, Thomas Young

(1773-1829), mendapatkan bukti yang meyakinkan untuk sifat gelombang

dari cahaya dan bahkan bisa mengukur panjang gelombang untuk cahaya

tampak. Percobaan celah ganda Young dilakukan dengan cara

menggunakan dua penghalang. Penghalang pertama mempunyai satu

lubang kecil dan penghalang kedua mempunyai dua lubang kecil.

Sinar monokromatik diperoleh dari lampu sebagai sumber cahaya

yang memancar melalui celah S. Sinar dari celah S kemudian dipancarkan

ke penghalang kedua. Dua celah pada penghalang kedua yaitu S1 dan S2

yang dipasang sejajar dengan S berfungsi sebagai pemancar sinar-sinar

koheren. Kedua berkas dari celah-celah S1 dan S2 ini bergabung

(berinterferensi) pada layar. Hasil interferensinya berupa garis terang dan

garis gelap.

Percobaan Fresnel

Dengan menggunakan sebuah sumber cahaya S, Fresnel

memperoleh dua sumber cahaya S1 dan S2 yang koheren dari hasil

pemantulan dua cermin. S adalah sumber sinar monokromatik. S1 dan S2

adalah bayangan dari S oleh cermin C1 dan C2. sehingga, sinar-sinar yang

datang pada layar seolah-olah berasal dari S1 dan S2. gelombang cahaya

dari S1 dan S2 ini akan saling berinterferensi pada layar dan hasilnya

bergantung pada selisih dari lintasan kedua sinar itu. Jika selisih lintasan

merupakan kelipatan genap kali setengah panjang gelombang dengan k : 0,

1, 2, 3, …. Hasil interferensi adalah maksimum atau terjadi garis terang

pada layar. Jika selisih lintasan merupakan kelipatan ganjil kali setengah

panjang gelombang dengan k : 0, 1, 2, 3, …. Hasil interferensi adalah

minimum atau terjadi garis gelap. Akibatnya pada layar akan tampak

garis-garis gelap dan terang secara bergantian.

Interfrensi minimum dari gambar diatas dihasilkan bila nilai

maksimum salah satu gelombang bertemu dengan nilai minimum

gelombang lain atau nilai minimum salah satu gelombang bertemu nilai

minimum gelombang lain. Singkatnya, akan terjadi apabila berkas cahaya

saling melemahkan sehingga tampak berupa garis gelap. Selain itu

interferensi minimum akan terjadi jika dua gelombang cahaya S1 dan S2

yang sampai pada layar berlawanan fase, yaitu berbeda sudut fase 180.

Persamannya :

d sin = (2n-1) ½ atau

Kemudian interfrensi maksimum yang terbentuknya yaitu apabila

nilai-nilai maksimum gelombang dari kedua celah bertemu, sehingga

berkas cahaya tersebut akan saling menguatkan dan tampak berupa garis

terang. Selain itu interferensi maksimum akan terjadi jika kedua

gelombang cahaya S1 dan S2 yang sampai pada layar memiliki fase yang

sama.

Persamaannya :

atau

dimana :

d = jarak antara celah pada layer

l = jarak celah ke layer

= panjang gelombang cahaya

n = orde interferensi (0, 1, 2, …)

Sebagai gelombang, cahaya juga dapat melentur (berdifraksi), serta

interfrensi yang dibahas diatas merupakan hasil dari cahaya yang berdifraksi.

Difraksi adalah penyebaran atau pembelokan gelombang pada saat gelombang

ini melintas melalui bukaan atau mengelilingi ujung penghalang. Gelombang

terdifraksi selanjutnya berinterferensi satu sama lain sehingga menghasilkan

daerah penguatan dan pelemahan. Difraksi juga berlangsung pada aliran

partikel.Dengan kata lain, Difraksi adalah peristiwa dimana berkas cahaya

akan dilenturkan pada saat melewati celah sempit. Difraksi juga

menggambarkan suatu deviasi dari cahaya dengan pola lurus ketika melewati

lubang lensa atau disekeliling benda. Menurut Huygens bahwa setiap bagian

celah akan menjadi suatu sumber gelombang (cahaya) biru.

Celah sempit tersebut disebut dengan kisi difraksi. Kisi difraksi adalah

kepingan kaca yang digores sejajar dan berjumlah sangat banyak dan memiliki

jarak yang sama (biasanya dalam ordo 1000 per mm). Cahaya terdifraksi,

setelah diteruskan melalui kaca atau dipantulkan oleh spekulum, menghasilkan

cahaya maksimum pada = 0 dan berkurang sampai minimum (intensitas =

nol) pada sudut .

Untuk melewati pola difraksi cahaya, cahaya dilewatkan melalui suatu

celah tunggal dan mengamati cahaya yang diteruskan oleh celah pada suatu

film. Difraksi pada celah tunggal akan menghasilkan pola garis terang dan

gelap pada layar. Celah tunggal dapat dianggap terdiri atas beberapa celah

sempit yang dibatasi titik-titik dan setiap celah itu merupakan sumber cahaya

sehingga satu sama lainnya dapat berinterferensi.

Kemudian difraksi cahaya terjadi pula pada cahaya yang melalui banyak

celah sempit, dengan jarak celah sama. Celah sempit yang demikian disebut

dengan kisi difraksi. Semakin banyak celah, semakin tajam pola difraksi yang

dihasilkan pada layar.

Dalam pembahasan difraksi, terdapat jenis-jenis difraksi yaitu sebagai

berikut;

1. Difraksi Fresnel

Salah satu jenis difraksi dengan sumber cahaya atau layar penerima, atau

keduanya, berada pada suatu jarak terhingga dari benda penghalang, sehingga

muka gelombang tidak berbentuk datar.

2. Difraksi Franhouver

Salah satu jenis difraksi dengan sumber cahaya dan layar penerima berada

pada jarak tak terhingga dari benda penyebab difraksi, sehingga muka

gelombang tidak lagi diperlakukan sebagai bidang sferis melainkan dapat

diperlakukan sebagai bidang datar.

Praktisnya, difraksi jenis ini melibatkan berkas cahaya sejajar. Difraksi

Franhouver dapat dianggap sebagai difraksi fresnel yang mengalami banyak

perubahan, namun lebih praktis digunakan untuk menjelaskan pola celah

tunggal dan celah banyak.

3. Difraksi elektron

Difraksi electron adalah difraksi seberkas elektron oleh atom atau

molekul. Kenyataan bahwa elektron dapat didifraksi dengan cara yang mirip

dengan difraksi cahaya dan sinar-X menunjukkan bahwa partikel dapat

berperilaku sebagai gelombang.

Pada Difraksi apabila jarak antara kedua sumber sekunder yang

koheren adalah 2d = S1S2 dan jarak antara bidang datar dimana pola

interferensi akan diamati (bidang layar) dengan titik T (titik tengah penggal

garis S1S2) adalah L maka benda jarak tempuh ∆S dapat dinyatakan dalam

parameter 2d dan L ini serta peubah yaitu jarak titik pengamatan P ke titik O =

proyeksi T pada bidang pengamatan.

∆S = S2P - S1P =

≈ L

=

∆S = 2 yd / L

Interferensi minimum yang menghasilkan garis gelap terjadi jika kedua

gelombang berbeda fase 180 atau beda lintasannya sama dengan setengah

(1/2) panjang gelombang. Dapat dinyatakan pita gelap ke-n sebagai :

Untuk mendapatkan pola difraksi, beda lintasan dari interferensi

maksimum harus dikurangi dengan ½ . Oleh karena kedua cahaya sefase

maka beda fase keduanya menjadi 360. Dua gelombang dengan beda fase 1

atau beda sudut fase 360 disebut juga sefase. Dapat dinyatakan pita terang ke-

n sebagai :

ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

o He-Ne laser 1.0 mW, 220V AC

o Amplifier pengukur universal ( universal measuring amplifier )

o Dudukan optik (optical profile bench) 1=60 cm

o Base f opt profile bench, adjust.

o Slide dengan pengatur ketinggian f optik ( slide mount f opt profile

bench )h 80 mm

o Slide mount, lateral adjust optical

o Pemegang lensa (lens holder) dan pemegang objek (object holder)

535 cm

o Lensa f+ 20mm, lensa f+ 100mm

o Foto elemen, f opt base plt

o Diafragma, 3 celah tunggal; 4 celah tunggal

o Grating difraksi 4 garis/mm; 8 garis/mm, 10 garis/mm, 50

garis/mm

o Multi-range meter A 07028.01 1

o Karbon resistor PEK 1 W 5 % 2.2 k ohm

o Kabel koneksi 750mm, merah dan biru

PROSEDUR PERCOBAAN

o Menyusun alat percobaan

o Menyalakan laser dengan bantuan lensa f = +20mm dan f =

+100mm. Mengatur sinar laser yang lebar dan sejajar agar jatuh

tepat di pusat fotosel kira-kira di tengah – tengah jarak pergeseran.

Memasang objek difraksi di peganganobjek. Memastikan objek

dari difraksi yang diselidiki vertikal di dalam pemegang objek dan

sinar laser uniform.

o Menghubungkan fotosel dengan input 104Ω dari amplifier

pengukur ( faktor perbesaran 103 – 105)menghubungkan resistor

2.2 kΩ paralel dengan fotosel. Saat faktor amplifikasi diubah, titik

nol dari amplifier pengukur harus diperiksa dimana fotosel ditutup,

koreksi jika diperluka.

o Menentukan posisi puncak difraksi untuk grid transmisi, kemudian

hitung panjang gelombang sinar laser yang digunakan. Untuk grid

transmisi 50 garis/mm, puncak sekunder berada di luar jangkauan

pergeseran dari fotosel.oleh karena itu dalam kasus ini posisi dari

difraksi yang refleksi harus ditandai pada selembar kertas dan

jaraknya diukur dengan menggunakan mistar.

PERHITUNGAN DAN TABEL DATA

M (orde) D L y kiri y kanan R kiri R (pusat) R kanan

1 0.00002 0.2 0.006 0.006 4.75 13.89 6.21

2 0.00002 0.2 0.012 0.015 4.28 13.89 4.15

1 0.00002 0.25 0.004 0.007 4.78 13.89 7.34

2 0.00002 0.25 0.012 0.014 4.3 13.89 4.35

1 0.00002 0.3 0.009 0.007 7.49 5.16 5.89

2 0.00002 0.3 0.017 0.018 4.51 5.16 4.51

1 0.00002 0.35 0.009 0.011 9.78 10.98 5.87

2 0.00002 0.35 0.016 0.022 4.29 10.98 4.41

Pengolahan Data

Rumus untuk mencari panjang gelombang untuk interferensi yaitu

, maka

, maka di dapat :

d = lebar antar celah;

y = jarak antara terang pusat dengan terang orde ke- m;

L = jarak antara celah ke layar;

= panjang gelombang.

m = orde

a. Untuk perhitungan pada orde pertama.

d = 1/50 mm = 0.00002 m;

L = 0.2 m

y = 0.006 m

m = 1

=

=

= 0.0000006 m

M

(orde)D L y kiri

y

kananR kiri

R

(pusat)

R

kananλ kiri λ kanan

1 0.00002 0.2 0.006 0.006 4.75 13.89 6.21 0.0000006 0.0000006

2 0.00002 0.2 0.012 0.015 4.28 13.89 4.15 0.0000006 0.0000125

1 0.00002 0.25 0.004 0.007 4.78 13.89 7.34 0.00000032 0.000035

2 0.00002 0.25 0.012 0.014 4.3 13.89 4.35 0.00000048 1.16667E-05

1 0.00002 0.3 0.009 0.007 7.49 5.16 5.89 0.0000006 1.55556E-05

2 0.00002 0.3 0.017 0.018 4.51 5.16 4.51 5.66667E-07 1.05882E-05

1 0.00002 0.35 0.009 0.011 9.78 10.98 5.87 5.14286E-07 2.44444E-05

2 0.00002 0.35 0.016 0.022 4.29 10.98 4.41 4.57143E-07 0.00001375

Menghitung KSR

Kiri

rata = ∑ / n

= 5.17262E-07

=5.17262x10-7

Kanan

rata = ∑ / n

= 1.55131E-05

= 1.55131x10-5

Maka

percobaan = ( kiri+ kanan ) /2

= (45.17262x10-7 + 1.55131x10-5

= 8.01519 x 10-6

KSR

KSR = |(6,328 x 10-6 – 8.01519 x 10-6) / 6,328 x 10-6 | x 100%

KSR = 2.67 X 10-1 x 100%

KSR = 2.67 X 101

KP= 100%-KSR

KP = 1.27 X 102

ANALISA

IV.1 Analisis Data

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan praktikan,

didapatkan data yang diperlukan untuk perhitungan sesuai dengan

rumus, yaitu besar y ( jarak antara terang pusat denga terang ke-m)

antara lain y kanan dan y kiri yang masing - masing nilainya

berbeda, padahal telah diketahui apabila secara teori seharusnya

besar nilai y di kanan maupun kiri akan sama. Ada hal yang

dijadikan penyebab ketidak sesuaian antara teori dan

praktikumnya, yaitu dikarenakan kekurang telitian prakikan dalam

menghitung jarak y.

Hal yang perlu diperhatikan sesuai dengan teori pendukung

untuk praktikum ini, semakin dekat jarak antara layar dan sumber

cahaya dalam hal ini adalah sinar laser maka intensitas yang

dihasilkan akan semakin kuat, namun pada prakteknya di

laboratorium yang dijadikan ruang gelap membuktikan bahwa

terdapat sedikit kekeliruan akibatnya intensitas yang muncul tidak

stabil atau turun naik apabila semakin didekatkan.

.

Analisis Perhitungan

Dari hasil perhitungan yang dilakukan praktikan setelah

mendapatkan data- data yang digunakan dalam rumus ,

rumus tersebut didapatkan dari rumus interferensi. Dari masing-

masing orde di kanan dan kiri dari terang pusat di hitung panjang

gelombangnya. Setelah mendapatkan nilai panjang gelombang di

kanan dan kiri, kemudian dirata-ratakan setelah itu dirata- ratakan

dengan nilai-nilai panjang gelombang yang didapat dari berbagai

variasi jarak L maka di dapatkan nilai panjang gelombang

berdasarkan pengolahan data ialah 0.0000006 m. Sedangkan nilai

panjang gelombang pada litelatur adalah 6,328 x 10-6 cm. Maka

akan didapatkan KSR sebesar 26.7%. Suatu hasil yang kurang

memuaskan, karena dilihat dari hasil KSR yang masih jauh menuju

0%. KSR yang semakin tidak mendekati 0% akan membuktikan

ketepatan perhitungan dan pengambilan data dari praktikum serta

kemungkinan ada kekeliruan dengan alat percobaan, menjadi

indikasi yang menyebabkan besarnyav KSR.

Analisis Grafik

Grafik pada percobaan kali ini sulit untuk menemukan suatu

bentuk grafik yang lazim atau bentuk grafik pada umumnya. Hal ini

dikarenakan data yang diperoleh terlalu sedikit. Walaupun sudah diplotkan

titik dari data yang sudah didapatkan.

KESIMPULAN

Secara umum praktikum kali ini bertujuan untuk mengetahui proses

peristiwa difraksi dan interferensi dari sumber cahaya monokromatik. Dimana

beracuan pada prinsip dari difraksi dan interfrensi yang nantinya akan

menghasilkan suatu pola cahaya yang teratur. Pola interferensi dan difraksi

didapat dengan menggunakan dua buah celah, dua celah tersebut sebelumnya

melewati sebuah celah setelah cahaya keluar dari sumber cahaya, dalam

prakteknya digunakan lensa untuk memfokuskan laser agar teratenuasi. Difraksi

adalah peristiwa pelenturan cahaya ke belakang penghalang. Kita dapat melihat

difraksi cahaya melalui sela-sela jari yang dirapatkan dan diarahkan pada sumber

cahaya yang jauh. Proses interferensi terjadi karena sebelumnya ada peristiwa

difraksi atau adanya pelenturan gelombang yang kemudian gelombang-

gelombang yang dilenturkan bersuperposisi sehingga akan terjadi garis terang dan

garis gelap, garis terang dan garis gelap ini yang dijadikan pola. Intensitas yang

muncul akan selalu kuat pada terang pusat dan akan melemah bahkan hilang

ketika mencapai titik orde yang jauh.

DAFTAR PUSTAKA

Sears & Zemansky.1983..Fisika untuk Universitas III. Bandung; Bina Cipta

Halliday & Resnick.1994.Fisika dasar. Jakarta ; Erlangga