INTERFEROMETER MICHELSON

Andi Riska, Eli Melia, Muhammad Yusriadi Dahlan, siti Nurliana Has

Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar

Abstrak. Eksperimen Interferometer Michelson bertujuan untuk Memahami prinsip kerja/konsep interferometer

Michelson, Mengukur panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan. Interferemoter

Michelson bekerja berdasarkan prinsip intreferensi/superposisi. Interferensi itu terjadi karena adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh dua berkas gelombang cahaya yang telah disatukan tersebut. Jenis interferensi

bergantung pada jarak pergerakan cermin. Pada eksperimen dilakukan kegiatan untuk mengamati perubahan pola

dan jumlah frinji , sehingga dapat diketahui panjang gelombang dari perubahan pola frinji tersebut. Karena

diketahui bahwa panjang gelombang laser HeNe yaitu 632,8 nm, Panjang gelombang yang diperoleh pada

eksperimen ini bervariasi berdasarkan pergerakan cermin sejauh dm, dan diperoleh panjang gelombang yang

paling mendekati panjang gelombang HeNe yaitu 650 nm dengan presentase kesalahan yaitu 0,08%.

KATA KUNCI: frinji, Interferensi, Interfrometer Michelson, panjang gelombang,

PENDAHULUAN

Interferometer adalah alat yang dipergunakan untuk mengetahui pola-pola

interferensi suatu gelombang. Salah satu jenis

interferometer tersebut adalah Interferometer

Michelson. Percobaan Interferometer Michelson pertama kali dilakukan pada akhir

abad ke-19 oleh Michelson dan Morley untuk

membuktikan keberadaan eter yang saat itu diduga sebagai medium perambatan

gelombang cahaya. Dari eksperimen yang

didasarkan pada prinsip resultan kecepatan

cahaya tersebut didapati bahwa keberadaan eter ternyata tidak ada.

Dalam perkembangan selanjutnya,

Interferometer Michelson tidak hanya dapat digunakan untuk membuktikan ada tidaknya

eter, akan tetapi dapat pula digunakan dalam

penentuan sifat-sifat gelombang lebih lanjut, misalnya dalam penentuan panjang gelombang

cahaya tertentu, pola penguatan interferensi

yang terjadi, dan sebagainya.

Fenomena interferensi selalu berkaitan dengan teori gelombang cahaya. Pada

hakekatnya cahaya mempunyai besaran

amplitudo, panjang gelombang, fase serta kecepatan. Apabila cahaya melewati suatu

medium maka kecepatannya akan mengalami

perubahan. Jika perubahan tersebut diukur, maka dapat di peroleh informasi tentang

keadaan objek/medium yang bersangkutan

misal indeks bias, tebal medium dari bahan

yang dilewatinya dan panjang gelombang sumbernya.

Interferometer Michelson paling umum

digunakan dalam mengukur pola interferensi

untuk bidang optik yang ditemukan oleh Albert Abraham Michelson. Sebuah pola interferensi

dihasilkan dengan membagi seberkas cahaya

menggunakan sebuah alat yang bernama

pembagi sinar (beam splitter). Interferensi terjadi ketika dua buah cahaya yang telah

dibagi digabungkan kembali. Dalam satu versi

percobaan Michelson-Morley, interferometer menggunakan cahaya bintang sebagai sumber

cahaya. Cahaya bintang adalah cahaya yang

memiliki koherensi temporal, namun titik

sumber cahaya itu memiliki koherensi spasial dan akan menghasilkan sebuah pola

interferensi. Interferensi ialah penggabungan

secara superposisi dua gelombang atau lebih yang bertemu pada satu titik ruang. Fenomena

interferensi selalu berkaitan dengan teori

gelombang cahaya. Adapun tujuan dalam eksperimen ini

yaitu Memahami prinsip kerja/konsep

interferometer Michelson, Mengukur panjang

gelombang sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan. Agar tujuan dari eksperimen

ini terpenuhi maka dilakukan kegiatan yang

menggunakan interferometer michelson untuk mengamati perubahan pola dan jumlah frinji ,

sehingga dari peubahan pola frinji tersebut

dapat dihitung nilai panjang gelombang laser aligment bench berdasarkan perubahan beda

lintasan optik (dm) yang dapat dilihat dari

penunjukan mikrometer yang telah diputar.

Kemudian membandingkan nilai panjang gelombang yang diperoleh berdasarkan data

yang diperoleh menggunakan intreferometer

dengan panjang gelombang leser HeNe yang

telah diketahui sebesar 632,8 nm.

TEORI

Pada abad XIX, para fisikawan

berpendapat bahwa gelombang

elektromagnetik memerlukan medium agar bisa merambat. Fisikawan menyusulkan

adanya suatu medium yang dinamakan eter.

Eter diasumsikan ada dimana-mana , termasuk diruang hampa, dan gelombang cahaya yang

dipandang sebagai osilasi eter. Banyaknya

usaha untuk membuktikan apakah eter itu ada

atau tidak, dengan berbagai teori seperti konsep kerangka absolut tetapi teori ini juga

gagal membuktikan keberadaan eter. Oleh

sebab itu, upaya pembuktian akan adanya eter terus dilakukan. Salah satu percobaan

pengujian eter yang sangat populer adalah

percobaan Michelson-Morley. Percobaan Michelson-Morley menggunakan suatu alat

yang bernama interferometer. Alat ini cukup

sensitif untuk mendeteksi adanya pergerakan

eter yang telah dikembangkan oleh Michelson pada tahun 1881, dan disempurnakan kembali

oleh Michelson-Morley pada tahun1887. Dan

hasil penunjukan mereka menunjukkan bahwa adanya gerakan eter yang menuju eter yang

terdeteksi. Dengan kata lain eter tidak ada. [2]

Interferometer Michelson salah satu eksperimen kunci yang menyokong teori

relativitas. Interferometer Michelson telah

digunakan untuk melakakukan pengukuran

yang teliti dari jarak-jarak yang sangat kecil, sepert perubahan ketebalan yang sangat kecil

dari sebuah aksn (axon) bila sebuah impuls

saraf merambat sepanjang saraf itu. Seperti halnya eksperimen dua-celah Young,

Interferometer Michelson mengambil cahaya

monokromatik dari sebuah sumber tunggal dan

membaginya kedalam dua gelombang yang mengikuti lintasan-lintasan yang

berbeda.dalam eksperimen Young, dilakukan

dengan mengirimkan sebagian cahaya itu melalui satu celah dan sebagian melalui celah

yang lain. Dalam sebuah Interferometer

Michelson digunakanan sebuah alat yang dinamakan pembelah sinar. Interferensi terjadi

dalam kedua eksprimen tersebut bila kedua

gelombang cahaya itu digabungkan

kembali.[5] Interferometer Michelson merupakan

seperangkat peralatan yang memanfaatkan

gejala interferensi. Prinsip interferensi adalah

kenyataan bahwa beda lintasan optik (d) akan membentuk suatu frinji.[1]

Interferensi dan difraksi merupakan

fenomena penting yang membedakan gelombang dari partikel. Interferensi ialah

penggabungan secara superposisi dua

gelombang atau lebih yang bertemu dalam satu

titik di ruang. Sedangkan difraksi adalah pembelokan gelombang di sekitar sudut yang

terjadi apabila sebagian muka gelombang

dipotong oleh halangan atau rintangan. [3] Apabila dua gelombang yang

berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama

tapi berbeda fase bergabung, maka gelombang

yang dihasilkan merupakan gelombang yang amplitudonya tergantung pada perbedaan

fasenya. Jika perbedaan fasenya 0 atau

bilangan bulat kelipatan 360°, maka gelombang akan sefase dan berinterferensi

secara saling menguatkan (interferensi

konstruktif). Sedangkan amplitudonya sama dengan penjumlahan amplitudo masing-masing

gelombang. Jika perbedaan fasenya 180° atau

bilangan ganjil kali 180°, maka gelombang

yang dihasilkan akan berbeda fase dan berinterferensi secara saling melemahkan

(interferensi destruktif). Amplitudo yang

dihasilkan merupakan perbedaan amplitudo masing-masing gelombang. [3]

GAMBAR 1. Skematik interferometer Michelson

Dari gambar di atas seberkas cahaya

laser menumbuk beam splitter. Beam splitter

ini berfungsi memecah berkas sehingga 50% cahaya 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

berkas-berkas cahaya tersebut kembali ke

beam splitter. Setengah dari masing-masing

berkas cahaya pantul dari M1 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 M1.

Karena berkas cahaya bergerak dua kali antara M1 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.[4]

Dengan menggerakkan cermin perlahan-lahan sejauh dm, dan menghitung N, yaitu

banyaknya pola interferensi yang kembali ke

kondisi awal, maka panjang gelombang cahaya dapat dihitung dengan persamaan berikut.

2 md

N (1)

METODOLOGI EKSPERIMEN

Pada eksperimen Interferometer

Michelson dilakukan dengan menggunakan

serangkaian alat yang terdiri dari perangkat

alat interferometer, sumber sinar laser dan laser aligment bench, yang disusun seperti pada

GAMBAR 1.

Sebelum melakukan percobaan ini terlebih dahulu kita mengatur posisi laser dan

interferometer untuk modus Michelson.

Setelah itu mengatur tombol mikrometer pada

penunjukan menengah (misalnya pada 50 µm), kemudian mengatur mikrometer satu putaran

berlawanan arah jarum jam sampai titik nol

pada mikrometer sejajar dengan tanda indeks, dan mencatat penunjukan mikrometer pada

posisi itu.selanjutnya mengatur posisi viewing

screen sehingga salah satu tanda pada skala milimeter segaris dengan frinji pada pola

interferensi. Memutar rombol mikrometer

searah jarum jam, kemudian menghitung

jumlah frinji yang melewati tanda intreferensi yang telah dibuat (minimal 20 frinji).

Selanjutnya mencatat dm . tapi ingat bahwa

setiap devisi kecil pada mikrometer sebanding dengan 10

-6 meter pada jarak gerakan cermin,

dan mencatat pula jumlah transmisi frinji N.

Selanjutnya memutar tombol mikrometer seperti yang telah dilakukan diatas untuk

memperoleh nilai dm dan mengulangi langkah

ini minimal 5 kali. Kemudian mencatat data hasil pengamatan kedalam tabel. Dan yang

terakhir mengitung dan merata-ratakan nilai

panjang gelombang yang diperoleh.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA

DATA

Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh

data sebagai berikut:

Nst mikrometer: 0,25

25= 0,01 mm

TABEL 1. Hubungan antara Jumlah Frinji (N)

dengan Pergeseran Cermin (dm)

No N dm (x 10-6

) m

1 20 7,5

2 40 14

3 60 20

4 80 26

5 100 32

6 120 38,5

7 140 45,5

8 160 51,5

9 180 58

10 200 65

Analisis Data

Menghitung panjang gelombang menggunakan persamaan:

λ =2dm

N

Dimana: λ : Panjang gelombang (nm)

dm : Beda Lintasan Optik (m)

N : Jumlah Frinji

Dengan Ketidakpastian panjang gelombang

(λ).

λ = 2dm N−1

∆λ = 𝜕λ

𝜕𝑑𝑚 ∆𝑑𝑚

∆λ = 𝜕(2dm N−1)

𝜕𝑑𝑚 ∆𝑑𝑚

∆λ = 2N−1∆dm

∆λ

λ=

2N−1∆dm

2dm N−1

∆λ = ∆dm

dm λ

KR =∆λ

λ× 100%

DK = 100% − KR

PF = λ ± ∆λ nm

Menghitung Beda Lintasan Optik (dm)

dm 1= 7,50 × 10−6m

dm 2= d2 − d1

= 14,00 − 7,50 × 10−6m

= 6,50 × 10−6m

dm 3= 6,00 × 10−6m

dm 4= 6,00 × 10−6m

dm 5= 6,00 × 10−6m

dm 6= 6,50 × 10−6m

dm 7= 7,00 × 10−6m

dm 8= 6,00 × 10−6m

dm 9= 6,50 × 10−6m

dm 10= 7,00 × 10−6m

Menghitung Panjang Gelombang (λ)

λ1 =2dm 1

N=

2 × 7,50 × 10−6m

20

= 750 nm

λ2 =2dm 2

N= 650 nm

λ3 =2dm 3

N= 600 nm

λ4 =2dm 4

N= 600 nm

λ5 =2dm 5

N= 600 nm

λ6 =2dm 6

N= 650 nm

λ7 =2dm 7

N= 700 nm

λ8 =2dm 8

N= 600 nm

λ9 =2dm 9

N= 650 nm

λ10 =2dm 10

N= 600 nm

Menghitung rata-rata Panjang Gelombang (λ)

λ = λ

10=

6400

10= 640 nm

Menghitung Ketidakpastian Panjang Gelombang λ Nts mikrometer = 0,01 mm

∆𝑑𝑚 =1

2𝑥 𝑛𝑠𝑡 𝑚𝑖𝑘𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

∆𝑑𝑚 =1

2𝑥 0,01

∆𝑑𝑚 = 0,005 𝑚𝑚

∆𝑑𝑚 = 0,005 𝑥 10−6𝑚

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ1)

∆λ1 = ∆dm

dm λ1

∆λ1 = 0,005 × 10−6m

7,50 × 10−6m 700 nm

∆λ1 = 0,5 nm

KR =0,5 nm

750 nm× 100% = 0,07% (4AP)

DK = 100% − 0,07%

DK = 99,93%

λ = 750,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ2)

∆λ2 = 0,5 nm KR = 0,08% (4AP)

DK = 99,92%

λ = 650,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ3)

∆λ3 = 0,5 nm KR = 0,08% (4AP)

DK = 99,92%

λ = 600,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ4)

∆λ4 = 0,5 nm

KR = 0,08% (4AP)

DK = 99,92%

λ = 600,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ5)

∆λ5 = 0,5 nm

KR = 0,08%(4AP)

DK = 99,92%

λ = 600,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ6)

∆λ6 = 0,5 nm

KR = 0,08% (4AP)

DK = 100% − 0,08%

DK = 99,92%

λ = 650,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ7)

∆λ7 = 0,5 nm

KR = 0,07% (4AP)

DK = 99,93%

λ = 700,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ8)

∆λ8 = 0,5 nm

KR = 0,08% (4AP)

DK = 99,92%

λ = 600,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ9)

∆λ9 = 0,5 nm

KR = 0,08% (4AP)

DK = 99,92%

λ = 650,0 ± 0,5 nm

Ketidakpastian Panjang Gelombang (λ10 )

∆λ10 = 0,5 nm

KR = 0,07%(4AP)

DK = 99,93%

λ = 700,0 ± 0,5 nm

Ekperimen ini memiliki 2 tujuan yaitu Memahami prinsip kerja/konsep interferometer

Michelson, Mengukur panjang gelombang

sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan. Prinsip kerja dari eksperimen

interferometer Michelson yang telah dilakukan

yaitu menggunakan prinsip interferensi dimana

seberkas cahaya monokromatik yang dipisahkan di suatu titik (beam splitter)

sehingga masing-masing berkas dibuat

melewati dua panjang lintasan yang berbeda yang dapat diatur melalui skrup mikrometer,

dan kemudian disatukan kembali melalui

pantulan dari dua cermin yang letaknya saling tegak lurus dengan titik pembagi berkas

tersebut. Setelah berkas cahaya monokromatik

tersebut disatukan maka akan didapat pola interferensi pada layar (viewing screen) akibat

penggabungan dua gelombang cahaya tersebut.

Pola interferensi itu terjadi karena adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh dua

berkas gelombang cahaya yang telah disatukan

tersebut. Jenis interferensi bergantung pada

jarak pergerakan cermin. Dengan menggunakan interferometer

michelson untuk mengamati perubahan pola

dan jumlah frinji , sehingga dari peubahan pola frinji tersebut dapat dihitung nilai panjang

gelombang laser HeNe berdasarkan perubahan

beda lintasan optik (dm) yang dapat dilihat dari

penunjukan mikrometer yang telah diputar. Kemudian membandingkan nilai panjang

gelombang yang diperoleh berdasarkan data

yang diperoleh menggunakan intreferometer dengan panjang gelombang leser HeNe yang

telah diketahui sebesar 632,8 nm. Berdasarkan

Panjang gelombang yang diperoleh pada eksperimen ini bervariasi berdasarkan

pergerakan cermin sejauh dm, dan diperoleh

panjang gelombang yang paling mendekati

panjang gelombang HeNe yaitu 650 nm dengan presentase kesalahan yaitu 0,08%.

Dengan persentasse yang demikian kecil

tersebut dapat dikatakan bahwa hasil eksperimen yang diperoleh mendekati teori.

SIMPULAN

Berdasarkan tujuan dan hasil eksperimen

yang telah diperoleh dapat disimpulkan bahwa prinsip kerja intreferometer Michelson

berdasarkan prinsip interferensi (superposisi)

yaitu perpaduan 2 atau lebih gelombang menjadi gelombang baru. dan besar panjang

gelombang laser HeNe yang telah diketahui

berdasarkan eksperimen sebelumnya yaitu

632,8 nm , sedangkan berdasarkan eksperimen ini didapatkan 10 panjang

gelombang dengan panjang gelombang yang

paling mendekati panjang gelombang sebenarnya yaitu 650 nm. Dengan presentase

kesalahan yaitu 0,08%.

REFERENSI

[1] Halliday, D. dan Resnick, R. 1993. Fisika Jilid 2. Jakarta : Penerbit Erlangga.

[2]Malago, Jasruddin Daud. 2005. Pengantar

Fisiska Modern. Makassar: Badan Penerbit UNM.

[3] Tipler, P. A. 1991.Fisika Untuk Sains dan Tehnik Jilid 2 (alih bahasa

Dr.Bambang Soegijono). Jakarta: Penerbit

Erlangga.

[4]Subaer, dkk. 2014. Penuntun Praktikum

Eksperimen Fisika I Unit Laboratorium Fisika

Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM.

[5] Young, & Freedman. 2003. Fisika

Universitas. Jakarta: Penerbit Erlangga.