BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Cahaya selain bersifat sebagai partikel, juga bersifat sebagai gelombang. Kedua sifat tersebut banyak digunakan sebagai teknologi masa kini, sehingga penting sekali dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu fenomena yang penting yaitu difraksi celah dan grid ganda atau pelenturan gelombang cahaya. Sifat cahaya sebagai gelombang inilah yang akan dibahas kali ini dan kita akan lebih tahu tentang fenomena tersebut.

1.2 Identifikasi Masalah Dalam percobaan kali ini kita akan membahas sekaligus menganalisa bagaimana proses interferensi dan difraksi terjadi. Jika cahaya melewati celah sempit maka cahaya akan dibelokkan atau dilenturkan. Kita juga akan mengetahui dengan suatu pengukuran pada jarak berapakah pola gelap dan terang terlihat. Cahaya yang terlihat terang atau gelap akan berbeda pada setiap ordenya. Sehingga kita dapat melihat intensitas dan juga polanya.

1.3 Tujuan Percobaan

1. Menentukan pola dan intensitas difraksi dari celah dan grid ganda 2. Menentukan posisi intensitas minimum pertama yang berhubungan dengan celah tunggal. Harga intensitas minimum tersebut digunakan untuk menghitung dari lebar celah. 3. Menentukan distribusi intensitas pada pola difraksi dari celah kelipatan tiga, kelipatan empat dan kelipatan lima, dimana seluruh celah memiliki lebar dan jarak antar celah yang sama. Selanjutnya menaksir hubungan intensitas dari puncak pusat difraksi.

4. 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.

BAB II TEORI DASAR

Pada praktikum kali ini, sifat cahaya yang akan dibahas adalah cahaya sebagai gelombang. Gelombang dapat terjadi karena adanya sumber getaran yang bergerak terus menerus. Gelombang cahaya berdasarkan arah rambatannya termasuk gelombang stasioner, yaitu gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah getarannya. Sedangkan berdasarkan mediumnya, cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium dalam penjalarannya. Sebagai gelombang, cahaya mengalami gejala dispersi, refraksi, releksi, difraksi, interferensi, polarisasi dan efek Dopler. Namun pada praktikum kali ini, kita akan membahas gejala difraksi dan interferensi.

Difraksi Cahaya

Di dalam suatu medium yang sama, gelombang merambat lurus. Oleh karena itu, gelombang lurus akan merambat ke seluruh medium dalam bentuk gelombang lurus juga. Hal itu tidak berlaku jika pada medium diberi penghalang atau rintangan berupa celah. Untuk ukuran celah yang tepat, gelombang yang datang dapat melentur setelah melalui celah tersebut. Lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah dinamakan difraksi gelombang.

Gambar 4.1 Pada celah lebar, hanya muka gelombang Pada tepi celah saja yang melengkung

Gambar 4.2 Pada celah sempit, difraksi gelombang tampak jelas, yaitu gelombang lurus setelah melalui celah berbentuk lingkaranlingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya

Jika penghalang celah yang diberikan lebar, difraksi tidak begitu jelas terlihat. Muka gelombang yang melalui celah hanya melentur di bagian tepi celah saja, seperti ditunjukkan gambar 4.1. Akan tetapi, jika penghalang celah diberikan sempit, maka difraksi gelombang akan tampak sangat jelas. Celah bertindak sebagai sumber gelombang berupa titik, dan muka gelombang yang melalui celah dipancarkan berbentuk leingkaran-lingkaran dengan celah tersebut sebagai pusatnya, seperti ditunjukkan gambar 4.2. Dari kedua gambar tersebut, dapat kita simpulkan bahwa setiap titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombang baru. Kesimpulan tersebut yang kita kenal dengan Prinsip Huygens. Seperti dijelaskan di atas, cahaya yang melalui celah tunggal (lebar celah seukuran dengan panjang gelombang cahaya) akan mengalami pelenturan atau difraksi. Namun bagaimana jika difraksi cahaya jika dilihat pada layar.

4 3 d/2 d d/2 sin 2 1

Hasil percobaan memberikan bayangan pada layar. Jalur di tengah adalah paling lebar dan paling terang. Jalur di sebelahnya silih berganti gelap dan terang. Peristiwa ini tgerjadi dengan menganggap sinar-sinar sejajar jatuh tegak lurus pada sebuah celah sangat sempit, melewati celah ini, kemudian ditangkap oleh layar yang letaknya sangan jauh dari celah (dibandingkan dengan lebar celah). Cahaya melentur di sekitar pinggiran celah dan menerangi daerah-daerah pada layar yang tidak langsung berhadapan dengan celah. Sebagai akibatnya, kita mengamati jalur terang dan gelap silih berganti di layar. Untuk menganalisa pola difraksi, kita bagi celah menjadi dua bagian. Perhatikan gelombang 1 dan 3, yang keluar dari bawah dan tengah celah. Gelombang 1 menempuh lintasan yang lebih jauh daripada gelombang 3 dengan beda lintasan (d/2) sin . Interferensi minimum (pita gelap) terjadi jika kedua gelombang berbeda fasa 180 atau beda lintasannya sama dengan setengang panjang gelombang.

; sin =Jika kita bagi celah menjadi empat bagian dan memakai cara yang sama, kita peroleh bahwa pita juga gelap ketika :

; sin =Secara umum dapat kita nyatakan bahwa pita gelap ke-n terjadi jika :

sin =atau

dengan n = 1,2,3,...

d sin = n ; dengan n = 1,2,3,...dengan adalah sudut simpangan atau deviasi. Perhatikan, n=1 menyatakan garis gelap ke 1, n=2 menyatakan garis gelap ke 2, dan seterusnya.

Interferensi Cahaya

Syarat utama agar inetrferensi dapat diamati adalah kedua sumber gelombang haruslah koheren. Yang dimaksud dengan dua sumber gelombang koheren adalah kedua gelombang selalu memiliki beda fasa tetap. Supaya beda fasa selalu tetap, maka kedua gelombang harus memiliki fasa yang sama. Syarat tambahanagar interferensi kedua gelombang koheren dapat diamati dengan jelas adalah kedua gelombang harus memiliki amplitudo yang hampir sama. Hal tersebut adalah alasan mengapa peristiwa interferensi cahaya sulit diamati pada kehidupan sehari-hari, cahaya yang kita lihat sehari-hari tidaklah koheren. Ada tiga cara untuk menghasilkan pasangan sumber cahaya koheren, sehingga dapat menghasilkan pola interferensi. (1) Sinari dua (atau lebih) celah sempit dengan cahaya yang berasal dari celah tunggal. Inilah yang dilakukan oleh Thomas Young. (2) Dapatkan sumber-sumber koheren maya dari sebuah sumber cahaya dengan pemantulan saja (ini yang dilakukan oleh Fresnel) atau pemantulan dan pembiasan. (3) Gunakan sinar laser sebagai penghasil cahaya koheren Peristiwa interferensi dapat diilustrasikan seperti gambr berikut : Maks Min Maks Min Maks

MinGambar (a)

Maks

Gambar 4.2 (a) Diagram skematik percobaan celah ganda Young. Celah yang dekat sumber cahaya berlaku sebagai gelombang. Celah S1 dan S2 berlaku sebagai pasangan sumber cahaya koheren yang menghasilkan pola interferensi pada layar (b) Pola interferensi berupa pita-pita terang dan gelap yang terlihat pada layar.Gambar (b)

Jarak Pita Terang atau Pita Gelap ke-n dari Terang Pusat Pada interferensi maksimum (pita terang), terjadi jika kedua

gelombang yang berpadu memiliki fasa yang sama. Fasa sama terjadi jika beda lintasan antara keduanya, S = 0, , 2, 3,..... Secara matematis dapat ditulis : d sin = 0, , 2, 3,..... d sin = n ; dengan n = 1,2,3,..... .........................(4.2)

Sedangkan pada interferensi minimum (pita gelap), terjadi jika kedua gelombang berlawanan fasa atau memiliki beda lintasan S = , 1 , 2 ,.... Secara matematis dapat kita tulis : S = d sin = , 1 , 2 ,.... ; dengan n = 1,2,3,...... ............. (4.3) P S1 dSumber Cahaya

S = d sin = (n + )

y Rd sin

Q S2

O

Titik tengah terang pusat

L

Kedudukan pita terang ke-n atau pita gelap ke-n diukur dari O ke P. Pada gambar di atas, kedudukan ini dunyatakan oleh y. Karena jarak antara celah dan layar sangat jauh dibanding dengan jarak antar kedua celah (L>>d), maka sudut bernilai sangat kecil. Jadi, dapat digunakan pendekatan sin Perhatikan POQ siku-siku pada gambar di atas : Sin Untuk Pita Terang Substitusikan pers.(*) ke dalam pers (4.2), sehingga kita peroleh : d sin = n d =n tan = ....................... (*) tan .

=Untuk Pita Gelap

n

dengan n = 1, 2, 3, ....

Substitusikan pers.(*) ke dalam pers.(4.3), sehingga kita peroleh : d sin = (n + ) d = (n + )

=

(n + )

dengan n = 1, 2, ....

BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan Percobaan 1. He-Ne laset, 1.0 mW, 220V AC 2. Amplifier pengukur universal 3. Dudukan optik = 60 cm 4. Base f.opt. profile-bench, adjust 5. Slide dengan pengatur ketinggian f optik h 80 mm 6. Slide mount, lateral, adjust, cal 7. Pemegang lensa dan pemegang object 535 cm 8. Lensa f+20 mm, lensa f+100 mm 9. Fotoelemen 10. Diafragma, 3 celah tunggal, 4 celah ganda 11. Grating difraksi 4 garis/mm, 8 garis/mm, 10 garis/mm, 50 garis/mm 12. Multi range meter A 07028.01 1 13. Karbon resistor PEK 1W 5% 2.2Kohm 14. Kabel koneksi 750 mm, merah dan biru

3.2 Prosedur Percobaan1. 2. Menyusun alat percobaan Menyalakan laser. Dengan bantuan lensa f = +20 mm dan f = 100 mm, mengatur sinar laser yang lebar dan sejajar agar jatuh tepat di pusat foto sel dengan gap celah. Menempatkan foto sel 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. 3. Menghubungkan fotosel dengan input 104 dari amplifier pengukur ( faktor perbesaran 103 105)menghubungkan resistor 2.2 k paralel dengan fotosel. Saat

faktor amplifikasi diubah, titik nol dari amplifier pengukur harus diperiksa dimana fotosel ditutup, koreksi jika diperluka. 4. Menentukan harga intensitas difraksi untuk celah ganda dengan menggeser fotosel sejauh 0.1 mm 0.2 mm 5. 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.

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Tabel Data Pengamatan

n -3 -2 -1 0 1 2 3

Kiri

Kanan

Kisi = 50 garis/mm V untuk masing-masing jarak (volt) 20 30 40 1,28 1,77 1,72 10,2 11,03 11,79 13,86 13,86 13,87 13,96 13,96 13,96 13,86 13,86 13,86 9,8 10,68 9,85 1,02 0,96 1,51

d terhadap n=0 (cm) 20 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 30 -2,7 -1,8 -0,9 0 0,9 1,8 2,7 40 -3,6 -2,4 -1,2 0 1,2 2,4 3,6

n 3 2 1 0 1 2 3

Kiri

Kanan

Kisi = 10 garis/mm V untuk masing-masing jarak (volt) 20 30 40 8,76 4,16 9,18 11,99 11,73 12,59 13,86 13,86 13,87 13,96 13,96 13,96 13,87 13,87 13,87 12,3 12,3 9,81 6,19 6,19 8,32 Kisi = 8 garis/mm V untuk masing-masing jarak (volt) 20 30 40 0,07 0,06 0,03 1,41 1,87 0,82 12,67 13,87 12,41 13,83 13,83 13,83 11,17 13,84 12,38 2,75 2,24 2,2 0,09 0,09 0,03 Kisi = 4 garis/mm V untuk masing-masing jarak (volt) 20 30 40 0,73 6,16 0,27 4,02 2,69 4,01 12,29 8,56 10,46 13,83 13,76 13,41 12,75 10,12 11 3,21 4,6 3,5 0,51 0,44 0,32

d terhadap n = 0 (cm) 20 -0,33 -0,22 -0,11 0 0,11 0,22 0,33 30 -0,41 -0,34 -0,17 0 0,17 0,34 0,41 40 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6

n 3 2 1 0 1 2 3

d terhadap n = 0 (cm) 20 -0,27 -0,18 -0,09 0 0,09 0,18 0,27 30 -0,42 -0,28 -0,14 0 0,14 0,28 0,42 40 -0,57 -0,38 -0,19 0 0,19 0,38 0,57

Kiri

Kanan

n -3 -2 -1 0 1 2 3

P terhadap n = 0 (cm) 20 -0,1 -0,05 -0,025 0 0,025 0,05 0,1 30 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15 40 -0,48 -0,24 -0,12 0 0,12 0,24 0,48

Kiri

Kanan

4.2 Perhitungan Data

4.2.2 Menghitung Intensitas Difraksi Karena maka ; ;

; Sehingga I = Contoh perhitungan Kisi 50 garis/mm L=20 cm dengan V = 13.96 Volt I= = 37978,838

Dengan menggunakan cara di atas, diperoleh nilai Intensitas Difraksi masingmasing kisi serta jarangnya : Kisi = 50 garis/mm I 30 409,81506E-08 0,000148014 0,000369023 0,000379788 0,000369023 0,000130102 8,49347E-09 8,75213E-08 0,000193221 0,000370089 0,000379788 0,000369023 9,41337E-05 5,19886E-08

20

20

Kisi = 10 garis/mm I 30 402,99484E-06 0,000189318 0,000369023 0,000379788 0,000370089 0,000228887 1,46812E-05 7,10184E-05 0,000251248 0,000370089 0,000379788 0,000370089 9,26139E-05 4,79174E-05

2,684E-08 0,0001082 0,000369 0,0003798 0,000369 9,224E-05 1,082E-08

5,889E-05 0,0002067 0,000369 0,0003798 0,0003701 0,0002289 1,468E-05

Kisi = 8 garis/mm20 I 30 40 20

Kisi = 4 garis/mmI 30 40

2,401E-13 1,296E-13 8,1E-15 3,953E-08 1,22283E-07 4,52122E-09 0,0002577 0,000370089 0,000237185 0,0003658 0,000365838 0,000365838 0,0001557 0,000366897 0,0002349 5,719E-07 2,51763E-07 2,34256E-07 6,561E-13 6,561E-13 8,1E-15

2,84E-09 1,43987E-05 5,31441E-11 2,612E-06 5,23611E-07 2,5857E-06 0,0002281 5,36902E-05 0,000119709 0,0003658 0,000358487 0,000323381 0,0002643 0,000104887 0,00014641 1,062E-06 4,47746E-06 1,50063E-06 6,765E-10 3,7481E-10 1,04858E-10

4.2.3 Menggambarkan grafik hubungan intensitas difraksi I sebagai fungsi dari posisi x untuk celah dengan kelipatan n

Kisi 50 garis/mm L = 20 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 Intensitas Difraksi 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 -2 -1 0 P terhadap n=0 (cm) 1 2 Series1

L = 30 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 Intensitas Difraksi 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 -3 -2 -1 0 1 2 3 P terhadap n=0 (cm) Series1

L = 40 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 -2 0 P terhadap n=0 (cm) 2 4 Intensitas Difraksi

Series1

-4

Kisi 10 garis/mm L = 20 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 Intensitas Difraksi 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 -0.4 -0.2 0 P terhadap n=0 (cm) 0.2 0.4 Series1

L = 30 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 Intensitas Difraksi 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 P terhadap n=0 (cm) Series1

L = 40 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 Intensitas Difraksi 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 -1 -0.5 0 P terhadap n=0 (cm) 0.5 1 Series1

Kisi 8 garis/mm L = 20 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0004 Intensitas Difraksi 0.0003 0.0002 0.0001 0 -0.1 0 0.1 -0.0001 P terhadap n=0 (cm) Series1

-0.3

-0.2

0.2

0.3

L = 30 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0005 Intensitas Difraksi 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 -0.4 0 -0.2 0 0.2 -0.0001 P terhadap n=0 (cm) 0.4 0.6 Series1

-0.6

L = 40 cm

Hubungan Intensitas Difraksi Terhadap Jarak antar Celah0.0004 Intensitas Difraksi 0.0003 0.0002 0.0001 0 -0.5 0 -0.0001 P terhadap n=0 (cm) 0.5 1 Series1

-1

Kisi 4 garis/mm L = 20 cm

Hubungan Intensitas Cahaya terhadap Jarak antar Celah0.0004 0.00035 0.0003 0.00025 0.0002 0.00015 0.0001 0.00005 0 -0.05 0.05 -0.00005 0 P terhadap n = 0 (cm)

Intensitas Difraksi

Series1

-0.15

-0.1

0.1

0.15

L = 30 cm

Hubungan Intensitas Cahaya terhadap Jarak antar Celah0.0004 0.00035 0.0003 0.00025 0.0002 0.00015 0.0001 0.00005 0 -0.1 -0.00005 0 P terhadap n = 0 (cm)

Intensitas Difraksi

Series1

-0.2

0.1

0.2

L = 40 cm

Hubungan Intensitas Cahaya terhadap Jarak antar Celah0.00035 0.0003 Intensitas Difraksi 0.00025 0.0002 0.00015 0.0001 0.00005 -0.4 0 -0.2 0.2 -0.00005 0 P terhadap n = 0 (cm) 0.4 0.6 Series1

-0.6

4.2.4

Menentukan nilai rata-rata panjang gelombang sinar laser yang

digunakan

Rumus untuk mencari panjang gelombang yaitu

d sin n

sin tan

y L

, maka

d

y n , maka di dapat : L

d

y Ln

d = lebar antar celah; y = jarak antara terang pusat dengan terang orde ke- n; L = jarak antara celah ke layar;

= panjang gelombang.n = orde

Contoh perhitungan panjang gelombang pada kisi 50 garis/mm = 0.002 cm/garis L = 20 cm ; d = 0.002 cm (0.002 cm) = 5x cm

Dengan menggunakan cara di atas, diperoleh nilai panjang gelombang sinar laser untuk masing-masing kisi dan panjang L :

L 20 30 40

Kisi = 50 garis/mm d=0,002 cm 0,00005 0,00006 0,00006

Kisi = 10 garis/mm d = 0,01 cm 0,00005 0,00006 0,00006

Kisi = 8 garis/mm d = 0,0125 cm 0,00055 0,0000456 0,00005

Kisi = 4 garis/mm d = 0,025 cm 0,000042 0,000042 0,000075

Sinar lasert yang kita gunakan adalah cahaya merah yang memiliki panjang gelombang sekitar 6.273 x , jika dibandingkan dengan panjang gelombang

hasil percobaan maka diperoleh nilai Kesalahan Relatif sebesar :

KSR Untuk Kisi 50 garis/mm : =KSR

lit hit x 100% lit

0.00006273 0.0000533 x 100 % 0.00006273

= 15.03 %

Untuk Kisi 10 garis/mm : = KSR = 15.03 %

Untuk Kisi 8 garis/mm : = KSR = 8 %

4.3 Analisa Data dan Grafik Dari hasil percobaan, kita memperoleh nilai tegangan pada tiap-tiap orde, nilai tegangan ini yang akan kita gunakan dalam perhitungan intensitas difraksi. Dari pengolahan data, diperoleh nilai intensitas cahaya laser bergantung pada orde atau jarak antar celah. Pada orde ke nol, intensitas difraksi maksimum, dimana pada orde ini merupakan orde pusat. Menurut teori, intensitas difraksi akan maksimum pada orde ke nol, dan akan berkurang nilainya pada orde-orde selanjutnya. Dari grafik, bisa terlihat bahwa intensitas cahaya paling besar terjadi pada orde ke nol, dimana orde ke nol ini merupakan orde pusat yang oleh karena itu intensitas cahayanya paling besar. Dan pada orde-orde selanjutnya, intensitas semakin berkurang. Hal ini sesua dengan teori di atas. Untuk menentukan panjang gelombang, kita dapat menggunakan rumus interferensi dan difraksi. Dari hasil percobaan diperoleh nilai panjang gelombang yang digunakan yaitu sekitar 0.00005-0.00006 cm. Sedangkan panjang gelombang literatur yaitu 0.00006273 cm, karena kita menggunakan cahaya monokromatik merah. Jika dibandingkan nilai panjang gelombang hasil percobaan dengan panjang gelombang literatur, diperoleh nilai kesalahan relatifnya yaitu sekitar 8%-20%. Nilai kesalahan ini termasuk cukup besar. Hal ini dikarenakan ketidaktelitian praktikan dalam mengukur jarak antar celah atau jarak kisi dengan layar sehingga mendapat perhitungan KSR yang cukup besar. Namun secara keseluruhan, praktikan telah memahami prinsip difraksi cahaya pada celah dan grid ganda. Untuk percobaan-percobaan selanjutnya diharapkan praktikan lebih teliti dalam mengambil data.

BAB V Kesimpulan

1. Cahaya memiliki sifat gelombang, yaitu difraksi dan interferensi, pada saat berinterferensi terjadi gelap dan terang. Terang pusat terjadi pada saat ordenya 0. 2. Dari hasil percobaan perhitungan panjang gelongbang sinar laser didapat , sedangkan panjang gelombang sinar laser literatur adalah perbedaannya jauh. Hali ini disebabkan karena

pengukuran nilai y yang kurang teliti yang hanya menggunakan penggaris yang ketelitiannya 0.05 cm. 3. Pada perhitungan intensitas cahaya, intensitas yang paling besar adalah pada saat ordenya nol. Karena terang pusat berada di tengah atau berada di pusat dimana ordenya adalah nol.

Daftar Pustaka

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid 1 (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga