laporan 2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Setaiap orang sudah terbiasa dengan pemikiran bahwa bunyi

berbelok di sekitar sudut-sudut, jika bunyi tidak berperilaku seperti ini,

maka kita tidak dapat mendengar bunyi sirine dari mobil polisi yang tidak

terlihat di sekitar sudut atau percakapan seseorang yang membelakangi

kita. Ternyata, cahaya juga dapat berbelok di sekitar sudut. Bila cahaya

dari sebuah sunber titik jatuh pada sebuah tepi lurus yang menghasilkan

sebuah bayangan, maka tepi banyangan tersebut tidak pernah tajam secara

sempurna. Sejumlah cahaya muncul dalam kawasan yang kita perkirakan

berada di dalam bayangan tersebut, dan kita mendapatkan pinggir terang

dan pingggir gelap secara bergantian dalam kawasan yang di terangi

tersebut. Umumnya, cahaya yang muncul keluar dari celah-celah tidak

berperilaku persis sesuai dengan prediksi dari model sinar garis lurus pada

optic geometri.

Alasan untuk efek ini adalah bahwa cahaya, seperti bunyi,

mempunyai cirri-ciri gelombang. Disini kita akan mengamati dan

mempelajari efek interferensi yang di hasilkan dari penggabungan banyak

gelombang cahaya. Dimana efek seperti inilah yang disebut sebagai

difraksi. Dalam percobaan ini juga kita akan menyelidiki bahwa perilaku

gelombang-gelombang setelah melalui sebuah celah (aperture) adalah

salah satu contoh difraksi dimana setiap bagian yang sangat kecil dari

celah tersebut bertindak sebagai sumber gelombang.

1.2 Tujuan Percobaan

1. Memahami prinsip terjadinya difraksi.

2. Menentukan nilai d (lebar celah atau tetapan kisi).

1 Laporan optic : Difraksi

BAB II

DASAR TEORI

Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih

kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan mengalami

kelenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang

melebar di daerah belakang celah tersebut. Gejala ini dikenal dengan istilah

difraksi.

Istilah difraksi dipergunakan untuk persoalan yang berhubungan dengan efek

resultan yang dihasilkan oleh bagian permukaan gelombang yang terbatas.

Karena beberapa cahaya pada kebanyakan persoalan difraksi ditemukan

dalam daerah baying-bayang geometrk, maka kadang-kadang difraksi

didefinisikan sebagai pembelokan cahayadisekeliling suatu rintangan.

Gambar 2.1 Bayangan geometrik dari sebuah tepi yang lurus

Dalam gambar 2.1, jarak dari sumber ke rintangan yang dipotong sebagian

dari muka gelombang adalah beberapa meter, dan juga jarak dari rintangan ke

layar. Tidak ada lensa yang dipakai. Macam difraksi ini dikenal dengan

difraksi frensel.

Sesuai dengan teori Huygens, kita dapat memandang difraksi sebagai

interferensi sederet sumber titik yang memenuhi lebar celah. Kita dapat

menentukan intensitas difraksi pada setiap titik dilayar dengan menggunakan

diagram fasor untuk N buah celah. Sebagai ganti celah – celah kita gunakan

titik-titik pada muka gelombang dalam celah tunggal yang kita selidiki. Hal

ini dapat kita lakukan, sebab menurut terori Huygens yang berlaku untuk


setiap gelombang, titik-titik pada muka gelombang berlaku sebagai sumber

gelombang sekunder yang keluar dari celah.

Difraksi mengacu pada penyimpangan (deviasi) dari perambatan garis lurus

yang terjadi ketika suatu gelombang bergerak melewati suatu penghalang

parsial. Ini biasanya sesuai dengan pembengkokan atau penyebaran

gelombang pada tepi-tepi lubang dan penghalang. Bentuk paling sederhana

dari difraksi cahaya adalah difraksi Fraunhofer atau far-field. Difraksi ini

diamati pada sebuah layar yang sangat jauh dar lubang atau penghalang yang

mengganggu arus gelombang-gelombang datar yang datang. Difraksi

memberikan suatu batasan bagi ukuran detail-detail yang dapat diamati

secara optik.

Difraksi fraunhofer celah tunggal terjadi ketika sinar-sinar cahaya sejajar

dengan panjang gelombang λ datang tegak lurus terhadap sebuah celah

dengan lebar D, suatu pola difraksi tampak di belakang celah tersebut. Pada

sebuah layar yang sangat jauh, daerah gelap yang penuh tampak pada sudut

θm' terhadap berkas sinar yang menembus lurus, dimana

m' λ=D sin θm' ' ……………………………… (1)

Di sini, m'=± 1 ,± 2 ,± 3 , ……, adalah bilangan orde dari garis gelap difraksi

(atau minimum). Polanya terdiri dari sebuah garis terang pusat lebar yang

diapit pada kedua sisinya oleh garis-garis gelap dan terang yang sempit yang

lemah secara bergantian (m'=± 1 ,± 2 dst).

Jika celah yang kita pergunakan berbentuk lingkaran, maka persoalannya

tidaklah sederhana. Kita harus menjumlahkan gelombang yang berasal dari

setiap titik dalam lubang. Untuk lubang berdimensi dua sukar untuk

menggunakan diagram vector, akan tetapi kita harus menggunakan integral

yang sulit. Hasilnya ternyata tidak jauh berbeda dengan difraksi oleh suatu

celah.


Jika suatu lubang berbentuk lingkaran dengan garis tengah d disinari dengan

gelombang cahaya, maka minimum pertama intensitas difraksi akan terjadi

pada arah , dimana

sin θ=(1,22 ) λD

…………………………………… (2)

Bayangan yang terjadi pada layar akan berbentuk lingkaran – lingkaran

konsentrik (dengan pusat yang sama); lingkaran gelap dan terang silih

berganti. Lingkaran gelap yang pertama tidak lain adalah minimum pertama

pada distribusi intensitas difaksi. Intensitas lingkaran terang selanjutnya jauh

lebih kecil daripada intensitas maksimum yang di tengah (sentral).

Lingkaran-lingkaran ini disebut lingkaran airy, karena airy adalah orang yang

pertama memecahkan persoalan difraksi oleh lubang berbentuk lingkaran.

Batas resolusi dari dua benda akibar refraksi terjadi ketika dua benda diamati

melalui suatu alat opti, pola-pola difraksi yang disebabkan oleh lubang dari

alat membatasi kemampuan kita untuk membedakan benda-benda tersebut

satu sama lain. Agar dapat dibedakan, sudut θ yang dibentuk pada lubang

oleh benda-benda tersbut harus lebih besar daripada nilai kritis θcr ' yang

ditentukan oleh

sin θcr=(1,22 ) λD

……………………………… (3)

Di mana D adalah diameter lubang bulat dari alat (dapat berupa mata,

teleskop, atau kamera).

Kisi difraksi adalah sederetan lubang atau penghalang berulang yang

mengubah amplitude atau fase dari sebuah gelombang. Biasanya terdiri dari

sejumlah besar celah sejajar yang sama jaraknya; jarak antar celah adalah

jarak antar kisi a. Ketika gelombang dengan panjang gelombang λ datang

tegak lurus terhadap kisi dengan jarak a, garis maksimum akan tampak di

belakang kisi dengan sudut-sudut θm terhadap garis normal, di mana


mλ=a sin θm…………………………………………….(4)

Di sini, m'=0 , ± 1, ± 2 ,± 3 ,……,adalah bilangan orde dari bayangan yang

difraksi. Biasanya akan terdapat garis terang pusat dari cahaya berwarna (

m=0) yang tidak terdeviasi, diapit pada kedua sisinya dengan daerah gelap

dan kemudian garis cahaya berwarna lain (m=± 1), dan seterusnya. Ini

dikenal sebagai spectrum orde ke nol, spectrum orde pertama, dan seterusnya.

Hubungan yang sama berlaku untuk garis maksimum utama dalam pola-pola

interferensi dua atau tiga celah. Akan tetapi, dalam kasus-kasus ini garis

maksimum tersebut hamper tidak terlihat dengan cukup jelas, tidak seperti

kisi yang terdiri dari ratusan atau ribuan celah. Pola tersebut dapat menjadi

sangat kompleks jika celah-celah tersebut cukup lebar sehingga pola difraksi

celah tunggal menunjukkan beberapa garis minimum.

Kasus pada difraksi sinar x dengan panjang gelomabgn λ oleh pantulan

sebuah Kristal dijelaskan melalui persamaan Bragg. Pantulan yang kuat

tampak dengan sudut-sudut yang sangat berdekatan ∅m (dimana ∅ adalah

sudut antara permukaan Kristal dan berkas sinar yang dipantulkan) yang

ditentukan oleh

mλ=2d sin∅m…………………………………..(5)

Di mana d adalah jarak antara bidang-bidang pantulan dalam Kristal dan m =

1, 2, 3,…., adalah orde pantulan.


Difraksi (dan Lat.: diffringere; pematahan). Pembelokan cahaya oleh

penghalang. Bila seberkas gelombang dengan sinar sejajar melalui suatu

celah, maka sinar akan melebar karena terjadi difraksi oleh celah tersebut.

Difraksi terjadi dengan kuat bila lebar celah tak banyak berbeda dengan

panjang gelombang. Difraksi terjadi pada semua gelombang, yaitu

gelombang pada permukaan air, gelombang bumi, cahaya, gelombang mikro,

dan sebagainya. Karena gelombang bunyi mempunyai panjang gelombang

antara 2 cm dan 20 m, yaitu kira-kira sama dengan ukuran benda yang ada di

sekitar kita, maka gelombang bunyi terdi fraksi dengan kuat. Difraksi pada

gelombang cahaya oleh celah sempit, dapat diamati dengan mudah bila

digunakan cahaya dengan sinan-sinar yang sejajan dan kuat, misalnya sinar

laser, dan digunakan celah sempit kira-kira sepersepuluh milimeter,

kemudian cahaya yang keluar dan celah ditangkap dengan layan pada jarak 5

m dan celah. Difraksi seperti mi disebut difnaksi Fraunhofer atau difnaksi

medan jauh. Bila jarak antara sumber dan celah, celah dan layar, atau

keduanya tak tenlalu besar, akan kita dapatkan pola bayangan yang lain

danipada difraksi Fnaunhofen. Difraksi yang terjadi pada keadaan terakhir

disebut difraksi Fresnel, diambil dan nama Augustin Jaan Fresnel, yang

pertama kali membahasnya secara kuantitatif pada 1818. Peristiwa difraksi


terjadi karena penjumlahan atau interferensi gelombang-gelombang yang

berasal dari titik-titik di dalam celah. Bila celah sempit, maka pengaruh titik

bagian tepi adalah kuat, sehingga memberikan sinar arah yang masuk daerah

bayangan, yaitu membelok.


BAB III

METODE EKSPERIMEN

3.1 Waktu dan Tempat

Hari/Tanggal : Rabu, 14 Desember 2011

Waktu : 15.30 Wita - Selesai

Tempat : Laboratorium Eksperimen Fisika FMIPA UNTAD Palu.

3.2 Alat dan Bahan

1. Meja

2. Sumber cahaya (Laser gas HeNe)

3. Layar (Kertas grafik)

4. Alat menggambar (pensil)

5. Mistar

6. Beberapa kisi difraksi

3.3 Prosedur Kerja

1. Menyiapkan laser gas HeNe sebagai sumber cahaya, statif, beberapa

kisi difraksi, kertas grafik, pensil, dan mistar

2. Memasang laser gas HeNe pada statif, kemudian meletakkan kisi

difraksi didepan laser, dan memasang layar (kertas grafik) didepan kisi

difraksi tersebut sesuai dengan jarak yang ditentukan

3. Mengatur sinar keluaran pada laser, sehingga mengenai tepat di tengah

celah

4. Mengamati kemudian menggambar pola gelap terang yang dihasilkan

5. Mengulagi langkah tersebut untuk beberapa celah tunggal dan celah

ganda

6. Menentukan panjang gelombang cahaya

7. Menghitung lebar celah tunggal dan menaksir kesalahan yang mungkin

8. Untuk setiap celah ganda, menghitung jarak pisahnya, apakah lebar

celah pada setiap kasus sama dengan celah tunggal.


BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengamatan

4.1.1 Celah Tunggal

Perlakuan 1

L = 80 cm

d = 0,1 cm

n = 8

Xn = 0,1 cm

Perlakuan 2

L = 80 cm

d = 0,2 cm

n = 10

Xn = 0,3 cm

Perlakuan 3

L = 80 cm

d = 0,1 cm

n = 4

Xn = 0,3 cm

Perlakuan 4

L = 80 cm

d = 0,1 cm

n = 3

Xn = 0,3 cm


Perlakuan 5

L = 80 cm

d = 0,2 cm

n = 1

Xn = 0,4 cm

4.1.2 Celah Ganda

Perlakuan 1

L = 80 cm

d = 0,3 cm

n = 80

Xn = 0,2 cm

Perlakuan 2

L = 80 cm

d = 0,3 cm

n = 30

Xn = 0,45 cm

Perlakuan 3

L = 80 cm

d = 0,3 cm

n = 40

Xn = 0,15 cm

Perlakuan 4

L = 80 cm

d = 0,05 cm

n = 6

Xn = 0,4 cm

Perlakuan 5

L = 80 cm


d = 0,2 cm

n = 30

Xn = 0,4 cm

4.2 Analisa Data

λ=Xn d

n L…………… (1)

X= λ Ld

……………(2)

Untuk celah tunggal

1. L = 0,8 m n = 8

d = 1 . 10−3 m Xn = 1 . 10−3 m

Menentukan panjang gelombang

λ=Xn . d

n . L = 1.10−3∗1 .10−3

8∗0,8 = 1. 10−6

6,4 = 0,16 . 10−6 m

Menentukan jarak terdekat antara pola gelap terang

x= λ . Ld = 0,16∗10−6∗0,8

1 .10−3 = 0 ,13 .10−3 m

2. L = 0,8 m n = 10

d = 2 . 10−3 m Xn = 3 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 3.10−3∗2 . 10−3

10∗0,8 = 6 .10−6

8 = 0,75 . 10−6 m


x= λ . Ld = 0,75∗10−6∗0,8

2 .10−3 = 0,3 . 10−3 m

3. L = 0,8 m n = 4

d = 1 . 10−3 m Xn = 3 . 10−3 m



λ=Xn . d

n . L = 3.10−3∗1 .10−3

4∗1 = 3 .10−6

4 = 0,75 . 10−6 m


x= λ . Ld = 0,75 .10−6∗0,8

1. 10−3 = 0,6 . 10−3 m

4. L = 0,8 m n = 3

d = 1 . 10−3 m Xn = 3 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 3.10−3∗1 .10−3

3∗0,8 = 3 .10−6

2,4 = 1,25 . 10−6 m


x= λ . Ld = 1,25 .10−6 .0,8

1. 10−3 = 1 .10−3 m

5. L = 0,8 m n = 1

d = 2 . 10−3 m Xn = 4 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 4 .10−3∗2 .10−3

1∗0,8 = 8 .10−6

0,8 = 10 . 10−6 m


x= λ . Ld = 10 .10−6∗0,8

2 . 10−3 = 4 .10−6 m

Untuk Celah ganda

1. L = 0,8 m n = 80

d = 3 . 10−3 m Xn = 2 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 2. 10−3∗3 .10−3

80∗0.8 = 6 .10−6

64 = 0,09 . 10−6 m



x= λ . Ld = 0,09 .10−6∗0,8

3 . 10−3 = 0,024 .10−6 m

2. L = 0,8 m n = 30

d = 3 . 10−3 m Xn = 4,5 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = ¿4,5 . 10−3∗3 . 10−3

30∗0,8 = 13,5 .10−6

24 = 0,56 . 10−6 m

Menentukan jarak antara pola gelap terang

x= λ . Ld = 0 ,56 .10−60,8

3 .10−3 = 0,15. 10−4 m

3. L = 0,8 m n = 40

d = 3 . 10−3 m Xn = 1,5 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 1,5 .10−3∗3 . 10−3

40∗0,8 = 4,5 . 10−6

32 = 0,14 . 10−6 m


x= λ . Ld = 0,14 .10−6∗0,8

3 . 10−3 = 0,04 .10−3 m

4. L = 1 m n = 6

d = 0,5 . 10−3 m Xn = 4 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 4 .10−3∗0,5 . 10−3

6∗0,8 = 2. 10−6

4,8 = 0,42 . 10−6 m


x= λ . Ld = 0,42 .10−6∗0,8

0,5 .10−3 = 0,672 . 10−4 m


5. L = 0,8 m n = 30

d = 2 . 10−3 m Xn = 4 . 10−3 m


λ=Xn . d

n . L = 4 .10−3∗2 .10−3

30∗0,8 = 8 .10−6

24 = 0,33 . 10−6 m


x= λ . Ld = 0,33 .10−6∗0,8

2 . 10−3 = 0,132 . 10−4 m

4.3 Pembahasan

Sesuai dengan teori Huygens, kita dapat memandang difraksi sebagai

interferensi sederet sumber titik yang memenuhi lebar celah. Kita dapat

menentukan intensitas difraksi pada setiap titik dilayar dengan

menggunakan diagram fasor untuk N buah celah. Sebagai ganti celah –

celah kita gunakan titik-titik pada muka gelombang dalam celah tunggal

yang kita selidiki. Hal ini dapat kita lakukan, sebab menurut terori

Huygens yang berlaku untuk setiap gelombang, titik-titik pada muka

gelombang berlaku sebagai sumber gelombang sekunder yang keluar dari

celah.

Pada percobaan kali ini ini dilakukan penyelidikan terhadap pola difraksi

pada celah tunggal dan celah ganda dengan menggukan jarak yang sama

pada masing-masing perlakuan yaitu 80 x10−2 m, kemudian meletakkan

laser didepan kisi dan layar dibelakang kisi. Kemudian cahaya laser

dilewatkan pada kisi celah tunggal dan celah ganda secara bergantian.

Kemudian mengamati pola dan menggambarkan pola yang terbentuk pada

layar.

Dari data yang diperoleh dari hasil pengamatan dapat ditentukan panjang

gelombang yang terbentuk dengan menggunakan persamaan panjang

gelombang (λ) berbanding lurus dengan jarak terang terdekat (X n ) dan


celah kisi (d) dan berbanding terbalik dengan jumlah kisi (n) serta jarak

kisi dari layar (L) dan untuk menentukan jarak terdekat antara pola gelap

terang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan panjang

gelombang (λ) dan jarak kisi dari layar (L) berbanding terbalik terhadap

celah kisi (d). Dari hasil perhitungan dengan menggunakan persamaan

tersebut diperoleh nilai panjang gelombang yang berbeda. Hal ini

desebabkan oleh nilai celah kisi (d), jumlah kisi (n) dan jarak terang

terdekat (X n ) yang digunakan bervariasi. Dimana nilai X n dapat

ditentukan dengan melihat jarak terdekat pola terang. Nilai X n yang

digunakan pada percobaan ini tidak terlalu berbeda untuk masing – masing

perlakuan yaitu antara 0 sampai 1 x10−3 m, sehingga nilai panjang

gelombang ( λ¿ yang diperoleh bergantung dari nilai X n. Untuk celah

tunggal dan celah ganda, nilai panjang gelombang ( ¿ dan jarak terdekat

antara pola terang ( X n ) yang diperoleh berbanding terbalik yaitu semakin

besar jarak antar pola terang (X n¿maka panjang gelombangnya akan

semakin kecil, namun untuk beberapa perlakuan nilai ( X n¿ yang

digunakan adalah nol (0) maka nilai panjang gelombangnya juga nol (0).

Hal ini berarti (X n¿ dan ( λ¿ berbanding lurus.

Setelah melakukan percobaan ini, dapat diketahui bahwa efek difraksi

dapat diperoleh karena adanya seberkas cahaya dari sumber cahaya (laser)

yang dilewatkan melalui sebuah celah yang memiliki lebar tertentu,

sehingga berkas-berkas cahaya tersebut dibelokkan (dilenturkan),

kemudian berinterferensi disuatu titik pada layar yang berjarak L dari

celah. Dan difraksi kisi dapat terjadi jika dua gelombang memiliki fase

yang sama apabila selisih lintasanya sama dengan nol. Adapun nilai yang

didapat dari perhitungan dengan menggunakan persamaan di atas yaitu

untuk panjang gelombang (λ) dan jarak terdekat pola terang – gelap (X)

adalah untuk celah tunggal λ1=0,16 X 10−6 m dan X1=0,13 X 10-3 m,

λ2=0,75 X 10−6 m dan X2 =0,3 X 10−3 m, λ3=0,75 X 10−6 m dan X3 = 0,6


X 10-4 m, λ4=1,25 X 10−7m dan X4 = 1 X 10-3 m sedangkan

λ5=10 X 10−8 mdan X5 =4 X 10-4 m. Pada celah ganda λ1=0,09 X 10−6 m

dan X1 = 0,024 X 10−3 m, λ2=0 , 56 X 10−6 m dan X2 = 0,1 5 X 10−3 m,

λ3=0,14 X 10−6 mdan X3 = 0,04 X 10−3 m, λ4=0,42 X 10−6m dan X4 =

0,672 X 10−3 m, sedangkan λ5=0,33 X 10−6 m dan X5 = 0.132 X 10−3 m.

Dari pengamatan yang dilakukan hasil dari pita-pita pola gelap-terang

yang diperoleh tampak jelas. Hal ini sesuai dengan literature, dimana pada

literature menyatakan bahwa interferensi ataupun difraksi akan terbentuk

dengan baik setelah memenuhi syarat-syarat berikut:

Kedua sumber cahaya harus koheren yaitu keduanya harus memiliki

beda fase yag selalu tetap, karena itu keduanya harus memiliki

frekwensi yang sama, kedua ini boleh nol tetapi tidak harus nol.

Kedua gelombang cahaya harus memiliki amplitudo yang hampir sama

jika tidak interferensi yang di hasilkan kurang kontras.


BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengamatan, pembahasan dan teori yang ada, dapat

disimpulkan bahwa:

1. Pola difraksi terjadi apabila suatu gelombang cahaya melewati suatu

celah sempit maka gelombang ini akan mengalami lenturan atau

pembelokan sehingga dibelakang celah tersebut muncul gelombang

setengah lingkaran.

2. Nilai d (lebar celah/tetapan kisi) dapat ditentukan dengan mengetahui

jumlah kisi (n), panjang gelombang (λ), jarak antar pola terang ( X n)

dan jarak celah kelayar (L). Dapat digunakan persamaan panjang

gelombang (λ) berbanding lurus dengan jarak terang terdekat ( X n )

dan celah kisi (d) dan berbanding terbalik dengan jumlah kisi (n) serta

jarak kisi dari layar (L), sedangkan untuk menentukan jarak terdekat

antara pola gelap terang dapat menggunakan persamaan panjang

gelombang (λ) dan jarak kisi dari layar (L) berbanding terbalik

terhadap celah kisi (d).

5.2 Saran

Sebaiknya pada praktikum berikutnya alat yang digunakan pada

saat praktikum, kiranya dapat dilengkapi agar percobaan yang dilakukan

berjalan sebagai mana mestinya.


DAFTAR PUSTAKA

Isaacs Alan, 1995, Kamus Lengkap Fisika, Erlangga, Jakarta.

Tim Penyusun, 2008, Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika Optik,

Laboratorium Fisika Eksperimen Fakultas Mipa Universitas Tadulako,

Palu.

Tipler, 1996, Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi ke-3, Erlangga, Jakarta.

Young dan Freedman, 2001, Fisika Universitas Edisi ke-2, Erlangga, Jakarta.


laporan 2

Documents