PERCOBAAN MICHELSON-MORLEY

Gambar 1: Data dari percobaan the Michelson-Morley

Percobaan Michelson-Morley, salah satu percobaan paling penting dan masyhur dalam sejarah fisika, dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson dan Edward Morley di tempat yang sekarang menjadi kampus Case Western Reserve University. Percobaan ini dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat untuk menyangkal keberadaan ether sebagai medium gelombang cahaya. Percobaan ini juga telah disebut sebagai "titik tolak untuk aspek teoretis revolusi ilmiah kedua". Albert Michelson dianugerahihadiah Nobel fisika tahun 1907 terutama untuk melaksanakan percobaan ini.

Dalam percobaan ini Michelson dan Morley berusaha mengukur kecepatan planet Bumiterhadap ether, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium perambatan gelombang cahaya. Analisis terhadap hasil percobaan menunjukkan kegagalan pengamatan pergerakan bumi terhadap ether.

Interferensi oleh film (lapisan) tipis merupakan dasar dari interferometer Michelson (gambar 2). Diciptakan oleh seorang Amerika, Albert A. Michelson. Cahaya monokromatik dari satu titik pada sumber yang dipanjangkan terlihat menimpa cermin yang setengahnya dilapisi perak Ms. Cermin pembagi berkas Ms ini memiliki lapisan perak yang hanya memantulkan setengah dari cahaya yang jatuh padanya, sehingga setengah berkas akan lewat ke cermin tetap M2, dimana berkas tersebut dipantulkan kembali. Pada saat kembalinya, sebagian berkas 1 melewati Ms dan mencapai mata; dan sebagian berkas 2, pada saat kembalinya, dipantulkan oleh Ms ke mata. Jika panjang kedua lintasan sama, kedua berkas koheren yang memasuki mata akan berinterferensi konstruktif dan akan terlihat terang.

Jika cermin yang dapat digerakkan dipindahkan sejauh λ/4 , satu berkas akan menempuh jarak ekstra yang sama dengan λ/2 (karena bergerak mundur maju sepanjang jarak λ/4). Dalam hal ini kedua berkas akan berinterferensi destruktif dan akan terlihat gelap. Sementara M1 bergerak menjauhi, akan terlihat terang (ketika perbedaan lintasan sebesar λ), kemudian gelap, dan seterusnya.

Gambar 2: Interferometer Michelson

Pengukuran panjang yang sangat tepat dapat dilakukan dengan inferometer. Gerakan cermin M1 menjauh λ/4 saja menghasilkan perbedaan yang jelas antara terang dan gelap. Untuk λ = 400 nm, ini berarti ketepatan 100 nm atau 10-4 mm. Jika cermin M1 dimiringkan sedikit, rangkaian titik terang dan gelap akan terlihat menggantikan serangkaian pinggiran. Dengan menghitung jumlah pinggiran, atau sebagiannya, pengukuran panjang yang sangat tepat dapat dilakukan.

Michelson melihat bahwa interferometer dapat digunakan untuk menentukan panjang meter standar untuk panjang gelombang cahaya tertentu. Pada tahun 1960, standar itu dipilih sebagai garis jingga tertentu pada spektrum kripton-86

(atom kripton dengan massa atom 86). Pengukuran berulang yang teliti dari meter standar yang lama (jarak antara dua tanda pada batang platinum-iridium yang disimpan di Paris) dilakukan untuk menetukan 1 meter sebesar 1.650.763,73 panjang gelombang cahaya ini, yang didefinisikan sebagai meter. Pada tahun 1963, meter didefenisikan kembali dalam laju cahaya.

Sensor CCD dan Interferometer Michelson

Salah satu eksperimen yang penting untuk menentukan difusitas adalah teknik interferensi optis. Jenis interferometer yang cukup dikenal adalah interferometer Michelson. Interferometer Michelson merupakan contoh perangkat optic eksperimen interferensi yang bisa diaplikasikan untuk menentukan nilai koefisien difusi suatu larutan berdasarkan pengamatan pergeseran fase yangterekam pada rumbai, dengan menggunakan laser He Ne sebagai sumber cabaya.KeungguIan dari metode Interferometer Michelson ini adalah adanya basilpergeseran dua rumbai yang mengindikasikan pergeseran titik-titik ekstrim, yang dapat menunjukkan perbedaan beda lintasan optis. Dengan memperhatikan pergeseran rumbai terhadap fungsi waktu, maka nilai koefisien difusi larutantransparan dapat ditentukan. Pengukuran jarak pergeseran rumbai saat berlangsungnya proses difusi belum dapat diamati pada penelitian sebelumnya.

Salah satu aplikasi interferometer Michelson adalah untuk menentukan nilai koefisien difusi larutan transparan berdasarkan pengamatan pergeseran fase secara digital, yang dalam hal ini peneliti menggunakan sistem difusi ammonium dihidrogen phosphate (NH4)H2P04, dikarenakan sistem difusi tersebut lebih peka terhadap cahaya dibandingkan dengan penelitian sebelumnya, harga terjangkau serta sampel tidak rusak oleh laser He-Ne.

Dalam penelitian ini, pengamatan pergeseran rumbai memanfaatkan sensor CCD yang terdapat pada kamera digital merk PIXELS (6.6 Mpixels image files), dengan resolusi sebesar 2976 x 2232 pixels. Sensor CCD tersebut dapat menangkap fenomena yang terbentuk. Dari basil rumbai dapat diamati pergeseran rumbai,

yang disebabkan karena perbedaan konsentrasi pada waktu-waktu tertentu. Perbedaanbeda lintasan optis dapat dilihat dari selisih jarak pergeseran rumbai antara pusat dua rumbai pada waktu-waktu tertentu. Pergeseran rumbai tersebut eqivalendengan pergeseran titik-titik ekstrim dari waktu ke waktu selama terjadinya proses difusi. Keunggulan dari sensor CCD pada kamera digital ini adalah dapatmemberikan pengamatan dengan resolusi yang tinggi.

Penelitian tentang penentuan nilai koefisien difusi Iarutan sudah beberapa kali dilakukan, dengan metode lain dan jenis sampel yang lain, yaitu dengan metode interferometri holografi dengan sampel sistem terner. DaIam penelitian tersebut sistem difusi yang dipakai adalah system difusi telner yang kurang peka terhadap cahaya. Metode tersebut masih membutuhkan kerja maksimal di Iaboratorium untuk mendapatkan nilai koefisien difusi larutan transparan, kemudian muncul penyempurnaan untuk metode interferometri holografi tersebut dengan analisis rumbai secara digital dati rekonstruksi digital dengan bantuan teknik pemfilteran Sistem difusi yang digunakan adalah larutan encer, namun dalam perkembangannya dibutuhkan suatu larutan encer yang lebih peka terhadap cahaya seperti ammonium dihidrogen phosphate yang dipakai pada penelitian ini Dengan alasan yang telah disebutkan di atas, dibutuhkan suatu metode penentuan koefisien difusi larutan transparan yang Iebih sederhana, lebih mudah dilakukan, dengan menggunakan sensor kamera CCD yang terjangkau, dan bisa menentukan perbedaan lintasan optis yang disebabkan karena perbedaan konsentrasi pada waktu-waktu (t) tertentu. Selisih pergeseran rumbai yang eqivalen dengan pergeseran titik-titik ekstrim inilahyang sebenarnya diamati dalam penelitian ini, dan selanjutnya digunakan untuk menentukan nilai koefisien difusi larutan transparan.

Percobaan Michelson-Morley Mengungkap Sifat Cahaya

27/11/2012 Pustaka fisika Leave a comment Go to comments

(Pustaka Fisika). Percobaan Michelson-Morley mengungkap sifat cahaya merupakan percobaan yang sangat penting dalam kajian ilmu fisika. Percobaan Michelson-Morley ini dilakukan untuk mengungkap perilaku dari cahaya. Ada banyak implikasi dari percobaan ini, diantaranya ialah untuk membuktikan bahwa ternyata keberadaan eter, zat alir medium cahaya tidak terbukti kebenarannya, lihat selengkapnya dalam tulisan Albert Abraham Michelson Menggugat Eter.  

Sifat dasar cahaya

Percobaan Michelson-Morley berhasil mengungkap sifat dasar cahaya berkaitan dengan kecepatannya. Berkat usahanya pada tahun 1879, kecepatan cahaya diketahui sebesar 186.350 mil per detik, dengan tingkat kesalahan 30 mil per detik. Pengukuran ini dilakukan dengan memantulkan kilatan cahaya di antara dua cermin, pengukuran ini sesuai dengan hasil yang ditemukan oleh pengamatan astronomis. Namun, percobaan Michelson-Morley ini belum benar-benar menjelaskan sifat cahaya.

Dua ratus tahun sebelumnya, Newton telah mencoba mengungkap sifat dari cahaya. Newton mengungkapkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel kecil yang dihasilkan dari sebuah benda panas yang menyembur keluar dengan kecepatan sangat tinggi. Agak sesuai dengan konsep radiasi yang ada dalam teori Fisika Modern, lihat tulisan Gejala Kuantum: Radiasi Benda Hitam.  Pernyataan ini  mendapat bantahan dari seteru Newton, Robert Hooke. Robert Hooke berpandangan bahwa cahaya adalah semacam gerakan gelombang, seperti gelombang suara yang memang telah dipahami baik pada saat itu. Teori Robert Hooke mengenai gelombang cahaya didukung oleh adanya Fenomena Interferensi dan Difraksi. 

Membuktikan Keberadaan Eter

Setelah berhasil mengukur kecepatan cahaya, Michelson melangkah lagi untuk membuktikan keberadaan eter. Michelson mempersepsikan cahaya ibarat gelombang suara yang relatif terhadap udara, sehingga gelombang  cahaya seharusnya juga relatif terhadap eter (jika memang ada). Perangkat percobaan Michelson ini disetting sedemikian rupa untuk menciptakan keadaan cahaya ketika bergerak searah dengan eter, cahaya ketika bergerak berlawanan arah dengan eter. Michelson berhipotesis

bahwa seharus kecepatan cahaya ketika searah dengan eter akan lebih besar dari pada ketika berlawanan dengan eter.

Tetapi, setelah percobaan ini dilakukan berulangkali, ternyata konsep tentang adanya eter tidak bisa dipertahankan, kecepatan cahaya ke arah manapun dia bergerak pada percobaan Michelson itu besarnya sama.

Didukung Einstein

Apa yang telah ditemukan oleh Michelson-Morley adalah sesuai dengan apa yang dipostulatkan Albert Eisntein dalam teori relativitasnya bahwa: Kecepatan cahaya akan selalu sama di keadaan apapun. Walaupun kemudian menimbulkan kehebohan luar biasa komunitas fisikawan pada waktu itu akibat berbagai konsekuensi logis dari teorinya tersebut. Demikianlah sedikit tulisan mengenai Percobaan Michelson-Morley Mengungkap Sifat Cahaya. Mengenai teori Einstein, akan kita bahas pada tulisan selanjutnya.