Difraksi Gelombang
Cahaya
(GO4)
|
Desy Novitasari., M. Hifni Fansi., Abidatul
Khairiyah., Rivca Anissa., Ramona Ariani., M. Alfi Nugraha.
Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Kayu tangi dua jalur utama, Banjarmasin 70124 Indonesia e-mail: desy.sarinovita@gmail.com |
Abstrak—Percobaan difraksi gelombang
cahaya bertujuan untuk menyelidiki terjadinya difraksi dan interferensi cahaya,
serta menentukan panjang gelombang cahaya lampu. Metode yang digunakan adalah
mengukur jarak kisi kelayar dan jarak terang pusat dengan terang pusat
berikutnya. Panjang gelombang yang diperoleh pada percobaan tanpa filter
sebesar ((0,050 ± 0,003)10-5m;(0,51 ± 0,01)10-5m; (0,420
± 0,007)10-5m). Menggunakan filter warna merah, hijau, biru sebesar ((0,080
± 0,003)10-5m;(0,060 ± 0,003)10-5m;(0,050 ± 0,003)10-5m)
nilai tersebut belum sesuai dengan nilai teoritis yaitu ((620-750)10-9m;
(495-570) 10-9m;(450-495) 10-9m). Karena terjadi
kesalahan dalam membaca alat ukur dan kurang telitinya pengamat saat percobaan.
Kata Kunci—Difraksi, innterferensi, panjang gelombang, filter warna
I. PENDAHULUAN
Berdasarkan
latar belakang tersebut di atas dapat diambil rumusan masalah yaitu “bagaimana
terjadinya difraksi dan interferensi cahaya, serta bagaimana menentukan panjang
gelombang cahaya lampu ?”.
Adapun tujuan
dari percobaan ini ialah menyelidiki terjadinya difraksi dan interferensi
cahaya, serta menentukan panjang gelombang cahaya lampu.
II.
KAJIAN TEORI
Difraksi adalah pelenturan suatu
gelombang. Berarti difraksi cahaya dapat didefinisikan sebagai pelenturan
cahaya yaitu saat suatu cahaya melaui celag maka cahaya dapat terpecah-pecah
menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Dan memiliki sifat seperti cahaya baru
sifat-sifat difraksi pada cahaya ini dapat dibuktikan dengan melihat pada
interferensi yang terjadi pada interferensi yang terjadi pada layar saat
dipasang dibelakang celah.
Kisi difraksi bermanfaat untuk mengukur panjang
gelombang cahaya, yang terdiri dari sejumlah besar garis atau celah yang
berjarak sama pada permukaan datar. Kisi demikian dapat dibuat dengan memotong
alur-alur sejarak dan berjarak sama pada kaca atau plat logam dengan mesin
penggaris peresisi. Dengan kisi pantul, cahaya dipantulkan dari punggung
diantara garis. Piringan hitam memperlihatkan sedikit sifat kisi pantul pada
kisi tembus, cahaya lewat melalui celah bening diantara garis kisi elastik
murah dengan 10.000 atau lebih celah persentimeter adalah hal yang lazim. Jakar
antara celah dalam kisi dengan 10.000 celah persentimeter ialah[5]
............(1)
Secara umum, difraksi terjadi jika gelombang melalui bukaan (apeture) atau mengingkari suatu
penghalang. Sebagai contoh jika sebuah benda tak tembus cahaya diletakan
diantara sumber cahaya dan layar, akan tampak batas antara daerah bayang-b ayang dan daerah terang tidak terpisah secara jelas. Dari
pengamatan, ada derah batas tersebut menunjukan adanya garis-garis atau
pita-pita terang gelap yang berurutan dalam daerah bayang-bayang (Gambar 1.1). Hubungan antara intensitas dan posisi relatif terhadap tepi penghalang
ditunjukan pada gambar 1.1
Gambar 1. difraksi cahaya oleh penghalang
Keterangan : [a]
pita-pita terang dan gelap pada layar
[b] intensitas pada pita-pita terang dan gelap sebagai fingsi jarak
Pada prinsipnya intensitas pola difraksi disuatu titik dalam ruang
dapat dihitung dengan prinsip Huygens, yaitu setiap titik pada muka gelombang
dapat dipandang sebagai pusat-pusat gelombang baru.
Berdasarkan prinsip Huygens setiap bagian dari celah dapat dianggap
sebagai sumber gelombang, sehingga cahaya dari suatu bagian celah dapat
berinterferensi dengan cahaya dari bagian lain pada celah dan intensitas cahaya
pada celah bergantung pada sudut . Untuk menentukan hasil pola difraksi pada layar biasanya celah
dianggap terdiri atas dua bagian pertama dengan lebar pula. Selanjutnya semua
gelombang yang berasal dari celah dianggap sefase.
Gambar 1.2 Difraksi cahaya oleh celah tunggal yang
sempit, dengan lebar
Perhatikan gelombang 1 dan 3 yang masing-masing berasal dari tepi
dan pusat celah. Sesampainya dititik pengamat, gelombang 1 menempuh jarak lebih
jauh dari gelombang 3 sebesar . Demikian pula beda lintasan gelombang 2 dan 4 juga sebesar . Jika beda lintasan tersebut tepat sama dengan setengah panjang
gelombang kedua gelombang akan berinterferensi minimum. Dengan demikian dapat
disimpulkan bahwa gelombang-gelombang yang berasal dari bagian pertama setengah
celah akan berinterferensi minimum dengan gelombang-gelombang yang berasal dari
bagian kedua setengah celah, jika :
..........(2.1)
Atau
...........(2.2)
Dengan penalaran serupa, secara umum hasil interferensi minimum
terjagi jika dan seterusnya yang terjadi
dengan bertambahnya . Secara singkat hal tersebut untuk pola difraksi adalah :[2]
............(2.3)
(
Dengan syarat :
Salah
satu karakteristik
yang sangat penting dari gerak gelombang adalah gejala interfernsi, yang terjadi
bila dua atau lebih gelombang bergerak dalam ruang dan waktu yang bersamaan.
Secara umum interferensi dapat diartikan sebagai perpaduan dua atau lebih
gelombang yang hasilnya dapat saling memperkuat atau melemahkan.[2]
Interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi bila pada tiap
titik, gelombang-gelombang tersebut sefase. Hasil: peningkatan resultan
amplitudo. Interferensi destruktif (saling melemahkan) terjadi bila pada titik
gelombang-gelombang tersebut tidak sefase. Hasilnya : penurunan resultan
amplitudo.[3]
Penelitian mengenai interferensi
cahaya dilakukan oleh Thomas Young. Young melewatkan cahaya matahari melalui
lubang kecil (S0) yang dibuat pada layar A. Sinar yang keluar
melebar karena adanya difraksi dan jatuh pada lubang kecil (S1 dan S2)
yang dibuat pada layar B. Dari sini kemudian diteruskan kelayar C. Perhatikan
gambar 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1 skema percobaan Young
Ditinjau dua berkas cahaya dari S1
dan S2 yang jatuh dititik P, seperti pada gambar 2.1. S1 dan S2 dapat
dianggap optis kedua adalah :
..........(3)
Dengan
..........(4)
Pada titik P akan terjadi pita
terang jika berkas cahaya yang jatuh
memiliki fase yang sama atau kelipatan bulat panjang gelombang ( dengan demikian jarak titik P dari pusat
terang O adalah :
..........(5)
Keterangan :
Pada titik P akan terjadi pita gelap
jika berkas cahaya yang jatuh memiliki beda fase setengah periode atau selisih
lintasan optis kelipatan ginjal setengah panjang gelombang. Sehingga persamaan
(5) menjadi :
..........(6)
Pola pita terang dan gelap pada
interferensi cahaya akan lebih mudah diamati dengan menggunakan grafik intensitas
cahaya seperti gambar 2.2 dibayah ini.[4]
Gambar 2.2 pola intensitas
cahaya pada peristiwa intenferensi cahaya.
Menurut optika geometrik bila sebuah
benda tak tembus cahaya ditempatkan diantara sumber cahaya titik dan layar.
Maka bayangan benda itu membentuk sebuah garis tajam yang sempurna. Sama sekali
tidak ada cahaya menumbuk layar itu dititk-titik dalam bayangan tersebut dan
kawasan diluar bayangan itu diterangi hampir secara homoge. Sifat gelombang
dari cahaya menyebabkan efek yang tidak dapat dipahami dengan model optika
geometrik yang sederhana. Segolongan efek penting seperti itu terjadi bila
cahaya menumbuk sebuah celah atau tepi. Pada interferensi yang dibentuk pada
situasi seperti itu dikelompokan didalam topik difraksi.[1]
Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak
ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, tabel berikut
memberikan batas kira-kira untuk warna-warna spectrum.[6]
Tabel hubungan warna spektrum dan panjang gelombang
II. METODE PERCOBAAN
Pada
percobaan difraksi gelombang cahaya dibutuhkan peralatan seperti Bola lampu 5
W, dudukan optik, mistar ukur, kisi difraksi (100 mm, 300 mm, 600 mm), filter
(merah,hijau,biru), rel optik, fokus lensa , kabel penghubung, dan power
supplay. Seperti pada gambar 3 berikut.
Pada percobaan difraksi gelombang
cahaya dapat diambil suatu rumusan hipotesis yaitu “jika tetapan kisi
diperbesar maka panjang gelombang cahaya juga semakin besar, dan panjang
gelombang cahaya pada filter merah lebih besar dari panjang gelombang cahaya
filter hijau dan biru.
Percobaan
kali ini meliputi dua kegiatan yaitu kegiatan I yaitu percobaan difraksi cahaya
tanpa menggunakan filter dan kegiatan II percobaan difraksi cahaya dengan
menggunakan filter. Pada kegiatan I telah dengan identifikasi dan definisi
operasional variabel yaitu variabel yang dimanipulasi adalah kisi difraksi (N) yaitu dengan mengubah kisi difraksi
N sebesar 100 mm, 300 mm, dan 600 mm. Variabel responnya adalah jarak titik P
dan titik terang berikutnya dari titik terang pusat (y) yaitu dengan mengukur jarak titik P dan titik terang berikutnya
dari titik terang pusat y, dan dengan
variabel kontrol jarak kisi ke layar (L),
fokus lensa (f), dan bola lampu yaitu
menetapkan jarak kisi kelayar sebesar 17 cm, fokus lensa , dan menggunakan bola lampu 5 watt.
Dan pada kegiatan II identifikasi dan definisi operasional variabel yang
digunakan yaitu dengan variabel manipulasinya filter warna yaitu dengan
mengubah-ubah filter warna merah, hijau, dan biru, variabel yang direspon yaitu
jarak titik P dan titik terang
berikutnya dari titik terang pusat y, dan
dengan variabel kontrol kisi difraksi, orde K
dan jarak kisi ke layar yaitu dengan menetapkan kisi difraksi 100 mm-1,
dengan orde K=1 dan jarak kisi ke
layar sebesar 17 cm.
Percobaan
dimulai dengan alat-alat yang disusun seperti Gambar 3.2.
Memasang dudukan optik pada rel optik, serta
memasang lampu, fokus lensa, dan layar pada dudukan optik terlebih dahulu.
Menghubungkan power supplay pada sumber arus listrik dalam keadaan power off,
kemudian memasang kabel penghubung pada power supplay dengan lampu. Menekan
tombol power on pada power supplay. Sebelum kisi dipasang terlebih dahulu
mengatur jarak lampu dengan lensa sehingga dalam keadaan fokus yaitu terjadi
bayangan tajam dari filamen lampu yang tampak pada layar. Mengusahakan agar
filamen lampu vertical, seperti pada gambar 3.3 berikut ini.
Gambar
3.3. spektrum warna
Pada kegiatan I Memasang kisi tanpa
filter warna diantara lensa dan layar, akan muncul spektrum warna seperti pada
gambar 3.3. Agar tampak spektrum warna yang
tajam, menggeser-geser kedudukan kisi. Kemudian mengukur jarak kisi ke layar
(L) dan mengukur jarak terang pusat dan terang berikutnya yang persis dengan
warna lampu (y) menggunakan mistar. Mencatat hasil pengukuran pada tabel 1.
Menggulangi kegiatan I dengan menggunakan tetapan kisi yang berbeda.
Pada kegiatan II memasang kisi dengan filter warna, dengan
tetapan kisi yang sama yaitu 100 mm-1. Kemudian, sama seperti pada
kegiatan I akan tampak spektrum warna. Selanjutnya melakukan hal yang sama
dengan kegiatan I dan mencatat hasil pengukuran pada tabel 2. Serta mengulangi
kegiatan II dengan filter hijau dan biru.
Setelah
dilakukan percobaan dan diperoleh hasil dari panjang gelombang setiap percobaan
pada kegiatan I dan kegiatan II dapat diperoleh ketidakpastian panjang
gelombang dengan menggunakan persamaan berikut ini.
.............(6)
III. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Pada
percobaan difraksi gelombang cahaya untuk menyelidiki terjadinya difraksi dan
interferensi cahaya, serta menentukan panjang gelombang cahaya lampu. Selama
percobaan, untuk mengukur jarak menggunakan mistar dengan nilai skala ukur
sebesar 0,1×10-2m dan ketidakpastian sebesar 0,05×10-2m.
Pada percobaan kali ini telah diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 1. Difraksi tanpa filter
No
|
d (meter)
|
(L ± 0,05)10-2 meter
|
(y ± 0,05)10-2 meter
|
Orde (K)
|
1
|
1 × 10-5
|
17,00
|
0,90
|
1
|
2
|
3 × 10-5
|
17,00
|
2,90
|
1
|
3
|
2 × 10-5
|
17,00
|
3,60
|
1
|
Tabel 2. Difraksi menggunakan filter
No
|
Warna filter
|
d (meter)
|
(L ± 0,05) 10-2 meter
|
(y ± 0,05) 10-2 meter
|
Orde (K)
|
1
|
Merah
|
1 × 10-5
|
17,00
|
1,30
|
1
|
2
|
Hijau
|
1 × 10-5
|
17,00
|
1,10
|
1
|
3
|
biru
|
1 × 10-5
|
17,00
|
0,90
|
1
|
Berdasarkan tabel data di atas yaitu pada
kegiatan I difraksi tanpa filter, yang menggunakan kisi difraksi 100 garis/mm,
300 garis/mm, dan 600 garis/mm. Sehingga tetapan kisi difraksi yang diperoleh
melalui persamaan 1 secara
berturut-turut sebesar 1×10-5m, 3×10-5m, 2×10-5m.
Selama percobaan, kita perlu memperoleh spektrum yang tajam pada layar dengan
cara memfokuskan cahaya pada lensa dan dengan
menggeser-geser kedudukan kisi terhadap layar. Pada percobaan pertama
menggunakan kisi difraksi 100 garis/mm dengan jarak kisi ke layar sebesar
(17,00 ± 0,05)10-2m dan orde 1 diperoleh jarak antara terang pusat
dengan terang berikutnya sebesar (0,90±0,05)×10-2m. Sehingga
diperoleh panjang gelombang dengan menggunakan persamaan 5 sebesar (0,050 ±
0,003)10-5m, dengan kesalahan relatif sebesar 5,8% sehingga derajat
kepercayaan yang diperoleh sebesar 94,2%. Pada percobaan kedua menggunakan kisi
difraksi 300 garis/mm dengan jarak kisi kelayar dan orde yang tetap diperoleh
jarak antara terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (2,90 ± 0,05)10-2m.
Sehingga diperoleh panjang gelombang sebesar (0,51 ± 0,01)10-5m,
dengan kesalahan relatif sebesar 2% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh
sebesar 98%. Pada percobaan ketiga menggunakan kisi difraksi 600 garis/mm dengan
jarak kisi ke layar dan orde yang juga sama seperti percobaan sebelumnya
diperpleh jarak terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (3,60 ± 0,05)10-2m.
Sehingga diperoleh panjang gelombang sebesar (0,420 ± 0,007)10-5m
dengan kesalahan relatif sebesar 1,68% sehinggan diperoleh derajat kepercayaan
sebesar 98,32%.
Pada kegiatan II difraksi
menggunakan filter warna yaitu warna merah, hijau, dan biru dengan kisi
difraksi 100 garis/mm selama percobaan sehingga diperoleh tetapan kisi sebesar
10-5m. Serta menggunakan jarak kisi ke layar dan orde yang sama
seperti pada kegiatan I. Percobaan pertama menggunakan filter warna merah telah
diperoleh jarak terang pusat dengan terang berikutnya sebesar (1,30 ± 0,05)10-2m.
Sehingga dengan persamaan 5 diperoleh panjang gelombang sebesar (0,080 ±
0,003)10-5m, dengan kesalahan relatif sebesar 4,1% sehingga diperoleh
derajat kepercayaan sebesar 95,9%. Pada percobaan kedua menggunakan filter
warna hijau dengan tetapan kisi, jarak kisi ke layar, dan orde yang sama
seperti pada percobaan sebelumnya telah diperoleh jarak terang pusat dengan
terang berikutnya sebesar (1,10 ± 0,05)10-2m. Panjang gelombang yang
diperoleh sebesar (0,060 ± 0,003)10-5m dengan kesalahan relatifnya
sebesar 4,8% sehingga derajat kepercayaan yang diperoleh sebesar 95,2%. Pada
percobaan ketiga menggunakan filter warna biru dengan tetapan kisi, jarak kisi
ke layar, dan orde yang juga sama seperti dua percobaan di atas telah diperoleh
jarak terang pusat dan terang berikutnya sebesar (0,90 ± 0,05)10-2m.
Dan diperoleh panjang gelombang sebesar (0,050 ± 0,003)10-5m, dengan
kesalahan relatif sebesar 5,8% sehingga diperoleh derajat kepercayaan sebesar
94,2%.
Berdasarkan hasil
percobaan, pada kegiatan I difraksi tanpa menggunakan filter berdasarkan teori
benar bahwa jika tetapan kisi diperbesar
maka panjang gelombang akan semakin besar. Dan pada kegiatan II, berdasarkan
urutan warnanya benar bahwa panjang gelombang filter warna merah lebih besar
dari filter warna hijau, dan kemudian biru dengan panjang gelombang yang kecil.
Akan tetapi, berdasarkan nilai teoritisnya percobaan kali ini masih belum sesuai
dengan nilai teoritis panjang gelombang filter warna merah, hijau, dan biru
secara berturut-turut yaitu sebesar (620-750)10-9m, (495-570) 10-9m,
dan (450-495) 10-9m. Ketidaksesuaian panjang gelombang hasil
percobaan dengan nilai teoritis dikarenakan oleh beberapa faktor diantaranya
ketidaktelitian dalam membaca alat ukur dan
kesulitan dalam mengatur fokus lensa untuk memperoleh cahaya yang tajam
sehingga jarak antara terang pusat dengan terang berikutnya yang terbentuk pada
layar kurang jelas dan terdapat bayang-bayang diantara terang pusat dengan
terang berikutnya sehingga mempengaruhi pengukuran. Akan tetapi, pada percobaan
kali ini kondisi alat optik yang digunakan dalam keadaan yang cukup baik,
karena dari beberapa percobaan yang telah dilakukan kesalahan relatif yang
diperoleh berkisar dibawah 10 %.
Dalam percobaan
difraksi gelombang cahaya, selain dapat mengamati tentang panjang gelombang,
praktikum ini juga dapat mengamati peristiwa terjadinya difraksi dan
interferensi sekaligus dikarenakan pada saat percobaan menggunakan kisi
difraksi yang juga merupakan alat untuk menghasilkan spektrum cahaya dengan
menggunakan difraksi dan interferensi. Seperti yang diketahui sebelumnya kisi
difraksi merupakan celah sempit yang berjarak sama pada permukaaan datar. Dapat
diartikan bahwa pembelokan gelombang saat melalui celah sempit seperti yang
telah dilihat saat percobaan.
Peristiwa difraksi
dapat diamati pada saat lampu dinyalakan, maka cahaya akan mengenai lensa
cembung dengan fokus 5 cm. Cahaya yang datang mengenai lensa cembung akan
difokuskan pada satu titik dan diteruskan ke layar. Terfokusnya cahaya pada
satu kisi difraksi sebelum diteruskan ke layar merupakan bukti terjadinya
difraksi cahaya. Karena hamburan cahaya dari lampu dapat dibelokkan dan difokuskan
di satu titik pada kisi difraksi.
IV. KESIMPULAN
Difraksi
cahaya terjadi karena suatu gelombang cahaya melalui celah kecil dimana lebar
celah lebih kecil dibandingkan gelombang sehingga gelombang cahaya akan
dipantulkan oleh sisi-sisi celah yang mengakibatkan gelombang cahaya atau sinar
berbelok sedangkan interferensi adalah peristiwa penggambungan cahaya dimana
saat fase gelombang sama maka kedua gelombang akan saling membangun sehingga
terjadi interferensi konstruktif sedangkan jika kedu fase gelombang tidak sama
akan terjadi interferensi destruktif (saling menghancurkan).
Panjang gelombang cahaya lampu dapat
diperoleh dengan persamaan 5. Pada kegiatan I difraksi tanpa filter telah
diperoleh panjang gelombang pada tiga kali percobaan sebesar (0,050
± 0,003)10-5m, (0,51 ±
0,01)10-5m, dan (0,420 ± 0,007)10-5m. Berdasarkan tetapan
kisinya benar bahwa nilai panjang gelombang tersebut akan semakin besar apabila
tetapan kisi diperbesar. Pada kegiatan II difraksi menggunakan filter warna
merah, hijau, dan biru panjang gelombang yang diperoleh adalah sebesar (0,080 ±
0,003)10-5m, (0,060 ± 0,003)10-5m, dan (0,050 ± 0,003)10-5m.
Nilai tersebut belum sesuai dengan nilai teoritis pada filter merah, hijau, dan
biru sebesar (620-750)10-9m, (495-570) 10-9m, dan
(450-495) 10-9m. Akan tetapi, berdasarkan urutan warna filter yang
menghasilkan panjang gelombang dari yang besar hingga terkecil, percobaan kali
ini benar bahwa
merahhijaubiru.
merahhijaubiru.
UCAPAN TERIMAKASIH
Saya
mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum difraksi gelombang cahaya
(GO4) yaitu Muhammad Alfi Nugraha yang memberikan bimbingan saat melalukan
praktikum. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama
dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Freedman dan Young. 2000. Fisika
Universitas Jilid 2. Bandung : Erlangga.
[2] Soeharto. 1992. Fisika Dasar II.
Jakarta : PT. Gramedia Pustaka.
[3] Suherman. 2012. Inti Sari Fisika
untuk SMA. Bandung : Epsilon Grup.
[4] Sukaryadi.2009. Kompetensi Fisika
untuk SMA. Klaten : PT. Macan Jaya Cemerlang.
[5] Tipler, Paul A. 2001. Fisika Untuk
Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.
[6] Thomas J. Bruno,
Paris D. N. Svoronos. “CRC Handbook of
Fundamental Spectroscopic Correlation Charts”. CRC Press, 2005. Diambil dari http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrum_kasat_mata pada kamis
19 Maret 2015 pukul 12.46 WITA
Spin Casino Review and Bonus
BalasHapusThe first thing to know about Spin Casino is how luckyclub and where to play, not only as a casino or a gambling house but also as an online Casino: Spin Casino Rating: 4 · Review by LuckyClub