Bab II Cahaya
B. Interferensi Cahaya
Thomas Young (1773-
1829), mengumpulkan bukti yang menunjuk- kan bahwa cahaya ber- jalan dalam bentuk gelombang. Ia menyim- pulkan bahwa warna yang berbeda terbentuk dari gelombang yang berbeda panjangnya. Sumber : wikipedia
Info Sains
Interferensi cahaya adalah perpaduan antara dua gelombang cahaya. Agar interferensi cahaya dapat teramati dengan jelas, maka kedua gelombang cahaya itu harus bersifat
koheren. Dua gelombang cahaya dikatakan koheren apabila kedua gelombang cahaya tersebut mempunyai amplitudo, frekuensi yang sama dan pada fasenya tetap. Ada dua hasil interferensi cahaya yang dapat teramati dengan jelas jika kedua gelombang tersebut berinterferensi. Apabila kedua gelombang cahaya berinteferensi saling memperkuat (bersifat konstruktif), maka akan menghasilkan garis terang yang teramati pada layar. Apabila kedua gelombang cahaya berinterferensi saling memperlemah (bersifat destruktif), maka akan menghasilkan garis gelap yang teramati pada layar. Marilah sekarang kita mempelajari peristiwa interferensi cahaya yang telah dilakukan percobaan/eksperimen oleh para ilmuwan terdahulu, seperti halnya Thomas Young dan Fresnell.
1. Interferensi Cahaya pada Celah Ganda
Percobaan yang dilakukan oleh Thomas Young dan
Fresnel pada dasarnya adalah sama, yang membedakan adalah dalam hal mendapatkan dua gelombang cahaya yang koheren. Thomas Young mendapatkan dua gelombang cahaya yang koheren dengan menjatuhkan cahaya dari sumber cahaya pada dua buah celah sempit yang saling berdekatan, sehingga sinar cahaya yang keluar dari celah tersebut merupakan cahaya yang koheren. Sebaliknya Fresnel mendapatkan dua
gelombang cahaya yang koheren dengan memantulkan cahaya dari suatu sumber ke arah dua buah cermin datar yang disusun hampir membentuk sudut 180o, sehingga akan diperoleh dua bayangan sumber cahaya. Sinar yang dipantulkan oleh cermin I dan II dapat dianggap sebagai dua gelombang cahaya yang koheren. Skema percobaan Young terlihat pada Gambar 2.4.
Untuk menunjukkan hasil interferensi cahaya, di depan celah tersebut diletakkan layar pada jarak L maka akan terlihat pada layar berupa garis gelap dan terang. Garis terang merupakan hasil interferensi yang saling memperkuat dan garis gelap adalah hasil interferensi yang saling memperlemah. Hasil interferensi bergantung pada selisih jarak tempuh/ lintasan cahaya dari celah ke layar. Akan terjadi garis terang jika selisih lintasan merupakan kelipatan bilangan genap kali
λ atau atau kelipatan bilangan bulat kali λ atau
(nλ). Sebaliknya akan terjadi garis gelap jika selisih lintasan merupakan kelipatan bilangan ganjil kali λ atau
.
Misalkan jarak antara dua celah d, jarak layar ke celah L, di titik O pada layar akan terjadi garis terang yang disebut garis terang pusat, karena jarak S1O dan S2O
adalah sama sehingga gelombang cahaya sampai di O akan terjadi interferensi maksimum. Di titik P yang berjarak p
dari terang pusat akan terjadi interferensi maksimum atau minimum tergantung pada selisih lintasan S2P – S1P. Perhatikan Gambar 2.5!
Di P terjadi interferensi maksimum jika :
S2P – S1P = d sin θ = n λ
Perhatikan segitiga S1QS2 dan segitiga POR , untuk nilai θ <<< berlaku sin θ = tg θ = , sehingga: atau
p = .... (2.8)
dengan :
d = jarak antara dua celah (m)
p = jarak garis terang ke terang pusat (m)
L = jarak celah ke layar
λ = panjang gelombang cahaya
Di P akan terjadi interferensi minimum/garis gelap jika :
.... (2.9)
dengan
d = jarak antara dua celah (m)
p = jarak garis gelap ke terang pusat (m)
L = jarak celah ke layar (m)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
n = orde interferensi (n = 1, 2, 3, ...)
Contoh Soal
Dua buah celah sempit terpisah pada jarak 0,2 mm disinari tegak lurus. Sebuah layar diletakkan 1 meter di belakang celah. Garis terang orde ke- 3 pada layar terletak 7,5 mm dari terang pusat. Tentukan berapa panjang gelombang cahaya yang digunakan!
Penyelesaian : Diketahui : d = 0,2 mm = 2 .10-4 m L = 1 m p = 7,5 mm = 7,5.10-3 m n = 3 Ditanyakan : λ = ... ? Jawab : p = λ = m = 5000 Å.
Jadi, panjang gelombang cahaya yang digunakan sebesar 5000 Å.
Soal Latihan :
1. Dua buah celah sempit terpisah pada jarak 0,3 mm disinari tegak lurus cahaya monokromatik dan sebuah layar diletakkan di belakang celah pada jarak 0,9 m dari layar.
2. Seberkas cahaya yang panjang gelombangnya 6 x 10-7 m
dijatuhkan pada dua buah celah sempit yang terpisah pada jarak 0,3 mm dan sebuah layar diletakkan 2 meter di belakang celah. Tentukan jarak garis terang orde ke-2 dan jarak garis gelap orde 1 dari terang pusat!
2. Interferensi pada Selaput Tipis
Dalam kehidupan sehari-hari sering kita melihat adanya warna-warna pelangi yang terjadi pada gelembung air sabun atau adanya lapisan minyak di permukaan air jika terkena cahaya matahari. Hal ini menunjukkan adanya interferensi cahaya matahari pada selaput tipis air sabun atau selaput tipis minyak di atas permukaan air. Inter- ferensi cahaya terjadi dari cahaya yang dipantulkan oleh lapisan permukaan atas dan bawah dari selaput tipis tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan
Gambar 2.6.
Gambar tersebut melukiskan seberkas sinar monokromatik jatuh pada selaput tipis setebal d, pada lapisan atas selaput cahaya dipantulkan (menempuh lintasan AE) dan sebagian dibiaskan yang kemudian dipantulkan lagi oleh lapisan bawah menempuh lintasan ABC. Antara sinar yang menempuh lintasan AE dan ABC akan saling berinterferensi di titik P tergantung pada selisih jarak lintasan optik. Di titik P akan terjadi interferensi maksimum atau garis terang apabila :
2nd cos r = (2m + 1) λ .... 2.10)
dan terjadi garis gelap atau interferensi minimum jika
2nd cos r = (2m) λ .... (2.11)
dengan :
n = indeks bias lapisan tipis
d = tebal lapisan
r = sudut bias sinar
Gambar 2.6 Interferensi pada selaput tipis garis normal
3. Cincin Newton
Cincin Newton merupakan pola inter- ferensi pada selaput tipis udara yang berupa lingkaran-lingkaran garis gelap dan terang yang sepusat. Cincin Newton terletak antara permukaan optik. Cincin Newton dapat terjadi pada selaput tipis udara antara kaca plan- paralel dan lensa plan-konveks yang disinari cahaya sejajar monokromatik secara tegak lurus dari atas kaca plan-paralel. Cincin New- ton ini terjadi karena interferensi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan cembung lensa dengan sinar yang telah menembus lapisan udara, yang kemudian dipantulkan oleh per- mukaan bagian atas kaca plan-paralel. Perhati- kan gambar 2.7 di bawah, apabila r menyatakan jari-jari orde
lingkaran, R jari-jari kelengkungan permukaan lensa, n
merupakan orde lingkaran, dan λ menyatakan panjang gelom- bang cahaya yang digunakan, maka hubungan antara jari-jari orde interferensi dengan panjang gelombang cahaya yang digunakan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini.
= (2n + 1) λ .... (2.12)
