BAB 3 CAHAYA
A. Interferensi Cahaya
1. Interferensi Celah Ganda
Pada tahun 1804 seorang fisikawan bernama
Thomas Young (1773-1829) dapat mendemonstrasikan
interferensi cahaya. Young melewatkan cahaya koheren (sinar-sinarnya sefase dan frekuensi sama) melalui dua celah sempit yang dikenal dengan celah ganda.
Perhatikan Gambar 3.1(a), dua berkas cahaya koheren dilewatkan pada celah ganda kemudian dapat mengenai layar. Pada layar itulah tampak pola garis terang seperti pada Gambar 3.1(b). Pola garis-garis terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi.
Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase
cahaya dari kedua celah tersebut. Berkas cahaya dari S1
dan S2 yang sampai pada layar terlihat berbeda lintasan
sebesar ΔS = d sin θ. Perbedaan panjang lintasan inilah
yang dapat menimbulkan fase antara dua berkas cahaya tersebut berbeda.Interferensi akan saling menguatkan jika berkas cahaya sefase dan saling melemahkan jika
berlawanan fase. Sefase berarti berbeda sudut fase Δθ =
0, 2π, 4π, ... Sedangkan berlawanan fase berarti berbeda sudut fase Δθ = π, 3π, 5π, ... . Syarat ini dapat dituliskan dengan beda lintasan seperti persamaan berikut.
Interferensi maksimum : d sin θ = m λ
Interferensi minimum : d sin θ= (m − ) λ... (3.1)
A. Interferensi Cahaya
(b) P y O layar ΔS θ S1 d titik tengah S2 θ sumber celah ganda (a)Cahaya 37
Penting
Pada pola yang terjadi di layar m = 0 berlaku untuk terang pusat. Sedangkan gelap pusat tidak ada jadi pola gelap terjadi mulai dari gelap 1 (m = 1)
dengan : d = jarak antar celah (m)
θ = sudut yang dibentuk berkas cahaya
dengan garis mendatar
m = pola interferensi (orde), m = 0, 1,2,3, ....
λ = panjang gelombang cahaya yang
berinter-ferensi (m)
Perhatikan kembali Gambar 3.1. Untuk sudut θ
kecil ( θ≤ 120) akan berlaku : sin θ≈ tgθ berarti selisih lintasannya memenuhi hubungan berikut.
d sin θ = ...(3.2)
Gambar 3.2
Kegiatan 3.1
Interferensi
Tujuan : Mempelajari hubungan jarak antar
pola terang dengan jarak layar ke celah.
Alat dan bahan : Dua celah sempit, sinar laser, layar, penggaris.
Kegiatan :
1. Susun alat-alat seperti Gambar 3.2. Gunakan celah yang sempit, semakin sempit semakin baik. Jika perlu gunakan kisi.
2. Ukurlah jarak layar dari celah misalnya
l
= 30cm.
3. Nyalakan laser dan amati pola terang yang terjadi. Kemudian ukur jarak dua pola terang yang berdeka-tan y.
4. Ulangi langkah (1) sampai dengan (3) dengan
terang pusat T1 T2 y1 y2 Δy1 Gambar 3.3
Jarak pola-pola terang CONTOH 3.1
Seberkas cahaya monokromatik memiliki panjang gelombang 5000 Å dilewatkan melalui celah ganda Young. Celah ganda berjarak 0,2 mm satu sama lain, kemudian 80 cm di belakang celah di pasang layar. Tentukan :
a. jarak garis terang pertama dari terang pusat,
b. jarak garis terang kedua dari terang pusat, c. jarak antara garis terang pertama dengan garis
terang kedua pada layar ! Penyelesaian
λ = 5000 Å = 5 . 10-7 m = 80 cm = 0,8 m
d = 0,2 mm = 2 . 10-4 m
Terjadinya pola terang berarti memenuhi gabungan persamaan 3.1 dan 3.2 yaitu :
= m . λ
a. Untuk pola terang pertama (m = 1) dari terang pusat dapat diperoleh:
= 1 . λ
= 1 . 5. 10-7
y1 = 3,2.10-3 m = 0,32 cm
b. Untuk pola terang kedua (m = 2) dari terang pusat :
= 2 . λ
Tugas
1. Catat semua data pada tabel.
2. Gambarlah grafik hubungan
l
dengan y.Cahaya 39 C F E d A B n air D Gambar 3.4
Jalannya sinar yang mengenai lapisan tipis.
= 2 . 5. 10-7
y2 = 6,4 . 10-3 m = 0,64 cm
c. Jarak pola terang pertama dengan pola terang ke
dua yang berdekatan memenuhi :
Δy12 = y2− y1
= 0,64 − 0,32 = 0,32 cm
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
Cahaya dengan panjang gelombang 4000 Å datang pada celah ganda yang jaraknya 0,4 mm. Pola inter-ferensi yang terjadi ditangkap pada layar yang berada 50 cm dari celah ganda. Tentukan :
a. jarak antara garis terang pertama dengan terang
ketiga yang berdekatan,
b. jarak antara dua garis terang berdekatan
c. jarak antara garis gelap pertama dengan gelap kelima yang berdekatan !
2. Interferensi pada Lapisan Tipis
Kalian tentu pernah main air sabun yang ditiup sehingga terjadi gelembung. Kemudian saat terkena sinar matahari akan terlihat warna-warni. Cahaya warna-warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis air sabun.
Interferensi ini terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan. Syarat terjadinya interferensi memenuhi persamaan berikut.
Interferensi maksimum : 2nd = (m + ) λ ...(3.3)
Interferensi minimum : 2nd = m . λ
dengan : n = indeks bias lapisan d = tebal lapisan (m)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
4. Cahaya monokromatik dilewatkan melalui dua celah sempit yang berjarak 0,5 mm. Pola interferensi akan terlihat pada layar yang berjarak 2 m terhadap celah. Jika panjang gelombang cahaya tersebut 5000Å, maka berapakah jarak antara dua garis terang yang berurutan ? 5. Suatu celah ganda berjarak celah 5
mm. Dibelakang celah dengan jarak 2 m ditempatkan layar. Celah disinari dengan dua sinar monokromatik dengan panjang gelombang 650 nm dan 550 nm. Hitunglah jarak pola difraksi orde empat kedua sinar di layar !
6. S e b u a h s i n a r m o n o k r o m a t i k dengan panjang gelombang 5800 Å didatangkan vertikal pada lapisan minyak yang indeks biasnya = 1,2. Agar terjadi pelemahan sinar maka tentukan tebal minimum lapisan minyak tersebut !
LATIHAN 3.1
Setelah memahami contoh di atas dapat kalian coba soal berikut.
CONTOH 3.2
Lapisan minyak berada di atas air dapat memantulkan warna merah. Hal ini dapat membuktikan bahwa warna biru mengalami interferensi dan hilang dari spektrum. Jika indeks bias minyak 1,5 dan panjang gelombang sinar biru sebesar 4500 Å, maka tentukan tebal mini-mum minyak tersebut!
Penyelesaian n = 1,5
λ = 4500 Å = 4,5 . 10-7 m
Warna biru hilang berarti terjadi interferensi minimum dan tebal minimum terjadi untuk m = 1 sehingga di-peroleh :
2nd = m λ
2 . 1,5 . d = 1 .4,5 . 10-7
d = 1,5 . 10-7 m
Cahaya merah dengan panjang gelombang 7000 Å datang tegak lurus pada lapisan tipis minyak yang indeks biasnya 1,25. Berapakah tebal minimum minyak tersebut agar (a) cahaya merah tampak pada lapisan dan (b) cahaya merah tersebut hilang pada lapisan ?
1. Dua celah sempit disinari cahaya monokromatik secara tegak lurus dengan panjang gelombang 800Å. Pada jarak 100 cm terdapat layar dan terlihat pola interferensi. Jika terjadi garis gelap kedua, maka tentukan beda lintasan cahaya dari kedua celah tersebut !
2. Pada percobaan Young digunakan dua celah sempit yang berjarak 0,3 mm satu dengan lainnya. Jika jarak layar dengan celah 1 m dan jarak garis terang pertama dari pusat 1,5 mm, maka berapakah panjang gelombang cahaya yang digunakan ?
3. Cahaya dengan panjang gelombang 6000Å datang pada celah kembar Young yang jaraknya 0,2 mm. Pola yang terjadi ditangkap pada layar yang jaraknya 1 m dari celah kembar. Jarak dari terang pusat ke terang yang paling pinggir pada layar = 2,5 cm. Tentukan banyaknya garis terang pada layar !
Cahaya 41
Gambar 3.5
Pola difraksi pada celah tunggal yang diperbesar