PENGUKURAN DISTRIBUSI INTENSITAS CAHAYA YANG DIHASILKAN KISI DIFRAKSI MENGGUNAKAN VERNIER LABPRO SKRIPSI

PENGUKURAN DISTRIBUSI INTENSITAS CAHAYA YANG DIHASILKAN KISI DIFRAKSI

MENGGUNAKAN VERNIER LABPRO

SKRIPSI

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Program Studi Fisika

Oleh Asriningsih NIM: 003214004

PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

THE MEASUREMENT OF THE DISTRIBUTION OF LIGHT INTENSITY WHICH IS OBTAINED BY DIFFRACTION GRATING

USING VERNIER LABPRO

Thesis

Presented As Partial Fulfillment of The Requirement to Obtain the Sarjana Sains Degree

In Physic

By Asriningsih NIM: 003214004

STUDY PROGRAM OF PHYSIC

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2008

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

HIDUP PENUH PERJUANGAN,

SEDIH DAN BAHAGIA ADALAH WARNA DALAM HIDUP

Kupersembahkan untuk :

•

_{Bapak – Ibuku tercinta}

, terima kasih untuk semua yang telah beliau berikan dan terima kasih juga atas doanya hingga ananda dapat menyelesaikan tugas ini.

•

_{Om Sukir dan dek Burham}

, terima kasih atas dukungan dan bantuannya selama ini.

•

_{Mas Heru}

, terima kasih atas doa, dukungan dan nasehatnya selama ini. • Seluruh keluarga besarku (

_{Pak de- Bu de, Om – Bibi – serta}

sepupu-sepupuku

) terima kasih atas cinta dan dukungan yang selalu diberikan untukku.

• Sahabat-sahabat karibku (

_{Naning, Catrin, Yuni, Eko, Agus, Suri,}

Maria

) terima kasih untuk berbagai cerita dan persahabatan baik dalam suka maupun duka.

• Sahabat-sahabat seperjuanganku (

_{Debora, Hari, Mamat, Lori,}

Ritwan, Iman, Siska, Ade

) serta anak-anak Alumni Fisika 2000 dan semuanya, terima kasih karena kalian menambah warna dalam hidupku.

ABSTRAK

PENGUKURAN DISTRIBUSI INTENSITAS CAHAYA YANG DIHASILKAN KISI DIFRAKSI

MENGGUNAKAN VERNIER LABPRO

Telah dilakukan penelitian untuk pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier LabPro. Jumlah celah dalam kisi difraksi yang digunakan untuk mengukur distribusi intensitas cahaya adalah

mm

80 dan 600 mm. Distribusi intensitas cahaya dihasilkan dari cahaya yang dilewatkan pada kisi difraksi dengan cara memutar laser dan kisi difraksi. Dari eksperimen ini didapatkan bahwa distribusi intensitas cahaya tergantung dari sudut (θ), lebar celah (b) dan jarak antar celah (a).

ABSTRACT

THE MEASUREMENT OF THE DISTRIBUTION OF LIGHT INTENSITY WHICH IS OBTAINED BY DIFFRACTION GRATING

USING VERNIER LABPRO

A research about the measurement of the distribution of light intensity which is produced by diffraction grating has been done by using Vernier LabPro. The number of slit in the diffraction grating which is used to measure the distribution of light intensity are 80 mm and 600 mm. The distribution of light intensity is produced from the light which is passed through the diffraction grating by turning around the laser and diffraction grating. From this experiment it is obtained that the distribution of light intensity are depended of the angle (θ), the slit width (b) and the distance of slit (a).

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan Rahmat dan Karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi dengan judul “Pengukuran Distribusi Intensitas Cahaya yang Dihasilkan Kisi Difraksi Menggunakan Vernier LabPro” ini disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Fisika Program Studi Fisika di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulisan skripsi ini terwujud atas bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, yang telah berkenan membimbing, memberi petunjuk serta motivasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ign. Edi Santosa, M.S selaku dosen pembimbing dan penguji, yang dengan penuh kesabaran membimbing dan meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dari awal hingga akhir karya tulis ini.

2. Ibu Ir. Sri Agustini Sulandari, M.Si selaku dosen, kaprodi Fisika dan penguji.

3. Drs. Severinus Domi, M.Si selaku dosen penguji.

4. Seluruh staf dosen dan asisten yang telah memberi bekal ilmu pengetahuan selama penulis menuntut ilmu di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Mas Bimo selaku staf laboratorium analisa pusat, serta Mas Sis, Mas Ngadiono dan Pak Sugito selaku staf bengkel Fisika yang telah banyak membantu kelancaran selama mengerjakan skripsi.

6. Semua pihak yang telah membantu dan mendukung hingga terselesaikannya skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.

DAFTAR ISI

Halaman

JUDUL ... i

JUDUL ... ii

PERSETUJUAN PEMBIMBING... iii

PENGESAHAN ... iv

PERSEMBAHAN... v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... vi

ABSTRACT... vii

ABSTRAK ... viii

PERSETUJUAN PUBLIKASI ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI... xii

DAFTAR TABEL... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah... 1

B. Rumusan Masalah ... 3

C. Batasan Masalah ... 3

D. Tujuan Penelitian ... 4

E. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 6

A. Gelombang ... ... 6

B. Interferensi Cahaya... 6

C. Difraksi Cahaya. ... 9

D. Kisi difraksi ... 10

BAB III METODOLOGI... 12

A. Tempat Penelitian ... 12

B. Alat ... 12

C. Rangkaian Percobaan... 13

D. Prinsip Kerja ... 14

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 16

A. Hasil ... 16 B. Pembahasan ... 26 BAB V PENUTUP... 29 A. Kesimpulan ... 29 B. Saran... 29 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Kedudukan interferensi yang saling menguatkan yang terjadi pada

kisi difraksi 80 celah tiap milimeter ... 22 Tabel 2. Kedudukan interferensi saling melemahkan yang terjadi pada kisi

difraksi 80 celah tiap milimeter ... 23 Tabel 3. Kedudukan interferensi yang saling menguatkan yang terjadi pada

kisi difraksi 600 celah tiap milimeter ... 23 Tabel 4. Kedudukan interferensi saling melemahkan yang terjadi pada kisi

difraksi 600 celah tiap milimeter ... 24 Tabel 5. Perbandingan nilai sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum

dari teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter .. 24 Tabel 6. Perbandingan nilai sudut θ terjadinya intensitas cahaya minimum dari

teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter ... 25 Tabel 7. Perbandingan nilai sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum

dari teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter. 25 Tabel 8. Perbandingan nilai sudut θ terjadinya intensitas cahaya minimum dari

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Interferensi dua gelombang cahaya dari sumber titik S1 danS2 di

titik p pada layar ... 7

Gambar 2. Difraksi pada celah tunggal yang panjang ... 9

Gambar 3. Gelombang cahaya dalam kisi difraksi ... 11

Gambar 4. Set up eksperimen yang tampak dari atas ... 13

Gambar 5. Set up eksperimen yang tampak dari samping ... 14

Gambar 6. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut θ untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter ... 18

Gambar 7. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut θ yang diperbesar 13 kali untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter ... 19

Gambar 8. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut θ untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter ... 20

Gambar 9. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut θ yang diperbesar 8,5 kali untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter ... 21

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Cahaya sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Sumber cahaya paling utama di bumi adalah matahari. Cahaya merambat dalam bentuk gelombang [Giancoli, 1999]. Pada perambatannya gelombang mengalami suatu peristiwa diantaranya interferensi dan difraksi.

Percobaan tentang interferensi pertama kali dilakukan oleh Thomas Young. Young memperkenalkan bahwa interferensi sebagai gejala gelombang yang terjadi pada cahaya [Tipler, 1996]. Dua gelombang cahaya yang berasal dari satu sumber cahaya akan berinterferensi di satu titik sebuah layar. Gejala-gejala interferensi dapat diamati pada lapisan tipis, cincin Newton dan interferometer Michelson.

Suatu lapisan tipis dapat menghasilkan warna-warni seperti pelangi. Gejala interferensi pada lapisan tipis dapat diamati pada film tipis, lapisan tipis minyak di air dan gelembung sabun. Warna-warni tersebut merupakan akibat interferensi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan bagian atas dan permukaan bagian bawah lapisan tipis tersebut [Sears dan Zemansky, 2001]. Pada cincin Newton, teramati garis gelap dan terang secara berurutan membentuk lingkaran yang disebut dengan rumbai. Rumbai tersebut dihasilkan dari cahaya yang dipantulkan oleh permukaan kaca lengkung dengan permukaan kaca datar yang diletakkan bersentuhan [Giancoli, 1999]. Pada interferometer Michelson, teramati

rumbai interferensi. Rumbai tersebut dihasilkan dari cahaya sumber yang dilewatkan pada cermin beam spliter. Kemudian cahaya sumber yang melalui cermin beam spliter sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan [Giancoli, 1999]. Cahaya sumber yang dipantulkan oleh cermin beam spliter tersebut akan menuju ke cermin yang dapat digerakkan. Kemudian cermin yang dapat digerakkan akan memantulkan cahaya kembali ke cermin beam spliter. Sebagian cahaya tersebut akan diteruskan dan sebagian lagi akan dipantulkan ke layar. Begitu juga dengan cahaya sumber yang diteruskan oleh cermin beam spliter akan menuju ke cermin tetap. Cermin tetap tersebut akan memantulkan cahaya kembali ke cermin beam spliter. Sebagian cahaya tersebut akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke layar. Kedua berkas cahaya yang sampai di layar akan menghasilkan rumbai.

Kemudian Agustin Fresnel melakukan penelitian lebih lanjut tentang interferensi dan difraksi dengan memakai teori gelombang sebagai dasar matematisnya [Tipler, 1996]. Fresnel dapat menjelaskan efek-efek interferensi dan difraksi dari gelombang cahaya tersebut [Giancoli, 1999].

Dalam praktikum fisika dasar tentang interferensi dan difraksi selama ini hanya menentukan terjadinya interferensi maksimum dan interferensi minimum [Nn, 2000]. Karena keterbatasan alat yang ada, maka intensitas cahayanya belum bisa diukur. Semakin berkembangnya teknologi sensor dan komputer, maka pengukuran dalam penelitian mulai berkembang. Richard Field melakukan penelitian tentang interferensi dan difraksi dengan bantuan sensor cahaya dan

dihasilkan kisi difraksi menggunakan Software Claris Work. Software tersebut hanya dapat dioperasikan pada komputer Appel Macinthos saja. [Field].

Dengan adanya perkembangan Software yang dapat dioperasikan disemua jenis komputer, maka penelitian ini tentang interferensi dan difraksi akan dilakukan. Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier LabPro. Dengan alat bantu tersebut, distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi dapat langsung diamati di komputer.

B. Rumusan Masalah

Bagaimana caranya untuk mendapatkan distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi.

C. Batasan Masalah

a) Pengukuran dibatasi pada distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi pada 80 celah tiap milimeter dan 600 celah tiap milimeter.

b) Sumber cahaya yang digunakan adalah jenis laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nanometer.

c) Pencatatan dan perekaman data selama eksperimen menggunakan komputer yang dilengkapi Vernier LabPro.

D. Tujuan Penelitian

a) Memahami cara perancangan alat yang akan digunakan untuk mendapatkan distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi.

b) Menunjukkan distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier LabPro.

E. Manfaat Penelitian

a) Memberi pemahaman bagi peneliti dalam bidang optik khususnya distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi.

b) Memberikan informasi tambahan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi bahwa distribusi intensitas cahaya dapat dihasilkan dari kisi difraksi.

F. Sistematika Penulisan BAB I Pendahuluan

Pada bab I akan diuraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistemetika penulisan.

BAB II Dasar Teori

BAB III Metode Eksperimen

Pada bab III akan diuraikan tentang alat-alat yang akan digunakan saat penelitian berlangsung serta langkah-langkah dalam melakukan penelitian.

BAB IV Hasil Dan Pembahasan

Pada bab IV akan diuraikan tentang hasil penelitian dan pembahasan selama penelitian berlangsung.

BAB V Penutup

BAB II DASAR TEORI

A. Gelombang

Gelombang merupakan energi yang merambat dalam suatu medium [Prasetio, 1992]. Gelombang merambatkan energinya merata keseluruh medium. Peristiwa perambatan energi dari sumber ke seluruh medium memerlukan waktu. Dalam perambatannya medium yang dilalui tidak ikut merambat.

B. Interferensi Cahaya

Interferensi cahaya merupakan perpaduan dua gelombang cahaya atau lebih menjadi satu di suatu titik sebuah layar. Jika suatu gelombang cahaya merambat dalam arah sumbu X persamaan gelombangnya dapat dituliskan

(

t kx A

y= sin ω −

)

(1)

dimana = simpangan gelombang cahaya pada saat t dan jarak y x = Amplitudo gelombang cahaya

Α

k = bilangan gelombang cahaya ( λ

π 2 =

k )

λ = panjang gelombang cahaya sumber ω = frekuensi sudut gelombang cahaya

Gelombang cahaya yang merambat dalam arah sumbu –X, persamaannya adalah:

(

t kx

A

y= sin ω +

)

(2)

1 r Layar Celah P 2 r 2 s θ 1 s a r ∆ θ 0

Gambar 1. Interferensi dua gelombang cahaya dari sumber titik s₁ dan di titik P pada layar s₂

Gelombang cahaya dari sumber titik dan yang berinterferensi di titik P pada layar yang ditampilkan pada gambar 1, persamaannya dapat dituliskan:

1 s s₂

(

1 1 Asin t kr y = ω −

)

(3) dan

(

2 2 Asin t kr y = ω −

)

(4)

dimana dan adalah lintasan yang ditempuh gelombang cahaya. Gelombang cahaya dari sumber titik yang berinterferensi di titik P menempuh lintasan sejauh . Dan gelombang cahaya dari sumber titik menempuh lintasan sejauh . Perbedaan lintasan dari kedua gelombang cahaya yang berinterferensi di titik P pada layar dalam gambar 1 dapat dituliskan:

1 r r₂ 1 s 1 r s₂ 2 r ∆r=r₁−r₂ (5) atau θ sin a r= ∆ (6)

Beda sudut fase (δ) antar kedua gelombang cahaya yang berinterferensi di titik P pada layar dapat dituliskan

(

) ( )

θ

λ π

δ =kr₁ −kr₂ =k r₁−r₂ =k ∆r = 2 asin (7)

Berdasarkan persamaan (3) dan (4) didapatkan hasil simpangan resultan ( ) gelombang cahaya adalah [Sutrisno, 1979]:

R y

(

1

)

(

2

)

2 1 y Asin t kr Asin t kr y y_R = + = ω − + ω − (8)

Sesuai dengan persamaan (5), maka persamaan (8) menjadi:

( ) (

δ ω 1₂δ

)

1 2 1 _sin cos 2 − − = A t kr y_R (9)

Dari persamaan (9), amplitudo resultan kedua gelombang cahaya dapat dituliskan:

( )

₂1δ

cos 2A

A_R = (10)

Intensitas cahaya sebanding dengan kuadrat amplitudo resultan gelombang cahaya. Sehingga intensitas cahaya yang dihasilkan oleh kedua gelombang cahaya yang berinterferensi di titik P pada layar adalah [Alonso dan Finn, 1992]:

δ 2 1 2 2_cos 4A I = (11)

Dengan mensubstitusikan persamaan (7) ke persamaan (11), maka persamaan (11) menjadi

( )

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = = λ θ π δ cos sin cos 2 0 2 1 2 0 a I I I (12) dengan 2. 0 4A I =

Berdasarkan persamaan (12), hasil interferensi gelombang cahaya akan =

sedangkan hasil interferensi kedua gelombang akan minimum bila cos2 ₂1_{δ =−}1_, kalau

π

δ = n(2 +1) (14) dimana n adalah bilangan bulat positif atau negatif.

C. Difraksi Cahaya

Difraksi merupakan peristiwa pelenturan gelombang cahaya setelah melewati celah sempit. Menurut Huygens, semua titik pada muka gelombang dapat dianggap sebagai sumber gelombang cahaya yang baru, sehingga di celah terdapat sederetan titik gelombang cahaya. Setiap titik gelombang cahaya pada celah akan saling mempengaruhi satu sama lain. Jika ada celah tunggal dengan lebar celah b, dan setiap titik gelombang cahaya terdifraksi membentuk sudut θ seperti dalam gambar 2.

Celah A B C D Gelombang cahaya datang b E F G θ θ Gelombang cahaya terdifraksi pada sudut θ Gambar 2. Difraksi pada celah tunggal yang

Bila titik gelombang cahaya A sampai titik gelombang cahaya E yang terdifraksi membentuk sudut θ, maka beda sudut fase antar kedua gelombang cahaya tersebut adalah [Halliday, 1988]:

λ θ π λ π ϕ =kr₁−kr₂ =k∆r = 2 EF = 2 bsin (15)

Gelombang cahaya yang terdifraksi mempunyai amplitudo resultan (AR) sebesar [Sutrisno, 1979]: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = λ θ π λ θ π sin sin sin b b A A_R (16)

Karena intensitas cahaya sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka intensitas cahaya dari gelombang cahaya yang terdifraksi pada celah tunggal adalah [Alonso dan Finn, 1992]: 2 2 0 _sin sin sin ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = λ θ π λ θ π b b I I (17) dengan 2. 0 A I = D. KISI DIFRAKSI

Kisi difraksi tersusun atas kumpulan celah yang berjumlah N, lebar celah b dan jarak antar celah a yang dapat dilihat pada gambar 3. Sehingga cahaya sumber yang melewati kisi difraksi akan mengalami dua peristiwa yaitu interferensi dan difraksi.

θ Celah

a

b

Dengan demikian, distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi pada sudut (θ) dapat dituliskan sebagai berikut [Alonso dan Finn, 1992]:

2 2 0 _sin sin sin sin sin sin sin ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =

λ

θ

π

λ

θ

π

λ

θ

π

λ

θ

π

θ b b a a N I I ₍₁₈₎

Pada kisi difraksi, sesuai dengan persamaan (18) terjadinya interferensi maksimum pada sudut θ mengikuti persamaan berikut[Alonso dan Finn, 1992]:

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = a n λ θ sin n=0,±1,±2,±3,... (19) Gambar 3. Gelombang cahaya dalam

kisi difraksi

Sedangkan terjadinya interferensi minimum pada sudut θ mengikuti persamaan berikut:

(

)

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = a n λ θ ₂1 sin n=0,±1,±2,±3,... (20)

BAB III METODOLOGI

1. TEMPAT PENELITIA

Penelitian telah dilaksanakan di Laboratorium Fisika Modern Universitas Sanata Dharma Kampus III Paingan Maguwoharjo Depok Sleman.

2. ALAT

a. Laser Helium Neon digunakan sebagai sumber cahaya. b. Kisi Difraksi yang digunakan adalah 80 mm dan 600 mm. c. Spektrometer digunakan untuk mengetahui sudut.

d. Sensor cahaya digunakan sebagai alat pendeteksi cahaya.

e. Vernier LabPro adalah suatu alat yang serbaguna untuk mengumpulkan data dalam berbagai cara di dalam ruang atau di luar ruang. Vernier LabPo dapat digunakan bersama komputer atau kalkulator grafik TI atau sistem operasi Palm TM atau sebagai pengunci data. Vernier LabPro dapat digunakan diberbagai jenis sensor diantaranya sensor cahaya. Untuk menggunakan vernier LabPro dalam komputer, dibutuhkan suatu software yaitu Logger Pro.

3. RANGKAIAN PERCOBAAN

Cahaya laser He-Ne dilewatkan kisi difraksi akan mengalami peristiwa interferensi dan difraksi. Cahaya yang dihasilkan dari peristiwa interferensi dan difraksi kemudian dideteki oleh sensor cahaya. Cahaya yang dideteksi oleh sensor cahaya kemudian akan diolah oleh vernier LabPro. Data dari vernier LabPro kemudian dicatat dan ditampilkan di komputer. Jika laser dan kisi difraksi dilihat dari atas akan tampak seperti pada Gambar 4. Sedangkan laser dan kisi difraksi bila dilhat dari samping akan tampak seperti pada Gambar 5.

KI SI

Sensor Cahaya

Laser He-Ne Vernier LabPro

Piringan

Spektrometer _KOMPUTER

Vernier LabPro KOMPUTER Laser He-Ne Piringan Spektrometer Sensor Cahaya Diputar dengan motor dari recorder

Gambar 5. Set up eksperimen laser dan kisi difraksi yang tampak dari samping Kisi

Difraksi

4. PRINSIP KERJA

Cahaya laser He-Ne yang dilewatkan kisi difraksi akan mengalami peristiwa interferensi dan difraksi. Cahaya yang dihasilkan dari peristiwa interferensi dan difraksi kemudian di deteksi oleh sensor cahaya. Intensitas cahaya hasil dari peristiwa interferensi dan difraksi tergantung dari besarya sudut. Pada umumnya untuk mendapatkan distribusi intensitas cahaya dngan cara memutar sensor cahaya. Dalam penelitian ini, untuk mendapatkan distribusi intensitas cahaya dengan cara memutar laser dan kisi difraksi. Kisi difraksi diletakkan di tengah-tengah dari piringan spektrometer. Kemudian piringan spektrometer tersebut diputar dengan motor dari recorder. Laser dan kisi difraksi diputar dengan perjalanan 180°, dengan selang waktu tertentu. Pengukuran dimulai dari sudut -90° sampai 90°. Pengaktifan software Logger Pro dan pemutaran piringan spektrometer dilakukan bersamaan. Di layar

Untuk mendapatkan grafik hubungan intensitas cahaya terhadap sudut, maka data waktu diubah ke dalam sudut.

Cara mengubah waktu ke dalam sudut sebagai berikut:

Misalkan: Selang waktu yang dibutuhkan selama perputaran 180° adalah ∆t. Waktu pada saat t

Sudut perputaran yang dilakukan adalah 180°

Untuk menunjukkan sudut (θ) pada saat t menggunakan persamaan berikut:

0 180 × ∆ = t t θ

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

Telah dilakukan pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier LabPro. Dalam ekperimen ini sumber cahaya yang digunakan adalah laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm dan kisi difraksi yang digunakan adalah 80 celah tiap milimeter dan 600 celah tiap milimeter. Sebelum kisi difraksi digunakan dilakukan pengukuran intensitas cahaya awal ( ), dalam pengukuran ini didapatkan .

0

I Lux

I₀ =8460

Dari eksperimen didapatkan grafik hubungan intensitas cahaya (Iθ) terhadap sudut (θ) yang dapat dilihat pada Gambar 6, Gambar 7, Gambar 8 dan Gambar 9. Untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter hasil eksperimen ditampilkan pada Gambar 6 dan Gambar 7. Untuk kisi yang lain hasil eksperimen ditampilkan pada Gambar 8 dan Gambar 9. Pada Gambar 6 dan Gambar 8 terlihat bahwa intensitas cahaya paling maksimum berada ditengah-tengah dari distribusi intensitas cahaya. Distribusi intensitas cahaya mengikuti pola difraksi, dalam Gambar 7 dan Gambar 9 terlihat bahwa dengan semakin besar sudut (θ) maka intensitas cahaya (Iθ) akan semakin melemah. Jika diperjelas masih akan tampak intensitas cahaya maksimum yang lain dengan nilai lebih rendah.

Pada Gambar 6 dengan kisi difraksi 80 celah tiap milimeter terlihat ada 8 intensitas cahaya maksimum yang terdistribusi pada sudut (θ) -14,9°sampai 12,1°. Besarnya nilai

Untuk n=0, intensitas cahayanya paling maksimum. Pada Gambar 7 untuk n=±1, dan

2 ± =

n n=±4, nilai intensitas cahaya (Iθ) hampir sama. Sedangkan untuk n=3 nilai intensitas cahayanya kecil. Untuk nilai intensitas cahaya minimum besarnya akan semakin berkurang dengan bertambah besarnya sudut (θ). Sedangkan untuk intensitas cahaya minimum dapat dilihat pada Tabel 2.

Pada Gambar 8 untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter terlihat ada 5 intensitas cahaya maksimum yang terdistribusi pada sudut (θ) - 45,0° sampai 49,1°. Pada Gambar 9 terlihat jelas untuk n=±1 dan n=±2 nilai intensitas cahaya maksimum hampir sama. Besarnya nilai intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum yang terjadi pada sudut θ dapat dilihat dalam Tabel 3 dan Tabel 4.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 In te n s it as C a h aya ( L u x )

Gambar 6. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 In te n s it as C a h aya ( L u x ) 0 = n 1 − = n n=1 2 = n 2 − = n

Gambar 7. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut (θ) yang diperbesar 13 kali untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 In te n s it a s C a h a y a ( L u x )

Gambar 8. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter

0 500 1000 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 In te n s it as C a h a ya ( L u x ) 0 = n 6183,8 1 − = n 1 = n

2

=

n

2 − = n

Gambar 9. Grafik hubungan Intensitas Cahaya terhadap Sudut yang diperbesar 8,5 kali untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter

Tabel 1. Kedudukan interferensi yang saling menguatkan yang terjadi pada kisi difraksi 80 celah tiap milimeter

n θ (derajat) Intensitas Cahaya (Lux)

-4 -11,9 12,4 -3 -8,9 82,6 -2 -6,0 204,5 -1 -3,1 2377,9 0 0 7695,6 1 2,9 2274,4 2 6,0 192,1 3 9,3 6,2 4 12,1 16,5

Tabel 2. Kedudukan interferensi saling melemahkan yang terjadi pada kisi difraksi 80 celah tiap milimeter

n θ (derajat) Intensitas Cahaya (Lux)

-3 -10,4 2,1 -2 -7,5 8,3 -1 -4,6 20,7 0 -1,6 72,3 0 1,5 66,1 1 4,5 22,7 2 7,8 4,1 3 10,8 2,1

Tabel 3. Kedudukan interferensi saling menguatkan yang terjadi pada kisi difraksi 600 celah tiap milimeter

n θ (derajat) Intensitas Cahaya (Lux)

-2 -45,0 16,5

-1 -20,9 999,9

0 0 6183,3

1 21,8 944,1

Tabel 4. Kedudukan interferensi saling melemahkan yang terjadi pada kisi difraksi 600 celah tiap milimeter

n θ (derajat) Intensitas Cahaya (Lux)

-1 -33,4 2,1

0 -12,2 2,1

0 13,6 2,1

1 35,9 2,1

Dari eksperimen didapatkan posisi sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum, jika hasilnya dibandingkan dengan teori, didapatkan:

Tabel 5. Perbandingan sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum dari teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter

n Teori Eksperimen 0 0 0 1 2,9 2,9 2 5,8 6,0 3 8,7 9,3 4 11,6 12,1

Tabel 6. Perbandingan sudut θ terjadinya intensitas cahaya minimum dari teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter

Tabel 7. Perban dingan sudut θ terjadi nya intensit as cahaya maksimum dari teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter

n Teori Eksperimen 0 1,4 1,7 1 4,4 4,5 2 7,3 7,8 3 10,2 10,8 n Teori Eksperimen 0 0 0 1 23,3 21,8 2 52,3 49,1

Tabel 8. Perbandingan sudut θ terjadinya intensitas cahaya minimum dari teori dan eksperimen untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter

n Teori Eksperimen

0 11,4 13,6

B. Pembahasan

Pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier LabPro. Selama percobaan, pada layar terlihat pola gelap terang secara berurutan dengan intensitas cahaya paling maksimum berada ditengah-tengah pola tersebut. Pola gelap terang yang terlihat pada layar kemudian akan dideteksi dengan sensor cahaya. Data dari sensor cahaya kemudian akan direkam dan ditampilkan di layar komputer yang dilengkapi Vernier LabPro.

Dari hasil eksperimen didapatkan bahwa distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan Vernier LabPro untuk sudut (θ) yang semakin besar nilai intensitas cahayanya akan semakin berkurang. Untuk kisi difraksi 80 celah tiap milimeter, intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum yang terjadi pada sudut θ dapat dilihat pada Tabel 1, Tabel 2. Perbandingan sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum dan minimum ditampilkan pada Tabel 5 dan Tabel 6.

Untuk kisi difraksi 600 celah tiap milimeter, terjadinya intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum pada sudut θ ditampilkan pada Tabel 3 dan Tabel 4. Perbandingan posisi sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum berdasarkan teori dan eksperimen ditampilkan pada Tabel 7 dan Tabel 8. Dilihat dari hasil perbandingan posisi sudut (θ) terjadinya intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum berdasarkan hasil eksperimen dapat dinyatakan sesuai dengan teori.

Perbandingan hasil eksprimen dan teori, selisih sudut θ terjadinya intensitas cahaya maksimum dan intensitas cahaya minimum tidak terlalu jauh menyimpang. Pada

selisihnya 0 , n=1 selisihnya berkisar 0 derajat, n=2 selisihnya berkisar 0,2 derajat, selisihnya berkisar 0,6 derajat, dan

3 =

n n=4 selisihnya berkisar 0,5 derajat. Pada Tabel 6, selisih penyimpangannya yaitu untuk n=0 selisihnya berkisar 0,1 derajat, n=1 selisihnya berkisar 0,1 derajat, n=2 selisihnya berkisar 0,5 derajat dan selisihnya berkisar 0,6 derajat. Pada Tabel 7, selisih penyimpangan untuk selisihnya 0,

3 = n 0 = n n=1

selisihnya berkisar 1,5 derajat dan n=2 selisihnya berkisar 3,3 derajat. Pada Tabel 8, selisih penyimpangan untuk n=0 selisihnya berkisar 2,2 derajat dan selisihnya berkisar 0,5. Adanya selisih penyimpangan sudut (θ) dikarenakan dalam menentukan puncak intensitas cahaya maksimum kurang tepat. Pada Gambar 6 dan Gambar 8 dapat dilihat bahwa untuk puncak intensitas cahaya maksimum terdapat banyak titik-titik intensitas cahaya maksimum sehingga harus dipilih titik maksimum intensitas cahaya tersebut. Untuk menentukan titik intensitas maksimum hasil eksperimen, yaitu dengan cara dicari titik tengah dari lebar titik awal sampai ke titik terakhir terjadinya intensitas cahaya maksimum. Menentukan sudut (θ) dari teori yaitu untuk intensitas cahaya sesuai dengan persamaan (13). Sedangkan untuk intensitas cahaya minimum sesuai dengan persamaan (14).

1 = n

Pada Gambar 6 dan Gambar 8, jika dibandingkan distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi berbeda. Intensitas cahaya maksimum untuk pada Gambar 8 nilainya lebih besar daripada Gambar 6.

0 = n

Pada penelitian ini didapatkan hasil distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi secara langsung di layar komputer yang telah dilengkapi Vernier LabPro. Kelebihan dari pengukuran distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi menggunakan vernier LabPro yaitu sudut (θ) dan intensitas cahaya (Iθ) dapat diukur

secara bersamaan. Dari persamaan (18), intensitas cahaya maksimum yang terjadi pada sudut θ dapat dibuktikan jika lebar celah b diketahui.

BAB V PENUTUP

A. KESIMPULAN

Berdasarkan dari penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan: a. Distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi dapat

terukur menggunakan menggunakan vernier LabPro.

b. Distribusi intensitas cahaya yang dihasilkan kisi difraksi tergantung dari besarnya sudut (θ), jarak antar celah (a) dan lebar celah (b). c. Distribusi intensitas cahaya yang sesuai dengan posisi sudut (θ)

berdasarkan eksperimen dapat dinyatakan sesuai dengan teori. B. SARAN

Pengukuran dilakukan pada ruang gelap, untuk menghindarkan gangguan cahaya lain yang nantinya akan mempengaruhi nilai I0 dan pengukuran intensitas cahaya pada setiap sudut.

DAFTAR PUSTAKA

Alonso Marcelo dan Finn Edward.J, 1992, Dasar-Dasar Fisika Universitas, Jakarta, Erlangga.

Richard Field , A Spreadsheet Simulation for a Young’s Double Slits Experiment. Giancoli, 1999, Fisika, jilid 2, Jakarta, Erlangga.

Halliday David, 1988, Fisika Jilid 2, Erlangga, Jakarta. Nn, 2000, Buku Petunjuk Praktikum Fisika Dasar I dan II.

Prasetio Lea, Dra, dkk, 1992, Mengerti Fisika : Gelombang, Yogyakarta, Andi Offset.

Sears dan Zemansky, 2001, Fisika Universitas, jilid 2, Jakarta, Erlangga. Sutrisno, 1979, Fisika Dasar : Gelombang dan Optik, Bandung, ITB. Tipler, 1996, Fisika untuk Sains dan Teknik, jilid 2, Jakarta, Erlangga.