DIFRAKSI CELAH DAN KISI GANDA
MALA SAPUTRI(140310130058)
Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran
09 April 2014 Asisten : Yati Maryati
Abstrak
Pada pratikum ini akan dibahas mengenai beberapa sifat cahaya yaitu difraksi dan interferensi. Suatu cahaya bisa kita anggap sebagai gelombang maupun sebagai partikel. Cahaya dianggap sebagai gelombang karena memiliki sifat-sifat gelombang seperti difraksi dan interferensi dan cahaya di anggap sebagai partikel karena cahaya bisa di hamburkan dalam bentuk paket-paket energi (foton).
Pada pratikum ini yang diamati adalah pola gelap terang dari proses interferensi . ketika gelombang cahaya melewati kisi yang sebenarnya adalah celah-celah kecil maka akan terjadi pelenturan pada gelombang cahaya tersebut yang di sebut dengan proses difraksi. Setelah itu bagian-bagian cahaya akan saling bertemu dan terjadilah proses interferensi sehingga terbentuk pola gelap terang pada layar (slide mount lateral adjust).
Metode yang digunakan pada pratikum ini adalah dengan memvariasikan posisi lensa nya, yaitu 35 cm, 70cm dan 100cm. Variasi juga di lakukan pada kisi yaitu 8, 10, dan 50. Dari hasil pratikum terlihat bahwa semakin besar kisi yang digunakan maka jarak antar bayangan juga semakin renggang. Ketika digunakan kisi 8 pada jarak 100 cm jumlah bayangan yang terbentuk adalah 10 bayangan ke kiri dan 19
bayangan kekanan dengan panjang gelombang kirinya adalah 4,25 x10-6 m dengan KSR 7,93 % dan panjang
gelombang kekanan adalah 5,06 x10-6 m dengan KSR 9,63%. ketika digunakan kisi 50 dengan jarak lensa
35cm dari sumber (112,5cm dari layar) jumlah bayangan yang terbentuk adalah 5 kekanan dan 4 kekiri.
Panjang gelombang rata-rata kekiri adalah 5,72 x10-6 m dengan KSR 11.02614% dan panjang gelombang
kekanan adalah 6,54 x10-6 m dengan KSR 12.73327%.
Kata kunci : gelombang, cahaya , difraksi,interferensi,bayangan .
I. Pendahuluan
Pada pratikum ini, akan di bahas tentang difraksi dan interferensi pada gelombang cahaya . Tujuan dari pratikum ini yaitu untuk menentukan pola intensitas difraksi dari celah dan kisi ganda , untuk menentukan posisi intensitas minimum pertama yang berhubungan dengan celah tunggal, untuk menentukan distribusi intensitas pola difraksi dari celah kelipatan tiga , empat , dan lima dimana seluruh celah memiliki lebar dan jarak antar celah yang sama dan untuk menentukan posisi dari puncak beberapa orde dari difraksi untuk kisi transmisi denga konstanta kisi yang berbeda.
Difraksi terjadi ketika berkas cahaya melewati penghalang , dan penghalang tersebut seperti celah sempit sehingga terjadi pelenturan gelombang cahaya. Difraksi ialah peristiwa pembelokan atau pelenturan arah rambat cahaya ketika melewati sebuah penghalang. Interferensi adalah peristiwa penggabungan dua gelombang atau lebih yang
menghasilkan gelombang . Dua sifat gelombang ini menjadi dasar dari pratikum ini. Pola difraksi dan interferensi menunjukkan sifat cahaya sebagai gelombang. Selain itu, prcobaan ini menggunakan prinsip huygens yang menyatakan bahwa cahaya sebagai gelombang .
II. Teori Dasar
Gelombang adalah suatu getaran yang merambat , dan salah satu contohnya adalah cahaya. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang tidak memerlukan medium untuk proses perambatannya.
Cahaya sebagai gelombang memiliki beberapa sifat diantara nya adalah refleksi(pemantulan), refraksi(pembiasan), interferensi(penggabungan),
Difraksi
Difraksi adalah peristiwa pelenturan arah rambat gelombang ketika melewati suatu celah sempit. Syarat terjadi difraksi adalah lebar celah yang dilalui gelombang lebih kecil daripada panjang gelombang nya, ketika lebar celah lebih besar atau sama dengan panjang gelombang maka gelombang tersebut akan di transmisi bukan di difraksi.
Gambar 1. Proses difraksi
Untuk melihat pola difraksi, cahaya harus melalui suatu celah tunggal dan mengamati cahaya yang diteruskan oleh celah pada sebuah layar.
Berdasarkan posisi layar, difraksi ada 2 yaitu :
Difraksi fresnel
Pada difraksi fresnel jarak sumber ke celah dan jarak celah ke layar dekat sehingga berkas tidak akan sejajar dengan celah[2].
Gambar2. Difraksi fresnel
Difraksi fraunhofer
Pada difraksi fraunhofer letak sumber cahaya dan layar jauh sekali dari celah , sehingga berkas yang memasuki dan yang keluar celah harus sejajar [2].
Gambar 3. Difraksi fraunhofer
Difraksi pada celah tunggal :
d sinθ= n λ ...(1)
difraksi pada celah tunggal :
d sinθ= (n+1) λ ...(2)
keterangan :
d = adalah jarak antar kisi(1/kisi)
n = orde
λ = panjang gelombang
Interferensi
Interferensi adalah peristiwa
penggabungan beberapa gelombang yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang.
Interferensi ada 2 , yaitu :
Interferensi konstruktif
Interferensi ini terjadi ketika cahaya bertemu pada fasa yang sama, sehingga akan menghasilkan cahaya yang lebih terang.
Gambar 4. Interferensi konstruktif
Interferensi destruktif
Interferensi ini terjadi ketika cahaya bertemu pada fase yang berbeda , sehingga akan menghasilkan cahaya yang lebih redup.
Gambar 5. Interferensi destruktif
a. Sumber dari cahaya tersebut harus koheren (memiliki fasa yang sama).
b. Harus cahaya monokromatik
c. Berlaku prinsip superposisi
Pada interferensi maksimum gelombang saling menguatkan(konstruktif) sehingga akan terbentuk bayangan yang terang. Interferensi ini terjadi pada beda fasa 0,2π,4π,6π,... dan seterusnya. Interferensi maksimum akan terjadi jika beda lintasan kelipatan dari 1/2λ.
d sinθ= n λ ...(3)
pada interferensi minimum gelombang yang bertemu saling melemahkan(destruktif) sehingga akan terbentuk bayangan yang gelap. Interferensi ini terjadi pada beda fasa π,3π,5π,.... atau kelipatan ganjil.
d sinθ= (n+1) λ ...(4)
perbedaaan fasa 2 gelombang terjadi karena jarak lintasan yang berbeda. Jika perbedaaan panjang lintasannya 1/2λ maka
beda fasanya adalah 1800. Tapi jika perbedaan
panjang lintasannya λ maka beda fasanya 3600.
Proses interferensi maksimum dan minimum ini akan menghasilkan pola gelap dan terang pada layar.
Gambar 6. Pola gelap terang
Pusat akan menjadi titik paling terang dibanding titik-titik yang lain, karena di pusat kedua gelombang akan melewati lintasan yang sama sehingga akan terjadi interferensi konstruktif. Sedangkan untuk orde yang lain, setiap gelombang akan mengalami ketertinggalan dari gelombang yang terdekat,
sehingga bayangannya tidak akan seterang bayangan pada titik pusat.
Percobaan Young
Thomas Young melakukan percobaan dengan menggunakan 3 buah lensa , lensa pertama sebagai kisi pertama yang terdiri dari 1 buah celah sempit tempat terjadinya difraksi dan lensa kedua terdiri 2 buah celah supaya terjadi interferensi sedangkan layar ke 3 digunakan sebagai proyektor untuk melihat pola gelap terang yang di hasilkan.
Gambar 7. Percobaan young
Prinsip Huygens
Prinsip huygens adalah suatu metode geometri untuk mencari bentuk muka gelombang dari bentuk muka gelombang yang sudah diketahui.
Menurut Huygens “ tiap-tiap titik dari sebuah muka gelombang dapat ditinjau sebagai sumber gelombang-gelombang kecil sekunder yang menyebar keluar kesegala arah dengan laju yang sama dengan perambatan gelombang itu”[1].
Gambar 8. Prinsip Huygens
Intensitas
Intensitas menyatakan jumlah daya yang tersalurkan . untuk menentukan daya dari pola terang bia digunakan persamaan dibawah ini :
P=Vxi ...(6)
I=V/R...(7)
Keterangan :
P= daya (watt)
I= intensitas (candela)
V= tegangan(volt)
i = arus(ampere)
R= hambatan(Ω)
III. Percobaan
Pada pratikum difraksi celah dan kisi ganda ini yang diamati adalah pola gelap terang yang terbentuk dari hasil difraksi dan
interferensi beserta tegangan dari masing-masing bayangan . Hal yang mendasari pratikum ini adalah difraksi dan interferensi cahaya, dengan acuan prinsip Huygens dan percobaan Thomas Young.
Pada pratikum ini digunakan 3 buah kisi yaitu 8mm,10mm,dan 50mm dengan memvariasikan posisi kisi . Hal pertama yang dilakukan pada pratikum ini adalah menyusun setiap alat yang di gunakan yaitu laser pada 2,5cm , lensa f/20mm pada 14,5cm , lensa f/100 mm pada 27,5 cm , objek difraksi sesuai dengan posisi yang diinginkan , layar pada 147,5cm dan memasang voltmeter untuk mengukur tegangan dari tiap bayangan yang terbentuk.
Setelah semua komponen terpasang, langkah selanjutnya adalah memasang kisi pada objek difraksi. Kisi pertama yang digunakan adalah kisi 8 dengan objek difraksi pada 35cm. Hal yang diamati adalah jarak antara bayangan yang terbentuk pada layar dan melihat tegangan tiap bayangan yang terbaca pada voltmeter. Setelah itu, mengganti posisi objek difraksi menjadi 70cm lalu 100cm. Setelah itu melakukan hal yang sama untuk kisi 10mm dan 50mm.
IV. DATA DAN ANALISA.
a. Kisi 8mm (d = 0.0125 m)
n X=35cm X=70cm X=100cm
V(v) I(cd) V(v) I(cd) V(v) I(cd)
-3 4.54 4.24x10-6 2.59 1.48x10-6 2.98 7.88x10-7
-2 2.85 6.59x10-7 2.66 5.01x10-7 2.54 4.16x10-7
-1 2.7 5.31x10-7 3.49 4.5x10-7 2.58 4.43x10-7
0 3.2 1.05x10-6 4.92 5.86x10-6 2.81 6.23x10-7
1 3.91 2.34x10-6 5.23 7.48x10-6 1.65 7.41x10-8
2 2.8 6.1x10-7 2.72 5.47x10-7 2.62 4.71x10-7
3 2.79 6.0x10-7 2.69 5.24x10-7 2.58 4.43x10-7 n X=35cm , L= 1.4715 m
y (m) λ( 10-5) (m) KSR(%) kiri kanan Kiri kanan kiri kanan
1 0.005 0.005 4.25 4.25 94.7 98.7
2 0.011 0.011 4.67 4.67 3 0.016 0.017 4.53 4.81
4 0.021 0.022 4.46 4.67 5 0.026 0.028 4.42 4.76
6 0.032 0.034 4.53 4.81 7 0.037 0.04 4.49 4.85
8 0.043 0.045 4.56 4.78 9 0.049 0.051 4.62 4.81 1
0 0.054 0.057 4.58 4.84
11 0.059 0.064 4.55 4.94 1
2 0.064 0 4.53 0 1
3 0.069 0 4.51 0 1
4 0.08 0 4.85 0 1
5 0.084 0 4.76 0
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 40 0
0 0 0
grafik hubungan intensitas dengan orde pada kisi 8mm
x=0,
b. Kisi 10mm , d=0,001m
n X=35cm X=70cm X=100cm
V(v) I(cd) V(v) I(cd) V(v) I(cd)
kiri kanan kiri kanan kiri kanan 1 0.003 0.004 4.84 6.45 116.9 148.01
2 0.005 0.008 4.03 6.45
c. K i s i
50mm ( d=0,0002m)
n X=35cm X=70cm X=100cm
V(v) I(cd) V(v) I(cd) V(v) I(cd)
-3 2,83 6.41x10-7 2.69 5.23x10-7 4.94 5.95x10
-2 2.65 4.9X10-7 2.43 3.48x10-7 2.68
5.15x10
-1 2.5 3.91x10-7 2.48 3.78x10-7 2.72 5.47x10
0 2.76 5.8x10-7 2.77 5.89x10-7 1.84 1.15x10-7
1 3.15 9.85x10-7 2.95 7.57x10-7 1.71 8.55x10-8
2 2.46 3.66x10-7 2.6 4.57x10-7 2.79 6.06x10-7
3 2.42 3.43x10-7 2.42 3.43x10-7 2.98 7.89x10-7
-4 -3 -2 -1 00 1 2 3 4
grafik hubungan intensitas dengan orde pada kisi 50mm
x=0,35 yang diamati adalah pola gelap terang yang terbentuk pada layar dan tegangan dari setiap bayangan.
Pada pratikum ini yang divariasikan adalah jumlah kisi dan posisi kisi. Kisi yang digunakan adalah 8mm,10mm dan 50mm
n X=35cm , L= 1.4715 m
y ) λ (
dengan variasi posisinya 35cm, 70cm dan 100cm.
Untuk kisi 8mm dengan kisi berada pada jarak 35 cm dari sumber , jumlah pola terang yang terbentuk disebelah kiri adalah 15 dan disebelah kanan adalah 11 bayangan. Untuk kisi 8 dengan kisi berada pada jarak 70 cm jumlah bayangan disebelah kiri adalah 17 dan disebelah kanan adalah 18. Ketika posisi kisi diubah menjadi 100cm bayangan disebelah kiri adalah 10 dan disebelah kanan adalah 19. Hal ini menunjukkan bahwa semakin jauh jarak kisid ari sumber cahaya , maka jumlah bayangan yang terbentuk pada layar semakin banyak sehingga jarak antar polanya semakin rapat (kecil). Hal ini juga terjadi untuk kisi 10 mm dan 50mm.
Berdasarkan teori, jumah bayangan yang terbentuk di sebelah kiri akan sama dengan jumlah bayangan yang terbentuk disebelah kanan. Tapi pada pratikum ini , ada beberapa kondisi dimana jumlah bayangan disebelah kanan tidak sama dengan jumlah bayangan yang terbentuk disebelah kiri. Hal ini bisa terjadi karena kurang tepatnya dalam menentukan dalam menetapkan pusat dan ukuran layar yang terlalu kecil, sehingga tidak bisa memproyeksi semua bayangan yang terbentuk.
Pada hasil pratikum ini terlihat bahwa semakin besar nilai kisi yang digunakan , maka jumlah bayangan yang terbentuk semakin sedikit. Misalkan pada kisi 8mm dengan kisi berada pada jarak 35 cm dari sumber , jumlah pola terang yang terbentuk disebelah kiri adalah 15 dan disebelah kanan adalah 11 bayangan sedangkan pada kisi 50mm dengan posisi kisi yang sama jumlah bpola terang yang terbentu disebelah kanan adalah 4 dan sebelah kiri adalah 5. Sehingga kisi yang kecil akan memiliki nilai y yang kecil juga.
Nilai λ yang didapat dari pratikum ini tidak jauh berbeda untuk semua kondisi , karena masih digunakan sumber yang sama. Nilai y akan berbanding lurus dengan orde,panjang gelombang(λ),jarak kisi dari layar dan kisi.
Secara ideal nilai intensitas disebelah kanan pusat akan sama dengan nilai intensitas disebelah kiri pusat untuk masing-masing orde yang sama. Berdasarkan teori nilai intensitas terbesar terjadi pada titik pusat karena pada saat tersebut masing-masing gelombang menempuh jarak yang sama sehingga akan terjadi interferensi konstruktif. Tapi untuk orde yang lain, jarak yang ditempuh oleh masing-masing gelombang tidak akan sama sehingga intensitasnya tidak akan seterang intensitas pusat. Seperti pada kisi 10mm dengan jarak kisi ke sumber adalah 70cm intensitas pusatnya adalah 1156x10-6
dan intensitas disebelah kiri dan kanannya berada dibawah intensitas pusatnya.
KESIMPULAN
Untuk menentukan pola difraksi dibutuhkan sutatu layar sebagai proyeksi bayangan.
Intensitas menyatakan daya yang ada pada bayangannya. terbesar terjadi pada pusat dan nilai intensitas akan berkurang seiring dengan jaraknya yang semakin jauh dari pusat.seperti pada kisi 10mm dengan arak kisi 100cm dari sumber nilai intensitas pusatnya adalah 1,34x10-6
candela, dan intensitas untuk orde 1 nya
adalah 4,57x10-7 candela dan intensitas untuk
orde 3 nya adalah 2,8x10-7 candela,
Untuk menentukan nilai panjang gelombang adalah dengan menggunakan persamaan interferensi maksimum, yaitu :
λ= d sinθ
Keterangan :
λ= panjang gelombang(m) d = 1/N
n= orde
y= jarak antara bayangan L= jarak kisi ke layar
DAFTAR PUSTAKA
[1] young and freedman.2003.Fisika
Universitas edis ke sepuluh jilid 2. Jakarta : Erlangga
[2] abdul Hadi . 2014 .pengertian dan
sifat-sifat gelombang.
