UNIT 6 DIFRAKSI PADA CELAH GANDA DAN CEL

(1)

DIFRAKSI PADA CELAH GANDA DAN CELAH BANYAK Arjun Syarif*)_{, Andi Husnatunnisa, Syefi Ary}

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar Tahun 2014

Abstrak. Telah dilakukan eksperimen mengenai difraksi pada celah ganda dan celah banyak. Dimana tujuan eksperimen ini yakni memahami pengaruh jarak antar celah (d) dan lebar celah (b) pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda, memahami pengaruh banyak celah pada pembentuksn pola difraksi, dan menentukan panjang gelombang laser. Pada eksperimen ini alat dan bahan yang digunakan yakni diafragma, laser He-Ne, dudukan, lensa, presisi bangku oprik, pengendara 4 optik, layar tembus, dan pelana dasar. Percobaan ini terbagi menjadi 3 kegiatan. Pada kegiatan 1 yaitu melihat ketergantungan difraksi pada celah ganda terhadap jarak antar celah, pada kegiatan 2 yaitu melihat ketergantungan difraksi pada celah ganda terhadaplebar celah, dan pada kegiatan 3 yaitu melihat ketergantungan difraksi pada banyak celah. Berdasarkan hasil pengamatan, pada kegiatan 1 dapat dilihat bahwa pada jarak antar celah d=1,00 mm; 0,75 mm; 0,50 mm, dan 0,25 mm, masing-masing diperoleh jarak rata-rata pola difraksi yaitu

|

1,0±0,5

|

mm,

|

2,0±0,5

|

mm,

|

3,0

±

0,5

|

mm, dan

|

6,0

±

0,5

|

mm. Pada kegiatan 2untuk untuk lebar celah yang berbeda menghasilkan jarak rata-rata pola difraksi sebesar

|

6,0±0,5

|

mm. dan pada kegiatan 3 untuk banyak celah 40, 5, 4, dan 3, semuanya juga menghasilkan jarak rata-rata pola difraksi sebesar

|

6,0±0,5

|

mm. Sehingga dapat dikatakan bahwa bahwa pengaruh jarak antar celah (d) pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda berbanding terbalik, dan lebar celah (b) dan banyak celah (N) tidak mempengaruhi pembentukan pola difraksi. Sedangkan untuk menentukan panjang gelombang laser dapat diketahui dengan menggunakan persamaan

λ

=

d y

L

.

KATA KUNCI: difraksi, Interferensi, panjang gelombang, jarak antar celah, lebar celah.

PENDAHULUAN

Eksperimen kali ini adalah eksperimen mengenai difraksi pada celah ganda dan celah banyak. Adapun tujuan dari eksperimen ini adalah agar mahasiswa dapat memahami pengaruh jarak antar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda, memahami pengaruh lebar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda, memahami pengaruh banyak celah terhadap pembentukan pola difraksi , dan menentukan panjang gelombang laser.

Melihat tujuan yang harus dicapai oleh mahasiswa setelah melakukan praktikum, maka eksperimen ini sangat penting untuk dilakukan. Seperti yang diketahui pula bahwa ketika berbicara mengenai disiplin ilmu fisika maka kita tidak hanya bergelut dengan teori ataupun rumus, melainkan eksperimen-eksperimen juga sangat penting dilakukan agar kita semakin mengerti terhadap prinsip dari teori yang ada.

(2)

difraksi. Setelah itu ditentukan panjang gelombang dari laser tersebut menggunakan data yang diperoleh dari kegiatan eksperimen.

TEORI

Difraksi terjadi apabila sebagaian muka gelombang dibatasi oleh rintangan atau lubang permukaan (Celah sempit). Intensitas cahaya di sembarang titik dalam ruangan dapat dihitung dengan menggunakan prinsip Huygens dengan mengambil setiap titik pada muka gelombang menjadi titik sumber dan dengan menghitung pola interferensi yang terjadi. Pola franhoufer diamati pada jarak yang sangat jauh dari rintangan atau celah sempit sehingga sinar-sinar yang mencapai sembarang titik hampir sejajar, atau pola itu dapat diamati dengan menggunakan lensa untuk memfokuskan sinar-sinar sejajar pada layar pandang yang ditempatkan pada bidang fokus lensa tersebut. Pola yang lain, yaitu pola Fresnel diamatil di titik yang dekat dengan sumbernya[1].

Gambar 1. Difraksi

Difraksi cahaya sering sulit diamati karena panjang gelombang demikian kecilnya atau karena intensitas cahayanya tidak cukup. Kecuali untuk pola franhoufer celah sempit dan panjang, pola difraksi biasanya sulit diamati[2].

(3)

berinterferensi dengan puncak gelombang yang lain, dan membentuk maksimal[3]. Pita cahaya yang gelap terjadi saat puncak gelombang berinterferensi dengan landasan gelombang dan menjadi minima. Interferensi konstruktif terjadi saat:

nλ

a

=

x

L

(1.1)

Dimana :

λ adalah panjang gelombang cahaya a adalah jarak antar celah,

n adalah banyak celah

x adalah jarak antara pita cahaya dan central maximum (disebut juga fringe distance) pada bidang pengamatan

L adalah jarak antara celah dengan titik tengah bidang pengamatan

Gambar 2. Skema ilustrasi difraksi pada celah ganda

(4)

dilakukan para ilmuwan, difraksi dapat juga diamati jika cahaya dilewatkan pada banyak celah[4].

Suatu penghalang yang terdiri dari banyak sekali celah dimana jarak antara celah tersebut seragam (jarak antar celah sama dan teratur) disebut dengan kisi difraksi. Jumlah celah dalam suatu kisi dapat mencapai orde ribuan celah tiap cm. Kisi difraksi memiliki beberapa kelebihan dibanding celah tunggal atau ganda. Ketika cahaya melalui kisi, setiap celah pada kisi tersebut dapat dianggap sebagai sumber gelombang cahaya. Setiap cahaya dibelokkan dengan besar sudut tertentu sehingga cahaya-cahaya tersebut memiliki lintasan yang berbeda satu dengan yang lainnya[5].

Gambar 3. Difraksi pada celah banyak

Prinsip kisi difraksi banyak digunakan untuk mengkarakterisasi suatu molekul atau atom tertentu berdasarkan panjang gelombang yang dihasilkannya. Suatu alat yang digunakan untuk difraksi memiliki tingkat akurasi yang dipengaruhi oleh dua faktor yaitu disperse angular dan resolusi. Suatu alat yang baik harus mampu membedakan spektrum panjang gelombang cahaya yang memiliki nilai berdekatan[6].

METODOLOGI EKSPERIMEN

Pada percobaan rangkaian difraksi pada celah ganda dan celah banyak ini alat dan bahan yang digunakan yakni diafragma, laser He-Ne, dudukan, lensa, presisi bangku optik, layar tembus, dan pelana dasar.

(5)

Percobaan ini merupakan percobaan eksperimen yang terdiri dari tiga variabel yaitu, variabel kontrol, variabel manipulasi dan variabel respon. Dimana yang bertindak sebagai variabel kontrol pada ketiga kegiatan yaitu jarak celah ke layar (L), dan variabel responnya yaitu jarak rata-rata pola difraksi (y), sedangkan untuk variabel manipulasinya pada kegiatan 1 yaitu jarak antara celah (d), kegiatan 2 yaitu lebar celah (b), dan kegiatan 3 yaitu banyak celah (N).

Definisi Operasional Variabel

- Jarak layar dengan celah adalah jarak antara layar dengan celah yang dilalui oleh sinar laser, yang diukur menggunakan mistar dengan satuan mm.

- Jarak rata-rata pola difraksi maksimum berdekatan adalah jarak antara titik pusat terang dengan ordenya yang diukur dengan menggunakan mistar dengan satuan mm. - Jarak antar celah adalah jarak celah yang satu dengan celah yang lain dimana jaraknya terdapat pada diafragma yang digunakan yaitu diafragma dengan 4 celah (469 85) dengan satuan mm.

- Lebar celah adalah besarnya celah yang digunakan, dimana lebarnya terdapat pada diafragma dengan 3 celah (469 84) dengan satuan mm.

- Banyak celah jumlah celah yang digunakan pada satu diagfragma yang sama, dimana banyak celah terdapat pada diafragma dengan 5 celah (469 86) dengan satuan mm.

HASIL PERCOBAAN DAN ANALISA DATA Hasil Pengamatan

Jarak celah ke layar : | 237,00 ± 0,05| cm

Kegiatan 1. Ketergantungan Difraksi pada celah ganda pada jarak antar celah d. b = 0,20 mm

Tabel 1. Pengaruh jarak antar celah (d) terhadap pembentukan pola difraksi

No. Jarak antar celah (mm) Jarak rata-rata pola difraksi maksimum berdekatan (mm)

1. 1,00

│

1,0

±

0,5

│

2. 0,75 │2,0±0,5│

3. 0,50

│

3,0

±

0,5

│

4. 0,25 │6,0±0,5│

Kegiatan 2.Ketergantungan difraksi pada celah ganda pada celah lebar b d = 0,25 mm

Tabel 2. Pengaruh lebar celah (b) terhadap pembentukan pola difraksi

No. Lebar celah b (mm) Jarak rata-rata pola difraksi

(6)

1. 0,20 │6,0±0,5│

2. 0,15

│

6,0

±

0,5

│

3. 0,10 │6,0±0,5│

Kegiatan 3. Ketergantungan difraksi pada banyak celah (N)

b = 0,20 mm d = 0,25 mm

Tabel 3. Pengaruh banyak celah (N) terhadap pembentukan pola difraksi

No. Banyak celah N (mm) Jarak rata-rata pola difraksi maksimum berdekatan (mm)

Kegiatan 1. Ketergantungan difraksi pada celah ganda pada jarak antar celah d

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

Jarak antar celah (d)

Ja

Gambar 4. Grafik pengaruh jarak antar celah terhadap pembentukan pola difraksi

(7)

0.080 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22

Gambar 5. Grafik pengaruh lebar celah terhadap pembentukan pola difraksi

Kegiatan 3. Ketergantungan difraksi pada banyak celah (N)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Gambar 6. Grafik pengaruh banyak celah terhadap pembentukan pola difraksi

Analisis Perhitungan Kegiatan 1

y=

m

λ L

d

Karena m= 1, maka

(8)

Δ

_λ

=

|

δλ

1. Untuk jarak antara celah (d) = 1,00 mm

λ =

d y

l

λ

₁

=

1 ×

1,0

2370

=

0,00042

mm

Δ λ

=

|

Δ y

λ =

dy

l

λ

₁

=

1 ×

2,0

2370

=

0,00063

mm

(9)

λ =

dy

l

λ

₁

=

1 ×

3,0

2370

=

0,00127

mm

Δ λ

₁

=

|

0,5

3,0

+

0,5

2370

|

0,00127

=

0,0002

mm

KR

₁

=

0,0002

0,00127

x

100 =

16,7

PF

¿

|

0,00127

±

0,00020

|

mm

λ =

dy

l

λ

₁

=

1 ×

6,0

2370

=

0,00253

mm

Δ λ

₁

=

|

0,5

6,0

+

0,5

2370

|

0,00253

=

0,0002

mm

KR

₁

=

0,0002

0,00253

x

100 =

8,4

PF

¿

|

0,00253

±

0,00020

|

mm

Tabel 4. Hasil Analisis perhitungan kegiatan 1

d (mm) λ (mm)

1,00

_|

_0,00042

_±

_0,00020

_|

0,75

_|

_0,00063_±_0,00020

_|

0,50

_|

_0,00127

_±

_0,00020

_|

0,25

_|

_0,00253_±_0,00020

_|

Kegiatan 2

Secara umum untuk mencari panjang gelombang sinar laser He-Ne dapat digunakan persamaan (2) di atas.

ℷ=b y L−1

(10)

diafragma yang digunakan maka b ini kita dapat abaikan karena tidak memiliki kesalahan. Sehingga persamaan di atas menjadi:

ℷ=y L−1

Berikut adalah penurunan untuk mencari kesalahan panjang gelombang yang digunakan.

(11)

ℷ

=

0,25

mm ×

6,0

mm

Tabel hasil analisis kegiatan 2

b (mm) λ (

_×

₁₀

−4 _mm) menggunakan persamaan (3) di atas.

ℷ

=

N y L

−1

Untuk mencari kesalahan perhitungan dari panjang gelombang kita harus mencarinya melalui turunan parsial. Karena mengingat persamaan banyak celah (N) merupakan tetapan dari diafragma yang digunakan maka N ini kita dapat abaikan karena tidak memiliki kesalahan. Sehingga persamaan di atas menjadi:

ℷ=y L−1

(12)

(13)

∆ℷ=0,12×10−5

Tabel hasil analisis kegiatan 3

N λ (mm)

(14)

PEMBAHASAN

Pada kegiatan 1, yaitu ketergantungan difraksi pada celah ganda terhadap jarak antar celah (d). Berdasarkan hasil pengamatan, dapat dilihat bahwa pada jarak antar celah d=1,00 mm; 0,75 mm; 0,50 mm, dan 0,25 mm, masing-masing diperoleh jarak rata-rata pola difraksi

yaitu

|

1,0

±

0,5

|

mm,

|

2,0

±

0,5

|

mm,

|

3,0

±

0,5

|

mm, dan

|

6,0

±

0,5

|

mm. dan berdasarkan hasil analisis perhitungan dapat kita lihat bahwa jarak antar celah berbanding terbalik terhadap panjang gelombang yg dihasilkan, dimana hasilnya yaitu

λ

1

=

|

0,00042

±

0,00020

|

mm,

λ

2

=

|

0,00063

±

0,00020

|

mm,

λ

₃

=

|

0,00127

±

0,00020

|

mm, dan

λ

₄

=

|

0,00253

±

0,00020

|

mm. Sehingga dapat dikatakan bahwa jarak antara cela (d) berpengaruh terhadap pembentukan pola difraksi. Pengaruhnya yaitu jarak antar celah berbanding terbalik dengan jarak rata-rata pola difraksi, maksudnya semakin kecil jarak antar celah maka akan jarak rata-rata pola difraksi semakin besar. Hal ini sesuai dengan teori yang ada.

Pada kegiatan 2 dan 3, yaitu ketergantungan difraksi pada celah ganda terhadap lebar celah dan ketergantungan difraksi pada banyak celah. Berdasarkan hasil pengamatan dapat kita lihat bahwa lebar celah (b) dan banyak celah (N) tidak mempengaruhi pembentukan pola difraksi. Dimana untuk untuk lebar celah 0,20 mm; 0,15 mm; dan 0,100 mm, semuanya

menghasilkan jarak rata-rata pola difraksi sebesar

|

6,0±0,5

|

mm. dan untuk banyak celah 40, 5, 4, dan 3, semuanya juga menghasilkan jarak rata-rata pola difraksi sebesar

|

6,0±0,5

|

mm. Hal ini sesuai dengan teori yang ada bahwa pola difraksi tidak dipengaruhi oleh lebar celah (b) dan banyak celah (N).

SIMPULAN

(15)

Sedangkan untuk menentukan panjang gelombang laser dapat diketahui dengan