Laporan Praktikum OR 0 2

(1)

Laporan Praktikum

Fisika Dasar 2

Nama

: Rachmad Mochammad Suryantoro

NPM

: 1406607666

Grup

: 2

Fakultas

: Teknik

Departemen

: Teknik Mesin

No. Percobaan

: OR-02

Nama Percobaan

: Pengukuran Lebar Celah

Tanggal Percobaan

: 19 Maret 2015

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

(2)

I. Tujuan Percobaan

Mengukur lebar celah tunggal dengan menggunakan metode difraksi

II. Alat

- Piranti laser dan catu daya

- Piranti pemilih otomatis celah tunggal

- Piranti scaner beserta detektor fotodioda

- Camcorder

- Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

III. Teori Dasar

Berkas cahaya dengan panjang gelombang λ yang dilewatkan pada sebuah

celah sempit dengan lebar f akan mengalami difraksi. Pola difraksi ini dapat dilihat

pada layar atau diukur dengan sensor cahaya. Jika jarak antara c dengan layar jauh

lebih besar dari pada lebar celah maka berkas yang sampai di layar dapat dianggap

paralel. Pada difraksi celah tunggal, intensitas minimum akan terjadi jika perbedaan

panjang lintasan berkas antara berkas paling atas dan berkas paling bawah sebersar λ.

Interferensi adalah paduan dua gelombang atau lebih menjadi suatu gelombang

baru terjadi jika memenuhi dua hal berikut ini.

a. Kedua gelombang cahaya harus koheren yang berarti bahwa kedua

gelombang cahaya memiliki beda fase yang selalu tetap. Oleh karena itu,

keduanya harus memiliki frekuensi yang sama.

b. Kedua gelombang harus memiliki ampluitudo yang hampir sama.

Pola hasil interferensi ini dapat ditangkap pada layar, yaitu :

• Garis terang, merupakan hasil interferensi maksimum (saling

memperkuat atau konstruktif)

(3)

1. Interferensi Dua Celah

Pola gelap terang yang muncul ketika sebuah celah ganda disusun dengan

cahaya monokromatik adalah akibat interferensi gelombang-gelombang yang

terbelokkan oleh tepi atau diniding celah.

Jika berkas cahaya melalui S1 dan S2, maka celah tersebut (S1 dan S2) akan

berfungsi sebagai sumber cahaya baru dan akan menyebarkan cahaya ke segala arah. Apabila

cahaya dari celah S1 dan S2 berinterferensi maka akan terbentuk suatu pola. Pola tersebut

dapat ditangkap pada layar berupa pola garis terag dan gelap. Interferensi dapat terjadi karena

adanya beda lintasan berkas cahaya dari S1 dan S2. Jika jarak antar kedua celah adalah d, jauh

lebih kecil daripada jarak celah tehadap layar, maka beda lintasan pada titk sembarang

P adalah S2P-S1P = d sin θ.

2. Difraksi Cahaya

(4)

Namun, baru 10 tahun setelah penemuan Young, orang mengakui bahwa cahaya

mempunyai sifat gelombang. Augustin Fresnel dan Francois Argo menunjukkan

sederetan percobaan difraksi dan interferensi yang menyimpulkan bahwa cahaya

adalah gelombang.

Apabila suatu cahaya dengan panjang gelombang ë men genai suatu celah

sempit, maka menurut Christian Huygens setiap titik pada celah dapat dianggap

sebagai sumber gelombang cahaya yang memancar ke segala arah dengan sudut fase

yang sama dan kecepatan yang sama pula.

Prinsip Huygens-Fresnel : Difraksi mengacu pada penyimpangan atau deviasi dari perambatan garis lurus yang terjadi ketika suatu gelombang bergerak melewati suatu penghalang parsial. Hal ini biasanya sesuai dengan penyebaran gelombang pada tepi-tepi lubang dan penghalang. Bentuk paling sederhana dari difraksi cahaya adalah difraksi Franhofer atau Far-Field. Difraksi ini diamati pada sebuah layar yang sangat jauh dari lubang atau penghalang yang mengganggu arus gelombang-gelombang datar yang datang.

(5)

kisi (d) , jika terdapat N garis per satuan panjang, maka tetapan kisi d adalah

kebalikan dari N , yaitu: d =1/N.

Jika berkas cahaya monokhromatis dijatuhkan pada sebuah kisi, sebagian akan

diteruskan sedangkan sebagian lagi akan dibelokkan. Akibat pelenturan tersebut,

apabila kita melihat suatu sumber cahaya monokhromatis dengan perantaraan sebuah

kisi, akan tampak suatu pola difraksi berupa pitapita terang. Intensitas pita-pita terang

mencapai maksimun pada pita pusat dan pita-pita lainnya yang terletak dikiri dan

kanan pita pusat. Intensitas pita berkurang untuk warna yang sama bila pitanya jauh

dari pita pusat. Pita-pita terang terjadi bila selisih lintasan dari cahaya yang keluar dari

dua celah kisi yang berurutan memenuhi persamaan :

m λ= d sin θ

atau

d.Y/L = m λ

dimana :

m = orde pola difraksi (0,1,2,...)

d = jarak antara dua garis kisi ( konstanta kisi)

λ = panjang gelombang cahaya yang digunakan

θ = sudut lenturan (difraksi)

Y= jarak terang pusat dengan orde ke-n

L= jaral layar ke kisi difraksi

Jika cahaya yang digunakan berupa cahaya polikhromatis, kita akan melihat

suatu spectrum warna. Spektrum yang paling jelas terlihat adalah spektrum dari orde

pertama (m=1).

IV. Prosedur Percobaan

(6)

V. Tugas dan Evaluasi

1. Dari data eksperimen yang diperoleh, buatlah grafik intensitas pola difraksi ( I, pada

eksperimen dinyatakan dalam arus sebagai fungsi dari posisi (x), I vs x ).

2. Berdasarkan spektrum yang diperoleh, tentukan letak terang pusat, intensitas minimum

orde pertama (n=1), orde ke-2 (n=2), orde ke-3 (n=3), dst. kemudian berilah bilangan

orde pada setiap intensitas minimum pola difraksi.

3. Hitunglah jarak antara dua minimum orde pertama (n=1), dua minimum orde ke-2 (n=2)

dst. Hitunglah θ berdasarkan definisinya seperti pada Gbr.1.

4. Hitunglah lebar celah a dengan metode grafik. Buatlah grafik antara sin θ vs. n. Pada

eksperimen ini laser yang digunakan mempunyai λ = ( 650 ± 10 ) nm.

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

VII Pengolahan Data

1. Grafik Hubungan Intensitas Pola Difraksi dengan Posisi

0.44₁₆.28₃₂.12₄₇.9663.8₇₉.64₉₅.48

2. Letak Titik Terang Pusat dan Intensitas Minimum

Berdasarkan grafk diatas, titik terang pusatnya terletak pada saat intensitasnya

0.14 dan saat posisi (x) nya 180.40 mm. Untuk menentukan intensitas minimum orde ke

n=1,2,3…dst digunakanlah titik puncak minimum grafk tersebut maka didapatkan tabel

sebagai berikut:

N Minimum Kiri Minimum Kanan

(26)

3. Jarak antara Dua Minimum Orde dan Besar

θ

Untuk mengetahui jarak antara dua minimum orde, kita dapat mencari selisih

antara minimum kanan dan minimum kirinya.Setelah itu dapat diketahui besar θ dengan

menggunakan rumus sin θ = p/l dan diasumsikan bahwa a sin θ=nλ,sehingga didapat

L=1m=1000mm.Dalam menghitung besar,dapat dilihat pada tabel berikut:

N Maksimum Kiri

Maksimum Kanan Jarak antar

garis gelap

L (mm)

Sin θ

1 178,64

181,28

2,64

1000

0,00264

2 177,76

182,16

4,4

1000

0,0044

3 177,32

183,04

5,72

1000

0,00572

4 176,88

183,48

6,6

1000

0,0066

5 176,44

183,92

7,48

1000

0,00748

(27)

1 2 3 4 5

Grafk Sin θ terhadap Orde

Sin θ

Lebar celah a dengan metode grafk

Dari persamaan yang telah diperoleh, yaitu a sin θ = n λ, maka lebar celah a dapat

diperoleh dari persamaan tersebut.

Dari grafik sin θ vs n, praktikan dap

at membuat persamaan

Y

=

m x ± b

X Y X2 _Y2 _XY

1

0,00264

1 0,0000069696 0,00264

2

_0,0044

4 0,00001936 0,0088

(28)

0,0066

5

0,00748

25 0,0000559504 0,0374

15 0,02648 55 0,00001585584 0,0924

Sehingga diperoleh m=0,001188 dan b=0,0018040

Dengan persamaan

y = mx + b

, maka hasil yang kita peroleh dengan metode least square tadi

dapat dituliskan menjadi y = 0,001188 x + 0,0018040. Dan jika kita mengikuti rumus

sin θ =λ/a n

jika disesuaikan dengan y = mx ± b

a = λ.b

Dan diketahui bahwa nilai λ laser adalah ±650 nm,maka:

a=1,1726 mm

Kesalahan Relatif pada percobaan

Δb/b=9,321%

VIII. Analisis

a. Analisis percobaan

(29)

sehingga praktikan tidak perlu berada di laboratorium. Bagian ini merupakan analisis

dari percobaan remote laboratory yang telah dilakukan praktikan, Pada bagian ini

terdapat gejala fsik yang menyebabkan terjadinya kesalahan dan mempengaruhi hasil

atau data dari percobaan. Gejala fsik yang terjadi adalah kondisi lingkungan

(30)

Pada dasarnya prosedur percobaan sudah dilakukan dengan tepat, karena alat pada

sistem sudah diatur/setting sesuai perintah. Kemungkinan kecil terjadinya masalah

pada percobaan dan hasilnya.

b. Analisis Hasil dan Kesalahan.

Percobaan selesai dengan hasil 817 data berupa 817 variasi posisi kisi difraksi yang

berbeda yang menghasilkan intensitas difraksi yang berbeda pula. Hasil data yang

telah diperoleh kemudian diolah dan disajikan dalam bentuk grafk. Dari berbagai

grafk tersebut dapat diketahui hubungan ordo (n) dengan sin teta-nya. Hasil yang

didapatkan cukup akurat dengan kesalahan sebesar 9,321 %

Persamaan linear yang didapatkan dengan metode least square dari data-data yang

dihasilkan dari percobaan ini adalah y = 0,001188 x + 0,0018040

c. Analisis Grafk

Dalam percobaan pengukuran lebar celah ini terdapat 2 buah grafk, grafk pertama

menunjukkkan hubungan antara posisi dan intensitasnya. Dari grafk tersebut

praktikan menganilisis bahwa bentuknya seperti gelombang yang memiliki puncak.

Selanjutnya, pola ini disebut dengan pola difraksi. Grafk kedua adalah grafk

persamaan regresi linier antara sin θ

dengan orde (n). dari garfk dapat dianalisis

hubungan antara sin θ dengan orde (n). Semakin besar orde

maka semakin besar jarak

antara dua minimum ordo, hal ini mengakibatkan semakin besar pula nila sin θ.

Grafik sin θ vs n, memiliki persamaa

n regresi linier sebesar Y = 0,003x.

IX. Kesimpulan

Dari berbagai hasil, pengolahan data, dan analisis data yang dilakukan pada

percobaan pengukuran lebar celah, praktikan menarik kesimpulan bahwa :

1. Lebar celah pada percobaan ini adalah 1,1726 mm.

(31)