PENENTUAN KETEBALAN RAMBUT DENGAN MENGGUNAKAN DIFRAKSI SINAR LASER
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Fisika adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari sifat dan gejala
pada benda-benda di alam. Gejala tersebut dapat berupa gejala alam yang
tidak hidup beserta interaksi dalam ruang lingkup dan waktu. Para ahli
fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat
beragam, mulai dari partikel submiskroskopik yang membentuk segala
materi (fisika material) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu
kesatuan. Misalkan saja partikel yang dimaksud adalah rambut.
Rambut merupakan biomaterial berserabut yang tumbuh dari
folikel dan ditentukan dalam dermis. Biomaterial penting pada rambut
terdiri dari protein terutama keratin. Salah satu yang berpengaruh
terhadap sifat mekanik rambut adalah diameter serat rambut tersebut.
Berdasarkan pemaparan di atas, maka praktikum penentuan
ketebalan rambut dengan menggunakan sinar laser perlu dilakukan.
2. Tujuan
Tujuan dari praktikum penentuan ketebalan rambut dengan
menggunakan difraksi sinar laser adalah sebagai berikut:
a. Untuk menetukan ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser yang ditembakkan ke rambut.
B. KAJIAN TEORI
Difraksi adalah peristiwa dimana gelombang dilenturkan atau
melebar di tepi celah dan pinggiran penghalang cahaya. Cahaya tidak lagi
merambat menurut garis lurus, dan hal ini menyebabkan terjadinya
interferensi hingga tepi-tepi bayangan menjadi tidak tajam melainkan kabur.
Peristiwa difraksi juga membatasi kecilnya benda yang dapat dilihat, serta
membatasi ketepatan hasil pengukuran (Bueche, 2006).
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal, memancarkan foton dalam pancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek dari mekanika kuantum.
Dalam teknologi laser, cahaya yang koheren menunjukkan suatu
sumber cahaya yang memancarkan panjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensi yang sama, beda fase yang konstandan polarisasinya. Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah cahaya yang koheren dari medium lasing adalah dengan mengontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya. Keluaran yang berkelanjutan dari laser dengan amplitudo-konstan (dikenal
sebagai CW atau gelombang berkelanjutan), atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Q-switching, modelocking, atau gain-switching.
Jika sebuah gelombang membentur sebuah pembatas yang
mempunyai sebuah celah yang ukuranya mendekati panjang gelombangnya,
menyebar keluar, akan berdifraksi masuk ke sisi satunya melintasi batasan
tersebut. Difraksi terjadi untuk segala jenis gelombang, tidak hanya
gelombang cahaya. Difraksi membatasi optika geometri, dimana kita
merepresentasikan sebuah gelombang elektromagnetik dengan sinar. Jika
kita coba membentuk sinar dengan mengirimkan cahaya melalui sebuah
celah yang sempit, atau melalui serangkaian celah-celah yang sempit,
difraksi akan selalu menyebabkan cahaya melebar (menyebar).
Sesungguhnya semakin sempit kita membuat celah, semakin besar
sebarannya (Halliday, 2010 ).
Difraksi adalah peristiwa dimana gelombang dilenturkan atau
melebar di tepi celah dan pinggiran penghalang cahaya. Cahaya tidak lagi
merambat menurut garis lurus, dan hal ini menyebabkan terjadinya
interferensi hingga tepi-tepi bayangan menjadi tidak tajam melainkan kabur.
Peristiwa difraksi juga membatasi kecilnya benda yang dapat dilihat, serta
membatasi ketepatan hasil pengukuran. Berkas cahaya manokromatik yang
melewati celah sempit maka cahaya akan jatuh pada layar sehingga berkas
untuk bintik akan terlihat. Berkas-berkas tersebut akan berfase sama
sehingga akan ada titik terang ditengah layar. Berkas yang lewat tepat
ditengah celah akan menempuh setengah panjang gelombang lebih jauh dari
berkas yang datang dari bagian bawah. Kedua berkas ini akan berlawanan
fase satu sama lain dan akanberinterferensi desdruktif, dengan demikian
semua berkas berinterferensi desdruktif dalam pasangan-pasangan sehingga
C. METODE PRAKTIKUM
1. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum penentuan
ketebalan rambut dengan menggunakan difraksi sinar laser ini dapat
dilihat pada Tabel 7.1 berikut:
Tabel 7.1 Alat dan Bahan Percobaan Penentuan Ketebalan Rambut dengan Menggunakan Difraksi Sinar Laser
No. Alat dan Bahan Kegunaan
1. Meja Optik Sebagai tempat menampilkan hasil difraksi 2. Rel Presesi Sebagai penyangga
3. Tumpukan berpenjepit Sebagai tempat objek amatan. 4. Sinar laser Sebagai sumber sinar.
5. Mistar Untuk mengukur jarak bahan amatan denganlayar.
6. Rambut Sebagai objek amatan
Prosedur kerja pada percobaan penetuan ketebalan rambut
dengan menggunakan difraksi sinar laser ini adalah sebagai berikut:
a. Meletakkan rangkaian seperti pada gambar di bawah.
Gambar 7.1 Rangkaian Percobaan Penentuan Ketebalan Rambut dengan Difraksi Sinar Laser
b. Mengusahakan agar sinar laser yang keluar dari sumber tepat jatuh
menyentuh rambut.
c. Mengukur jarak antara posisi rambut dengan layar.
d. Mengukur jarak antara pola terang pertama sampai seterusnya yang
bisa terdeteksi oleh mata.
e. Dengan menggunakan rumusan persamaan (1) atau (2) dan data-data
yang diperoleh menetukan ketebalan rambut.
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Data Pengamatan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan maka diperoleh
data pengamatan dapat dilihat pada Tabel 7.2 berikut:
Tabel 7.2 Data Pengamatan Percobaan Penentuan Ketebalan Rambut dengan Menggunakan Difraksi Sinar Laser
No. X (m) Y (m)
1. 0,5 0,015
2. 0,6 0,02
3. 0,7 0,023
b. Analisis Data
1) Mengukur sudut difraksi
Untuk x = 0,5 m dan y = 1,5 m
tanθ=y
x
tan
θ
=
1,5
0,5
tan θ = 3s
θ = arc tan (3) = 1,25
dmax =
Dengan cara yang sama untuk data yang lain dapat dilihat pada Tabel
7.3 berikut:
Tabel 7.3 Data keseluruhan analisis percobaan
No. x(m) y(m) θ dmax (m) dmin(m) d(m)
1. 0,6 2 1,29 11,83 12,79 0,96
2. Pembahasan
Difraksi adalah penyebaran gelombang atau lenturan gelombang yang disebabkan oleh adanya penghalang berupa celah sempit. Contohnya
sinar laser, karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran
gelombang semakin besar. Gejala difraksi dapat dipandang sebagai peristiwa hamburan yang disebabkan oleh gangguan yang berkaitan
dengan kehadiran suatu permukaan dengan sifat permukaan.
Jika cahaya tunggal dijatuhkan pada permukaan yang halus seperti
pada rambut, maka gelombang akan mengalami difraksi oleh efek
permukaan rambut dimana pada sisi samping kiri dan kanan rambut akan
mengalami lenturan yang oleh Huigens dianggap sebagai kehadiran dua
sumber baru pada sisi samping kiri dan kanan rambut sehingga superposisi
gelombang yang bersala dari kedua sisi dapat menhasilkan pola terang
gelap pada layar. Pola gelap menunjukkan superposisi gelombang yang
destruktif sedangkan pola terang menunjukkan superposisi gelombang
yang bersifat konstruktif. Untuk menununjukkan adanya gejalah difraksi
ini kita dapat menggunakan difraksi sinar laser pada rambut. Dalam
praktikum ini kita menentukan ketebalan rambut dengan difraksi sinar
laser.
Perlakukan pertama yang dilakukan yaitu dengan meletakan
rambut pada pemegang material yang di bawahnya terdapat tumpukan
berpenjepit agar dapat diletakan pada rel presesi. Kemudian, laser
pada objek amatan yaitu rambut. Sinar laser tepat mengenai rambut,
terlihat pada layar terbentuk pola terang gelap. Hal ini terjadi karena
gelombang sinar laser akan mengalami difraksi oleh efek permukaan
rambut dimana pada sisi samping kiri dan kanan rambut akan mengalami
lenturan.
Ada 2 sumber baru pada sisi samping kiri dan kanan rambut,
sehingga superposisi gelombang yang berasal dari kedua sisi dapat
menghasilkan pola terang gelap pada layar. Pola gelap menunjukan
superposisi yang destruktif sedangkan pola terang menunjukkan
superposisi gelombang yang bersifat konstruktif. Dengan adanya pola
terang gelap pada layar, maka dapat ditentukan ketebalan rambut tersebut.
Ketebalan rambut dapat diketahui dengan mencari selisih antara
interferensi minimum dengan intefernsi maksimum. Interfernsi minimum
dapat diketahui dengan cara menambahkan orde yang digunakan dengan
0,5 kemudian mengalihkan dengan besar panjang gelombang sinar laser
dan membagi hasil keduanya dengan sinus sudut difraksi. Panjang
gelombang sinar laser yaitu 680 x 10-12 m dan menggunakan pola terang
ke-5 atau orde (n) 5. Interferensi maksimum dapat diketahui dengan
mengalihkan orde dengan panjang gelombang sinar laser dan membaginya
