DIFRAKSI PADA CELAH GANDA DAN CELAH BANYAK Muhammad Fadil Asri, Abdul Hasyim, Annur Fidyah Wanti, Nursyamsi Amalia Jurusan Fisika FMIPA UNM Tahun 2014 Abstrak . Telah dilakukan praktikum “Difraksi Pada Celah Ganda dan Celah Banyak” yang bertujuan 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, serta menentukan panjang gelombang laser. Percobaan ini didukung oleh alat dan bahan berupa diafragma dengan 3 celah ganda, diafragma dengan 4 celah ganda, diafragma dengan 5 nomor celah, laser He-Ne, dudukan dengan klip pegas, lensa dalam bingkai f = +5 mm, lensa dalam bingkai f = +50 mm, presisi bangku optic 1 m, pengendara pengendara 4 optik H= 60 mm/B= 36 mm, layar tembus dan pelana dasar. Eksperimen ini terdiri dari tiga kegiatan, yaitu ketergantungan difraksi pada celah ganda pada jarak antar celah d, ketergantungan difraksi pada celah ganda pada celah lebar b, dan ketergantungan difraksi pada banyak celah (N). Ketiga kegiatan ini prinsipnya hampir sama yaitu laser akan ditembakkan dite mbakkan melewati celah menuju lensa agar laser dapat fokus serta diteruskan pada kisi sehingga terjadi difraksi dan hasil difraksi ditangkap oleh layar. Hasil dari difraksi memunculkan pola gelap terang yang kemudian diukur jarak antar pola gelap dan juga pola terangnya. Dari hasil eksperimen disimpulankan bahwa jarak antar celah berbanding terbalik terhadap jarak rata-rata pola terang, artinya semakin jauh jarak antar celah yang digunakan maka semakin dekat jarak rata-rata pola terang yang diperoleh. Kemudian, Lebar celah tidak berpengaruh pada pembentukan pola difraksi pada layar, namun lebar celah ini hanya berpengaruh terhadap intensitas pola difraksi terang pada layar. Semakin lebar celahnya maka semakin kabur pola difraksi maksimumnya, karena syarat terjadinya difraksi pada celah ganda tersebut haruslah celahnya jauh lebih kecil dari pada panjang gelombangnya. Dan banyak celah tidak mempengaruhi jarak rata-rata pola terang pada layar. Kata kunci : difraksi,
interferensi, jarak antar celah, lebar celah, panjang gelombang
PENDAHULUAN
Ketika gelombang cahaya melewati sebuah celah kecil, suatu pola interferensi akan teramati agak seperti spot tajam. Hal ini menunjukkan bahwa cahaya terus ke belakang celah ke daerah dimana suatu bayangan akan diharapkan jika cahaya menjalar dalam garis-garis lurus. Gelombang lain seperti suara dan air juga mempunyai sifat seperti ini yang dapat membelok pada sekitar sudut-sudut. Fenomena ini dikenal sebagai difraksi yang juga dipandang sebagai interferensi dari sejumlah besar sumber-sumber gelombang koheren. Umumnya difraksi dapat terjadi bila gelombang lewat melalui bukan kecil (celah sempit) di sekitar rintangan atau melewati sisi yang tajam. Kisi difraksi merupakan suatu piranti untuk menganalisis sumber cahaya. Alat ini terdiri dari sejumlah besar slit-slit parallel yang berjarak sama. Suatu kisi dapat dibuat dengan cara memotong garis-garis parallel di atas permukaan plat gelas dengan mesin terukur berpresisi tinggi.
Gelombang memiliki suatu sifat yang sangat menarik ketika dipelajari diantaranya yaitu gelombang dapat dibelokkan dengan diberi rintangan. Peristiwa pembelokkan dengan rintangan tersebut dikenal dengan difraksi. Sesuatu dengan teori Huygens, kita dapat memandang difraksi dari interferensi sebagai sederet sumber titik yang memenuhi lebar celah. Untuk dapat lebih memahaminya dan mengerti prinsip kerja dari difraksi, gejala fisisnya dan aplikasinya maka dilakukan percobaan difraksi. Adapun tujuan yang ingin dicapai dengan melakukan praktikum ini yaitu: 1. Mahasiswa dapat memahami pengaruh jarak antar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda. 2. Mahasiswa dapat memahami pengaruh lebar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda. ganda. 3. Mahasiswa dapat memahami pengaruh banyak celah terhadap pembentukan pola difraksi. 4. Mahasiswa dapat menentukan panjang gelombang laser. TEORI SINGKAT
Difraksi terjadi apabila sebagaian muka gelombang dibatasi oleh rintangan atau lubang permukaan permukaan (Celah sempit). Intensitas cahaya di sembarang 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 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. sumbernya.
Gambar 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 difraksi biasanya biasanya sulit diamati. Pola difraksi- interferensi franhoufer dua celah sama dengan pola interferensi untuk dua celah. Pada mekanika kuantum, eksperimen celah ganda yang dilakukan oleh Thomas Young menunjukkan sifat yang tidak terpisahkan dari cahaya sebagai gelombang dan partikel. Sebuah sumber cahaya koheren yang menyinari bidang halangan dengan dua celah akan membentuk pola interferensi gelombang berupa pita cahaya yang terang dan gelap pada bidang pengamatan, pengamatan, walaupun demikian, pada bidang pengamatan, pengamatan, cahaya ditemukan terserap sebagai partikel diskrit yang disebut foton.Pita cahaya yang terang pada bidang pengamatan pengamatan terjadi karena interferensi konstruktif, saat puncak gelombang berinterferensi dengan puncak gelombang yang lain, dan membentuk maksima. Pita cahaya yang gelap terjadi saat puncak gelombang berinterferensi dengan landasan gelombang dan menjadi minima. Interferensi konstruktif terjadi saat:
= (1.1) Dimana :
λ = adalah panjang gelombang cahaya a = adalah jarak antar celah, jarak antara titik A dan B pada diagram di samping kanan n = orde maksimum yang diamati x = adalah jarak antara pita cahaya dan central maximum (disebut juga fringe distance) pada bidang pengamatan L = jarak antara celah dengan titik tengah te ngah bidang pengamatan
Gambar 2. Skema ilustrasi difraksi pada celah ganda Jika cahaya dilewatkan pada sebuah celah maka caha ya tersebut akan mengalami difraksi yang pada gilirannya akan mengalami interferensi, ditandai dengan adanya pola gelap-terang yang terlihat pada layar. Pada dasarnya setiap gelombang cahaya yang melalui suatu penghalang akan mengalami pembelokan arah rambat. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan para ilmuwan, difraksi dapat juga diamati jika cahaya dilewatkan pada banyak celah. 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.
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. METODOLOGI EKSPERIMEN a. Alat dan Bahan
1. Diafragma dengan 3 celah ganda 469 84 2. Diafragma dengan 4 celah ganda 469 85 3. Diafragma dengan 5 nomor celah 469 86 4. Laser He-Ne. terpolarisasi linier 471 830 5. Dudukan dengan klip pegas 460 22 6. Lensa dalam bingkai, f = +5 mm 460 01 7. Lensa dalam bingkai, f = +50 mm 460 02 8. 1 presisi bangku optik, 1 m 460 32 9. Pengendara 4 optik, H = 60 mm / B = 36 mm 460 370 10. 1 layar tembus 441 53 11. 1 pelana dasar 300 11 b. Prosedur Kerja
Pada kegiatan pertama yakni untuk mengetahui ketergantungan difraksi pada celah ganda pada jarak antar celah, mula-mula laser dinyalakan kemudian diatur agar cahayanya fokus pada satu titik pada layar, kemudian dimasukkan diafragma dengan 4 celah tepat pada jalur yang dilalui oleh sinar laser, setelah itu diamati pola difraksi
dengan jarak antar celah yang digunakan masing-masing yaitu 1,00 mm, 0,75 mm, 0,50 mm, dan 0,25 mm. ketika telah diamati pola difraksi yang terbentuk pada jarak antar celah misanya jarak 1,00 maka digambarlah pola difraksi yang terbentuk dengan titiktitik pada kertas hvs, begitupun untuk unt uk jarak antar celah yang lainnya. Selanjutnya diukur jarak pisah antara antara terang pusat pusat dengan orde 1 dan orde 2. Pada kegiatan kedua yaitu untuk mengetahui ketergantungan difraksi pada celah ganda pada celah lebar b, mula-mula laser dinyalakan kemudian diatur agar cahaya yang terlihat pada layar fokus pada satu titik. Setelah itu dimasukkan diafragma dengan 3 celah ganda tepat pada jalur yang dilalui oleh sinar laser, dan diamati pola difraksi dengan berbagai lebar celah b yaitu 0,20 mm, 0,15 mm, 0,10 mm satu persatu. Kemudian setelah itu digambar pola difraksi yang terbentuk pada layar pada kertas hvs. Dan selanjutnya, dihitung jarak pisah antara pusat terang dengan orde 1 dan orde 2. Pada kegiatan ketiga yaitu untuk mengetahui ketergantungan difraksi pada banyak celah (N), mula-mula laser dinyalakan kemudian diatur agar cahaya yang terlihat pada layar fokus pada satu titik. Setelah itu dimasukkan diafragma dengan 5 celah dan kemudian diamati pola difraksi dari 2,3,4,5, dan 40 celah satu demi satu. Kemudian digambar pola difraksi yang terbentuk pada kertas hvs. Setelah itu dilakukan pengukuran jarak pisah pusat terang dengan orde 1 dan 2 untuk masing-masing jumlah celah yang digunakan. c.
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1 : a. Variabel manipulasi : jarak jarak antara celah b. Variabel kontrol : jarak layar layar dengan celah celah c. Variabel respon : jarak rata-rata rata-rata pola difraksi maksimum maksimum berdekatan berdekatan Kegiatan 2 : a. Variabel manipulasi : lebar celah celah b. Variabel kontrol : jarak layar layar dengan celah celah c. Variabel respon : jarak rata-rata rata-rata pola difraksi maksimun maksimun berdekatan Kegiatan 3 : a. Variabel manipulasi : banyak celah b. Variabel kontrol : jarak layar layar dengan celah celah c. Variabel respon : jarak rata-rata rata-rata pola difraksi maksimum maksimum berdekatan berdekatan d.
Definisi operasional variabel
Kegiatan 1 :
a. Jarak
antar celah adalah jarak celah yang satu dengan celah yang lain dimana
jaraknya terdapat pada diafragma diafragma yang digunakan yaitu diafragma dengan 4 celah (469 85) dengan satuan mm. b. Jarak layar dengan celah adalah jarak antara layar dengan celah yang
dilalui oleh
sinar laser, yang diukur menggunakan menggunakan mistar dengan satuan mm. a. Jarak rata-rata pola difraksi difraksi maksimum maksimum berdekatan adalah adalah jarak antara titik pusat pusat terang dengan ordenya yang diukur dengan menggunakan mistar dengan satuan mm. Kegiatan 2 : a. Lebar celah adalah besarnya celah yang digunakan, dimana lebarnya terdapat pada diafragma dengan 3 celah (469 84) dengan satuan mm. b. Jarak layar dengan celah celah adalah jarak antara layar dengan celah yang
dilalui
oleh sinar laser, yang diukur menggunakan mistar dengan satuan mm. c. Jarak rata-rata pola difraksi difraksi maksimum maksimum berdekatan berdekatan adalah adalah jarak jarak antara titik pusat terang dengan ordenya, yang diukur menggunakan menggunakan mistar dengan satuan mm. Kegiatan 3 : a. 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. b. Jarak layar dengan celah celah adalah jarak antara layar dengan celah yang
dilalui
oleh sinar laser, yang diukur menggunakan mistar dengan satuan mm. c. Jarak rata-rata pola difraksi maksimum berdekatan a dalah jarak antara titik pusat terang dengan ordenya, yang diukur menggunakan mistar dengan satuan mm. HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA Hasil Eksperimen
Kegiatan 1. Ketergantungan difraksi pada celah ganda pada jarak antara celah d. Jarak celah ke layar:
|| |
Tabel 1.Difraksi pada celah ganda pada jarak antara celah d.
No.
Jarak antara celah celah Jarak Rata-rata Rata-rata Pola Difraksi d (mm)
Maksimum berdekatan berdekatan (mm) (mm)
1
1,0
2
0,75
│ 1,6 ± 0,5 │ │ 2,0 ± 0,5 │
3
0,50
│ 3,0 ± 0,5 │
4
0,25
│ 6,3 ± 0,5 │
b. Kegiatan 2. 2. Ketergantungan Ketergantungan difraksi difraksi pada celah celah ganda pada celah celah lebar b. Jarak celah kelayar:
|| |
Tabel 2.Difraksi pada celah ganda pada celah lebar b.
No
Lebar celah b (mm)
1
0,20
2
0,15
3
0,10
Jarak Rata-rata Rata-rata Pola Difraksi Maksimum berdekatan berdekatan (mm) (mm)
│ 6,3 ± 0,5 │ │ 6,0 ± 0,5 │ │ 6,3 ± 0,5 │
c. Kegiatan3. Ketergantungan Ketergantungan difraksi difraksi pada banyak celah celah (N) Jarak celah ke layar:
|| |
Tabel 3.Difraksi pada banyak celah (N)
Banyak celah celah N
Jarak Rata-rata Rata-rata Pola Difraksi
(mm)
Maksimum berdekatan berdekatan (mm) (mm)
1
2
2
3
3
4
│ 6,1 ± 0,5 │ │ 6,1 ± 0,5 │ │ 6,0 ± 0,5 │
4
5
5
40
No
│ 6,1 ± 0,5 │ │ 6,1 ± 0,5 │
Analisis data
1. Grafik jarak antar celah d terhadap jarak rata-rata pola difraksi berdekatan.
Ketergantung Ketergantungan an Difraksi pada celah Ganda pada Jarak antar Celah d i ) s k m a m r f i ( D n a t a l a o k P e d a t r a e B R a t m a u R i m k s a k r a a J M
1.2 1 0.8 0.6 0.4 y = -0.1383x + 1.071 R² = 0.8354
0.2 0 0
1
2
3
4
5
6
7
Jarak Antar Celah d (mm)
2. Grafik lebar celah b terhadap jarak rata-rata pola difraksi berdekatan. Ketergantungan Difraksi pada Celah Ganda pada Celah Lebar b ) i s
k m m a ( r f i n d a t a a l o k p e d a r t e a r - b a t m a u r m i k s a r k a a J m
6.35 6.3 6.25
y = -1E-13x + 6.2 R² = 1E-27
6.2 6.15 6.1 6.05 6 5.95 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Lebar Celah b (mm)
3. Grafik banyak celah N terhadap jarak rata-rata pola difraksi berdekatan .
Ketergantungan difraksi pada banyak celah (N) i ) s k m a ( m r f i n d a t a a l k o p e d a r t e a b r a m t u a r m i k s a k r a a J m
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
y = 85x - 506 R² = 0.054
5.98
6
6.02
6.04
6.06
banyak celah (mm)
6.08
6.1
6.12
4. Perhitungan panjang gelombang rata-rata sinar laser yang digunakan untuk setiap kegiatan. Kegiatan 1 1.
λ =
λ =
mm λ λ λ || | || | = 1,38 λλ |λ λ| | | = 1,70
2.
λ =
λ =
mm λ λ λ || | || | = λλ = 1,59
|λ λ| | | 3.
λ =
λ =
mm λ λ λ || | || | = λλ |λ λ| | | = 1,67
4.
λ =
λ = = 1,67
mm
λ λ λ || | || | = λλ |λ λ| | | Kegiatan 2 1.
= = 632,8 nm = 0,0006328 mm d= = d=
= 0,09 mm
|| | || | = 0.007
2.
| | || | = = 632,8 nm = 0,0006328 mm d= = d=
= 0,08 mm
|| | || | = 0.006
3.
| | || | = = 632,8 nm = 0,0006328 mm d= = d=
= 0,09 mm
|| | || | = 0.007
| | || | Kegiatan 3
d= =
1. d =
= 0,10 mm
d= =
2. d =
= 0,10 mm
d= =
3. d =
= 0,10 mm 4. d =
=
d=
= 0,10 mm
d= =
5. d =
= 0,10 mm
|| | || | = 0.008
| | | | | ss PEMBAHASAN
Berdasarkan Berdasarkan hasil eksperime eksperimen n yang diperoleh, diperoleh, ketika jarak antar celahnya
yang
digunakan yang paling jauh, yaitu 1,00 mm, maka jarak pola terang yang terbentuk pada
|| | , kemudian untuk jarak antar celah paling dekat yaitu sebesar |, dari menggunakan jarak 0,25 maka jarak pola terang yang terbentuk adalah ||
layar adalah
paling jauh hingga paling dekat dalam percobaan ini diperoleh hasil jarak rata-rata pola difraksi yang semakin besar. Berdasarkan hasil eksperimen yang diperoleh maka dapat dikatakan bahwa hasil yang diperoleh telah sesuai dengan teori yang berlaku, dimana
semakin jauh jarak antar celahnya maka semakin dekat pembentukan jarak pola terang pada layar. Kemudian pada kegiatan kedua, diperoleh hasil bahwa ketika lebar celahnya adalah 0,20 mm, maka jarak pola rata-rata difraksi maksimum yang terlihat adalah
|| | ,
kemudian untuk lebar celah 0,15 mm maka jarak pola rata-rata yang terbentuk adalah
|| |, dan untuk lebar celah 0,10 mm maka jarak pola rata-rata yang terbentuk |. Dari hasil yang diperoleh ini menunjukkan bahwa walaupun lebar adalah || celah yang digunakan berbeda ternyata jarak rata-rata pola difraksinya cenderung sama, artinya lebar celah tidak begitu mempengaruhi pola difraksi. Bila ditinjau berdasarkan teori seharunya hasilnya memang sama, sebab dalam persamaan tidak terdapat variabel lebar celah sehingga dapat dikatakan lebar celah tidak memberi pengaruh terhadap pola difraksi. Kegiatan ketiga yakni untuk mengetahui pengaruh banyak celah terhadap pola difraksi, diperoleh data bahwa ketika celahnya 2, 3, 5, dan 40 maka jarak rata-rata pola difraksi
|| |mm, sedangkan ketika celahnya 4 maka jarak | , terdapat sedikit rata-rata pola difraksi maksimum yang terbentuk adalah || maksimum yang terbentuk adalah
perbedaan untuk penggunaan celah sebanyak 4, namun secara keseluruhan dapat disimpulkan bahwa banyak celah tidak terlalu mempengaruhi pola difraksi. Dari data tersebut dapat dikatakan bahwa hasil praktikum telah sesuai dengan teori yang ada meskipun ada beberapa data yang berbeda, dimana teori tersebut menyatakan bahwa banyak celah tidak berpengaruh terhadap jarak rata-rata pola terang yang dihasilkan pada layar selain itu dikarenakan tidak terdapatnya variabel banyak celah dalam persamaan. Adapun data yang sedikit berbeda utamanya di kegiatan kedua dan ketiga bisa jadi disebabkan kurang telitinya praktikan ketika melakukan praktikum utamanya ketika menggambarkan titik-titik pada pola gelap terang di kertas hvs. Namun secara keseluruhan, hasil yang diperoleh sesuai dengan teori t eori yang sebelumnya ada. KESIMPULAN
Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa jarak antar celah berbanding terbalik dengan pola difraksi yang terbentuk, artinya semakin besar jarak antar celah maka semakin kecil jarak antar pola difraksi yang terbentuk. Pada percobaan ini ternyata lebar celah tidak berpengaruh terhadap besar kecilnya pola difraksi yang terbentuk sebab dalam persamaan persamaan tidak terdapat variabel lebar celah. Kemudian untuk banyaknya celah juga tidak memberi pengaruh terhadap besar kecilnya pola difraksi yang dibentuk sebab tidak terdapat variabel banyak celah dalam persamaannya. persamaannya. Melalui percobaan percobaan ini panjang gelombang laser dapat diketahui dengan menggunakan persamaan (
.
REFERENSI
Anonim.
2010.
Difraksi
Pada
Celah
Ganda.
http://id.wikipedia.org/wiki/Difraksi#Difrak http://id.wikipedia.org/wiki /Difraksi#Difraksi_celah_gand si_celah_ganda. a. Diakses pada tanggal 27 April 2014 Halliday, David dan Resnick, Robert. 1999. Fisika Jilid 1 Edisi Ketiga (Terjemahan). Jakarta: Erlangga. Tipler, Paul A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 1 (Terjemahan). Jakarta: Erlangga
