Kaligrafi Nama AllahLogo Situs Keluarga ilma95
Home
 ~  Home
 | 
Pedoman Shalat
Pedoman Shalat
 | 
Ilmu Tajwid
Ilmu Tajwid
 | 
Pojok Anak
Pojok Anak
 | 
Kumpulan Artikel
Artikel
 | 
Lagu Rancak Ranah Minang
Lagu Rancak
Ranah Minang
 | 
Cerdas Cermat Islami
Cerdas Cermat Islami
 | 
e-dukasi.net
Edukasi
 ~ 


 
 

Prinsip–Prinsip Difraksi dan Interferensi

Setelah mempelajari konsep difraksi dan interferensi pada bagian sebelumnya, akan timbul pertanyaan: apakah difraksi dan interferensi merupakan dua fenomena yang sama atau berbeda? Jika difraksi dan interferensi sesuatu yang berbeda mengapa hasil difraksi dan interferensi gelombang menghasilkan pola yang sama?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan di atas, mari kita pelajari lebih lanjut mengenai prinsip-prinsip difraksi dan interferensi.

  1. Difraksi

    1. Difraksi Celah Tunggal

    2. Pola difraksi yang disebabkan oleh celah tunggal dijelaskan oleh Christian Huygens. Menurut Huygens, tiap bagian celah berfungsi sebagai sumber gelombang sehingga cahaya dari satu bagian celah dapat berinterferensi dengan cahaya dari bagian celah lainnya.

      Bagaimana garis/pita gelap dan terang pada peristiwa difraksi bisa terjadi?

      Mari kita analisis dengan memperhatikan gambar dan penjelasan berikut ini !



      Analisis Pola Terang/Gelap pada Difraksi Celah Tunggal;
      (a) Cahaya monokromatis yang melewati celah sempit akan menghasilkan pola terang/gelap;
      (b) Interferensi minimum terjadi jika gelombang 1 dan 3 atau 2 dan 4 memiliki beda lintasan
      sebesar d/2 sin θ dan beda fase kedua gelombang sebesar ½ panjang gelombang.


      Interferensi minimum yang menghasilkan garis gelap pada layar akan terjadi jika gelombang 1 dan 3 atau 2 dan 4 berbeda fase ½, atau lintasannya sebesar setengah panjang gelombang.

      Berdasarkan Gambar tersebut, diperoleh beda lintasan kedua gelombang (d sin θ)/2.

      ΔS = (d sin θ)/2 dan ΔS = ½ λ, jadi d sin θ = λ


      Jika celah tunggal itu dibagi menjadi empat bagian, pola interferensi minimumnya menjadi :

      ΔS = (d sin θ)/4 dan ΔS = ½ λ, jadi d sin θ = 2λ


      Berdasarkan penurunan persamaan di atas maka Interferensi Minimum (destruktif) yang menghasilkan pita gelap dirumuskan dengan :

       .... (1)


      dengan :
      d = lebar celah
      λ = panjang gelombang
      m = 1, 2, 3, . . .
      m = 1 untuk pita gelap ke–1
      m = 2 untuk pita gelap ke-2, dst.

      Untuk sudut θ yang kecil nilai sin θ » tan θ (dalam satuan radian).
      Berdasarkan gambar, tan θ = p/L. Sehingga persamaan (1) di atas menjadi :


      Untuk jarak pita terang/gelap yang berurutan (Δp) dirumuskan dengan :


      dimana :
      p = jarak dari pita terang pusat ke pita gelap ke-m
      Δp = jarak pita terang/gelap yang berurutan
      L = jarak dari celah ke layar

      Contoh soal :

      1. Seberkas sinar sejajar monokromatis dengan panjang gelombang 6000 melewati celah sempit sehingga dihasilkan pola difraksi orde gelap ke-3 yang terjadi pada sudut 30°. Berapakah lebar celah sempit tersebut?

      2. Ingat!
        1 nm = 10-9 m
        = 10-10 m

        Diketahui :
        λ = 6000 = 6.10-7 m
        m = 3
        q = 30°

        Ditanya : d ... ?

        Jawab :





      3. Dalam percobaan difraksi sebuah celah lebarnya 1 mm disinari oleh cahaya monokromatik. Sebuah layar diletakkan sejauh 2 m di belakang celah. Pita gelap ke-2 berjarak 0,96 mm dari terang pusat. Berapakah panjang gelombang yang digunakan dalam percobaan tersebut ?

      4. Diketahui :
        d = 1 mm = 10-3 m
        L = 2 m
        p = 0,96 mm = 9,6 x 10-4m
        m = 2

        Ditanya : ? ...?

        Jawab :


    1. Difraksi Kisi

    2. Kisi adalah sebuah susunan dari sejumlah besar celah sejajar yang lebar dan jarak antar celahnya sama. Kisi-kisi dapat dibuat dengan menggunakan sebuah ujung intan untuk menggoreskan banyak alur yang berjarak sama (presisi tinggi) pada sebuah kaca atau permukaan logam. Jika seberkas cahaya monokromatis dilewatkan pada kisi, pola difraksi yang dihasilkan pada layar berupa garis terang dan garis gelap secara bergantian. Pola difraksi yang dihasilkan oleh kisi jauh lebih tajam dibandingkan dengan interferensi celah ganda. Semakin banyak celah pada sebuah kisi yang memiliki lebar yang sama, semakin tajam pola difraksi yang dihasilkan pada layar.

      Perhatikan gambar berikut ini.


      Skema Percobaan Difraksi pada Kisi


      Interferensi maksimum terjadi bila beda lintasan cahaya datang dari dua celah yang berdekatan sebesar kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang.

      Δs = d sin θ dan Δs = λ, 2λ, 3λ, ...


      Sehingga interferensi maksimum yang terjadi pada kisi difraksi dapat dirumuskan sebagai berikut :



      Dimana :



      dengan :
      d = jarak antar celah atau tetapan kisi
      N = jumlah garis per satuan panjang
      λ = panjang gelombang
      m = orde dari difraksi = 1, 2, 3, . . .
      m = 1 untuk pita terang ke–1
      m = 2 untuk pita terang ke-2, dst.

      Contoh soal :

      1. Cahaya monokromatik dilewatkan pada kisi dengan 1000 garis tiap cm. Jarak antara garis terang pusat dan garis terang ke-5 yang teramati pada layar adalah 20 cm. Jika layar berada pada jarak 100 cm di belakang kisi, berapakah panjang gelombang cahaya tersebut?

      2. Diketahui :
        N = 1000 garis/cm
        m = 5
        p = 20 cm
        L = 100 cm

        Ditanya : ...?

        Jawab :





      3. Seberkas cahaya dengan panjang gelombang 5000 jatuh tegak lurus pada kisi. Jika spektrum orde ke-2 membentuk sudut deviasi 30°. Berapakah jumlah garis per cm kisi?

      4. Diketahui :
        λ = 5000 = 5.10-7 m = 5.10-5 cm
        m = 2
        q = 30°

        Ditanya : N ... ?

        Jawab :



         garis/cm


  1. Interferensi

    1. Interferensi Celah Ganda

    2. Interferensi adalah penjumlahan superposisi dari dua gelombang cahaya atau lebih yang koheren (memiliki beda fase, frekuensi dan amplitudo sama) dan menimbulkan pola gelombang yang baru. Interferensi dapat bersifat membangun/saling menguatkan (konstruktif) dan merusak/saling melemahkan (destruktif). Percobaan interferensi dilakukan oleh Thomas Young, seorang ahli fisika membuat dua sumber cahaya koheren dari satu sumber cahaya monokromatik yang dilewatkan melalui dua buah celah sempit.

      Mari kita analisis bagaimana pita terang/gelap pada gejala interferensi cahaya bisa terjadi?
      Ayo perhatikan gambar dan penjelasan berikut ini!


      Skema Percobaan Interferensi Celah Ganda Young


      Interferensi maksimum atau minimum dapat terjadi karena panjang lintasan yang ditempuh gelombang S1 tidak sama dengan gelombang S2, kedua gelombang tersebut memiliki beda lintasan sebesar :

      Δs = d sin θ ... (2)


      Interferensi Maksimum pada Percobaan Young

      Interferensi maksimum terjadi bila kedua gelombang yang keluar dari celah bertemu pada suatu titik memiliki beda fase yang sama atau beda lintasan yang ditempuh kedua gelombang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang (λ, 2λ, 3λ, ...) seperti yang diperlihatkan oleh gambar berikut.


      Superposisi Dua Gelombang yang menghasilkan Interferensi Maksimum (Konstruktif)


      ΔS = mλ ... (3)


      Sehingga dari persamaan (2) dan (3), Interferensi maksimum dapat dirumuskan :


      Untuks sudut θ yang kecil, berlaku nilai sin θ tan θ = p/L (dalam satuan radian).


      dimana :
      d = jarak antara kedua celah
      p = jarak dari pita terang pusat ke pita terang ke-m
      λ = panjang gelombang
      m = orde interferensi = 1, 2, 3, . . .
      m = 1 untuk pita terang ke-1
      m = 2 untuk pita terang ke-2, dst.

      Interferensi Minimum pada Percobaan Young

      Interferensi minimum terjadi bila kedua gelombang yang keluar dari celah bertemu pada suatu titik memiliki beda fase yang berlawanan atau beda lintasan yang ditempuh kedua gelombang merupakan kelipatan dari setengah panjang gelombang seperti yang diperlihatkan oleh gambar berikut :


      Superposisi Dua Gelombang yang menghasilkan Interferensi Minimum (Destruktif)


      ... (4)



      Sehingga dari persamaan (2) dan (4), Interferensi minimum dapat dirumuskan :


      Untuks sudut θ yang kecil, berlaku nilai sin θ tan θ = p/L (dalam satuan radian).


      dimana :
      d = jarak antara kedua celah
      p = jarak dari pita terang pusat ke pita gelap ke-m
      λ = panjang gelombang
      m = orde interferensi = 1, 2, 3, . . .
      m = 1 untuk pita gelap ke-1
      m = 2 untuk pita gelap ke-2, dst.

      Untuk Jarak pita terang/gelap yang berurutan (Δp) dirumuskan dengan :


      Contoh soal :

      1. Suatu berkas cahaya monokromatis setelah melewati celah ganda yang jaraknya 0,3 mm membentuk pola interferensi pada layar yang jaraknya 0,9 m dari celah tersebut. Jika jarak antara garis gelap kedua ke terang pusat pola sebesar 3 mm. Berapakah panjang gelombang cahaya tersebut ?

      2. Diketahui :
        d = 0,3 mm = 3 x 10-4 m
        L = 0,9 m
        p = 3 mm = 3 x 10-3 m
        m = 2 (interferensi minimum)

        Ditanya : ... ?

        Jawab : Untuk interferensi minimum





      3. Dua celah yang berjarak 1 mm, disinari cahaya merah dengan panjang gelombang
        6,5 x 10-7 m. Garis gelap terang diamati pada layar yang berjarak 1 m dari celah. Berapakah jarak antara gelap ketiga dan terang ke lima ?


      4. Diketahui :
        d = 1mm = 1 x 10-3 m
        λ = 6,5 x 10-7 m
        L = 1 m

        Ditanya : Δp G3 --> T5

        Jawab : Jarak antara dua pita terang/gelap yang berurutan :

        Δp G3 --> T5 = 2,5 Δp (perhatikan gambar di samping)
        Δp G3 --> T5 = 2,5 x 6,5 . 10-1mm = 1,625 mm


    3. Interferensi pada Lapisan Tipis

    4. Kamu pasti sering melihat pita-pita berwarna seperti pelangi bila cahaya terefleksikan dari sebuah gelembung sabun atau dari lapisan minyak tipis yang mengapung pada permukaan air. Tahukah kamu bahwa kejadian seperti di atas yang sering kamu lihat merupakan hasil interferensi?


      Interferensi pada gelembung sabun


      Ayo pelajari lebih lanjut, mengapa kejadian di atas bisa terjadi !

      Gelombang cahaya direfleksikan (dipantulkan) dari permukaan-permukaan yang berlawanan dari film tipis seperti gambar di atas. Interferensi konstruktif di antara kedua gelombang yang direfleksikan itu (dengan panjang lintasan yang berbeda) terjadi di tempat yang berbeda untuk panjang gelombang yang berbeda.

      Perhatikan gambar berikut ini !


      Interferensi di antara sinar-sinar yang direfleksikan permukaan atas dan bawah
      dari sebuah film tipis (larutan air sabun)


      Cahaya yang menyinari permukaan sebelah atas dari sebuah film tipis dengan tebal d sebagian direfleksikan di permukaan sebelah atas (lintasan ABD atau gelombang S1). Cahaya yang ditransmisikan melalui permukaan sebelah atas sebagian direfleksikan di permukaan sebelah bawah (lintasan ABCEF atau gelombang S2). Kedua gelombang (S1 dan S2) yang direfleksikan itu berkumpul di retina mata. Kedua gelombang itu dapat berinterferensi secara konstruktif atau destruktif, tergantung dari hubungan fasenya. Warna-warna yang berbeda mempunyai panjang gelombang yang berbeda pula, sehingga interferensi itu dapat konstruktif untuk beberapa warna dan destruktif untuk warna lainnya. Itulah sebabnya mengapa kita melihat cincin-cincin atau pita-pita yang berwarna seperti pelangi. Bentuk-bentuk yang rumit dari cincin-cincin berwarna dihasilkan dari perubahan ketebalan film minyak itu.

      Beda lintasan antara gelombang S1 dan S2 sebesar :

      ΔS = S2-S1 = 2nd cos r ... (5)


      Interferensi maksimum, terjadi bila beda lintasan ΔS harus merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang (0, λ, 2λ, 3λ, ... = mλ), tetapi karena sinar pantul di C mengalami perubahan fase sebesar ½ λ, maka :

      ΔS = (m +1/2)λ ... (6)


      Sehingga dari persamaan (5) dan (6), didapatkan persamaan Interferensi maksimum pada Lapisan Tipis sebesar :


      dimana :
      n = indeks bias lapisan tipis
      d = tebal lapisan tipis
      r = sudut bias
      m = orde interferensi (0,1,2, ...)
      λ = panjang gelombang

      Interferensi minimum, terjadi bila beda lintasan ΔS harus merupakan kelipatan dari setengah panjang gelombang (1/2λ, 3/2λ, 5/2λ, ... = ½ mλ), tetapi karena sinar pantul di C mengalami perubahan fase sebesar ½, maka :

      ΔS = mλ ... (7)


      Sehingga dari persamaan (5) dan (7), didapatkan persamaan Interferensi minimum pada Lapisan Tipis sebesar :


      dimana : m = 1,2,3, ...

      Contoh soal :
      Lapisan minyak yang tebalnya 60 mm terletak di atas permukaan air yang jernih. Cahaya jatuh tegak lurus pada lapisan tersebut. Jika diketahui indeks bias lapisan 4/3. Tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan agar tampak interferensi maksimum orde kedua pada cahaya pantul.

      Diketahui :
      d = 60 nm = 6 x 10-8 m
      r = 0° (jika cahaya jatuh tegak lurus pada lapisan maka besar cahaya tersebut diteruskan sehingga sudut bias r = 0°)
      n = 4/3
      m = 2 (interferensi maksimum)

      Ditanya : ...?

      Jawab :








 
 

  [ SD |  SMP |  SMA |  SMK ]


UMUM |  LAIN-LAIN ]