DIFRAKSI CAHAYA PADA CELAH TUNGGAL Alysia Putri Cahyarani, Anisa Fajar Mutmainah, Debora Grayselia Br Sitepu, dan Tyo Maulana Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Diponegoro Jl. Prof Soedarto, S.H. Tembalang, Semarang, Jawa Tengah
ABSTRAK Difraksi merupakan salah satu dari sifat cahaya sebagai gelombang. Pada percobaan ini dilakukan pengamatan pengamatan mengenai mengenai difraksi cahaya pada celah tunggal. Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari mempelajari proses difraksi difraksi yang yang terjadi terjadi saat cahaya melewati melewati celah celah tunggal tunggal serta mengetahui mengetahui panjang panjang gelombang gelombang suatu suatu sumber cahaya. Prinsip yang digunakan dalam percobaan ini yaitu cahaya dapat mengalami proses interferensi serta difraksi atau pelenturan sebagaimana sifat cahaya sebagai gelombang. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain laser He-Ne, celah tunggal, layar, penggaris. Percobaan ini dilakukan dengan mengarahkan laser He-Ne melewati celah tunggal dan diarahkan pada layar kemudian diamati pola cahaya yang terbentuk pada layar. Ketika laser He-Ne melewati celah tunggal maka pada layar akan terbantuk pola gelap terang. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, diketahui bahwa cahaya yang melewati celah tunggal mengalami proses difraksi atau pelenturan. Cahaya dapat terdifraksi diakibatkan cahaya memiliki sifat sebagai gelombang. Sedangkan adanya pola gelap terang yang tampak pada layar layar pengamatan pengamatan menunjukkan menunjukkan adanya adanya proses interferensi gelombang cahaya.
ABSTRACT Diffraction is one of of the properties properties of light as a wave. wave. In this experiment, experiment, we we observed observed light light diffraction diffraction in a single gap. This experiment experiment aims to study the diffraction diffraction process that occurs when when light passes through a single gap and knows the wavelength wavelength of a light source. The principle used in this experiment experiment is that light can experience the process of interference and diffraction or flexing as the nature of light as a wave. The equipment used in this experiment included He-Ne laser, single slot, screen, ruler. This experiment was carried out by directing the He-Ne laser through a single gap and directed at the screen and then observed the pattern of light formed on the screen. When the He-Ne laser passes through a single gap then on the screen it will be dark-toned. Based on experiments experiments that have been done, it is known that light passing through a single gap experience the process of diffraction or flexing. Light can be diffracted because light has properties as waves. While the existence of a dark pattern of light that appears on the screen of observation indicates the process of light wave interference
Pendahuluan Cahaya merupakan radiasi elektromagnetik yang memungkinkan kita untuk dapat melihat benda – benda disekitar kita yang memantulkan cahaya pada spektrum cahaya tampak. Kecepatan cahaya yang terukur pada ruang hampa yaitu kurang lebih sebesar 299.792.459 meter per detik. Cahaya bergerak lurus ke semua arah dan hal ini dapat diilustrasikan seperti titik pusat bola yang berperan sebagai sumber cahaya dan cahaya cahaya yang dipancarkan akan bergerak ke seluruh arah ruang
bola. Cahaya Cahaya dapat melakuka melakukan n perambatan tanpa adanya medium perambatan dan memiliki panjang gelombang gelombang antara 400 nm hingga 600 nm. Cahaya juga memiliki sifat diantaranya dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), dilenturkan (difraksi), bergabung/dijumlahkan (interferensi), diuraikan (dispersi) dan diserap (polarisasi). Dan cahaya juga dapat mengalamai polarisasi dengan berbagai berbagai cara, antara lain karena peristiwa pemantulan, pembiasan, bias kembar, absorbsi selektif, dan hamburan [3]
Difraksi adalah penyebaran gelombang karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang gelombang semakin besar. Penghalang itu dapat berupa layar dengan celah kecil yang mengizinkan sebagian kecil muka gelombang datang untuk lewat.. Difraksi cahaya dapat terjadi ketika cahaya melewati suatu celah sempit (lebar celah lebih kecil dari panjang gelombang), sehingga gelombang cahaya tampak melebar pada tepi celah [4] Hasil dari peristiwa difraksi adalah garis-garis terang dan garis garis gelap seperti pada peristiwa interferensi. Difraksi cahaya sulit untuk diamati karena biasanya sumber cahaya polikromatik, sehingga pola difraksi yang ditimbulkan setiap gelombang cahaya saling tumpang tindih dan cahaya tidak selalu koheren yang menyebabkan polanya berubah-ubah berubah-ubah sesuai beda beda fasenya fasenya [5] Difraksi cahaya didasari pada prinsip Huygens. Prinsip Huygens menerangkan bahwa tiap-tiap titik dari sebuah muka gelombang dapat ditinjau dari sebuah muka gelombang sebagai sumber gelombang-gelombang kecil sekunder yang menyebar keluar ke segala arah dengan laju yang sama dengan laju perambatan gelombang itu. Muka gelombang yang baru pada suatu waktu kemudian akan didapatkan dengan membangun sebuah permukaan yang menyinggung gelombang kecil sekunder, atau yang dinamakan pembungkus pembungkus dari gelombang gelombang itu[2] Seberkas cahaya dilewatkan melalui celah tunggal dengan lebar d. Pola difraksi dapat diamati pada layar yang diletakkan sejauh L dari celah. Berkas cahaya dibelokkan oleh celah sebesar θ relatif terhadap arah rambat cahaya datang. Untuk celah dengan d yang sangat kecil maka cahaya akan dibelokkan dalam sudut θ yang sangat kecil pula. Jika layar diletakkan pada jarak yang cukup jauh sehingga L >> d maka sudut pembelokan pembelokan θ akan sangat kecil. Implikasi matematisnya adalah nilai tan θ = y/L ≈ θ. Dalam keadaan seperti itu, cahaya yang melalui celah dapat dianggap sejajar dengan arah rambat gelombang cahaya datang. Difraksi semacam ini disebut sebagai difraksi Franhoufer. Difraksi
Franhoufer sering diibaratkan sebagai bentuk sederhana dari difraksi cahaya [6]
Gambar 1 Proses Difraksi Celah Tunggal Ditinjau Secara Matematis
Salah satu sumber cahaya yang digunakan pada difaraksi adalah laser. Kata laser adalah singkatan dari Light Amplification Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Radiation , yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran. pancaran. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus. Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika. Para ilmuwan biasa menggolongkannya menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum. Laser yang memancarkan sinar tampak disebut laser - optik. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Terdapat 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran spontan (disebut fluoresensi) fluoresensi) dan pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. Sebuah atom pada keadaan keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini dikenal sebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut umur rerata, lamanya
tergantung tersebut [1].
pada
keadaan
dan
jenis
atom
Metode Penelitian Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain laser He-Ne, celah tunggal, layar dan penggaris. Percobaan ini dilakukan dengan menembakan laser He-Ne pada sebuah celah tunggal yang terletak didepan laser. Ketika laser melewati celah tunggal tersebut maka akan membentuk pola gelap-terang pada layar. Percobaan ini dilakukan dengan melakukan variasi jarak celah tunggal ke layar untuk mengamati perubahan pola gelap-terang.
Hasil dan Pembahasan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, diketahui bahaya cahaya yang tampak pada layar pengamatan pengamatan memiliki memiliki pola terang pada pusatnya lalu lalu terdapat pola pola gelap terang terang disekitar disekitar pusat. Pada percobaan percobaan ini cahaya yang keluar melalui celah akan menyebar dan sesuai prinsip Huygen. Prinsip Huygens bisa dipakai untuk menerangkan terjadinya difraksi cahaya pada celah kecil, pada saat melewati celah kecil, muka gelombang akan menimbulkan wavelet baru yang jumlahnya tak terhingga sehingga gelombang tidak mengalir lurus saja, tetapi menyebar. Laser pada percobaan percobaan ini menghasilkan menghasilkan cahaya koheren, yang berarti cahaya akan memasuki celah dengan fase yang sama. Apabila cahaya lalu jatuh pada layar yang ditempatkan ditempatkan dengan jarak tertentu dari celah maka akan terjadi suatu pola gelap terang pada layar. Berdasarkan percobaan yang dilakukan didapatkan hasil sebagai berikut : Tabel 1 Data Hasil Pengamatan Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal
L (m) 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6
Y (m) 0,009 0,008 0,007 0,0065 0,006 0,0055 0,005
N 5 5 5 5 5 5 5
Dari data hasil pengamatan pada Tabel 1 diatas terlihat bahwa apabila jarak antara lensa ke layar (L) diperpendek maka jarak antara pola gelapterang (Y) akan ikut memendek. Dari data hasil pengamatan pengamatan pada tabel 1 akan digunakan untuk menghitung panjang gelombang yang digunakan pada percobaan percobaan ini dengan persamaa persamaan n:
=
√ 2 + 2
Dengan λ adalah adalah panjang gelombang, adalah lebar celah, adalah banyaknya pola gelap terang, adalah jarak antara layar dengan celah, dan adalah jarak antara gelap ke – n n dengan terang pusat. Tabel 2 Data Hasil Perhitungan Panjang Gelombang Sumber Cahaya
L (m) 0,9
d (m) 3,16 x 10-4
0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6
3,16 x 10-4 3,16 x 10-4 3,16 x 10-4 3,16 x 10-4 3,16 x 10-4 3,16 x 10-4
λ (m)
6,328 x 107 5,956 x 107 5,537 x 107 5,484 x 107 5,424 x 107 5,355 x 107 5,273 x 107
Dari Tabel 2 diatas ditampilkan hasil perhitungan panjang gelombang ( λ ) ) yaitu pada jarak = 0,9 m panjang gelombang yang terhitung λ 6,328 x 107 m, pada jarak = 0,85 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,956 x 107 m, pada jarak = 0,8 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,537 x 107 m, pada jarak = 0,75 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,484 x 107 m, pada jarak = 0,7 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,424 x 107 m, pada jarak = 0,65 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,355 x 107 m, dan pada jarak = 0,6 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,273 x 107 m. Dari hasil perhitungan dapat dijelaskan bahwa semakin besar jarak antara layar dengan celah (L) maka panjang gelombang ( λ ) yang digunakan juga semakin panjang. Hal ini dapat diartikan bahwa panjang gelombang ( λ ) = =
= =
= =
=
=
= =
=
sebanding dengan besarnya jarak antara celah tunggal dengan layar (L). Kesimpulan Difraksi adalah penyebaran gelombang karena adanya halangan. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang gelombang semakin besar. Penghalang itu dapat berupa layar dengan celah kecil yang mengizinkan sebagian kecil muka gelombang datang untuk lewat.. Difraksi cahaya dapat terjadi ketika cahaya melewati suatu celah sempit. Panjang gelombang ( λ ) yang di dapat pada percobaan percobaan yaitu pada jarak = 0,9 m panjang gelombang yang terhitung λ 6,328 x 107 m, pada jarak = 0,85 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,956 x 107 m, pada jarak = 0,8 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,537 x 107 m, pada jarak = 0,75 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,484 x 107 m, pada jarak = 0,7 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,424 x 107 m, pada jarak = 0,65 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,355 x 107 m, dan pada jarak = 0,6 m panjang gelombang yang terhitung λ 5,273 x 107 m. =
= =
=
=
= =
= =
= =
DAFTAR PUSTAKA [1[
Cassidy, David. 2002.Undestanding 2002.Undestanding Physics. Physics. New York : Springger-Verlag Springger-Verlag Inc. [2] Desmond. 1999. Study on Light and Optics. Optics . Florida : Humprey Press [3] Giancoli, Douglas C. 2001. Physics 2001. Physics for Scientist and Engineers 3th Edition (Terjemahan). (Terjemahan). Jakarta : Erlangga [4] Halliday, Resnick. 1984. Fisika 1984. Fisika Jilid Jilid 2 (Terjemahan). (Terjemahan). Jakarta : Erlangga [5] Serway, A.R. 1989. College Physics : Second Edition. Edition. New York : Saunders [6] Tipler, Paul A. 2001. Fisika 2001. Fisika Untuk Untuk Sains dan dan Teknik . Jakarta : Erlangga.
