LAPORAN DIFRAKSI 2024
Muhammad Rizal Fahlepy*
Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan eksperimen tentang “Difraksi” dengan tujuan untuk 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 jumlah celah terhadap pembentukan pola difraksi, serta menentukan panjang gelombang laser melalui percobaan difraksi pada celah tunggal dan kisi. Eksperimen ini terdiri atas empat kegiatan. Kegiatan I dilakukan dengan cara mengubah jarak antar celah pada diafragma untuk melihat pengaruhnya terhadap pola difraksi. Pada kegiatan II, variabel yang diubah adalah lebar celah dan diamati pengaruhnya terhadap pola difraksi. Kegiatan III dilakukan dengan memanipulasi jumlah celah dan mengamati pengaruhnya terhadap pola difraksi. Kegiatan terakhir dilakukan dengan melakukan percobaan difraksi pada celah tunggal dan kisi. Dari hasil percobaan diketahui bahwa jarak antar celah berbanding terbalik dengan panjang pola difraksi yang terbentuk, adapun lebar celah dan jumlah kisi tidak berpengaruh terhadap panjang pola difraksi yang terbentuk. Dari kegiatan ini pula diketahui bahwa panjang gelombang yang digunakan dalam percobaan ini adalah 30 × 10^-5 cm.
Kata kunci: Jarak antar celah, jumlah celah, lebar celah,panjang gelombang.
A. RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana pengaruh jarak antar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda?
- Bagaimana pengaruh lebar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda?
- Bagaimana pengaruh jumlah celah terhadap pembentukan pola difraksi?
- Berapa panjang gelombang laser yang digunakan pada percobaan difraksi pada celah tunggal dan kisi?
B. TUJUAN
- Mahasiswa dapat memahami pengaruh jarak antar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda.
- Mahasiswa dapat memahami pengaruh lebar celah pada pembentukan pola difraksi pada celah ganda .
- Mahasiswa dapat memahami pengaruh jumlah celah terhadap pembentukan pola difraksi.
- Mahasiswa dapat menentukan panjang gelombang laser, melalui percobaan difraksi pada celah tunggal dan kisi.
C. TEORI SINGKAT
Sebuah gelombang yang merambat (menjalar) dalam sebuah medium dapat mengalami peristiwa lenturan. Apabila gelombang itu sampai pada sebuah celah, dapat berupa betul-betul celah atau bahkan berupa sebuah atom. Dalam peristiwa difraksi gelombang oleh sebuah celah, arah gelombang datang akan dihamburkan kedalam semua arah. Sehingga celah itu seolah – olah merupakan sumber gelombang baru yang menghasilkan gelombang yang merambat kesegala arah (Suroso,2002: 282).
Menurut optika geometric, bila sebuah benda tidak tembus cahaya ditempatkan diantara sumber cahaya titik dan layar, maka bayangan benda itu akan membentuk sebuah garis tajam yang sempurna. Sama sekali tidak ada cahaya menumbuk layar itu dititik-ttik tersebut, kawasan diluar bayangan itu diterangi secara homogen. Sifat gelombang dari cahaya tidak dapat dipahami dengan optika geometric sederhana. Segolongan dengan efek penting itu terjadi bila cahaya menumbuk sebuah rintangan yang mempunyai celah atau tepi. Pola interferensi yang seperti ini dikelompokkan dalam topic difraksi. Jika kedua sumber cahaya titik dan layar secara relative dekat dengan rintangan yang membentuk pola difraksi itu, maka hal ini dikenal dengan difraksi medan dekat atau difraksi frensel (frensel diffraction). Jika sumber rintangan dan layar cukup jauh, maka fenomena ini dikenal dengan difraksi medan jauh atau difraksi fraunhofer (fraunhofer diffraction) ( Young and Freedman, 2003 : 616-618).
Difraksi franhoufer celah tunggal
Ketika sinar cahaya sejajajr dengan panjang gelombang datang tegak lurus terhadap sebuah celah dengan lebar D, suatu pola difraksi tampak dibelakang celah tersebut. Pada sebuah layar yang sanagt jauh, daerah gelap yang penuh tampak sinar yang menembus lurus, dimana berlaku persamaan :
M’ λ = d sin θm. (1.1)
disini, m’ = ±1, ±2, ±3,dst adalah bilangan orde dari garis gelap difraksi minimum. Polanya terdiri dari sebuah garis terang pusat lebar yang diapit pada kedua sisinya oleh garis-garis gelap dan terang secara bergantian (Frederick,2002:261-262)
Menurut Herman & Asisten LFD (2016), apabila cahaya datang pada celah tunggal yang lebarnya a, pola intensitas pada layar yang jauh menunjukkan maksimum difraksi tengah lulus yang mengecil menjadi nol pada suatu sudut θ yang diberikan oleh :
a sin θ = n λ (1.2)
besaran a sin θ merupakan perbedaan lintasan antara cahaya yang meninggalkan bagian atas celah dan sinar yang meninggalkan bagian bawah celah. Pada setiap sisi maksimum tengah terdapat maksima sekunder dengan intensitas yang jauh lebih lemah. Jarak y maksimum tengah ke minimum difraksi pertama dihubungkan dengan sudut θ dan jarak L dari celah ke layar oleh :
tan θ = y/L (1.3)
karena sudut ini sangat kecil, maka tan θ≈sinθ maka, sesuai dengan persamaan (1.3), diperoleh
sinθ = nλ/a ≈ y/L. (1.4)
Difraksi pada celah ganda
Apabila terdapat dua celah atau lebih, pola intensitas pada layar yang jauh merupakan suatu pola gabungan pola difraksi celahh tunggal dan pola interferensi celah majemuk. Pola intensitas pada layar yang jauh, dari celah yang jara pisah d sama dengan 10 kali lebar a setiap celah. Pola ini sama dengan pola dua celah yang sangat sempit kecuali bahwa jika celah ini dimodulasi oleh pola difraksi celah tunggal. Dengan kata lain, intensitas akibat setiap celah secara sendiri – sendiri tidak lagi konstan tetapi menurun terhadap sudut. Pada jarak yang sangat jauh dari celah, garis-garis dari suatu celah ke titik P pada layar akan hampir sejajar dan perbedaan lintasan kira-kira d sin θ. Dengan demikian, diperoleh interferensi maksimum oleh suatu sudut yang diberikan oleh:
d sin θ = m λ (1.5)
untuk sudut yang sangat kecil, jarak yang diukur sepanjang jarak rumbai terang ke m diberikan oleh :
ym = m λ L/d (1.6)
d adalah jarak antar celah (Herman & Asisten LFD, 2016).
Difraksi pada celah banyak
Pada eksperimen celah banyak, digunakan goresan – goresan dari sebuah mistar baja konvensional sebagai kisi refleksi. Panjang pola digfraksi pada celah banyak digunakan persamaan :
λ ( m ) = ( d/(2D^2 ) ) ( y_(m^2- y_(0^2 ) )/m ) (1.7)
dimana d adalah jarak anatara dua goresan pada mistar baja, yaitu 1 mm ( Herman & Asisten LFD,2016: 25-26).
D. METODE EKSPERIMEN
Alat dan Bahan
Alat
- Laser He-Ne, terpolarisasi linear 471 830 1 buah
- Dudukan dengan klip pegas 460 22 1 buah
- Lensa dalam bingkai, f= +5 mm 460 01 1 buah
- Lensa dalam bingkai, f= +50 mm 460 02 1 buah
- Presisi bangku optic, 1 m 460 32 1 buah
- Pengendara 4 optik, H = 60 mm / B = 36 mm 460 370 1 buah
- Layar tembus 441 53 1 buah
- Pelana dasar 300 11 1 buah
Bahan
- Diafragma dengan 3 celah ganda 469 84 1 buah
- Diafragma dengan 4 celah ganda 469 85 1 buah
- Diafragma dengan 5 celah ganda 469 86 1 buah
Identifikasi Variabel
Kegiatan 1
Variabel bebas : jarak celah ke layar ( L ) dan lebar celah ( b )
Variabel manipulasi : jarak antar celah ( d )
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Kegiatan 2
Variabel bebas : jarak celah ke layar ( L ) dan jarak antar celah ( d )
Variabel manipulasi : lebar celah ( b )
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Kegiatan 3
Variabel bebas : jarak antar celah ( d ) dan lebar celah ( b )
Variabel manipulasi : jumlah celah ( N )
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Kegiatan 4
Variabel bebas : jarak celah ke layar ( L )
Variabel manipulasi : jenis celah dan orde
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1
Variabel bebas : jarak celah ke layar ( L ) dan lebar celah ( b )
Jarak celah kelayar adalah jarak yang diukur dari posisi celah tempat difragma lensa diletakkan ke layar tempat pola difraksi akan digambar. Jarak ini diukur dengan menggunakan mistar dan memiliki satuan cm ( sentimeter ).
Lebar celah adalah lebar yang dimiliki oleh celah yang ada pada diafragma dan digunakan dalam percobaan ini. Lebar celah tidak diukur,hanya dilihat pada keterangan yang ada pada diafragma.
Variabel manipulasi : jarak antar celah ( d )
Jarak antar celah adalah jarak dari celah satu ke celah lain yang ada pada diafragma yangdigunakan dalam percobaan. Jarak antar celah dalam percobaan tidak diukur, hanya menggunakan keterangan yang ada pada alat. Pada percobaan ini jarak antar celah diubah sebanyak 4 kali yaitu 1,00 mm;0,75 mm; 0,50 mm; dan 0,25 mm.
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Jarak rata-rata pola difraksi maksimum adalah jarak rata –rata antar titik yang trbentuk sebagai pola dan digambar pada layar. Jarak ini diukur dengan menggunakan mistar dan memilki satuan millimeter (mm).
Kegiatan 2
Variabel bebas : jarak celah ke layar ( L ) dan jarak antar celah ( d )
Jarak celah kelayar adalah jarak yang diukur dari posisi celah tempat difragma lensa diletakkan ke layar tempat pola difraksi akan digambar. Jarak ini diukur dengan menggunakan mistar dan memiliki satuan cm ( sentimeter ).
Jarak antar celah adalah jarak dari celah satu ke celah lain yang ada pada diafragma yangdigunakan dalam percobaan. Jarak antar celah dalam percobaan tidak diukur, hanya menggunakan keterangan yang ada pada alat dan memiliki satuan millimeter (mm)
Variabel manipulasi : lebar celah ( b )
Lebar celah adalah lebar yang dimiliki oleh celah yang ada pada diafragma dan digunakan dalam percobaan ini. Lebar celah tidak diukur,hanya dilihat pada keterangan yang ada pada diafragma. Pada percobaan ini lebar celah diubah sebanyak 3 kali yaitu 0,20 mm;0,15 mm; dan 0,10 mm.
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Jarak rata-rata pola difraksi maksimum adalah jarak rata –rata antar titik yang trbentuk sebagai pola dan digambar pada layar. Jarak ini diukur dengan menggunakan mistar dan memilki satuan millimeter (mm).
Kegiatan 3
Variabel bebas : jarak antar celah ( d ) dan lebar celah ( b )
Jarak antar celah adalah jarak dari celah satu ke celah lain yang ada pada diafragma yangdigunakan dalam percobaan. Jarak antar celah dalam percobaan tidak diukur, hanya menggunakan keterangan yang ada pada alat.
Lebar celah adalah lebar yang dimiliki oleh celah yang ada pada diafragma dan digunakan dalam percobaan ini. Lebar celah tidak diukur,hanya dilihat pada keterangan yang ada pada diafragma.
Variabel manipulasi : jumlah celah ( N )
Jumlah celah adalah jumlah celah yang digunakan dalam percobaan ini. Dalam praktikum ini jumlah celah diubah sebanyak 5 kali, yaitu 2 celah, 3 celah, 4 celah, 5 celah, dan 40 celah.
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Jarak rata-rata pola difraksi maksimum adalah jarak rata –rata antar titik yang trbentuk sebagai pola dan digambar pada layar. Jarak ini diukur dengan menggunakan mistar dan memilki satuan millimeter (mm).
Kegiatan 4
Variabel bebas : jarak celah ke layar ( L )
Jarak celah kelayar adalah jarak yang diukur dari posisi celah tempat difragma lensa diletakkan ke layar tempat pola difraksi akan digambar. Jarak ini diukur dengan menggunakan meteran dan memiliki satuan cm ( sentimeter ).
Variabel manipulasi : jenis celah dan orde
Jenis celah adalah jenis dari celah yang digunakan sebagai penghalang dalam prktikum ini. Dalam praktikum ini, jenis celah yang digunakan ada 2, yaitu celah tunggal dan celah banyak atau kisi.
Orde adalah letak cahaya terang berikutnya dari terang pusat. Orde ini dihitung baik kearah kiri maupun kanan dari terang pusat. Orde dalam percobaan diubah sebanyak 4 kali, yaitu orde 1, orde 2, orde 3, dan orde 4.
Variabel respon : jarak rata – rata pola difraksi maksimum
Jarak rata-rata pola difraksi maksimum adalah jarak rata –rata antar titik yang trbentuk sebagai pola dan digambar pada layar. Jarak ini diukur dengan menggunakan mistar dan meteram serta memilki satuan millimeter (mm).
Prosedur Kerja
Kegiatan 1. Ketergantungan difraksi celah ganda, pada jarak antar celah d
Memasukkan diafragma dengan 4 celah (469 85) tepat pada jalur yang dilalui sinar laser, dan mengamati pola difraksi celah ganda dengan jarak antar celah d= 1,00 mm; 0,75 mm; 0,50 mm; dan 0,25 mm satu demi satu. Setelah itu, melakukan pengukuran pada setiap jarak d untuk mengetahui pengaruh jarak antar celah terhadap pola interferensi. Menggambar pembentukan pola difraksi pada layar dengan menandai pola yang terbentuk. Kemudian mencatat jarak pisah pusat terang ke terang berikutnya ( orde 1, 2 dan seterusnya )
Kegiatan 2. Ketergantungan difraksi celah ganda, pada celah lebar b
Memasukkan diafragma dengan 3 celah (469 84) tepat pada jalur yang dilalui sinar laser, dan mengamati pola difraksi celah ganda untuk lebar celah b= 0,20 mm; 0,15 mm; 0,10 mm satu demi satu. Melakukan pengukuran pada setiap jarak b untuk mengetahui pengaruh lebar celah b terhadap pola interferensi. Menggambar pembentukan pola difraksi pada layar dengan menandai pola yang terbentuk. Mencatat jarak pisah pusat terang ke terang berikutnya ( orde 1, 2 dan seterusnya )
Kegiatan 3
Memasukkan diafragma dengan 5 celah (569 86) dan mengamati pola difraksi dari 2, 3, 4, 5, dan 40 celah satu demi satu. Melakukan pengukuran pada setiap nomor celah yang ada untuk mengetahui pengaruh jumlah celah terhadap pola interferensi. Menggambar pembentukan pola difraksi pada layar dengan menandai pola yang terbentuk. Mencatat jarak pisah pusat terang ke terang berikutnya ( orde 1, 2 dan seterusnya )
Kegiatan 4
Menggunakan celah tunggal dan kisi kemudian membentuk pola difraksi pada layar. Menggambar pembentukan pola difraksi pada layar dengan menandai pola yang terbentuk untuk celah tunggal dan kisi. Mengukur jarak pisah pusat terang ke terang berikutnya ( orde 1, 2 dan seterusnya ), mencatat hasilnya dalam table hasil pengamatan.
E. HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA
Untuk dapat melihat hasil praktikum dan analisis data silahkan klik link berikut (Hasil dan Analisis Data Difraksi)
F. PEMBAHASAN
Percobaan berjudul “Difraksi” ini terdiri atas empat kegiatan. Kegiatan pertama dilakukan dengan tujuan untuk menyelidiki pengaruh jarak antar celah d terhadap pola difraksi celah ganda. Oleh karena itu, dalam kegiatan ini jarak antar celah menjadi variabel yang diubah-ubah. Dalam kegiatan ini, kami menggunakan diafragma dengan empat celah (469 85) yang memiliki empat macam jarak antar celah (d), di antaranya yaitu 1,00 mm, 075 mm, 0,50 mm, dan 0,25 mm. Satu demi satu celah yang memiliki jarak antar celah yang berbeda-beda dipasangkan pada lensa dan diamati pengaruhnya terhadap pola difraksi yang terbentuk pada layar setelah disinari laser He-Ne. Pada layar akan tampak pola terang gelap, pola itulah yang diukur masing-masing jarak rata-ratanya dari titik terang pusat ke titik terang 1, 2, dan 3 untuk mendapatkan nilai y. Nilai y digunakan dalam persamaan λ= dy/nL untuk mendapatkan nilai panjang gelombang. Panjang gelombang rata-rata untuk kegiatan pertama adalah 6,51 × 10-5 cm. Dari grafik analisis, ditunjukkan bahwa jarak antar celah d memberikan pengaruh terhadap pola difraksi yang terbentuk, di mana semakin besar jarak antar celah, maka pola difraksi yang terbentuk akan semakin kecil/pendek.
Pada kegiatan kedua, variabel yang diubah-ubah adalah lebar celah. Dalam kegiatan ini kami menggunakan diafragma dengan 3 celah (469 84) yang memiliki tiga lebar celah yang berbeda-beda, yakni 0,20 mm, 0,15 mm, dan 0,10 mm. Seperti kegiatan I di atas, di kegiatan kedua ini juga diamati pola difraksi yang terbentuk pada layar berdasarkan lebar celah yang digunakan. Dari grafik analisis, dapat disimpulkan bahwa lebar celah tak berpengaruh pada pola difraksi yang terbentuk. Adapun panjang gelombang rata-rata pada kegiatan ini yaitu 6,20 × 10-5 cm.
Kegiatan ketiga dilakukan dengan n menyelidiki pengaruh jumlah celah terhadap pembentukan pola difraksi, di mana pada kegiatan ini kami menggunakan diafragma dengan 5 celah (469 86) dimana pada setiap celah terdapat jumlah celah yang berbeda, mulai dari 2,3,4,5, dan 40 celah. Berdasarkan analisis grafik, jumlah celah juga tidak berpengaruh terhadap pola difraksi pada percobaan difraksi celah ganda. Adapun nilai panjang gelombang rata-rata pada percobaan ini yaitu 6,058 × 10-5 cm.
Kegiatan keempat yaitu pembentukan pola difraksi pada celah tunggal dan kisi, untuk celah tunggal yang digunakan setelah disinari laser maka akan tampak pola garis terang gelap pada layar. Nilai panjang gelombang yang didapatkan yaitu 5,16 × 10-5, untuk difraksi kisi menggunakan kisi dengan 100 garis/mm dan mendapatkan nilai panjang gelombang sebesar 126,0 × 10-5.
Dari keempat kegiatan di atas, didapatkan nilai panjang gelombang yang berbeda-beda. Kemudian nilai tersebut dirata-ratakan dan hasilnya dianggap sebagai nilai panjang gelombang sinar laser He-Ne yang digunakan dalam percobaan ini. Adapun nilai panjang gelombang yang kami dapatkan yaitu 30 × 10-5 cm.
Dilihat dari nilai panjang gelombang yang diperoleh, maka dapat dikatakan bahwa percobaan yang dilakukan praktikan kurang berhasil, sebab nilai panjang gelombang yang didapatkan dari analisis perhitungan berbeda jauh dengan nilai panjang gelombang yang sebenarnya. Hal ini mungkin terjadi karena ketidaktelitian praktikan pada saat menggambar pola difraksi yang terbentuk pada layar, pada saat pengukuran ataupun pengolahan data.
G. SIMPULAN
Setelah melakukan percobaan berjudul difraksi ini, maka dapat disimpulkan bahwa :
Jarak berpengaruh terhadap pola difraksi celah ganda. Hubungan antara keduanya berbanding terbalik, di mana semakin besar jarak antar celah, maka akan semakin pendek pola difraksi yang terbentuk. Sebaliknya, semakin pendek jarak antar celah maka akan semakin panjang pola difraksi yang terbentuk.
Lebar celah tidak berpengaruh terhadap panjang pola difraksi yang terbentuk pada celah ganda karena meskipun lebar celah diubah, panjang pola difraksi yang dihasilkan tetap.
Jumlah celah tidak berpengaruh terhadap panjang pola difraksi yang terbentuk pada celah karena meskipun jumlah celah diubah, panjang pola difraksi yang dihasilkan tetap.
Panjang gelombang cahaya sinar laser He-Ne yang digunakan pada percobaan ini adalah sebesar 30 ×10-5 nm.
DAFTAR RUJUKAN
Bueche, Frederick. 2002. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh. Jakarta: Erlangga.
Herman dan Asisten LFD.2015. Penuntun Praktikum Fisika Dasar 2. Makassar : Universitas Negeri Makssar.
Suroso. 2002. Ensiklopedi Sains dan Kehidupan. Jakarta : Cv. Tarity Samudera Berlian.
Young,Freedman. 2001. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 1. Jakarta : Erlangga.