DIFRAKSI PADA CELAH GANDA DAN CELAH BANYAKMuhammad Fadil Asri,
Abdul Hasyim, Annur Fidyah Wanti, Nursyamsi AmaliaJurusan Fisika
FMIPA UNM Tahun 2014Abstrak. 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 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 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 gelombangPENDAHULUAN 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.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 (Celah
sempit). Intensitas cahaya di 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 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.
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 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, walaupun demikian,
pada bidang pengamatan, cahaya ditemukan terserap sebagai partikel
diskrit yang disebut foton.Pita cahaya yang terang pada bidang
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 : = adalah panjang gelombang cahayaa = adalah
jarak antar celah, jarak antara titik A dan B pada diagram di
samping kanann = orde maksimum yang diamatix = adalah jarak antara
pita cahaya dan central maximum (disebut juga fringe distance) pada
bidang pengamatanL = jarak antara celah dengan titik tengah bidang
pengamatanGambar 2. Skema ilustrasi difraksi pada celah ganda Jika
cahaya dilewatkan pada sebuah celah maka cahaya 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
EKSPERIMENa. Alat dan Bahan1. Diafragma dengan 3 celah ganda 469
842. Diafragma dengan 4 celah ganda 469 853. Diafragma dengan 5
nomor celah 469 864. Laser He-Ne. terpolarisasi linier 471 8305.
Dudukan dengan klip pegas 460 226. Lensa dalam bingkai, f = +5 mm
460 017. Lensa dalam bingkai, f = +50 mm 460 028. 1 presisi bangku
optik, 1 m 460 329. Pengendara 4 optik, H = 60 mm / B = 36 mm 460
37010. 1 layar tembus 441 5311. 1 pelana dasar 300 11b. 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
titik-titik pada kertas hvs, begitupun untuk jarak antar celah yang
lainnya. Selanjutnya diukur jarak pisah antara terang 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 VariabelKegiatan 1 : a.
Variabel manipulasi : jarak antara celah b. Variabel kontrol :
jarak layar dengan celah c. Variabel respon : jarak rata-rata pola
difraksi maksimum berdekatan Kegiatan 2 : a. Variabel manipulasi :
lebar celahb. Variabel kontrol : jarak layar dengan celah c.
Variabel respon : jarak rata-rata pola difraksi maksimun
berdekatanKegiatan 3 : a. Variabel manipulasi : banyak celah b.
Variabel kontrol : jarak layar dengan celah c. Variabel respon :
jarak rata-rata pola difraksi maksimum berdekatan d. Definisi
operasional variabelKegiatan 1 : a. Jarak antar celah adalah jarak
celah yang satu dengan celah yang lain dimana jaraknya terdapat
pada 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 mistar dengan satuan mm.a. Jarak rata-rata pola
difraksi maksimum berdekatan adalah jarak antara titik 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 maksimum berdekatan adalah jarak antara titik pusat terang
dengan ordenya, yang diukur 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
DATAHasil EksperimenKegiatan 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 d (mm)Jarak Rata-rata Pola Difraksi Maksimum
berdekatan (mm)
11,0 1,6 0,5
20,75 2,0 0,5
30,50 3,0 0,5
40,25 6,3 0,5
b. Kegiatan 2. Ketergantungan difraksi pada celah ganda pada
celah lebar b.Jarak celah kelayar: Tabel 2.Difraksi pada celah
ganda pada celah lebar b.NoLebar celah b (mm)Jarak Rata-rata Pola
Difraksi Maksimum berdekatan (mm)
10,20 6,3 0,5
20,15 6,0 0,5
30,10 6,3 0,5
c. Kegiatan3. Ketergantungan difraksi pada banyak celah (N)Jarak
celah ke layar: Tabel 3.Difraksi pada banyak celah (N) NoBanyak
celah N (mm)Jarak Rata-rata Pola Difraksi Maksimum berdekatan
(mm)
12 6,1 0,5
23 6,1 0,5
34 6,0 0,5
45 6,1 0,5
540 6,1 0,5
Analisis data1. Grafik jarak antar celah d terhadap jarak
rata-rata pola difraksi berdekatan.
1. Grafik lebar celah b terhadap jarak rata-rata pola difraksi
berdekatan.
1. Grafik banyak celah N terhadap jarak rata-rata pola difraksi
berdekatan .
1. Perhitungan panjang gelombang rata-rata sinar laser yang
digunakan untuk setiap kegiatan.Kegiatan 11. = = = 1,70 mm
= 1,38
1. = = = 1,59 mm
=
1. = = = 1,67 mm
=
1. = = = 1,67 mm
=
Kegiatan 21. = 632,8 nm = 0,0006328 mmd = d = = = 0,09 mm
= 0.007
1. = 632,8 nm = 0,0006328 mmd = d = = = 0,08 mm
= 0.006
1. = 632,8 nm = 0,0006328 mmd = d = = = 0,09 mm
= 0.007
Kegiatan 31. d = d = = = 0,10 mm1. d = d = = = 0,10 mm1. d = d =
= = 0,10 mm1. d = d = = = 0,10 mm1. d = d = = = 0,10 mm
= 0.008
ssPEMBAHASAN Berdasarkan hasil eksperimen yang diperoleh, ketika
jarak antar celahnya yang digunakan yang paling jauh, yaitu 1,00
mm, maka jarak pola terang yang terbentuk pada layar adalah ,
kemudian untuk jarak antar celah paling dekat yaitu sebesar 0,25
maka jarak pola terang yang terbentuk adalah , dari menggunakan
jarak 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 adalah . Dari hasil yang diperoleh ini
menunjukkan bahwa walaupun lebar 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 maksimum yang
terbentuk adalah mm, sedangkan ketika celahnya 4 maka jarak
rata-rata pola difraksi maksimum yang terbentuk adalah , terdapat
sedikit 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 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 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. Melalui percobaan ini panjang
gelombang laser dapat diketahui dengan menggunakan persamaan
(.REFERENSIAnonim. 2010. Difraksi Pada Celah Ganda.
http://id.wikipedia.org/wiki/Difraksi#Difraksi_celah_ganda. Diakses
pada tanggal 27 April 2014Halliday, 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
