THANKS FOR YOU

Senin, 07 Mei 2012

DIFRAKSI CAHAYA







Tugas I
23 Juli 2011
 

Dosen Pembimbing :
Syahril, S.Si, MT

 
 



TUGAS MATA KULIAH OPTIK
“Difraksi Cahaya”


OLEH :
INDAH KURNIA PUTRI DAMAYANTI


PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2011

DAFTAR ISI

Hal.
DAFTAR ISI.............................................................................................................     i
DAFTAR GAMBAR................................................................................................    ii
PEMBAHASAN ......................................................................................................    1
A. Difraksi Cahaya (Light Diffraction)............................................................    1
1.    Difraksi Celah Tunggal ..........................................................................    3
2.    Difraksi Celah Ganda ............................................................................    5
B. Kisi Difraksi (Diffraction Grating) .............................................................    6
1.      Kondisi untuk Maksimum Primer dari Kisi .........................................    6
2.      Kondisi untuk Maksimum Primer dari Kisi .........................................    7
3.      Pengaruh Memperbesar Jumlah Celah .................................................    8
C.     Jenis-jenis Difraksi (Kind of Diffraction) ....................................................    9
1.    Difraksi Fresnel .....................................................................................    9
2.   Difraksi Fraunhofer ...............................................................................    9
KESIMPULAN.........................................................................................................   11
DAFTAR PUSTAKA...............................................................................................   12








PEMBAHASAN

Difraksi cahaya atau lenturan cahaya dapat terjadi karena pembelokkan arah rambat cahaya oleh suatu penghalang. Penghalang yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit. Semakin kecil halangan, penyebaran gelombang semakin besar. Hal ini bisa diterangkan oleh prinsip Huygens.
Pada pelajaran gerak gelombang, telah diperkenalkan pula bahwa gelombang permukaan air yang melewati sebuah penghalang berupa sebuah celah sempit akan mengalami lenturan (difraksi). Peristiwa yang sama terjadi jika cahaya dilewatkan pada sebuah celah yang sempit sehingga gelombang cahaya itu akan mengalami difraksi. Selain disebabkan oleh celah sempit, peristiwa difraksi juga dapat disebabkan oleh kisi. Kisi adalah sebuah penghalang yang terdiri atas banyak celah sempit. Jumlah celah dalam kisi dapat mencapai ribuan pada daerah selebar 1 cm. Kisi difraksi adalah alat yang sangat berguna untuk menganalisis sumber-sumber cahaya. Perhatikan Gambar 1.
(Sumber : Cinda, 2011)

Kita dapat melihat gejala difraksi ini dengan mudah pada cahaya yang melewati sela jari-jari yang kita rapatkan kemudian kita arahkan pada sumber cahaya yang jauh, misalnya lampu neon. Atau dengan melihat melalui kisi tenun kain yang terkena sinar lampu yang cukup jauh.

Difraksi cahaya berturut-turut dipelajari antara lain oleh:
Ø Isaac Newton dan Robert Hooke pada tahun 1660, sebagai inflexion dari partikel cahaya yang sekarang dikenal sebagai cincin Newton.
Ø Francesco Maria Grimaldi pada tahun 1665 dan didefinisikan sebagai hamburan fraksi gelombang cahaya ke arah yang berbeda-beda. Istilah yang digunakan saat itu mengambil bahasa Latin diffringere yang berarti to break into pieces.
Ø James Gregory pada tahun 1673 dengan mengamati pola difraksi pada bulu burung yang kemudian didefinisikan sebagai diffraction grating.
Ø Thomas Young pada tahun 1803 dan sebagai fenomena interferensi gelombang cahaya. Dari percobaan yang mengamati pola interferensi pada dua celah kecil yang berdekatan, Thomas Young menyimpulkan bahwa kedua celah tersebut lebih merupakan dua sumber gelombang yang berbeda daripada partikel (en:corpuscles).
Ø Augustin Jean Fresnel pada tahun 1815 dan tahun 1818, dan menghasilkan perhitungan matematis yang membenarkan teori gelombang cahaya yang dikemukakan sebelumnya oleh Christiaan Huygens pada tahun 1690 hingga teori partikel Newton mendapatkan banyak sanggahan. Fresnel mendefinisikan difraksi dari eksperimen celah ganda Young sebagai interferensi gelombang dengan persamaan:
    ; m = 0, 1, 2, 3, …
dimana d adalah jarak antara dua sumber muka gelombang, θ adalah sudut yang dibentuk antara fraksi muka gelombang urutan ke-m dengan sumbu normal muka gelombang fraksi mula-mula yang mempunyai urutan maksimum m = 0.. Difraksi Fresnel kemudian dikenal sebagai near-field diffraction, yaitu difraksi yang terjadi dengan nilai m relatif kecil.
Ø Richard C. MacLaurin pada tahun 1909, dalam monograph-nya yang berjudul Light, menjelaskan proses perambatan gelombang cahaya yang terjadi pada difraksi Fresnel jika celah difraksi disoroti dengan sinar dari jarak jauh.
Ø Joseph von Fraunhofer dengan mengamati bentuk gelombang difraksi yang perubahan ukuran akibat jauhnya bidang pengamatan. Difraksi Fraunhofer kemudian dikenal sebagai far-field diffraction.
Ø Francis Weston Sears pada tahun 1948 untuk menentukan pola difraksi dengan menggunakan pendekatan matematis Fresnel. Dari jarak tegak lurus antara celah pada bidang halangan dan bidang pengamatan serta dengan mengetahui besaran panjang gelombang sinar insiden, sejumlah area yang disebut zona Fresnel atau half-period elements dapat dihitung.

1.   Difraksi Celah Tunggal
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.
(Sumber : Wikipedia, 2011)

(Sumber : My Blog Green, 2010)
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. Perhatikan Gambar 2.
(Sumber : Cinda, 2011)


Berdasarkan Gambar 2.9 tersebut, diperoleh beda lintasan kedua gelombang         (d sin θ)/2.
jadi,
Jika celah tunggal itu dibagi menjadi empat bagian, pola interferensi minimumnya menjadi
jadi,
Berdasarkan penurunan persamaan interferensi minimum tersebut, diperoleh persamaan sebagai berikut.
;   m = 1, 2, 3, . . .
dengan d = lebar celah

Untuk mendapatkan pola difraksi maksimum, maka setiap cahaya yang melewati celah harus sefase. Beda lintasan dari interferensi minimum tadi harus dikurangi dengan  hingga beda fase keduanya mejadi 360°.

Persamaan interferensi maksimum dari pola difraksinya akan menjadi :
atau
 ;   m = 1, 2, 3, …

2.  Difraksi Celah Ganda
(Sumber : Wikipedia, 2011)


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 (crest) berinterferensi dengan puncak gelombang yang lain, dan membentuk maksima. Pita cahaya yang gelap terjadi saat puncak gelombang berinterferensi dengan landasan gelombang (trough) dan menjadi minima. Interferensi konstruktif terjadi saat:
;   m = 0, 1, 2, 3, . . .
 Untuk sudut yang sangat kecil, maka nilai , sehingga :
Dimana :
a adalah jarak antar celah, jarak antara titik A dan B pada diagram di samping kanan
n  is the order of maximum observed (central maximum is n = 0),
x adalah jarak antara pita cahaya dan central maximum (disebut juga fringe distance) pada bidang pengamatan
L adalah jarak antara celah dengan titik tengah bidang pengamatan
Persamaan ini adalah pendekatan untuk kondisi tertentu. Persamaan matematika yang lebih rinci dari interferensi celah ganda dalam konteks mekanika kuantum dijelaskan pada dualitas Englert-Greenberger.

B. Kisi Difraksi (Diffraction Grating)
Alat yang bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya ialah kisi difraksi, yang terdiri atas sejumlah besar garis atau celah yang berjarak sama pada permukaan datar. Kisi demikian dapat dibuat dengan memotong alur-alur sejarak dan berjarak sama pada kaca atau plat logam dengan mesin penggaris presisi. Dengan kisi pantul, cahaya dipantulkan dari punggung di antara garis. Piringan hitam memperlihatkan sedikit sifat kisi pantul. Pada kisi tembus, cahaya lewat melalui celah bening di antara garis. Kisi plastik murah dengan 10.000 atau lebih celah persentimeter adalah hal yang lazim. Jarak-antara celah dalam kisi dengan 10.000 celah per sentimeter ialah d = (1 cm)/10.000 = 10-4 cm.
1.  Kondisi untuk Maksimum Primer dari Kisi
Kondisi interferensi konstruksi kisi merupakan beda jalan antara sinar dari pengatur celah besarnya sama dengan satu panjang gelombang  l dari beberapa integral perkalian  l :
  ; m = 0, 1, 2, 3, …
Maximum pada q = 0 (m = 0) disebut maksimum orde-0 (zero-order maximum).  Maximum pada jarak sudut  q dengan d sinq = l ( m = 1) disebut maksimum orde pertama. Maksimum orde ke m adalah jarak sudut  qm dengan  d sinqm = ml.
(Sumber : Wikipedia, 2011)


2.    Kondisi Minimum untuk Kisi
Untuk mendapatkan pola difraksi minimumnya, yaitu garis-garis gelap. Bentuk persamaannya sama dengan pola interferensi minimum kisi difraksi yaitu:
  ; m = 0, 1, 2, 3, …
Jika pada difraksi digunakan cahaya putih atau cahaya polikromatik, pada layar akan tampak spectrum warna, dengan terang pusat berupa warna putih.
(Sumber : Cinda, 2011)

 Cahaya merah dengan panjang gelombang terbesar mengalami lenturan atau pembelokan paling besar. Cahaya ungu mengalami lenturan terkecil karena panjang gelombang cahaya atau ungu terkecil. Setiap orde difraksi menunjukkan spectrum warna.
3.   Pengaruh Memperbesar Jumlah Celah
Diagram menunjukkan pola interferensi yang dibungkus oleh pita interferensi pusat untuk setiap kasus.  Jarak celah sama untuk 5 kasus tersebut.  Hal yang penting adalah:
Ø Posisi angular dari maksimum utama (primary maxima) untuk N yang berbeda adalah sama.
Ø Jumlah maksimum sekunder antara dua maksimum primer meningkat dengan N dan sama dengan N-2.
Ø Intensitas maksimum sekunder melemah dibandingkan maksimum primer.
Ø Lebar maksimum primer berkurang dengan naiknya N.

(Sumber : Wikipedia, 2011)



C. Jenis-jenis Difraksi (Kind of Diffraction)
Difraksi cahaya terdiri atas dua jenis yaitu :
1.    Difraksi Fresnel
Difraksi Fresnel merupakan jenis difraksi dimana sumber cahaya atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat) dari celah difraksi, dan secara umum difraksi yang dibahas merupakan jenis Difraksi Fresnel.
Tinjauan teoritis dari difraksi fresnel sangat kompleks. Berikut gambar dari difraksi fresnel :
(Sumber : My Blog Green, 2010)

2.    Difraksi Fraunhofer
Difraksi Fraunhofer merupakan jenis difraksi dimana sumber, kisi, dan layar jauh jaraknya, sehingga semua garis dari sumber ke kisi dapat dianggap sejajar. Berikut adalah suatu eksperimen  untuk memperoleh pola difraksi fraunhofer dari suatu celah tunggal ;
(Sumber : My Blog Green, 2010)


Pada Difraksi Fraunhofer digunakan lensa cembung yang berfungsi untuk memfokuskan cahaya yang datang dari sumber yang jaraknya sangat jauh. Berkas cahaya tersebut terlebih dahulu difokuskan dengan menggunakan sebuah lensa cembung yang telah diatur agar focus lensa tepat berada pada celah pertama. Dengan demikian, berkas cahaya yan terfokus ini dapat menjadi sumber cahaya baru yang akan didifraksikan.
Sebelum melewati celah difraksi, berkas cahaya terlebih dahulu melewati lensa cembung agar cahaya yang tadinya telah terfokus pada titik fukus lensa pertama dapat sejajar kembali dan kemudian berkas sejajar inilah yang akan mengalami difraksi.
Perlu diperhatikan bahwa jarak antara lensa cembung kedua dan kisi difraksi haruslah sangat kecil agar berkas cahaya tidak sempat difokuskan oleh lensa cembung kedua pada titik fokusnya.
Difraksi dapat digunakan untuk membuktikan bahwa cahaya putih merupakan cahaya polikromatik yang terdiri dari berbagai spectrum warna. Dan spectrum warna cahaya bila dipadukan akan menghasilkan warna putih kembali dapat dibuktikan dengan difraksi fraunhofer.
















KESIMPULAN

Dari uraian di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu :
1.  Difraksi cahaya atau lenturan cahaya dapat terjadi karena pembelokkan arah rambat cahaya oleh suatu penghalang. Penghalang yang dipergunakan biasanya berupa kisi, yaitu celah sempit. Ada 2 macam difraksi, yaitu difraksi pada celah tunggal dan difraksi pada celah ganda.
a.   Persamaan interferensi minimum tersebut, diperoleh persamaan sebagai berikut :
;   m = 1, 2, 3, . . .
b.   Interferensi konstruktif  pada celah ganda terjadi saat:
;   m = 0, 1, 2, 3, . . .
            Untuk sudut yang sangat kecil, maka nilai , sehingga :
2.  Kisi difraksi terdiri atas sejumlah besar garis atau celah yang berjarak sama pada permukaan datar yang berfunsi sebagai alat yang bermanfaat untuk mengukur panjang gelombang cahaya.
a. Kondisi interferensi konstruksi kisi berupa persamaan :
  ; m = 0, 1, 2, 3, …
b. Bentuk persamaannya sama dengan pola interferensi minimum kisi difraksi yaitu:
  ; m = 0, 1, 2, 3, …

3. Difraksi cahaya terdiri atas dua jenis yaitu :
a.  Difraksi Fresnel
Difraksi Fresnel merupakan jenis difraksi dimana sumber cahaya atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat) dari celah difraksi.
b.  Difraksi Fraunhofer
Difraksi Fraunhofer merupakan jenis difraksi dimana sumber, kisi, dan layar jauh jaraknya, sehingga semua garis dari sumber ke kisi dapat dianggap sejajar. Difraksi Fraunhofer umumnya menggunakan lensa cembung untuk memfokuskan berkas cahaya.
DAFTAR PUSTAKA

Cinda, 2011, Difraksi Cahaya,
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid 2 Edisi Kelima, Jakarta : Erlangga.
My Green Blog, 2010, Interferensi dan Difraksi Cahaya,
http://katupatkarau.blogspot.com/difraksi : dikunjungi pada hari Senin tanggal 4 Juli 2011 pukul 20:36 WIB.
Wikipedia, 2011, Difraksi,
http://id.wikipedia.org/wiki/Difraksi  : dikunjungi pada hari Senin tanggal 4 Juli 2011 pukul 20:45 WIB.


Tidak ada komentar:

Poskan Komentar