LAPORAN R-LAB. Pengukuran Lebar Celah

Transkripsi

1 LAPORAN R-LAB Pengukuran Lebar Celah Nama : Ivan Farhan Fauzi NPM : Fakultas Departemen Kode Praktikum : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam : Fisika : OR02 Tanggal Praktikum : 27 April 2009 Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar (UPP-IPD) Universitas Indonesia Depok

2 PENGUKURAN LEBAR CELAH 1. Tujuan Percobaan pengukuran lebar celah ini bertujuan untuk mengukur lebar celah tunggal dengan menggunakan metode difraksi. 2. Alat a. Piranti laser dan catu daya b. Piranti pemilih otomatis celah tunggal c. Piranti scaner beserta detektor fotodioda d. Camcorder e. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis 3. Teori Jika muka gelombang bidang tiba pada suatu celah sempit (lebarnya lebih kecil dari panjang gelombang), maka gelombang ini akan meng-alami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di belakang celah tersebut. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi. Difraksi merupakan pembelokan cahaya di se-kitar suatu penghalang /suatu celah. Semakin kecil penghalang atau celah yang menghalangi cahaya tersebut, maka penyebaran gelombang akan menjadi semakin besar. Hal ini bisa diterangkan oleh prinsip Huygens. Menurut prinsip Huygens, pada saat melewati celah kecil, muka gelombang (wave front) akan menimbulkan wavelet-wavelet baru yang jumlahnya tak terhingga sehingga gelombang tidak mengalir lurus saja, tetapi menyebar.

3 Difraksi atau pembelokkan (pelenturan) cahaya merupakan salah satu cara untuk menguji apakah cahaya merupakan suatu gelombang. Difraksi cahaya sebenarnya sudah ditemukan sejak pertengahan abad ke-17 oleh Fransesco Grimaldi. Namun baru 10 tahun setelah penemuan Young, orang mengakui bahwa cahaya mempunyai sifat gelombang. Augustin Fresnel dan Francois Argo menunjukkan sederetan percobaan difraksi dan interferensi yang menyimpulkan bahwa cahaya adalah gelombang. Gambar 5.1 merupakan suatu tepi tajam yang menghalangi sumber cahaya dengan layar Jika tidak ada difraksi kita mengharapkan pada layer akan gelap. Namum kenyataannya pada layer terdapat pola gelap dan terang, pola-pola tersebut timbul karena adanya peristiwa pelenturan (difraksi) cahaya oleh tepi tajam tersebut.

4 Difraksi celah tunggal Berkas sinar dengan panjang gelombang λ yang dilewatkan pada sebuah celah sempit dengan lebar a akan mengalami difraksi. Pola difraksi ini dapat dilihat pada layar atau diukur dengan sensor cahaya. Jika jarak antara celah dengan layar jauh lebih besar dari pada lebar celah (L» a), maka berkas yang sampai di layar dapat dianggap paralel. Pada difraksi celah tunggal, pola gelap (intensitas minimum) akan terjadi jika perbedaan panjang lintasan berkas (a sin θ) antara berkas paling kiri dan berkas paling kanan sebesar λ, 2λ, 3λ, dst, (Gbr. 1). Dengan demikian pola gelap pada difraksi yang terjadi karena celah tunggal dapat dinyatakan oleh: [1] dengan n=1, 2, 3,... (1) Gbr.1. Diagram difraksi pada celah tunggal Pola interferensi dihasilkan dari celah ganda. Kita juga dapat menghasilkan pola interferensi dengan celah tunggal yang lebar celahnya mendekati l (tidak lebih kecil atau lebih besar) m= + 1 m= -1

5 Catatan : terang pusat lebarnya dua kali terang kedua. Syarat terjadinya garis gelap ke-m adalah: d sin m ; m 1,2,3,... Untuk sudut θ yg kecil, berlaku: pd l m d sin ( m ) ; m 0,1,2,... Syarat terjadinya garis terang ke-m adalah: 1 2 Untuk sudut θ yg kecil, berlaku : pd l ( m ) 1 2 Difraksi Fresnel Jenis difraksi dimana sumber cahaya dan/atau layar terletak pada jarak tertentu (dekat) dari celah difraksi. Tinjauan teoritis dari difraksi Fresnel sangat kompleks. P Source Viewing screen Diffraction slit

6 Difraksi Fraunhofer Berikut adalah susunan eksperimen untuk memperoleh pola Difraksi Fraunhofer dari suatu celah tunggal: P Light source Source slit f 2 Diffraction slit f 1 viewing screen Difraksi Fraunhofer celah tunggal Kondisi untuk interferensi destruktif oleh cahaya dari titik-titik yang terpisah sejauh a/2: a sin 2 2 Kondisi untuk interferensi destruktif oleh cahaya dari titik-titik yang terpisah sejauh a/4: a sin 4 2 Kondisi untuk interferensi destruktif oleh cahaya dari titik-titik yang terpisah sejauh a/2m (m = non-zero integer) : a sin 2m 2 Sehingga, kondisi umum untuk interferensi destruktif : (m = 1, 2, 3,..) sin m a

7 Gambar Ilustrasi Percobaan 4. Prosedur Percobaan Eksperimen pengukuran panjang gelombang sinar laser dengan menggunakan kisi difraksi pada rlab ini dilakukan dengan memilih (mengklik) tombol menu rlab pada bagian akhir halaman web yang berjudul Manual Pengukuran Panjang Gelombang Laser (di website Langkah kerja eksperimen kemudian dapat dilihat pada tampilan yang tersedia dan harus mengikuti langkahlangkah tersebut secara berurutan. Kemudian peralatan rlab akan langsung bekerja secara otomatis sesuai dengan prosedur kerja yang dilakukan praktikan. Ada 3 prosedur kerja dalam rlab, yaitu: - Mempersiapkan dan memasangkan kisi pada peralatan. (perintah SLIDE ) - Menghidupkan catu daya untuk menyalakan laser. (perintah ON/OFF )

8 Intensitas (I) - Mengaktifkan dan menjalankan sensor cahaya untuk mendeteksi pola difraksi laser. (perintah START ) 5. Hasil dan Evaluasi a. Pengolahan Data Grafik intensitas pola difraksi (I vs x ) 3 Grafik Intensitas terhadap Posisi (I vs x) Posisi x (mm) Letak Terang Pusat intensitas minimum orde pertama (n=1), orde ke-2 (n=2), orde ke-3 (n=3), dst. Dari data yang didapat dan grafik yang dibuat, didapatkan beberapa titik maksimum dan minimum. Posisi garis gelap dan garis terang dapat ditentukan dengan data dan grafik tersebut yang terjadi karena adanya intensitas maksimum dan minimum. Intensitas maksimum merupakan garis terang, sedangkan intensitas minimum merupakan garis gelapnya. Titik maksimum yang paling tinggi adalah sebagai garis terang utama dengan intensitas paling tinggi. Menurut data percobaan, titik maksimum adalah titik pada data ke 410, pada posisi x=179,96 mm dengan intensitas I=2,72.

9 Posisi garis gelap dapat ditentukan dengan data dan grafik tersebut yang terjadi karena adanya intensitas minimum. Dari data dan grafik tersebut, didapatkan hasil yang berupa tabel berikut : N Minimum kiri Minimum kanan I , ,8 190, ,44 192,28 0, ,88 194,92 0, ,68 201,08 0, ,76 0, ,3 223,96 0, ,64 239,36 0, ,6 249,04 0, ,92 270,60 0, ,52 296,12 0, ,4 307,56 0, ,24 319,44 0, ,88 329,56 0, ,52 335,72 0, ,36 344,52 0, ,88 350,24 0, ,08 0, ,96 358,6 0,01 Menentukan jarak antara dua minimum dari setiap orde (n = 1), (n = 2), sampai (n = 19) N Minimum kiri Minimum kanan x kanan x kiri

10 Menentukan sinus sudut yang dibentuk oleh selisih ketinggian dengan jarak antara celah dengan layar. Ditentukan jarak antara celah ke layar L = 1 m =1000 mm Maka, ( ) ( ) ( ) ( ) Dengan table dapat ditentukan nilai sinus : N x L (mm) (mm) sin t

11 sin t Grafik sin t vs x y = x R² = x (mm) Diketahui λ = ( 650 ± 10 ) nm. Berdasarkan grafik sin t vs x di atas, maka didapatkan persamaan: Jadi,, dan Oleh karena itu,

12 b. Analisis Salah satu sifat gelombang adalah dapat mengalami superposisi serta interferensi dan difraksi cahaya. Pada percobaan pengukuran lebar celah ini, sifat gelombang yang dimanfaatkan adalah interferensi dan difraksi cahaya. Interferensi dapat dihasilkan dari sebuah cahaya tunggal yang cahayanya dipecah menjadi dua atau lebih dengan cara melewatkan berkas cahaya pada sebuah celah atau lebih. Pola-polanya dapat terdiri atas konfigurasi gelap dan terang, yang sesuai dengan besarnya intensitas pada masingmasing titik atau posisi. Perbedaannya pola gelap tidak memiliki gelap pusat. Pola gelapterang yang terjadi sebagai hasil interferensi menunjukkan pola yang ritmik. Pola terang muncul karena dua gelombang yang terdifraksi memiliki fase yang sama. Pola gelap-terang tersebut dinamai berdasarkan urutan relatif terhadap titik pusat (p). Pola terang yang yang memiliki intensitas cahaya paling tinggi disebut sebagai terang pusat yang pada percobaan ini didapat bahwa terang pusat terletak pada x=179,96 mm dengan intensitas I=2,72. Pola terang di atasnya (atau di bawahnya) disebut sebagai orde atau terang ke 1, ke 2 dan seterusnya. Demikian juga dengan pola gelap. Pola ini dapat terlihat dari intensitas cahaya pada data percobaan dan juga grafik yang dihasilkan. Apabila grafik diperbesar, akan terlihat titik yang bervariasi naik kemudian turun, lalu naik lagi dan turun lagi. Inilah pola interferensi yang dihasilkan dari metode difraksi ini. Pada percobaan, cahaya pada tempat percobaan harus diusahakan terisolasi dari cahaya selain cahaya sumber yang dipakai agar intensitas cahaya pada hasil percobaan tidak terpengaruh. Berdasarkan hasil pengolahan data yang didapat, besarnya celah yang dilewati oleh cahaya adalah 0,0204 mm. Sedangkan jarak antara celah dan layar tangkap, digunakan asumsi bahwa jaraknya adalah 1 meter. Jarak antara celah dan layar tangkap ini merupakan asumsi praktikan karena dua alasan, yaitu tidak terdapat data yang pasti mengenai jarak L antara celah dan layar tangkap pada percobaan ini.

13 Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi percobaan ini, sehingga dapat mempengaruhi data dan hasil pengolahannya seperti tidak terdapat data mengenai panjang jarak antara celah dengan layar tangkap. Selain itu, praktikum R-lab ini hanya dapat dilihat melalui video pada halaman website, sehingga praktikan tidak dapat melihat percobaan ini secara langsung dan tidak dapat memastikan apakah semua alat telah dipasang dan dilakukan percobaan dengan baik atau tidak. 6. Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan dan hasil pengolahan serta analisis yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: a. Lebar celah dapat diukur dengan menggunakan metode difraksi b. Lebar celah pada percobaan ini merupakan lebar celah tunggal dengan d= 0,0204 mm. c. Intensitas yang dihasilkan dari metode difraksi dapat membentuk pola terang dan gelap, yang besarnya bervariasi naik dan turun sesuai dengan pola terang dan gelapnya. Referensi Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall, NJ, Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

14 Data percobaan No. Posisi Posisi Posisi Intensitas No. Intensitas No. (mm) (mm) (mm) Intensitas

15

16

17

18

19

20