INTERFERENSI GELOMBANG

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Interferensi gelombang cahaya mula-mula diperlihatkan oleh Thomas Young dalam tahun 1801. Dalam percobaannya Young menjelaskan bahwa difraksi merupakan gejala penyebaran arah yang dialami oleh seberkas gelombang cahaya ketika melalui suatu celah sempit dibandingkan dengan ukuran panjang gelombangnya. Jika pada difraksi tersebut berkas gelombangnya melewati dua celah sempit maka ketika dua gelombang atau lebih tersebut bertemu atau berpadu dalam ruang maka medan-medan tersebut akan saling menambahkan dengan mengikuti prinsip superposisi.

Dengan menggunakan sumber gelombang yang sama (sumber cahayanya sama) dan dengan panjang gelombangnya diketahui juga, maka dapat ditentukan jarak yang sangat pendek serta sifat medium optiknya akan mudah teramati.

Interferensi adalah suatu kejadian dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang bersamaan. Hal ini mengakibatkan terjadinya superposisi dari gelombang gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola intensitas baru.

1.2   Tujuan Eksperimen

Adapun tujuan dari eksperimen mengenai Interferometer adalah menentukan panjang gelombang (λ) sinar laser He-Ne dengan menggunakan pola interferensi.

1.3  Rumusan Masalah

Bagaimana bentuk pola interferensi sinar laser He-Ne dan berapakah panjang gelombangnya ? 

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Interferometer

Interferensi gelombang cahaya mula-mula diperlihatkan oleh Thomas Young dalam tahun 1801. Dalam percobaannya Young menjelaskan bahwa difraksi merupakan gejala penyebaran arah yang dialami oleh seberkas gelombang cahaya ketika melalui suatu celah sempit dibandingkan dengan ukuran panjang gelombangnya. Jika pada difraksi tersebut berkas gelombangnya melewati dua celah sempit maka ketika dua gelombang atau lebih tersebut bertemu atau berpadu dalam ruang maka medan-medan tersebut akan saling menambahkan dengan mengikuti prinsip superposisi.

Dengan menggunakan sumber gelombang yang sama (sumber cahayanya sama) dan dengan panjang gelombangnya diketahui juga, maka dapat ditentukan jarak yang sangat pendek serta sifat medium optiknya akan mudah teramati.

Pemantulan dan pengendalian semua variabel proses seperti daya, temperatur, dan tekanan merupakan kebutuhan mutlak dalam bidang industri. Instrumentasi merupakan alat yang dapat digunakan untuk memantau dan mengendalikan variabel proses tersebut. Dari hasil pemantulan maka dapat diketahui apakah sistem berjalan sesuai dengan yang dikehendaki atau tidak. Bila terjadi penyimpangan, maka diperlukan tindakan kontrol sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan.

Salah satu peralatan instrumentasi yang banyak digunakan adalah Interferometer. Interferometer merupakan perangkat ukur yang memanfaatkan gejala interferensi. Interferensi adalah suatu kejadian dimana dua gelombang atau lebih berjalan melalui bagian yang sama dari suatu ruangan pada waktu yang bersamaan. Hal ini mengakibatkan terjadinya superposisi dari gelombang gelombang tersebut sehingga menghasilkan pola intensits baru.

Dengan ditemukannya sinar laser yang mempunyai sifat koheren, maka Interferometer dapat menjadi perangkat yang sangat berguna dalam industri. Interferometer dapat digunakan untuk mengukur getaran permukaan, simpangan, kecepatan partikel, temperatur dan sebagainya. Pengukuran berlangsung tanpa kontak mekanik sehingga tidak membebani obyek yang diukur. Disamping itu kepekaannya sangat tinggi: simpangan dengan orde kurang dari panjang gelombang cahaya dapat dideteksi dengan mudah.

Untuk mengatasi kesulitan analisa kuantitatif dari pola interferensi, maka digunakan komputer. Komputer mampu mengolah data dan menyimpannya dalam kecepatan yang sangat tinggi. Dengan demikian, maka informasi mengenai obyek yang diukur dapat segera diperoleh.

Oleh sebuah foto detektor, yang mengubah fluks intensitas cahaya menjadi arus listrik. Arus ini diterima oleh sebuah penguat dan sekaligus bekerja untuk mengubah arus tersebut menjadi tegangan. Sinyal tersebut lalu dilewatkan ke sebuah filter untuk menghilangkan komponen DC dan menghilangkan noise, dan dilewatkan ke limiter agar tegangan sinyal tidak melampaui ADC pada komputer. Data yang didapat dimasukkan ke komputer melalui interface input. Di dalam komputer, data itu diolah dan disimpan. Untuk memantau bentuk sinyal, maka digunakan osiloskop.

2.2 Sistem Interferometer

Peralatan Interferometer terdiri atas empat bagian pokok yaitu sinar laser, detektor, sistem akuisisi data dan komputer. Dalam Interferometer, sumber cahaya yang digunakan adalah sinar laser. Sinar laser (Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation) merupakan cahaya yang intensitasnya digandakan dan difokuskan pada arah tertentu.

Sinar laser bersifat koheren dan mempunyai intensitas yang sangat tinggi Tahun 1960 untuk pertama kalinya sinar laser He-Ne di demontrasikan oleh Javan, Bennet dan Heriot. Setelah itu berkembang sinar laser jenis gas seperti kripton dan sinar laser jenis zat cair seperti laser dyne.

Supaya dapat mengadakan interferensi, maka sinar laser tersebut dipisahkan oleh pemisah berkas menjadi dua bagian yaitu berkas uji dan berkas referensi. Berkas uji adalah berkas cahaya yang dikenakan atau dipantulkan dengan obyek yang akan diukur. Berkas referensi adalah berkas cahaya yang pola fasanya dipertahankan tetap. Setelah dilakukan pengujian, maka berkas uji dan berkas referensi dipertemukan. Interferensi antara keduanya memberikan informasi mengenai obyek yang memantulkan berkas uji tersebut.

Pola interferensi ini diterima oleh detektor yang dilengkapi dengan sistem akuisisi data. Sistem akuisisi data terdiri dari dua bagian yaitu sistem pengkondisi sinyal dan interface. Detektor adalah alat untuk mengubah besaran fisik dalam hal ini fluks intensitas cahaya menjadi besaran listrik. Pemilihan detektor didasarkan pada akurasi, presisi, linieritas dan kestabilan temperatur. Detektor yang sering digunakan dalam interferometer adalah foto detektor. Jika detektor ini ditembus oleh sinar laser maka akan terjadi ionisasi.

Hal ini menyebabkan timbulnya arus listrik. Karena arus listrik yang ditimbulkan oleh detektor sangat kecil, maka perlu diperkuat dan diubah menjadi tegangan oleh sistem pengkondisi sinyal. Selain memperkuat, sistem pengkondisi sinyal juga melakukan filtering yaitu mereduksi noise dan sinyalsinyal yang tidak dikehendaki. Sinyal tersebut lalu diubah menjadi sinyal digital oleh ADC dan dimasukkan ke komputer melalui interface input.

Interferensi dua atau lebih gelombang akan terjadi bila gelombang yang sama bersuperposisi dengan fase yang berbeda. Beda fase kedua atau lebih gelombang haruslah cukup kecil sehingga interferensi dapat teramati dengan baik. Interferensi maksimum terjadi bila kedua gelombang saling menguatkan dan memperlihatkan oleh daerah gelap. Panjang gelombang () cahaya monokromatis (menggunakan sinar laser He-Ne) dapat ditentukan dengan interferometer menggunakan rumus:

Dengan :

                = Panjang Gelombang

               d_m = Jarak antara garis terang dan gelap

               m  = Jumlah garis terang/gelap

3.3 Syarat Interferensi Maksimum (Konstruktif)

Seperti yang telah kita ketahui dari pembahasan gelombang sebelumnya, interferensi maksimum terjadi jika kedua gelombang memiliki fase yang sama (sefase). Dua gelombang memiliki fase yang sama apabila selisih lintasannya sama dengan nol atau bilangan bulat kali panjang gelombang ().

Secara matematik dapat dituliskan persamaan:

               d sin  = m. ;                      m = 0, 1, 2, 3.......

Bilangan m disebut orde atau nomor terang. Untuk m = 0 disebut maksimum orde ke nol (terang pusat), untuk m = 1 disebut terang ke-1, dan seterusnya. Karena 1>d, maka sudut  sangat kecil. Jadi, dapat digunakan pendekatan sin  sehingga persamaan tersebut menjadi:

P d = m

Dengan p adalah jarak terang ke-n dari terang pusat.

3.4 Syarat Interferensi Minimum (Destruktif)

Interferensi minimum terjadi jika beda fase kedua gelombang 180⁰ atau  rad. Ini berarti beda lintasan kedua gelombang sama dengan bilangan ganjil kali setengah . Secara sistematik juga dapat ditulis:

d sin  = (m-½) ;                   m = 1, 2, 3.......

Bilangan m disebut orde atau nomor gelap. Tidak ada gelap ke nol. Untuk m = 1 disebut minimum orde ke-1 atau gelap ke-1, dan seterusnya. Mengingat sin  maka persamaan menjadi:

P d = (m-½)

Dengan p adalah jarak gelap ke-m dari terang pusat.

BAB III

METODOLOGI

Laser pada dasarnya merupakan sebuah osilator optik. Kata laser didapatkan dari singkatan “Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation“, yaitu sebuah berkas cahaya bersifat monokromatik dan koheren yang diperoleh dari adanya emisi radiasi yang terstimulasi (terangsang). Koheren disini berarti gelombang-gelombang yang mempunyai fase yang sama atau yang mempunyai beda fase yang selalu tetap.

Laser He-Ne menggunakan dua atom Helium dan Neon, yang mempunyai sistem kombinasi gas yang sesuai. Tingkat energi keadaan tereksitasi kedua atom hampir berhimpit. Jika keadaan tereksitasi, salah satu atom Helium metastabil maka gas Neon akan berfungsi sebagai keluaran pada saat proses aksitasi. Akibatnya tingkat energi eksitasi jauh lebih tinggi dan atom Neon dapat meluruh disertai radiasi foton.

Interferensi maksimum terjadi bila kedua gelombang saling menguatkan dan memperlihatkan oleh daerah gelap. Panjang gelombang () cahaya monokromatis (menggunakan sinar laser He-Ne) dapat ditentukan dengan interferometer menggunakan rumus:

3.1 Alat dan Bahan

1.      Interferometer

2.      Layar

3.      Bangku Optik + Lensa Pembesar

4.      Laser sebagai sumber cahaya monokromatis

3.2 Langkah Eksperimen

1.      Persiapan

1)      Interferometer di tempatkan pada bangku optik dan disusun seperti gambar berikut :

2)      Laser dihidupkan

3)      Sekrup dan beam spliter dilonggarkan dan diputar sehingga sinar laser langsung menuju M₂. M₂ diatur sehingga sinar yang dipantulkan segaris dengan sinar datang. Pada posisi tersebut, sekrup M₂ dikencangkan

4)      Beam spliter diputar pada posisi 45⁰ terhadap sinar datang. Akan terlihat 2 set titik cahaya pada layar. Beam spiletr diatur sehingga kedua set titik tersebut terfokus. Pada posisi tersebut sekrup beam spliter dieratkan

5)      Kedua titik cahaya pada layar disatukan dengan mengatur M₁. Kemudian, antara laser dan inetrferometer ditemnpatkan lensa

2.      Pengukuran Panjang Gelombang Sinar Laser

1)      Peralatan disusun seperti gambar berikut dan dipastikan pola interferensi dapat terlihat dengan jelas

2)      Tombol micrometer diatur sehingga lengannya sejajaar dengan sisi dasar interferometer. Pada posisi ini hubungan antara perputaran tombol dan pergerakan cermin hampir mendekati linear

3)      Tombol micrometer diputar satu kali putaran penuh berlawanan dengan arah jarum jam. Putaran diteruskan sampai titik nol pada tombol segaris dengan tanda yang ada pada micrometer

4)      Layar diganti dengan selembar kertas putih kosong dan diberi tanda di antara 2 cincin

5)      Tombol micrometer diputar berlawanan arah dengan jarum jam dan dihitung cincin yang melewati tanda

6)      Dibaca skala pada micrometer dan dicatat nilainya (d_m) Dicatat juga banyaknya cincin yang melewati tanda (m)

7)      Diulang langkah 5) dan 6) sebanayk 10 kali

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1    Hasil Eksperimen

 

No.	dm ( x 10-6)	m	No.	dm ( x 10-6)	m
1.	8	22	6.	6	16
2.	7	18	7.	6	16
3.	6	16	8.	4	14
4.	8	22	9.	6	16
5.	10	26	10.	8	22

4.2    Analisis Data

No.	λ	No.	λ
1.	7270 Å	6.	7500 Å
2.	8750 Å	7.	7500 Å
3.	7500 Å	8.	5710 Å
4.	7270 Å	9.	7500 Å
5.	7690 Å	10.	7270 Å

Data tersebut diperoleh melalui perhitungan sebagai berikut :

Dengan menggunakan persamaan didapatkan nilai λ untuk tiap kali percobaan adalah :

1)      Percobaan 1 :

 =

 = 0,727 x 10^-6  m       

    = 7270 Å

2)      Percobaan 2

=

   = 0,875 x 10^-6  m       

   = 8750 Å

3)      Percobaan 3

   =

   = 0,75 x 10^-6  m       

   = 7500 Å

4)      Percobaan 4

   =

   = 0,727 x 10^-6 m       

   = 7270 Å

5)      Percobaan 5

   =

   = 0,769 x 10^-6  m       

   = 7690 Å

6)      Percobaan 6

   =

   = 0,75 x 10^-6  m       

   = 7500 Å

7)      Percobaan 7

   =

   = 0,75 x 10^-6  m       

   = 7500 Å

8)      Percobaan 8

   =

   = 0,571 x 10^-6  m       

   = 5710 Å

9)      Percobaan 9

   =

   = 0,75 x 10^-6  m       

   = 7500 Å

10)   Percobaan 10

   =

   = 0,727 x 10^-6  m       

   = 7270 Å

4.3    Ralat Pengukuran

N0	λ  (Å)	(λ rata-rata - λ)	∑ (λ rata-rata - λ)²
1	7270	126	15876
2	8750	-1,354	1,83316
3	7500	-104	10816
4	7270	126	15876
5	7690	-294	86436
6	7500	-104	10816
7	7500	-104	10816
8	5710	1,686	2,842596
9	7500	-104	10816
10	7270	126	15876
	λ rata-rata = 7396 Å		∑(λ rata-rata - λ)² = 17.733,267

Ralat Mutlak 

=

=

= 4,439

Ralat Nisbi 

=

= 0,06%

Keseksamaan = 100% - ∆l

                         

                        = 100% - 0,06%

                        = 99,94%

Data Hasil Pengukuran =   λ rata-rata ± ∆ λ

                                    = 7396 ± 4,439

                                   

4.4  Pembahasan

            Eksperimen ini dilakukan di Laboratorium Eksperimen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Bengkulu. Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan diperoleh panjang gelombang rata-rata sebesar 7396Å ini menandakan panjang gelombang maksimum terjadi pada saat mencapai nilai rata-rata tersebut. Untuk mengetahui nilai ketepatan dari suatu pengukuran maka dibutuhkan sebuah ralat, dari hasil ralat pengukuran di peroleh data hasil sebesar 7396 ± 4,439. Sebagaimana kita ketahui interferensi adalah perpaduan dua gelombang atau lebih yang terjadi jika gelombang yang sama bersuperposisi dengan fase yang berbeda. Beda fase kedua atau lebih gelombang haruslah cukup kecil sehingga interferensi dapat teramati dengan baik.     

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil percobaan diatas maka dapat disimpulkan

1. Interferensi maksimum terjadi saat panjang gelombangnya mencapai 7396 Å

2.      Dari ralat hasil  pengukuran diperoleh keseksamaan sebesar  99,94%

5.2 Saran

            Adapun saran yang diperlukan sebelum melakukan percobaan adalah:

1.      Praktikan harus sudah memahami konsep interferensi dengan baik dan benar agar memudahkan dalam melaksanakan percobaan.

2.      Praktikan harus mengamati hasil percobaan dengan baik dan benar untuk memperoleh data yang baik.         

DAFTAR PUSTAKA

Michelson, A. 2008. Bentuk Dan Hubungan Grafik Antara Jumlah Frinji (N) Dengan Pergeseran Cermin . http://one.indoskripsi.com/click/4474/0

MT, Hasan. 1998. Interferometer. Bandung : Badan Tenaga Atom Nasional

http://www.elektroindonesia.com/elektro/inst13.html

Samdara, Rida. 2008. Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika 1. Bengkulu : Laboratorium Eksperimen FMIPA UNIB.

Yustina, R. 1992. Buku Panduan Fisika Gelombang Optik. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama