[Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076
-
Upload
margareta-vania-stephanie -
Category
Documents
-
view
419 -
download
30
Transcript of [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076
![Page 1: [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076](https://reader035.fdokumen.com/reader035/viewer/2022082200/577c7ed71a28abe054a281e2/html5/thumbnails/1.jpg)
MODUL 4
INTERFEROMETER DAN PRINSIP BABINET Margareta Vania Stephanie, Rizky Ayu Ryani Putri, Hendra Setiawan, David Senjaya, Jalu
Setiya Pradana
10213076, 10213064, 10213081, 10213084, 10213098
Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia
Email: [email protected]
Asisten: Fransiska Ratih Widiasari
Tanggal Praktikum: 22 Oktober 2015
Abstrak
Tujuan dari modul ini adalah untuk menentukan rasio pergeseran interferometer dan ketebalan rambut.
Interferensi cahaya adalah peristiwa superposisi dua gelombang cahaya yang menghasilkan pola bervariasi
secara periodik akibat superposisi konstruktif dan superpisisi destruktif. Untuk mendapatkan pola
inteferensi, diperlukan dua sumber cahaya koheren. Interferometer Michelson-Morley menggunakan beam
splitter untuk membagi dua sumber cahaya. Cahaya pantul yang tiba di layar akan mengalami superposisi
konstruktif dan destruktif, membentuk suatu pola interferensi yang bergantung pada beda fasa dari dua
berkas yang tiba di layar. Difraksi adalah peristiwa pelenturan cahaya akibat melalui celah sempit,
gangguan, atau bergerak pada medium yang berbeda. Pengukuran ketebalan rambut dilakukan dengan
memafaatkan prinsip babinet, yaitu pola difraksi menggunakan celah sempit akan menghasilkan pola yang
sama jika celah tersebut diganti dengan komplemennya yaitu rambut. Percobaan pertama adalah mengukur
delta x dari 20 kali putaran mikrometer sekrup sebanyak 10 kali. Percobaan kedua adalah mengukur jarak
antargelap pada pola difraksi yang dihasilkan dari berkas cahaya yang dilewatkan pada sehelai rambut.
Nilai rasio pergeseran pada percobaan Interferometer Michelson-Morley adalah 3495,24 sedangkan nilai
ketebalan rambut adalah 0,0766563 mm.
Kata kunci: Babinet, Difraksi, Interferensi, Interferometer, Koheren
I. Pendahuluan
Tujuan dari modul praktikum ini adalah
untuk menentukan rasio pergeseran
interferometer dan ketebalan rambut dengan
menggunakan prinsip Babinet. Interferensi
cahaya adalah peristiwa superposisi dua
gelombang cahaya yang menghasilkan pola
bervariasi secara periodik akibat superposisi
konstruktif dan superposisi destruktif. Untuk
mendapat pola inteferensi, diperlukan dua
sumber cahaya koheren, yaitu cahaya yang
frekuensi dan amplitudonya sama, serta beda
fasa konstan[1]
. Ada dua metode pembagian
sumber cahaya yaitu metode pembagian
muka gelombang dan metode pembagian
amplitudo . Metode pembagian gelombang
menggunakan prinsip Huygens, dimana jika
satu sumber cahaya dilewatkan pada suatu
celah, maka muka gelombang cahaya
tersebut akan memproduksi gelombang-
gelombang baru dengan panjang gelombang
yang sama[2]
. Metode pembagian amplitudo
adalah membagi gelombang cahaya utama
menjadi dua gelombang cahaya dengan porsi
pembagian yang sama. Umumnya metode
pembagian amplitudo digunakan pada
interferometer yaitu dengan beam splitter.
Gambar 1. Skema Sederhana Interferometer
Michelson-Morley[3]
Beam splitter digunakan untuk membagi
dua sumber cahaya. Cermin M1 dan M2
menerima cahaya dari beam splitter dan
memantulkan kembali cahaya tersebut ke
beam splitter. Cahaya pantulan akan
diteruskan ke layar dan pada layar akan
terjadi superposisi konstruktif dan destruktif
yang membentuk suatu pola interferensi
![Page 2: [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076](https://reader035.fdokumen.com/reader035/viewer/2022082200/577c7ed71a28abe054a281e2/html5/thumbnails/2.jpg)
berentuk lingkaran. Pola yang terbentuk
bergantung pada beda fasa dari dua berkas
yang tiba di layar. Persamaan rasio
pergerseran yang dinyatakan dalam
persamaan berikut,
(1)
Gambar 2. Skema Transmisi dan Pantulan
Cahaya pada Cermin M1 dan M2[4]
Prinsip babinet menyatakan bahwa suatu
sumber akan menghasilkan efek yang sama
jika sumber tersebut diganti dengan sumber
yang kerapatannya sama[5]
. Dengan kata lain,
pola difraksi menggukan celah sempit akan
menghasilkan pola yang sama jika celah
tersebut diganti dengan komplemennya.
Celah sempit dapat diganti dengan sehelai
rambut dan ketebalannya dapat ditentukan
dengan prinsip difraksi. Persamaan yang
digunakan merupakan persamaan pola gelap
difraksi yang didefinisikan sebagai berikut.
= d sin θ (2)
atau
L =
(3)
(a)
(b)
Gambar 3. Skema Difraksi untuk Menghasilkan
Pola Gelap Terang dengan (a) fasa sama; (b)
fasa beda.[6]
Keterangan:
K = rasio pergeseran
N = jumlah putaran pada mikrometer sekrup
n = pola terang/gelap ke-n
λ = panjang gelombang (m)
∆x = jarak pola interferensi ke terang pusat
(m)
d = lebar celah sempit (m)
θ = sudut difraksi (o)
L = jarak sumber ke layar (cm)
II. Metode Percobaan
Ada dua percobaan dari modul ini. Pada
percobaan pertama, kita mau menentukan
rasio pergeseran Di awal, kita nyalakan laser
kemudian tunggu hingga berkas cahaya
terpancar. Kita atur knob dudukan laser agar
berkas cahaya tegak urus dan masuk lensa
divergen. Kemudian atur knob cermin 1
untuk mendapatkan pola interferensi
(lingkaran-lingkaran) di layar. Setelah pola
didapatkan, kita geser knob lain pada cermin
untuk menggeser pola agar berada di tengah
layar (dengan terang pusat di titik nol).
Seteleh itu, kita catat nilai mikrometer sekrup
di awal. Kelompok kami menentukan acuan
bahwa satu pola inteferensi adalah saat pola
lingkaran masuk ke dalam pusat. Kemudian
kita putar mikrometer sekrup 10 kali dengan
acuan demikian. Setelah itu, kita catat nilai di
mikrometer sekrup. Lakukan langkah-
langkah di atas hingga 10 kali.
Percobaan kedua menggunakan prinsip
difraksi, dimana celah diganti sehelai rambut.
Pertama kita aktifkan laser, tunggu hingga
berkas cahaya terpancar. Siapkan layar yag
telah ditempel kertas HVS di depan bangku
optik. Atur berkas cahaya mengenai rambut
pada bangku optik, hingga tampak pola gelap
terang pada layar. Setelah itu, atur jarak
antara laser dan layar, catat sebagai nilai L.
Kemudian tandai bagian terang pusat, 4 gelap
pertama ke kiri dan 4 gelap pertama ke
kanan. Ukur jarak antara gelap sebagai nilai
∆x.
Hipotesis dari percobaan satu adalah
akan muncul pola terang gelap secara
bergantian. Hal ini terjadi karena adanya
beda panjang lintasan (beda fasa) antara dua
berkas cahaya pantulan dari beam splitter.
Berkas yang saling menguatkan akan
menghasilkan pola terang dan berkas yang
saling melemahkan akan menghasilkan pola
gelap. Kemudian, jika mikrometer sekrup
𝑑
cos𝜃
𝑑 (cos 2𝜃)
cos𝜃
![Page 3: [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076](https://reader035.fdokumen.com/reader035/viewer/2022082200/577c7ed71a28abe054a281e2/html5/thumbnails/3.jpg)
diputar, maka pola interferensi di layar akan
berubah-ubah, yaitu pola lingkaran masuk ke
pusat atau keluar dari pusat. Hal ini terjadi
karena adanya pergeseran pada cermin
sehingga mengakibatkan beda fasa dengan
pola sebelum mikrometer sekrup diputar.
Kemudian, untuk percobaan kedua,
ketika berkas cahaya tepat mengenai rambut,
maka muka gelombang cahaya akan
menghasilkan berkas-berkas cahaya baru
yang sejajar, sesuai prinsip Huygens. Berkas-
berkas cahaya yang tiba di layar akan
mengalami interferensi konstruktif dan
destruktif juga sehingga akan dihasilkan pola
gelap terang tetapi dalam bentuk garis, bukan
lingkaran seperti pada interferometer
Michelson-Morley. Semakin jauh jarak
antara sumber cahaya dan layar (L), semakin
besar juga jarak pola antargelap (∆X) karena
dari persamaan (3) kita dapat melihat
hubungan L dan ∆X linear.
III. Data dan Pengolahan Data
A. Percobaan Pertama
Tabel 1. Nilai ∆X, N, K dan dari Percobaan Interferometer Michelson
Morley
N
o.
Xi
(mm)
Xf
(mm) ∆X
(mm) N K (nm)
1 20 18,09 1,91 20 3314,14
2 18,09 16,36 1,73 20 3658,96
3 16,36 14,82 1,54 20 4110,39
4 14,82 13,24 1,58 20 4006,33
5 13,24 11,34 1,9 20 3331,58
6 11,34 9,27 2,07 20 3057,97
7 10,32 8,56 1,76 20 3596,59
8 8,56 6,6 1,96 20 3229,59
9 8,32 6,44 1,88 20 3367,02
10 6,44 4,51 1,93 20 3279,79
3495,24
Nilai K dihitung menggunakan persamaan
(1) dengan nilai ∆X dan N pada tabel 1, serta
nilai λ = 633 nm. Nilai adalah rata-rata dari
10 data K, yaitu 3495,24.
Gambar 4. Pola Interferensi di Layar
B. Percobaan Kedua
Tabel 2.Nilai L dan ∆X dari Percobaan Difraksi
dengan Prinsip Babinet
L
(cm)
n ∆X (cm) per n (cm)
(cm) Kiri Kanan
55
1 0.5 0.4 0.45
0.45625 2 0.5 0.4 0.45
3 0.4 0.5 0.45
4 0.5 0.45 0.475
80
1 0.65 0.7 0.675
0.70625 2 0.7 0.7 0.7
3 0.7 0.7 0.7
4 0.8 0.7 0.75
100
1 0.8 0.9 0.85
0.84375 2 0.85 0.8 0.825
3 0.9 0.9 0.9
4 0.8 0.8 0.8
130
1 1.1 1.1 1.1
1.08125 2 1.1 1 1.05
3 1.1 1.1 1.1
4 1.05 1.1 1.075
Gambar 4. Grafik Jarak Antara Celah dan Layar
(L) terhadap jarak antar gelap rata-rata (∆X)
Persamaan garis untuk grafik di atas adalah
L = 121,1 ∆X – 2,205
rengan R-square = 0,9946.
Nilai gradien pada persamaan garis, yaitu
121,1 merupakan nilai perbadingan antara
lebar celah (tebal rambut) dan panjang
gelombang. Dengan menggunakan nilai λ =
633 nm, maka tebal rambut adalah 0,0766563
mm.
![Page 4: [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076](https://reader035.fdokumen.com/reader035/viewer/2022082200/577c7ed71a28abe054a281e2/html5/thumbnails/4.jpg)
IV. Pembahasan
Pola gelap terang terjadi karena adanya
beda fasa atau beda panjang lintasan antara
dua berkas cahaya pantulan dari beam
splitter. Jika beda panjang lintasan (∆L)
sebesar nλ, maka akan terjadi superposisi
konstuktif dari gelombang (saling
menguatkan) dengan n merupakan bilangan
bulat 0, 1, 2, …. Superposisi konstruktif akan
menghasikan pola terang. Akan tetapi, jika
beda panjang lintasan antara dua berkas
sebesar (n+
)λ, maka terjadi superposisi
destruktif (saling melemahkan). Superposisi
destruktif akan menghasikan pola gelap.
Koherensi adalah sumber cahaya yang
memiliki sifat monokromatik, frekuensi dan
amplitudo sama serta beda fasa konstan.
Untuk mendapatkan pola interferensi yang
bervariasi secara periodik, diperlukan dua
buah gelombang cahaya yang beda fasanya
tidak berubah-ubah terhadap waktu, seperti
laser. Pada laser, gelombang-gelombang
foton yang dihasilkan sejajar satu sama lain,
berosilasi ke arah yang sama dan
menghasilkan medan listrik (polarisasi)
sehingga cahaya yang dihasilkan sangat
terang dan terfokus pada satu daerah[7]
. Jika
beda fasanya berubah-ubah (inkoheren),
maka pola interferensi yang dihasilkan di
layar adalah terang seluruhnya (putih).
Contoh sumber cahaya yang inkoheren
adalah senter. Pada senter, foton-foton yang
dihasilkan berbeda fasa satu sama lain dan
cahayanya akan divergen/ tidak fokus seiring
bertambahnya jarak. Ketika cahaya senter
dilewatkan apada celah, semua panjang
gelombang cahaya tampak akan overlap dan
bergabung secara random menjadi terang
(putih)[8]
.
Proses interferensi Michelson-Morley
adalah sebagai berikut. Sumber cahaya dari
laser datang menuju beam splitter.
Kemudian, sumber cahaya tunggal tersebut
terbagi menjadi dua dimana sebagian cahaya
diteruskan ke cermin M1 dan sebagian lagi
dibelokkan ke cermin M2 (lihat gambar 1).
Cermin M1 dan M2 menerima cahaya dari
beam splitter dan memantulkan kembali
cahaya tersebut ke beam splitter. Dari beam
splitter, cahaya pantulan tersebut akan
diteruskan ke layar. Pada layar terjadi
superposisi konstruktif (pola terang) dan
destruktif (pola gelap) yang membentuk
suatu pola interferensi berbentuk lingkaran.
Pola yang terbentuk bergantung pada beda
fasa dari dua berkas cahaya yang tiba di
layar. Sekrup bisa menyebabkan pola
interferensi bergerak karena pergeseran
posisi cermin dapat menyebabkan perubahan
jarak beam splitter ke cermin. Hal ini juga
menyebabkan adanya perbedaan panjang
lintasan antara dua berkas cahaya. Selain itu,
cahaya yang terpantul jadi tidak tegak lurus.
Dengan demikian, pola interferensi akan
bergerak-gerak jika sekrup diputar.
Penurunan persamaan pola interfernsi
Michelson-Morley adalah sebagai berikut.
Beda panjang lintasan (∆L) antara dua berkas
cahaya yang sampai di layar adalah sebagai
berikut (lihat gambar 2).
∆L =
( 2 )
sehingga
∆L = 2d cosθ
Kemudian, kedua berkas mengalami
pergeseran fasa sebesar π atau
ketika
mengalami pemantulan di cermin M1 dan M2.
Dengan demikian, total panjang lintasan
antara dua berkas cahaya adalah
∆Ltotal =
+ 2 d cos θ
Interferensi konstruktif terjadi jika
∆Ltotal = n.λ
atau beda fasa sebesar
φ = 2 n π
Interferensi destruktif terjadi jika
∆Ltotal = ( )
atau beda fasa sebesar
φ = ( )
2π
Pada suatu keadaan akan timbul pola
interferensi yang bergerak ketika sekrup
tidak diputar. Hal ini terjadi karena intensitas
cahaya berubah-ubah. Perubahan ini
diakibatkan oleh tegangan dari PLN yang
tidak stabil. Jika masukan tegangan tidak
stabil, maka tegangan keluar dari berkas
cahaya juga tidak stabil. Akibatnya terang
pusat akan lebih besar atau lebih kecil dan
menggeser pola-pola lingkaran yang lain.
Makna fisis dari rasio pergeseran adalah
seberapa besar pergeseran panjang lintasan
antara beam splitter dengan cermin akibat
pergerakan mikrometer sekrup. Atau, dengan
![Page 5: [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076](https://reader035.fdokumen.com/reader035/viewer/2022082200/577c7ed71a28abe054a281e2/html5/thumbnails/5.jpg)
kata lain rasio pergeseran adalah faktor
kalibrasi dari interferometer.
Nilai K yang diperoleh dari percobaan ini
adalah 3495,24. Nilai referensi adalah 1 mm :
1140 nm. Terjadi perbedaan K referensi dan
percobaan karena mungkin ada kesalahan
pengamatan saat menghitung acuan satu pola
interferensi menuju pusat sehingga nilai ∆X
salah. Kemudian, mungkin cermin dan
mikrometer tidak terhubung dengan baik
sehingga pemutaran mikrometer tidak
menyebabkan perubahan posisi pada cermin.
Pada percobaan beberapa terjadi perubahan
pergerakan pola, dari masuk menuju pusat
tiba-tiba menjadi keluar dari pusat.
Prinsip Huygens menjelaskan bahwa
setiap muka gelombang dapat dianggap
memproduksi gelombang-gelombang baru
dengan panjang gelombang yang sama
dengan panjang gelombang sebelumnya.
Prinsip Huygens dipakai untuk menjelaskan
terjadinya difraksi cahaya pada celah kecil.
Pada saat melewati celah kecil, muka
gelombang akan menghasilkan gelombang-
gelombang baru yang jumlahnya tak tehingga
sehingga gelombang tidak mengalir lurus
saja, tetapi menyebar. Prinsip babinet adalah
prinsip yang menyatakan bahwa pola difraksi
yang dihasilkan dari suatu celah tunggal,
akan sama dengan pola difraksi yang
dihasilkan dari suatu benda kecil yang
ujurannya identik dengan celah.
Nilai ketebalan rambut yang dihasilkan
adalah 0,0766563 mm. Nilai ini sesuai
dengan referensi yang menyatakan bahwa
ukuran ketebalan rambut pada umumnya ada
di anatara 0,06-0,08 mm[9]
.
Muncul garis tipis pada difraksi terjadi
karena muka gelombang cahaya yang masuk
dalam celah akan terbagi-bagi, menghasilkan
gelombang/berkas-berkas cahaya baru yang
paralel sesuai prinsip Huygens. Misalkan T
adalah sudut difraksi (lihat gambar 3). Dari
persamaan (3), kita bisa melihat bahwa beda
panjang lintasan dua berkas (dsinθ) adalah
kelipatan bilagan bulat dari λ. Berkas-berkas
cahaya yang paralel ini memiliki fasa yang
sama sehingga berkas yang bersudut T di atas
celah akan menempuh jarak λ lebih jauh
daripada berkas cahaya di bawah celah
sempit. Kemudian, berkas cahaya yang
melewati bagian tengah celah akan
menempuh jarak
lebih besar dari berkas
cahaya di bawah celah sempit. Untuk berkas
yang sudut fasanya 0o atau berkas dari
twngah celah, akan menghasilkan pola terang
pusat (garis paling terang). Kemudian, kedua
berkas λ dan
berlawanan fase sehingga
terjadi interferensi destruktif (pola gelap,
tidak ada garis). Untuk berkas yang T nya
lebih besar, akan menempuh jarak 2λ dan
menghasilkan fola terang, namun tidak
seterang pada terang pusat (garis terang).
V. Kesimpulan
1. Nilai rasio pergeseran pada percobaan
Interferometer Michelson-Morley adalah
3495,24. 2. Nilai ketebalan rambut dengan prinsip
babinet adalah 0,0766563 mm.
VI. Pustaka
[1] Hariharan, P. 2007. Basic Interferometry
2nd
Ed. California :Elsevier.
[2] Halliday, D. Resnick,R., and Walker J.
2007. Fundamentals of Physics 9th
Ed. Hoboken:John Wiley & Sons.
p. 959.
[3] Halliday, D. Resnick,R., and Walker J.
2007. Fundamentals of Physics 9th
Ed. Hoboken:John Wiley & Sons.
p. 980.
[4] Michelson Interferometer. Tersedia:
http://www.physics.umanitoba.ca/u
ndergraduate/phys2260/Lectures/In
tro%20Optics%20-
%20PPT%20v2part%2004.pdf [23
Oktober 2015]
[5] Born, Max and Emil Wolf. 1999.
Principles of Optics 7th Ed.
Cambridge:Cambridge Universit
Press. p. 423.
[6] Single Slit Diffraction Pattern of Light.
Tersedia:
http://www.math.ubc.ca/~cass/cour
ses/m309-03a/m309-
projects/krzak/ [24 Oktober 2015]
[7] What is Laser? Tersedia:
http://www.nobelprize.org/educati
onal/physics/laser/facts/ [23
Oktober 2015]
![Page 6: [Modul 4 Interferometer Dan Prinsip Babinet]Margareta Vania Stephanie 10213076](https://reader035.fdokumen.com/reader035/viewer/2022082200/577c7ed71a28abe054a281e2/html5/thumbnails/6.jpg)
[8] Rex, Andrew. 2014. Commonly Asked
Questions in Physics. Florida:CRC
Press. p. 114
[9] Hair Dictionary: Important Facts about
Hair. Tersedia:
http://www.schwarzkopf.internatio
nal/sk/en/home/hair_repair/tips_an
d_tricks/hair_science/hair_dictiona
ry.html [23 Oktober 2015]