Kisi difraksi

JURNAL PRAKTIKUM GELOMBABG- Kisi Difraksi

Abstrak-Judul dari percobaan ini yakni kisidifraksi. Tujuan dari percobaan ini yakni untukmempelajari gejala difraksi, menentukan konstanta difraksidan mengetahui pengaruh jarak kisi –layar terhadap polagelap terang yang dihasilkan. Percobaan ini dilakukandengan persiapan alat dan bahan diantaranya layar , relpresisi, statip, mistar, laser..untuk percobaan pertamamenetukan konstanta kisi ditentukan jarak laser kisi 30 cmdan kisi ke layar sebesar 50 cm lalu layer dihidupkan dandiukur jarak pola terang ke pusat lalu untuk percobaanpengaruh jarak kisi layar yakni divariasi jarak kisi-layar 25cm, 50 cm, 75 cm lalu diamati dan diukur pola gelap terangke pusat. Kesimpulan dari percobaan kisi difraksi iniyakni pertama, semakin besar jarak antara kisi kelayar maka semakin besar pula jarak antara polaterang ke pusat. Kedua, konstanta yang dihasilkanuntuk konstanta kisi celah 1 yakni rata-rata 1,1 105

dan untuk kisi 2 sebesar 2,1 105

Kata kunci – difraksi, kisi difraksi, konstanta kisi,pola terang

I. PENDAHULUAN

Cahaya merupakan komponen alam yang seringdijumpai. Hal ini dikarenakan cahaya merupakan salahsatu sumber kehidupan dibumi. Pada dasarnya dalamsebuah tinjauan berbagai konsep ilmu, cahaya memilikiperannya masing-masing. Dalam tinjauan analisa secarafisika, cahaya merupakan salah satu gelombangelektromagnetik. Karena cahaya merupakan gelombangmaka secara sifatnya dapat dipantulkan ,dibiaskan atauistilah umumnya difraksi, refleksi atau yang lain. Namunpada kali ini akan dikhususkan pada difraksi cahaya.

Banyak sekali aplikasi dari difraksi cahaya inimisal warna-warni permukaan CD (compact disc), sinarcahaya matahari pada atmosfer dan spektroskop namunpada spektroskopi modern yang menggunakan kisidifraksi. Dari beberapa aplikasi diatas akan memberialasan kuat untuk dilakukan suatu percobaan kisi difraksicahaya agar memahami secara langsung tentang konsepkisi difraksi dan proses difraksi itu sendiri yang nantinyadiharapkan dapat ditemukan jawabannya pada praktikumkisi difraksi ini.

II. DASAR TEORI

2.1 Difraksi cahaya

Suatu penghalang ditempatkan diantara layardan sumber cahaya (sumber titik), maka akan tampakbayangan lebih berupa garis gelap terang disekitar

bayangan utama pada layar, seperti ditunjukkanpada gambar berikut

Gambar 1. Difraksi

Leonardo Davinci (1542-1519) dan studi tentangfenomena ini dipublikasikan pertama kali oleh FransescoMaria Grinaldi (1618-1663) pada tahun 1665 yaknitentang deviasi cahaya yang merambat lurus, yangkemudian disebut diffractio. Pembelokan arah cahayapada proses difraksi tidak dapat diterangkan denganhukum pemantulan dan pembiasan. Karakterisitikfenomena ini terjadi bila bagian muka gelombang cahayaterhambat selama merambat . jika dibandingkan denganinteferensi, maka pada difraksi juga terjadi superposisi,keduanya tidak berbeda secara fisik. Bedanya hanya padjumlah gelombang yang bersuperposisi lebih banyakndibandingkan pada interferensi[4].

2.2 Eksperimen Young

Dalam percobaan yang terkenal dilakukan olehThomas Young pada tahun 1801. Beliau menyatakan sifatgelombang cahaya, dua sumber cahaya koherendihasilkan dengan menerangi dua celah sejajar dengansumber cahaya tunggal dan di celah yang sangat sempit .ketika gelombang menghadapi sebuah rintangan yangmemiliki lubang yang kecil , lubang kecil itu bertindaksebagai sumber titik gelombang.

Pada percobaan young setiap celah bertindaksebagai sumber garis yang ekivalen dengan sumber titikdalam 2 dimensi. Pola inteferensi tersebut diamati padalayar yang jauh dari celah tadi., yang dipisahkan sejarakd. Pada jarak yang sangat jauh dari celah, garis-garis darikedua celah kesatu ke p dilayar akan hampir sejajar . danperbedaan lintasan kira-kira sebesar d sin Ө, sepertigambra berikut

Kisi DifraksiAris Widodo,Arum puspitasari, Umi Maslakah, M. zainuri

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh NopemberJl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: [email protected]


Gambar 2. Geometri Percobaan young

Sehingga didapatkan persamaan berikut md sin m= 0,1,2..................(1)

Dan untuk interferensi minimum

)2

1(sin md m= 0,1,2.....................(2)

Karena sudut sangat kecil maka

L

y tansin .......................................(3)

[5].2.3 Prinsip HuygensPada gambar berikut memprlihatkan sebagian

bidang gelombang (wavefront) seperti memancar darisebuah titik

Gambar 3. Bidang gelombang sferis dari sumber titikAdalah laju gelombang. Namun jika sebagian

gelombang itu dihadang hambatan atau jika gelombangmelewati medium berbeda. Maka penentuan gelombangbaru pada saat t +dt menjadi lebih sulit. Perambatangelombang apapaun melalui ruang dapat digambarkanmenggunakan metode geometris yang ditemukanHuygens sebagai prinsip huygens “ setiap titik padabidang gelombang primer (utama) bertindak sebagaisumber anak gelombang (wavelets) sekunder yangmerupakan perkembangan dengan laju dan frekuensisama dengan gelombang primernya [1].

2.4 Difraksi Celah Banyak

Kisi difraksi disebut juga celah majemuk yaitucelah-celah sempit yang

tertata rapi dengan jarak yang cukup dekat. Padakisi ini biasanya tertulis data N garis/cm. Dari nilai Nini dapat ditentukan jarak antara celah d denganhubungan sebagai berikut: Jika cahaya melawati celahmajemuk (kisi) maka cahaya itu akan mengalamidifraksi. Bukti difraksi pada kisi ini dapat dilihat daripola-pola interferensi yang terjadi pada layar yanghdipasang dibelakangnya. Pola interferensi yangdihasilkan memiliki syarat-syarat seperti pada celahganda percobaan Young. Syarat interferensi tersebutdapat dilihat pada persamaan berikut.

dN

1 ......……….,.…………………..….(4)

Dimana N adalah banyaknya celah (konstantakisi )[5].

2.5 Laser

Difraksi terjadi akibat gelombang cahaya secaratransversal yang dihambat namun hal itu sangat tidakmungkin untuk mendapatkan pancaran cahaya yangsempurna. Dengan adanya pancara sinar laser sehinggaproses difraksi berjalan sesuai dengan harapan. Hal inidikarenakan sinar dari laser sangat kecil dalampenyebarannya sehingga dapat menghasilkan pancaranyang akurat. Hal ini dikarenakan bentuk gelombangcahaya dari laser yakni berbentuk bidang datar sempurnasehingga sangat presisi untuk percobaan difraksi .panjang gelombang Laser yakni untuk cahaya merahsekitar 650 nm [3].

2.6 Aplikasi dari Difraksi Cahaya

Hologram merupakan jelmaan dari gudanginformasi yang mutakhir. Kelebihan hologram ialahmampu menyimpan obyek 3D. Dengan menggunakanprinsip kerja difraksi dan Inteferensi . dengan sistem padahologram berkas dipindah ke dua berkas, berkas acuandan berkas benda . berkas laser koheren sehinggaperbedaan fase relatif dengan berkas acuan dan berkasbenda dapat dipertahankan selama bertindak sebagai kisidifraksi [2]. Data yang akan didapat pada percobaandifraksi diantaranya jarak antara pola terang gelap kepusat sebagai penentu konstanta kisi dan sebagi acuanperbandingan jarak layar-kisi terhadap pola gelap terang.

III. METODE

Jenis praktikum kisi difraksi ini yaknikuantitatif, hal ini dikarenakan output dari praktikum iniyakni nilai jarak antara pola terang ke pusat dari berbagaivariasi orde , kisi dan jarak antara layar dengan kisi.Dansesuia dengan penjelasan diatas yang dikur yakni jarakanatara pola terang ke pusat sehingga nantinya dapatdigunakakan untuk mencari besar konstantta kisi dan


mengetahui pengaruh jarak kisi –layar terhadap polagelap terang.

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaanini yakni diantaranya, dua buah kisi dengan konstantayang berbeda, laser, layar, rel presisi, mistar dan statip.Untuk langkah percobaan yakni di rangkai alatsepertigambar berikut

Gambar 1. Skema AlatSetelah alat dirangkai lalu Untuk percobaan

menera Konstanta kisi dilakukan dengan cara yaknidipasang laser pada rel presisi, setelah itu dipasang kisipada statip dan ditempatkan pada rel presisi denganketinggian yang sama dengan laser. Diatur jarak antarakisi dengan laser sejauh 30 cm. Lalu diatur jarak kisikelayar sejauh 50 cm . Dinyalakan laser dan diamatipolagelap terang yang dihasilkan. Lalu dicatat kedudukanmasing-masing pola terang yang tampak pada layardengan mistar. Setelah itu dengan langkah yang sama ,kisi pertama diganti dengan kisi yang kedua. Dan untukpercobaan pengaruh jarak kisi ke layar terhadap polagelap terang yang dihasilkan yakni sebagai berikut.Langkah yang dilakukan sama seperti percobaan menerakonstantta kisi namun pada kali ini jarak kisi ke layardivariasi yakni 25 cm, 50 cm dan 75 cm.

Untuk validitas data ternyata untuk percobaanmenera konstanta kisi dan pengaruh jarak layar-kisidigunakan berbagai variasi jarak layar-kisi dan variasikisi dan pengukuran pola terang kanan -kiri

Untuk metode pengolahan data yaknidengametode error rambatan untuk mengetahui besarerror dan untuk konstanta kisi dipergunakan persamaansebagai berikut

dN

1 ...........................(5)

Dan nilai d didapat dari persamaan berikut

nd sin ....................(6)Dengan λ sebesar 650 nm (cahaya laser merah).

Skema kerja

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan diatas didapatkan nilai y= jarakorde terang ke pusat sesuai orde (n) dan jarak layar ke kisi(L) dalam satuan m (meter ) sebagai berikut

Tabel 1. Hasil data percobaan untuk kisi 1

Tabel 2. Data hasil percobaan untuk kisi 2

L n y kanan y kiri λ0,25 1 0,037 0,035 0,00000065

0,25 2 0,077 0,074 0,00000065

0,25 3 0,114 0,115 0,00000065

L n y kanan y kiri λ0,5 1 0,07 0,068 0,000000650,5 2 0,14 0,137 0,000000650,5 3 0,224 0,214 0,00000065

L n y kanan y kiri λ

0,25 1 0,017 0,018 0,00000065

0,25 2 0,033 0,038 0,00000065

0,25 3 0,051 0,051 0,00000065


0,5 1 0,035 0,035 0,00000065

0,5 2 0,069 0,069 0,00000065

0,5 3 0,105 0,104 0,00000065


0,75 1 0,05 0,05 0,00000065

0,75 2 0,1 0,101 0,00000065

0,75 3 0,155 0,154 0,00000065


L n y kanan y kiri λ0,75 1 0,102 0,102 0,000000650,75 2 0,21 0,207 0,000000650,75 3 0,322 0,319 0,00000065

Untuk selanjutnya dicari nilai sudutnya dansinusny dengan persamaan (3) sehingga didapat nilaiberikut ini

Tabel 3. Data nilai Sinus untuk kisi 1

Tabel 4. Data nilai Sinus untuk kisi 2

L = 25 cmy/L

kanany/Lkiri

Arctan(y/L)sinӨkanan

sinӨkiri

ykanan

ykiri

Өkanan

Өkiri

0,017 0,018 0,068 0,072 3,890 4,110 0,068 0,0720,033 0,038 0,132 0,152 7,510 8,640 0,131 0,1500,051 0,051 0,204 0,204 11,530 11,530 0,200 0,200

L = 50 cm

y/Lkanan

y/Lkiri

Arctan(y/L)

sinӨkanan

sinӨkiri

Y

kanan

Ykiri

Өkanan

Өkiri

0,035 0,035 0,070 0,070 4,000 4,000 0,070 0,0700,069 0,069 0,138 0,138 7,850 7,850 0,137 0,1370,105 0,104 0,210 0,208 11,850 11,750 0,205 0,204

L = 75 cm

y/Lkanan

y/Lkiri

Arctan(y/L)

sinӨkanan

sinӨkiri

Y

kanan

ykiri

Өkanan

Өkiri

0,05 0,05 0,067 0,067 3,830 3,830 0,067 0,0670,1 0,101 0,133 0,135 7,570 7,680 0,132 0,134

0,155 0,154 0,207 0,205 11,690 11,580 0,203 0,201

Setelah itu dicari nilai jarak antar celah denganmenggunakan persamaan (1) sehingga didapat nilai dsebesar berikut :

Tebel 5. Data nilai d (jarak antar celah ) kisi 1

sinӨkanan

sin Өkiri

nλd kiri d kanan

0,068 0,072 0,00000065 9,1E-06 9,6E-06

0,131 0,150 0,0000013 8,7E-06 9,9E-06

0,200 0,200 0,00000195 9,8E-06 9,8E-06sinӨkanan

sin Өkiri nλ d kiri d kanan

0,070 0,070 0,00000065 9,3E-06 9,3E-06

0,137 0,137 0,0000013 9,5E-06 9,5E-06

0,205 0,204 0,00000195 9,6E-06 9,5E-06sinӨkanan


0,067 0,067 0,00000065 9,7E-06 9,7E-06

0,132 0,134 0,0000013 9,7E-06 9,9E-06

0,203 0,201 0,00000195 9,7E-06 9,6E-06

Tebel 5. Data nilai d (jarak antar celah ) kisi 2

sinӨkanan

sinӨkiri nλ d kiri d kanan

0,146 0,138 0,00000065 4,7E-06 4,4E-06

0,294 0,284 0,0000013 4,6E-06 4,4E-06

0,409 0,418 0,00000195 4,7E-06 4,8E-06sinӨkanan


0,138 0,135 0,00000065 4,8E-06 4,7E-06

0,270 0,264 0,0000013 4,9E-06 4,8E-06

0,409 0,393 0,00000195 5,0E-06 4,8E-06sinӨkanan


0,135 0,135 0,00000065 4,8E-06 4,8E-06

0,270 0,266 0,0000013 4,9E-06 4,8E-06

0,394 0,391 0,00000195 5,0E-06 4,9E-06

Setelah itu dicari nilai konstanta difraksi denganpersamaan (4) sehingga didapat nilai berikut.

Tabel 6. Data nilai konstanta kisi (N) kisi 1

d kiri d kanan N kiri N kanan

9,1E-06 9,6E-06 1,1,E+05 1,04E+05

8,7E-06 9,9E-06 1,2,E+05 1,0,E+05

9,8E-06 9,8E-06 1,0,E+05 1,0,E+05


9,3E-06 9,3E-06 1,1,E+05 1,1,E+05

9,5E-06 9,5E-06 1,1,E+05 1,1,E+05

L = 25 cmy/L

kanany/Lkiri


sinӨkiri

y kanany

kiriӨ

kananӨ

kiri0,037 0,035 0,148 0,140 8,410 7,960 0,146 0,1380,077 0,074 0,308 0,296 17,110 16,480 0,294 0,2840,114 0,115 0,456 0,460 24,130 24,700 0,409 0,418

L = 50 cmy/L

kanany/Lkiri


sinӨkiri

y kananYkiri

Өkanan

Өkiri

0,07 0,068 0,140 0,136 7,960 7,740 0,138 0,1350,14 0,137 0,280 0,274 15,640 15,320 0,270 0,264

0,224 0,214 0,448 0,428 24,130 23,170 0,409 0,393L = 75 cm

y/Lkanan

y/Lkiri


sinӨkiri

y kananYkiri

Өkanan

Өkiri

0,102 0,102 0,136 0,136 7,740 7,740 0,135 0,1350,21 0,207 0,280 0,276 15,640 15,420 0,270 0,266

0,322 0,319 0,429 0,425 23,210 23,020 0,394 0,391


9,6E-06 9,5E-06 1,0,E+05 1,1,E+05


9,7E-06 9,7E-06 1,0,E+05 1,0,E+05

9,7E-06 9,9E-06 1,0,E+05 1,0,E+05

9,7E-06 9,6E-06 1,0,E+05 1,0,E+05

Tabel 7. Data Konstanta kisi (N) kisi 2


4,7E-06 4,4E-06 2,1,E+05 2,3,E+05

4,6E-06 4,4E-06 2,2,E+05 2,3,E+05

4,7E-06 4,8E-06 2,1,E+05 2,1,E+05


4,8E-06 4,7E-06 2,1,E+05 2,1,E+05

4,9E-06 4,8E-06 2,0,E+05 2,1,E+05

5,0E-06 4,8E-06 2,0,E+05 2,1,E+05


4,8E-06 4,8E-06 2,1,E+05 2,1,E+05

4,9E-06 4,8E-06 2,0,E+05 2,1,E+05

5,0E-06 4,9E-06 2,0,E+05 2,0,E+05

Dari percobaan kisi difraksi diatas didapatkandata bahwa setiap kali pertambahan jarak antara kisidengan layar maka didapatkan pertambahan pula jarakantara pola terang terhadap pusat . dilihat dari tabel (1)didapatkan pada jarak 25 cm sebesar 1,7 cm danmenigkat menjadi 5 cm pada hal ini dikarenakan adanyasudut awal yang dihasilkan ketika keluar d. apabila darikisi.apabila dianalogikan dengan sebuah segitiga siku-siku dengan sudut tetap maka apabila sisi horozontaldiperpanjang maka sisi tegak pun menjadi besar agarmenghasilkan nilai sudut yang tetap.tapi bila dianalisadari beberapa hukum gelombang diantaranya hukumhyugens dari fenomena tersebut didaptakn bahwa dimanaketika suatu geombang dari sebuah titik celah kisibergerak dengan beda sudut sebesar teta makagerakannya akan sama untuk gelombang anaknya sebesarteta dengan kenaikan dislokasi sesuai jarak jauhgelombang tersebut ditangkap seingga didaptkanperbedaan besar jarak antara kisi dengan layar yang terusbertambah apabila jarak antara layar dengan kisibertambah.

Dan ternyata pada fenomena dari data diatasterdapat perbedaan antara jarak pola terang kepusat kanandengan kiri. Hal ini dikarenakan pada saat percobaanterdapat pola terang yang berbentuk titik yang sempurnaalias seperti 2 bulatan yang disatukan tapi tidak smpernasehingga jarak yang dihasilkan pun berselisihan dan puladiakibatkan human error yakni pada saat pengukuran titikmistar agak miring penempatannya dan laser nyadipegang dengan tanga sehingga bergetar-getar.

Dan untuk analisa besar konstanta kisi (N) ataubiasa disebut rapat celah dihasilkan bahwa untuk kisi 1dihasilkan sebesar 110.000 celah dalm rata-rata namunsebenarnya terdapat besar perbedaan hal ini dikarenakankarena terdapat faktor dasar pengukuran yang telah errorsebelumnya yakni faktor pengukuran pola terang kepusatsehingga error merambat pada besar konstanta celah yangdihasilkan . pada dasarnya kostanta celah seharusnyasama hal ini dikarenak rapat celah untuk satu model kisiyang digunakan sudah punya nilai kosntanta masing-masing.untuk besarnya error akan dilampirkan padalaporan ini. Dan pada kisi kedua dihasilkan besarkonstanta kisi sebsear rata-rata 210.000 celah tapi apabiladilihat pada tabel (7) terdapat perbedaan yang besar halini dikarenakan semakin tidak presisi pengukuran nilaijarak pola terang ke pusat akbiat human error lagi yaknitidap menggunakan mistar yang panjang yakni 30.cm danuntuk mengukur 50 cm sehingga tidak presisi karenametode penggabungan penggaris. Atau secara garis besarerror terjadi diakibatkan metode pengukuran dan alat.

Dan juga apabila dihubungkan antara konstantakisi dengan jarak pola gelap terang dihasilkan ternyatasemakin besar konstanta kisi menghasilkan jarak polagelap terang pun semakin kecil . dan apabila dianalogikadengan sebuah analogi air yang masuk pad lubak denganluas yang sama namun dengan banyak lubang yangsemakin banyak semakin kecil maka akan banyak airyang terhambat sehingga akan keluar dengankemelencengan kecil alias analogi besar teta (sudut) itusendiri.

V. KESIMPULAN

Kesimpulan dari percobaan kisi difraksi iniyakni pertama, semakin besar jarak antara kisi ke layarmaka semakin besar pula jarak antara pola terang kepusat. Kedua, konstanta yang dihasilkan untuk konstantakisi celah 1 yakni rata-rata 1,1 105 dan untuk kisi 2sebesar 2,1 105

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asistenlaboratorium gelombang untuk percobaan kisi difraksiArum Puspitasari dan Umi maslakah yang telah bersediamembantu baik pada saat sebelum,sedang dan setelahdilaksanakannya percobaan. Penulis juga mengucapkanterima kasih kepada rekan satu kelompok atas kerjasamanya dalam melaksanakan praktikum.

DAFTAR PUSTAKA[1] Giancoli,Fisika edisi 5.Jakarta:Erlangga,2001.[2] Hendra,Jurnal teknologi Holografi untuk Pembelajaran Virtual

pada SMK.Makassar:UMM,2010.[3] Meller,Introduction of Laser.USA:Mc Graw hill,2009.[4] Rohedi,Optika.Surabaya:ITS,2003.[5] Tipler,Fisika untuk Sains Teknik.Jakarta:Erlangga,2001.

Education

Kisi difraksi