Materi Fisika Difraksi Cahaya



Difraksi Cahaya pada Kisi

Pengertian

Kisi adalah celah sangat sempit yang dibuat dengan menggores sebuah lempengan kaca dengan intan. Sebuah kisi dapat dibuat 300 sampai 700 celah setiap 1 mm. Pada kisi, setiap goresan merupakan celah. Sebuah kisi memiliki konstanta yang menyatakan banyaknya goresan tiap satu satuan panjang, yang dilambangkan dengan d, yang juga sering dikatakan menjadi lebar celah. Dalam sebuah kisi, lebar celah dengan jarak antara dua celah sama apabila banyaknya goresan tiap satuan panjang dinyatakan dengan N, maka d = . Misalnya sebuah kisi memiliki 500 garis/mm maka lebar celah kisi tersebut adalah .
Pada sebuah kisi yang disinari cahaya yang sejajar dan tegak lurus kisi, dan di belakang kisi ditempatkan sebuah layar, maka pada layar tersebut akan terdapat garis terang dan gelap, jika cahaya yang dipakai adalah monokromatik. Kemudian akan terbentuk deretan spektrum warna, jika cahaya yang digunakan sinar putih (polikromatik). Garis gelap dan terang atau pembentukan spektrum akan lebih jelas dan tajam jika celabar celahnya semakin sempit atau konstanta kisinya semakin banyak/besar. Garis gelap dan terang dan spektrum tersebut merupakan hasil interferensi dari cahaya yang berasal dari kisi tersebut yang jatuh pada layar titik/tempat tertentu.
Difraksi pada kisi
Gambar diatas menggambarkan cahaya monokromatik sejajar yang datang tegak lurus bidang kisi, cahaya yang melalui kisi dilenturkan dan memiliki fase yang sama. Semua cahaya yang melalui celah kisi akan dikumpulkan menjadi satu oleh lensa positif dan diproyeksikan pada layar menjadi garis terang dan gelap.
Misalkan semua cahaya yang melalui celah kisi dilenturkan/didifraksikan dengan sudut θ dan dikumpulkan pada satu titik P yang berjarak p dari terang pusat (O) pada layar yang berjarak L dari kisi. Hasil interferensi cahaya di titik P tergantung pada selisih lintasan yang ditempuh cahaya dari celah yang berdekatan yaitu d sin θ. Di titik P akan terjadi garis terang jika d sin θ sama dengan kelipatan bilangan bulat kali panjang gelombang atau kelipatan bilangan genap kali setengah gelombang. Sebaliknya akan terjadi garis gelap jika d sin θ sama dengan kelipatan bilangan ganjil kali setengah panjang gelombang. Secara matematik dapat dinyatakan :
Di P terjadi garis terang jika :
d sin θ = n λ atau 
Di P akan terjadi garis gelap jika :
d sin θ = (2n+1)  λ atau 
dengan :                                   
d= lebar celah kisi (m)
θ = sudut difraksi (derajat)
λ = panjang gelombang cahaya (m)
n = orde difraksi
p= jarak garis gelap/terang ke terang pusat (m)
L= jarak layar ke kisi (m) Sebuah kisi memiliki 10.000 celah per cm. Pada kisi dilewatkan cahaya tegaklurus dengan panjang gelombang l. Garis terang difraksi maksimum orde pertama membentuk sudut 30o terhadap garis normal. Tentukanlah l.
Penyelesaian:
Diketahui:  =10-4 cm, sin 30o = ½, m=1.
Ditanya : l = ….?
Jawab:
Berdasarkan hubungan d sinq = ml, diperoleh:
(10-4 cm)(1/2) = (1) λ
Jadi, λ=0,5 × 10-4 cm = 5000 Å
Difraksi Celah Majemuk (Kisi Difraksi)

Kisi difraksi merupakan piranti untuk menghasilkan spektrum dengan menggunakan difraksi dan interferensi, yang tersusun oleh celah sejajar dalam jumlah sangat banyak dan memiliki jarak yang sama (biasanya dalam orde 1.000 per mm). 
Gambar 3. Kisi difraksi.
Dengan menggunakan banyak celah, garis-garis terang dan gelap yang dihasilkan pada layar menjadi lebih tajam. Bila banyaknya garis (celah) per satuan panjang, misalnya cm adalah N, maka tetapan kisi d adalah:

d = 1/N .............................................................. (3)

Bila cahaya dilewatkan pada kisi dan diarahkan ke layar, maka pada layar akan terjadi hal-hal berikut ini.

1. Garis terang (maksimum), bila:

d.sin θ = n. λ ; n = 0, 1, 2, ........................... (4)

2. Garis gelap (minimum), bila:

d.sin θ = (n - 1/2) λ ; n = 1, 2, 3, .................... (5)

Kemampuan lensa untuk membebaskan bayangan dari dua titik benda yang sangat dekat disebut resolusi lensa. Jika dua titik benda sangat dekat, maka pola difraksi bayangan yang terbentuk akan tumpang tindih. Kriteria Rayleigh menyatakan bahwa “dua bayangan dapat diuraikan jika pusat piringan difraksi salah satunya persis di atas minimum pertama pola difraksi yang lainnya”.

Ukuran kemampuan alat optik untuk membentuk bayangan terpisahkan dari benda-benda rapat atau untuk memisahkan panjang gelombang radiasi yang rapat disebut daya urai.

Contoh Soal :

Celah tunggal yang lebarnya 0,1 mm disinari berkas cahaya dengan panjang gelombang 4.000 . Apabila pola difraksi ditangkap pada layar yang jaraknya 20 cm dari celah, tentukan jarak antara garis gelap ketiga dan garis pusat terang!

Pembahasan / Penyelesaian:

Diketahui: 

d = 0,1 mm = 10-4 m
λ = 4.000 Å = 4 × 10-7 m
l = 20 cm = 2 × 10-1 m

Jarak garis gelap ketiga dari pusat terang p dapat dihitung dari rumus jarak gelap ke-n dari pusat terang. Jadi,

d.sin θ = n. λ

pd / l = n. λ

Untuk garis gelap ke-3 maka n = 3


Praktikum / Percobaan Fisika Sederhana

Tujuan : Melakukan percobaan difraksi pada celah tunggal.

Alat dan bahan : Sumber cahaya laser atau lampu sorot yang kuat, celah tunggal yang terbuat dari kertas disilet sepanjang ± 2,5 cm, penggaris, layar.

Cara Kerja :
  1. Pasang alat percobaan seperti gambar.
  2. Sinarilah celah itu dengan laser.
  3. Tangkaplah bayangannya dengan layar.
  4. Ukurlah jarak yang sesuai dengan orde yang ditinjau.
  5. Ukurlah jarak x.

Komentar

Postingan Populer