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).
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 :
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 :
- Pasang alat percobaan seperti gambar.
- Sinarilah celah itu dengan laser.
- Tangkaplah bayangannya dengan layar.
- Ukurlah jarak yang sesuai dengan orde yang ditinjau.
- Ukurlah jarak x.
Komentar
Posting Komentar