Interferometer Dan Prinsip Babinet
-
Upload
christina-ria-ernawati -
Category
Documents
-
view
137 -
download
11
Transcript of Interferometer Dan Prinsip Babinet
interferometer dan prinsip babinet
INTERFEROMETER DAN PRINSIP BABINET
Siti Murtopingah, Aceng Sambas, Hesti Fatimah, Maolana Syahyanto, Nina Yunia Hasanah,
Rani Puspita, Yuni Karlina
1209703037, 1209703001, 1209703016, 12097030, 1209703027, 1209703032, 1209703046
Program Studi Fisika, Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung, Indonesia
E-mail : [email protected]
Asisten : Nuha (10207020)
Tanggal Praktikum : 18-12-2010
Abstrak
Interferometri adalah ilmu menginterpretasikan dua atau lebih gelombang melalui pola
interferensinya. Interferometer merupakan alat untuk mengukur panjang gelombang
sinar koheren. Alat ini merupakan alat yang menghancurkan teori eter. Jenis interferometer
yang digunakan pada praktikum ini adalah Interferometer Michelson-Morley dan
Intrferometer Mach Zehnder. Selain mengamati pola interferensi, dilakukan juga
pengamatan difraksi yang menggunakan rambut, percobaan babinet ini menggunakan
sinar laser HE-Ne.
Dari percobaan melalui grafik didapat ketebalan rambut sebesar 6.32 x 10-5m
atau 6.32 x 10-2mm. sedangkan melalui teori didapat nilai d nya yaitu 5.13 x 10 -5 m
atau 5.90 x 10-2mm. Sedangkan nilai dari literaturnya yaitu 0.04 mm - 0.25 mm. Ini bisa
disebabkan karena kurangnya ketelitian pada saat membaca nilai ∆x dan ∆L.nilai interferensi
pada Michelson-Morley berbeda dengan nilai interferensi pada Mach Zender.
Kata kunci : Interferometer, laser He-Ne, Prinsip Babinet
I. Pendahuluan
Interferensi menunjukkan efek efek fisis yang timbul karena super posisi dua
atau lebih deret gelombang. Super posisi dua buah gelombang atau lebih yang
frekuensi dan amplitudonya sama yang keduanya hampir sefasa akan menghasilkan
sebuah gelombang yang amplitudonya hampir dua kali aplitudo masing masing
gelombang. Kedua gelombang tersebut dikatakan berinterferensi konstruktif. Super
posisi dua gelombang yang frekuensi dan amplitudonya sama dan berbeda fasa
hamper 180 menghasilkan sebuah gelombang yang amplitudonya hampir sama dengan
nol. Interferensiseperti ini disebut dengan interferensi destruktif. Salah satu alat yang
digunakan untuk mengamati gejala interferensi adalah Interferometer.
Pada umumnya rangkaian Interferometer terdiri atas beberapa buah cemin datar,
beam divider dan lensa sferis serta sebuah laser sebagai sumber cahaya. Jenis-jenis
Interferometer dapat dibedakan menjadi dua yaitu :
Interferometer Michelson-Morley
Dalam Interferometer Michelson, sinar laser dipecah oleh beam divider menjadi dua sinar
koheren, yaitu 50% refleksi dan 50% transmisi. Sinar 1 dipantulkan (releksi) oleh beam divider
menuju cermin 1 (M1) sedangkan sinar 2 diteruskan (transmisi) melalui beam divider menuju
cermin 2 (M2). Sinar refleksi 1 dan 2 akan bertemu lagi di beam divider lalu difokuskan oleh
lensa sferis untuk kemudian berinterferensi dan terdeteksi pada layar. Interferensi konstruktif
atau destruktif tergantung pada selisih fasa kedua sinar. P diletakkan dalam arah 45 0 terhadap
arah laser. Jika M1 dan M2 sangat dekat (cukup dekat), kita akan mendapatkan pola interferensi
yang paralel pada layar terhadap jarak antara kedua cermin. Usahakan meja optik (beserta semua
peralatan di atasnya) tetap dalam keadaan tegar, karena getaran dalam jangkauan panjang
gelombang sumber akan “menggangu” pola interferensi. Interferensi konstruktif terjadi ketika
selisih jarak tempuh kedua sinar refleksi adalah kelipatan bulat dari panjang gelombang (λ) sinar
laser, sedangkan interferensi destruktif terjadi ketika selisih jarak adalah λ/2. Jika posisi salah
satu cermn dibiarkan tetap (reference path) untuk terjadinya interferensi konstruktif sedangkan
yang satu lagi digeser sejajar mengikuti berkas sinar laser, misal digeser sejauh λ/2, maka
interferensi konstruktif akan timbul lagi. Alasannya adalah sinar merambat menuju cermin dan
dipantulkan kembali terhadap normal sehingga total perubahan jarak adalah dua kalinya. Ketika
salah satu cermin (misalnya M1) digeser sejauh d, maka pola interferensi konstruktif terjadi jika
d memenuhi persamaan
2d = Nλ
Interferometer Mach Zender
Sama seperti interferometer Michelson, rangkaian alat ini juga mampu secara
tepat menentukan panjang gelombang sinar gelombang koheren.
Dalam interferometer ini, sinar laser dipecahkan oleh beam divider menjadi dua sinar
koheren. Sinar 1 direfleksikan oleh P1 menuju M1 sedangkan sinar 2 ditransmisikan menuju M2.
Sinar refleksi 1 dan 2 akan bertemu di P2 dan diteruskan oleh lensa sferis untuk kemudian
berinterferensi dan terdeteksi pada layar. Interferensi konstruktif atau destruktif tergantung pada
selisih fasa kedua sinar.
Prinsip Babinet
Menurut prinsip Babinet, pola interferensi yang sama terjadi jika satu atau sekelompok
celah diganti dengan komplemennya. Pola difraksi oleh sebuah rambut berktebalan d akan sama
dengan pola difraksi oleh suatu celah yang memiliki lebar d. Dan dengan menggunakan prinsip
babinet salah satunya yaitu kita dapat menentukan ketebalan rambut.
Pola difraksi oleh sebuah rambut berktebalan d akan sama dengan pola difraksi oleh
suatu celah yang memiliki lebar d. Selain mengalami interferensi, cahaya juga dapat terdifraksi
atau penyebaran cahaya akibat melalui celah sempit. Untuk cahaya monokromatik dengan
panjang gelombang λ, lebar celah d, persamaan difraksi adalah :
nλ = d sin θ
dengan θ menyatakan sudut difraksi. Jika jarak layar ke celah difraksi adalah L, maka jarak
antara terang pusat (untuk sudut difraksi kecil) adalah:
nλ = d sin θ
dengan θ menyatakan sudut difraksi. Jika jarak layar ke celah difraksi adalah L, maka jarak
antara terang pusat (untuk sudut difraksi kecil) adalah :
II Metode Percobaan
Interferometer Michelson-Morley
Pertama kita rangkai alat seperti gambar 1 pada modul. Kemudian aktifkan
sinar laser dan tunggu setelah beberapa detik, kemudian periksa apakah silinder laser
horizontal dan sumbunya paralel terhadap lintasan sinar, kemudian atur kembali
rangkaiannya sehingga sinar refleksi dari M1 dan M2 tepat bertemu di titik P dan
membentuk satu lintasan keluaran, setelah itu letakan lensa sferis diantara titik P dan
layar kemudian amati interferensinya dan ambilah fhotonya. Setelah percobaan selesai
matikan laser.
Interferometer Mach-Zehnder
Rangkailah alatnya seperti gambar 2 pada modul, untuk langkah kerjanya sama
seperti percobaan interferometer Michelson-Morley.
Difraksi dengan Prinsif Babinet
Pertama siapkan sehelai rambut dan tempatkan dibangku optik secara vertical
kemudian aktifkan sinar laser dan arahkan pada sehelai raambut yang sudah dipasang
tadi,setelah itu letakan layar didepan bangku optik untuk menangkap hasil difraksi,
variasikan jarak antara bangku optik dan layarnya, kemudian amati dan
photo,kemudian ukur pola terang gelap.
III Data dan Pengolahan Data
Percobaan Michelson-Morley
Difraksi dan Prinsif Babinet
Tabel difraksi cahaya pengukuran ketebalan rambut
Jadi, kita mendapatkan nilai :
drata-rata = 5.90 x 10-5 m , atau
drata-rata=5.90 x 10-2 mm
kita juga dapat mencari nilai d menggunakan grafik, yaitu menggunakan hubungan
antara λL dengan ∆x.
Diketahui : λ = 633 nm
Grafik difraksi cahaya pengukuran ketebalan rambut
Jadi dari grafik didapat nilai d = 6.32 x 10-5m atau 6.32 x 10-2mm.
IV.Pembahasan
Dapat dilihat pada gambar, untuk pola interferensi pada percobaan Michelson-
Morley yaitu polanya seperti lingkaran. Untuk pola interferensi pada percobaan Much-
Zehnder yaitu seperti lingkaran yang berputar.
Pola difraksi yang kita lihat pada layar tidak terlihat jelas. Itu dikarenakan sinar laser
yang sangat mudah terganggu, yang menyebabkan pola gelap terang kadang tampak dan
terkadang tidak terjadi pola interferensi pada layar, dan hanya terjadi pembesaran oleh lensa.
Selain dari itu pola difraksi tidak terlihat jelas dapat terjadi karena sinar yang tidak fokus
karena gangguan dari sinar matahari atau lampu. Karena mungkin akan lebih baik apabila
percobaan dilakukan di tempat yanng gelap.
Selain dari faktor tersebut, pola gelap terang juga tidak terlihat jelas karena lensa tidak
dalam keadaan steril, sehingga dapat mempengaruhi hasil pola difraksi. Pola gelap terang
tercipta karena terjadinya interferensi konstruktif dan interferensi destruktif.
Pada interferensi konstruktif terjadi superposisi antara dua atau lebih gelombang yang
sefasa, yang akan menghasilkan gelombang dan amplitudo. Amplitudi tersebut merupakan
penjumlahan dari masing-masing amplitudo gelombangnya.
Sedangkan interferensi destruktif terjadi superposisi antara dua atau lebih gelombang
yang berbeda fasa, dimana amplitudo dan gelombangnya akan saling menghilangkan.
Dari hasil percobaan terdapat perbedaan antara pola interferensi Michelson - Morley
dengan Mach-Zender. Hal ini dapat terjadi karena pembagian sinar pada beam divider yang
seharusnya 50% direfleksi dan 50% di transmisi, tidak terjadi secara sempurna. Seharusnya hasil
pada interferometer Michelson-Morley dan Mach Zender memiliki hasil yang sama. Dilihat dari
foto hasil percobaan pada interferometer Mach Zender memiliki hasil yang lebih baik di
bandingkan menggunakan interferometr Michelson-Morley, itu dikarenakan karena pada
interferometer Mach Zender memiliki kerapatan pola gelap terang labih baik dibandingkan
dengan interferometer Michelson-Morley.
Perbedaan fasa yang terjadi di beam divider sangat mempengaruhi hasil interferensi,
karena pada perbedaan fasa inilah yang akan menghasilkan pola gelap terang.
Selain dari itu, jarak atau posisis antara beam divider dengan layar juga akan
mempengaruhi pola interferensi. Karena beda fasa ditentukan oleh waaktu yang ditempuh oleh
sinar dan panjang lintasan.
Pada saat terjadinya interferensi pada cermin terlihat tidak hanya satu sinar laser. Hal ini
dikarenakan berkas sinar laser yang sebelumnya telah melewati beam divider. Dimana pada
beam divider sinar dipecah.
Pada percobaan prinsip babinet diperoleh ketebalan rambut secara teori yaiitu 5.90 x 10-5
m, sedangkan dilihat dari grafik didapat 6.32 x 10-5m. Menurut referensi ketebalan rambut
berkisar antara 0.04 mm - 0.25 mm. Jadi nilai ketebalan rambut yang dihasilkan dari percobaan
jauh dari literatur, itu disebabkan kurangnya ketelitian pada saat pengukuran ketebalan rambut
dan pada saat penggambaran pola difraksi.
V. Simpulan
Percobaan Interferometer lebih mudah menggunakan Michelson-Morley dibandingkan
menggunakan Mach Zender, itu dikarenakan rangkaian pada Michelson-Morley lebih sederhana
dibandingkan pada rangkaian mach Zender.
Interferometer pada Mach Zender memiliki pola gelap terang lebih rapat dibandingkan pada
interferometer Michelson-Morley.
Jarak antara layar dan beam divider mempengaruhi hasil interferensi.
Prinsip babinet dapat digunakan untuk menghitung ketebalan rambut.
Daftar Pustaka
Modul Praktikum Eksperimen Fisika I. Semester I tahun Akademik 2010-1011. Laboratorium
Fisika Lanjut. Fakultas Matematika dan Pengetahuan Alam. Istitut Teknologi Bandung. 2010
http://www.google.co.id/images_interferensi+michelson-morley (tanggal 24 Desember
2010 pukul 18.50 WIB)
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang yang datang bersamaan pada suatu
tempat. Interferensi terjadi ketika dua buah gelombang datang bersama pada suatu tempat.
Interferensi oleh lapisan tipis merupakan dasar dari interferometer Michelson, Diciptakan oleh
seorang Amerika, Albert A. Michelson.
Hasil karya Michelson yang sangat penting ini diperolehnya pada tahun 1887 sebagai
hasil kerja sama dengan Edward Morley, yaitu eksperimen pengukuran gerak bumi melalui
“eter”. percobaan Michelson Morley mengkonfirmasikan bahwa ini benar, dan bahwa cahaya
memerlukan waktu yang sama untuk perjalanan setiap jalur. Ini adalah prinsip umum, dan
merupakan penyebab prinsip Albert Einstein tentang relativitas khusus. Hal ini memungkinkan
Albert Einstein untuk mendalilkan bahwa kecepatan cahaya selalu diukur akan sama, karena ini
adalah benar.
Pada kesempatan ini dilakukan percobaan “Interferometer Michelson” guna untuk
mengetahui cara kerja dari alat Inferometer, sekaligus dapat melihat bentuk princing yang
terbentuk. Serta membandingkannya dengan hasil Teori yang ada. Dan yang paling penting
adalah membuktikan hasil karya Michelson.
1.2 TUJUAN PERCOBAAN1. Dapat merangkai komponen interferometer dengan tepat sehingga menghasilkan sebuah
perincing.
2 Mengamati princing-princing yang terbentuk.
3 Membandingkan bentuk princing yang terbentuk dengan teori.
BAB IIDASAR TEORI
PERCOBAAN MICHELSON-MORLEY
Gambar 1: Data dari percobaan the Michelson-Morley
Percobaan Michelson-Morley, salah satu percobaan paling penting dan masyhur
dalam sejarah fisika, dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson dan Edward Morley
di tempat yang sekarang menjadi kampus Case Western Reserve University. Percobaan ini
dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat untuk menyangkal keberadaan ether sebagai
medium gelombang cahaya. Percobaan ini juga telah disebut sebagai "titik tolak untuk
aspek teoretis revolusi ilmiah kedua". Albert Michelson dianugerahi hadiah Nobel fisika
tahun 1907 terutama untuk melaksanakan percobaan ini.
Dalam percobaan ini Michelson dan Morley berusaha mengukur kecepatan planet
Bumi terhadap ether, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium perambatan
gelombang cahaya. Analisis terhadap hasil percobaan menunjukkan kegagalan pengamatan
pergerakan bumi terhadap ether.
Interferensi oleh film (lapisan) tipis merupakan dasar dari interferometer
Michelson (gambar 2). Diciptakan oleh seorang Amerika, Albert A. Michelson. Cahaya
monokromatik dari satu titik pada sumber yang dipanjangkan terlihat menimpa cermin
yang setengahnya dilapisi perak Ms. Cermin pembagi berkas Ms ini memiliki lapisan perak
yang hanya memantulkan setengah dari cahaya yang jatuh padanya, sehingga setengah
berkas akan lewat ke cermin tetap M2, dimana berkas tersebut dipantulkan kembali. Pada
saat kembalinya, sebagian berkas 1 melewati Ms dan mencapai mata; dan sebagian berkas
2, pada saat kembalinya, dipantulkan oleh Ms ke mata. Jika panjang kedua lintasan sama,
kedua berkas koheren yang memasuki mata akan berinterferensi konstruktif dan akan
terlihat terang.
Jika cermin yang dapat digerakkan
dipindahkan sejauh /4 , satu berkas akan menempuh jarak ekstra yang sama dengan /2λ λ
(karena bergerak mundur maju sepanjang jarak /4). Dalam hal ini kedua berkas akanλ
berinterferensi destruktif dan akan terlihat gelap. Sementara M1 bergerak menjauhi, akan
terlihat terang (ketika perbedaan lintasan sebesar ), kemudian gelap, dan seterusnya. λ
Gambar 2: Interferometer Michelson Pengukuran panjang yang sangat tepat dapat dilakukan dengan inferometer.
Gerakan cermin M1 menjauh /4 saja menghasilkan perbedaan yang jelas antara terangλ
dan gelap. Untuk = 400 nm, ini berarti ketepatan 100 nm atau 10-4 mm. Jika cermin M1λ
dimiringkan sedikit, rangkaian titik terang dan gelap akan terlihat menggantikan
serangkaian pinggiran. Dengan menghitung jumlah pinggiran, atau sebagiannya,
pengukuran panjang yang sangat tepat dapat dilakukan.
Michelson melihat bahwa interferometer dapat digunakan untuk menentukan
panjang meter standar untuk panjang gelombang cahaya tertentu. Pada tahun 1960,
standar itu dipilih sebagai garis jingga tertentu pada spektrum kripton-86 (atom kripton
dengan massa atom 86). Pengukuran berulang yang teliti dari meter standar yang lama
(jarak antara dua tanda pada batang platinum-iridium yang disimpan di Paris) dilakukan
untuk menetukan 1 meter sebesar 1.650.763,73 panjang gelombang cahaya ini, yang
didefinisikan sebagai meter. Pada tahun 1963, meter didefenisikan kembali dalam laju
cahaya.
Sensor CCD dan Interferometer Michelson
Salah satu eksperimen yang penting untuk menentukan difusitas adalah teknik
interferensi optis. Jenis interferometer yang cukup dikenal adalah interferometer
Michelson. Interferometer Michelson merupakan contoh perangkat optic eksperimen
interferensi yang bisa diaplikasikan untuk menentukan nilai koefisien difusi suatu larutan
berdasarkan pengamatan pergeseran fase yang terekam pada rumbai, dengan
menggunakan laser He Ne sebagai sumber cabaya. KeungguIan dari metode Interferometer
Michelson ini adalah adanya basil pergeseran dua rumbai yang mengindikasikan
pergeseran titik-titik ekstrim, yang dapat menunjukkan perbedaan beda lintasan optis.
Dengan memperhatikan pergeseran rumbai terhadap fungsi waktu, maka nilai koefisien
difusi larutan transparan dapat ditentukan. Pengukuran jarak pergeseran rumbai saat
berlangsungnya proses difusi belum dapat diamati pada penelitian sebelumnya.
Salah satu aplikasi interferometer Michelson adalah untuk menentukan nilai
koefisien difusi larutan transparan berdasarkan pengamatan pergeseran fase secara digital,
yang dalam hal ini peneliti menggunakan sistem difusi ammonium dihidrogen phosphate
(NH4)H2P04, dikarenakan sistem difusi tersebut lebih peka terhadap cahaya dibandingkan
dengan penelitian sebelumnya, harga terjangkau serta sampel tidak rusak oleh laser He-Ne.
Dalam penelitian ini, pengamatan pergeseran rumbai memanfaatkan sensor CCD
yang terdapat pada kamera digital merk PIXELS (6.6 Mpixels image files), dengan resolusi
sebesar 2976 x 2232 pixels. Sensor CCD tersebut dapat menangkap fenomena yang
terbentuk. Dari basil rumbai dapat diamati pergeseran rumbai, yang disebabkan karena
perbedaan konsentrasi pada waktu-waktu tertentu. Perbedaan beda lintasan optis dapat
dilihat dari selisih jarak pergeseran rumbai antara pusat dua rumbai pada waktu-waktu
tertentu. Pergeseran rumbai tersebut eqivalen dengan pergeseran titik-titik ekstrim dari
waktu ke waktu selama terjadinya proses difusi. Keunggulan dari sensor CCD pada kamera
digital ini adalah dapat memberikan pengamatan dengan resolusi yang tinggi.
Penelitian tentang penentuan nilai koefisien difusi Iarutan sudah beberapa kali
dilakukan, dengan metode lain dan jenis sampel yang lain, yaitu dengan metode
interferometri holografi dengan sampel sistem terner. DaIam penelitian tersebut sistem
difusi yang dipakai adalah system difusi telner yang kurang peka terhadap cahaya. Metode
tersebut masih membutuhkan kerja maksimal di Iaboratorium untuk mendapatkan nilai
koefisien difusi larutan transparan, kemudian muncul penyempurnaan untuk metode
interferometri holografi tersebut dengan analisis rumbai secara digital dati rekonstruksi
digital dengan bantuan teknik pemfilteran Sistem difusi yang digunakan adalah larutan
encer, namun dalam perkembangannya dibutuhkan suatu larutan encer yang lebih peka
terhadap cahaya seperti ammonium dihidrogen phosphate yang dipakai pada penelitian ini
Dengan alasan yang telah disebutkan di atas, dibutuhkan suatu metode penentuan
koefisien difusi larutan transparan yang Iebih sederhana, lebih mudah dilakukan, dengan
menggunakan sensor kamera CCD yang terjangkau, dan bisa menentukan perbedaan
lintasan optis yang disebabkan karena perbedaan konsentrasi pada waktu-waktu (t)
tertentu. Selisih pergeseran rumbai yang eqivalen dengan pergeseran titik-titik ekstrim
inilah yang sebenarnya diamati dalam penelitian ini, dan selanjutnya digunakan untuk
menentukan nilai koefisien difusi larutan transparan.
BAB III
METODE EKSPERIMEN
3.1. Waktu dan Tempat
Hari/Tanggal : Rabu/14 Desember 2011
Waktu : 14:00 WITA - selesai
: Laboratorium Eksperimen Fisika Dasar FMIPA UNTAD
3.2. Alat dan Bahan
1. Papan Optis.
2. Laser Pointer.
3. Permukaan bidang kaca permata.
4. Permukaan bidang kaca kedua.
5. Kaca pembagi sinar.
6. Lensa divergen.
7. Layar.
3.3. Prosedur kerja
1. Merangkai komponen interferometer seperti gambar dibawah ini :
Keterangan gambar : A. papan optik
B. Laser ponilerC. Permukaan bidang kaca pertamaD. Permukaan bidang kaca keduaE. Kaca pembagi sinarD. Lensa divergenF. Layar
a. Tabung laser pointer
b. Kaca pembagi sinar seperti gambar dibawah ini :
c. Permukaan bidang kaca
2. Pengaturan interferometer
a. Memasukkan laser pointer metrologik ke dalam tabung laser pointer, mengatur pisisi dan
mengusahakan agar sinar yang keluar sudah sejajar.
b. Mengatur ketinggian cermin pertama sehingga sinar pantulan laser dari cermin pertama tepat
mengenai laser pointer.
c. Memasang kaca pembagi sinar ke U-shapped carrier dan menggeser 45o terhadap sinar datang.
Mengatur ketinggian kaca sehingga bagian sinar yang akan ditransmisikan menembus pusat
splitter dan bagian lain direfleksikan sebesar 40o.
d. Mengatur ketinggian cermin kedua sehingga bagian lain dari kaca pembagi sinar menembus
cermin dan di pantulkan kembali oleh kaca pembagi sinar. Sinar akan diteruskan menembus
pusat lensa divergenyang membentuk dua titik terang merah pada layar.
e. Mengatur posisi sinar dari cermin pertama agar sinar yang menembus kaca pembagi sinar
menghasilkan dua titik terang merah tepat pada pusat lensa divergen.
f. Mengusahakan agar kedua titik terang merah dari kaca pertama dan kaca kedua tergabung
menjadi satu pada layar sehingga akan terbentuk perincing-perincing pada layar.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil pengamatan
4.2. PEMBAHASANInterferensi merupakan perpaduan dua gelombang yang datang bersamaan pada suatu tempat. Interferensi terjadi ketika dua buah gelombang datang bersama pada suatu tempat.
DAFTAR PUSTAKA