Paper Eksper M-5

PENENTUAN PANJANG GELOMBANG CAHAYA TAMPAK  Nada Syifa Qolbiyah (140310150030) (140310150030) Partner : Hamdan (140310150047) Theresa Giovani Turnip (140310150074)  Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Padjadjaran  Kamis, 6 Oktober 2016 Asisten : Ressa Muhrifah N Abstrak Percobaan “Penentuan Panjang Gelombang Cahaya Tampak ” dilakukan guna mengetahui panjang gelombang cahaya tampak yang dihasilkan dengan pendekatan difraksi dan interferensi . Berhubung cahaya yang digunakan bersumber dari lampu halogen yang merupakan cahaya polikromatik, maka digunakan filter agar menjadi cahaya monokromatik . monokromatik . Alat yang digunakan pada percobaan ini antara lain sumber cahaya berupa lampu halogen, filter cahaya empat warna (merah, kuning, hijau, biru), tiang penopang yang dilengkapi penggaris horizontal dan simetris tegak lurus terhadap tiang penopang, dan celah ganda yang dipasang pada bingkai kotak. Terdapat beberapa poin untuk melakukan  percobaan  percobaan ini, yang pertama memasangkan  filter   pada lampu halogen yang bertujuan untuk menghasilkan cahaya  polikromatik,  polikromatik, yang kedua kedua melihat pola terang terang gelap dari dari celah ganda yang yang dipasang dipasang pada bingkai bingkai kotak, yang ketiga ketiga mengukur jumlah orde terang maksimal yang terbentuk kemudian mengukurnya dengan penggaris horizontal yang terpasang pada tiang penopang. Dari percobaan didapat hasil panjang gelombang (  λ ) untuk filter merah (  λ = 647 nm ), filter kuning (  λ = 581 nm ), filter hijau (  λ = 570 nm ), filter biru (  λ = 513 nm ). Menentukan panjang gelombang cahaya tampak dengan menggunakan pendekatan difraksi dan interferensi dapat dihitung dengan menggunakan  persamaan  persamaan  λ = ds/a dimana nilai d dan a adalah konstan untuk setiap filter, dan nilai s menjadi variabel yang berbeda untuk setiap filter yang digunakan. Hasil yang didapat mendekati hasil sebenarnya. Dengan hasil ini disimpulkan  bahwa percobaan percobaan ini hampir hampir efektif efektif untuk mencari mencari nilai dari panjang panjang gelombang gelombang cahaya cahaya tampak. tampak. Kata Kunci : Filter, Monokromatik, Monokromatik, Difraksi, Difraksi, Interferensi Interferensi

I. Pendahuluan Cahaya tampak adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Manusia dapat melihat cahaya dengan rentang panjang gelombang 390-750 nm dan rentang frekuensi 400-790 THz. Untuk mengetahui panjang gelombang suatu cahaya tampak, dapat ditentukan dengan percobaan pendekatan difraksi dan interferensi. Data hasil percobaan dari keduanya dapat digunakan untuk menentukan panjang gelombang suatu cahaya tampak yang mana hasil  perhitungannya dapat dibandingkan dengan panjang gelombang literatur. Tujuan

Menentukan besar panjang gelombang dari cahaya tampak dengan menggunakan konsep difraksi dan interferensi

II. Teori Dasar Spektrum optik adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang tampak oleh mata manusia. Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang ini disebut sebagai cahaya tampak. Mata manusia akan dapat menerima panjang gelombang dari 400-700 nm. Dalam rentang spektrum gelombang elektromagnetik, cahaya atau sinar

tampak hanya menempati pita sempit diatas sinar inframerah. Panjang gelombang adalah jarak di antara unit  berulang dari gelombang, yang diukur dari satu titik  pada gelombang ke titik yang sesuai di unit  berikutnya. satu unit gelombang ke puncak  berikutnya adalah satu panjang gelombang. Dalam notasi fisika, panjang gelombang sering ditunjuk oleh huruf Yunani lambda (λ). Panjang (λ). Panjang gelombang  berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang. Dengan kata lain, semakin pendek panjang gelombang, akan memiliki frekuensi yang besar. Sebuah gelombang merupakan energi yang  bergerak melalui media. Gelombang cahaya yang hadir di sekitar kita, dalam rentang yang sangat besar  panjang gelombang. Kisaran ini dikenal sebagai spektrum elektromagnetik, sebagian kecil dari yang dirasakan oleh mata kita disebut sebagai cahaya tampak. Cahaya dari matahari sebenarnya terdiri dari seluruh spektrum elektromagnetik. Apakah jenis tertentu dari cahaya terlihat oleh kita tergantung  pada panjang gelombang. Jika gelombang cahaya memiliki panjang gelombang antara 400 dan 700 nanometer, maka akan terlihat dengan mata manusia. Di kedua sisi kisaran ini semakin pendek dan panjang gelombang semakin panjang. Sinar-X memiliki panjang gelombang yang sangat pendek sehingga mereka dapat melewati benda padat. Di

ujung lain, beberapa gelombang radio memiliki  panjang gelombang dari 1 mil (1,6 km) atau lebih. [1] Gambar 1. Gelombang Transversal 2.1. Difraksi

Difraksi cahaya dapat didefinisikan sebagai  pelenturan cahaya yaitu saat suatu cahaya melalui celah maka cahaya dapat terpecah-pecah menjadi  bagian-bagian yang lebih kecil dan memiliki sifat seperti cahaya baru. Sifat-sifat difraksi pada cahaya ini dapat dibuktikan dengan melihat pola interferensi yang terjadi pada layar saat dipasang dibelakang celah. Ada beberapa peristiwa difraksi yang terjadi, [3]

1.1. Difraksi Cahaya Pada Celah Tunggal

Difraksi/lenturan cahaya pada celah tunggal akan menghasilkan garis terang/interferensi maksimum pada layar yang berjarak  L  dari celah apabila selisih lintasan antara cahaya yang datang dari  A dan  B  adalah (2n + 1)  λ, kemudian akan terjadi garis gelap atau interferensi minimum jika selisih lintasannya adalah (2n)  λ.

 bagian yang masing-masing lebarnya d . Kelompok cahaya dari bagian atas dan  bawah akan berinterferensi di titik  P   yang terletak pada layar tergantung pada selisih lintasannya. Di titik O  yang berada pada layar yang juga merupakan titik tengahtengah celah, maka semua cahaya yang  berasal dari celah bagian atas dan bagian  bawah sampai ke titik O mempunyai jarak lintasan yang sama, sehingga di titik O terjadi interferensi maksimum atau sering  juga disebut dengan terang pusat. Sedangkan hasil interferensi di titik  P  tergantung pada selisih lintasan yang ditempuh oleh cahaya tersebut. [2] Apabila celah kita bagi dua maka cahaya dari tepi celah cahaya 1 dan 5 akan  berinterferensi di titik P  akan menghasilkan garis gelap jika selisih lintasannya λ . Persamaannya dapat dituliskan : d sin θ = λ atau d sin θ = n λ  

Apabila celah dibagi empat, maka garis gelap akan terjadi bila d sin θ = λ atau d  sin θ  = 2λ . Apabila celah dibagi 6, maka garis gelap akan terjadi bila d sin θ = λ atau d sin θ  = 3λ . Jadi untuk garis gelap ke-n pada layar akan terbentuk jika d sin θ = n  λ; n = 1, 2, 3, … dan seterusnya. Untuk sudut θ kecil berlaku bahwa sin θ, maka d p / L = n  λ

Gambar 2. Difraksi pada Celah Tunggal Gambar diatas, menggambarkan sebuah celah sempit yang mempunyai lebar d , disinari dengan cahaya sejajar monokromatik secara tegak lurus pada celah. Apabila di belakang celah ditaruh layar pada jarak  L  dari celah maka akan tampak pada layar berupa garis terang dan gelap yang berada di sekitar terang pusat. Celah sempit tersebut kita bagi menjadi 2

.....(1)

......(2)

dengan : d  = lebar celah (m)  p = jarak garis gelap ke terang pusat ( m)  L = jarak layar ke celah (m)  λ = panjang gelombang cahaya yang digunakan (m) n = orde interferensi/ menyatakan garis gelap dari terang pusat 2. Difraksi Cahaya Pada Kisi

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.

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 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)

III. Metode Penelitian Pada percobaan ini dilakukan pengukuran jarak antar orde (kiri dan kanan) yang diamati melalui celah pada celah ganda yang dipasang pada bingkai kotak. Alat yang digunakan pada percobaan ini antara lain sumber cahaya berupa lampu halogen, filter cahaya berwarna (merah, kuning, hijau, biru), tiang penopang yang dilengkapi penggaris horizontal dan simetris tegak lurus terhadap tiang  penopang, dan celah ganda yang dipasang pada  bingkai kotak yang disusun sedemikian rupa. Langkah awal yang harus dilakukan adalah menyalakan lampu halogen yang terpasang pada tegangan 12V kemudian memasang filter berwarna merah di depan lampu halogen tersebut kemudian atur jarak pengamat dengan objek pengamatan, lalu lihat orde terang maksimal pada bagian kiri dan kanan kisi yang terpasang pada bingkai kotak. Kemudian ulangi untuk filter kuning, hijau, dan biru.

Gambar 2. 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 :

IV. Data dan Analisa

Tabel Data : Tabel 1. Data pengamatan filter Analisa:

Pada percobaan ini digunakan sumber cahaya  berupa cahaya polikromatik yaitu lampu halogen.  Namun berhubung yang akan dihitung adalah  panjang gelombang, maka digunakan filter berwarna (merah, kuning, hijau, biru) sehingga sumber cahaya menjadi cahaya monokromatik yang masing-masing warna dapat ditentukan panjang gelombangnya. Data yang didapat yaitu jarak antara kedua penanda  bergerak (L) dari masing-masing warna filter dan

 jarak antara tiang penopang yang dilengkapi  penggaris horizontal dengan celah ganda yang dipasang pada bingkai kotak. Dengan kedua data yang didapat dari percobaan, dapat ditentukan  panjang gelombang dari masing-masing warna filter. Dari hasil perhitungan berdasarkan data yang diambil saat percobaan, didapatkan panjang gelombang dari masing-masing warna filter adalah sebagai berikut : Merah : 647 nm Biru : 513 nm Kuning : 581 nm Hijau : 570 nm Hasil tersebut sebagian besar sesuai dengan rentang literatur, hanya filter warna biru saja yang tidak sesuai. Berikut adalah rentang panjang gelombang literatur : Merah : 620-750 nm Biru : 450-495 nm Kuning : 570-590 nm Hijau : 497-570 nm Tiga dari empat filter warna berada dalam rentang  pangajng gelombang literatur. Ketidaksesuaian  panjang gelombang filter warna biru dengan literatur dapat diakibatkan oleh berbagai macam faktor, diantaranya karena dari lima kali percobaan, yang mengamati tidak hanya satu orang, melainkan tiga orang secara bergantian. Sehingga acuan  pengamatan tidak konsisten (sudut pandang masingmasing pengamat berbeda) yang menimbulkan hasil  pengamatan yang tidak akurat. Selain itu, praktikan kesulitan menentukan orde ke-5 dari kisi, sehingga secara terpaksa pengamat harus menaksir posisi orde ke-5 yang mengakibatkan hasil pengamatan kurang tepat.

V. Simpulan Menentukan panjang gelombang cahaya tampak dengan menggunakan metode difraksi dan interferensi dapat dihitung dengan menggunakan  persamaan  λ  = ds/a  dimana nilai d dan a adalah konstan untuk setiap filter, dan nilai S menjadi variabel yang berbeda untuk setiap filter yang digunakan. Hasil yang didapat mendekati hasil sebenarnya. Dengan hasil ini dapat disimpulkan  bahwa percobaan ini hampir efektif untuk menentukan nilai dari panjang gelombang cahaya tampak.

Daftar Pustaka [1] Halliday, Resnick. 1995. Fisika Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga [2] Jewett, Serway. 2009. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta Selatan : Salemba Teknika [3] Tipler, Paul A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga