MATERI 9: INTERFERENSI

 Apa itu optika fisis?

Optika Fisis membahas fenomena-fenomena cahaya.

Apakah cahaya itu?

Cahaya merupakan salah satu bentuk energi.Karena cahaya itulah kita dapat melihat benda-benda di sekeliling kita termasuk diri kita sendiri.Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik, yang dapat merambat tanpa kehadiran medium. Secara perambatannya ia merupakan gelombang transversal.
Karena ia merupakan gelombang, cahaya dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), polarisasi, didifraksi, interfrensi, dispersi.

Nah untuk saat ini kita akan  membahas tentang interferensi , sebelumnya kita juga harus tau apa sih arti dari interferensi ???

-          Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang atau lebih (1)

Bagaimana interferensi terjadi ?

-          Ketika perpaduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama yang dapat menghasilkan suatu pola gelombang baru.

Apa saja jenis interferensi cahaya ?

1.  Interferensi Celah (Percobaan Thomas Young 1801)

2.    Interferensi pada Lapisan Tipis

3.    Interferensi cincin newton

Jawaban diatas hanyalah jawaban singkat dari beberapa pertanyaan umum sebelum kita mengetahui lebih dalam tentang interferensi.

1.      Syarat Terjadi Interferensi Cahaya

                        Cahaya merupakan gelombang, yaitu lebih spesifiknya gelombang elektromagnetik. Interferensi cahaya dapat terjadi apabila terdapat dua atau lebih berkas sinar yang bergabung pada satu titik. Jika cahayanya tidak berupa berkas sinar, maka penampakan interferensinya akan sulit untuk diamati.

            Interferensi akan terjadi apabila 4 syarat di bawah ini terpenuhi, yaitu:

1.    Kedua gelombang cahaya haruslah koheren, dalam arti bahwa kedua gelombang cahaya haruslah memiliki beda fasa yang selalu tetap.

2.    Kedua sinar/ cahaya yang dipancarkan haruslah yang memiliki frekuensi yang sama.

3.    Kedua gelombang cahaya haruslah memiliki amplitudo yang hampir sama.

4.    Interferensi terjadi pada cahaya yang terpolarisasi linier atau polarisasi lain, termasuk cahaya natural/alami.

2.    Pengertian

          Interferensi merupakan perpaduan dua gelombang atau lebih yang memiliki beda fase konstan dan amplitudo yang hampir sama yang dapat menghasilkan suatu pola gelombang baru. Interferensi cahaya adalah penjumlahan superposisi dua gelombang cahaya atau lebih yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya.Interferensi dapat bersifat membangun dan merusak. Bersifat membangun (interferensi konstruktif) jika beda fase kedua gelombang sama sehingga gelombang baru yang terbentuk adalah penjumlahan dari kedua gelombang tersebut. Bersifat merusak (interferensi destruktif) jika beda fasenya adalah 180°, sehingga kedua gelombang saling menghilangkan.(gambar 1)

     Agar hasil interferensinya mempunyai pola yang teratur, kedua gelombang cahaya harus koheren.

     Apa itu koheren ??

     “Koherensi adalah salah satu sifat gelombang yang menunjukkan interferensi yang            sama antara fase dan penjalarannya.”. . .(1)

3.    Jenis-jenis interferensi cahaya

1)      Percobaan Interferensi oleh Frenell dan Young

      Untuk mendapatkan dua sumber cahaya koheren, A.J.Fresnell dan Thomas Young menggunakan sebuah lampu sebagai sumber cahaya.Dengan menggunakan sebuah sumber cahaya S, Fresnell memperoleh dua sumber cahaya S₁ dan S₂ yang kohoren dari hasil pemantulan dua cermin.Sinar monokromatis yang dipancarkan oleh sumber S, dipantulkan oleh cermin I dan cermin II yang seolah-olah berfungsi sebagai sumber S₁ dan S₂. Sesungguhnya, S₁ dan S₂ merupakan bayangan oleh cermin I dan Cermin II (Gambar 2

)

      Berbeda dengan percobaan yang dilakukan oleh Fresnell, Young menggunakan dua penghalang, yang pertama memiliki satu lubang kecil dan yang kedua dilengkapi dengan dua lubang kecil. Dengan cara tersebut, Young memperoleh dua sumber cahaya (sekunder) koheren yang monokromatis dari sebuah sumber cahaya monokromatis (Gambar 2.5). Pada layar tampak pola garis-garis terang dann gelap.Pola garis-garis terang dan gelap inilah bukti bahwa cahaya dapat berinterferensi. Interferensi cahaya terjadi karena adanya beda fase cahaya dari kedua celah tersebut.

     Pola interferensi yang dihasilkan oleh kedua percobaan tersebut adalah garis-garis terang dan garis-garis gelap pada layar yang silih berganti.Garis terang terjadi jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling menguatkan atau interferensi maksimum.Adapun garis gelap terjadi jika kedua sumber cahaya mengalami interferensi yang saling melemahkan atau interferensi minimum. Jika kedua sumber cahaya memiliki amplitudo yang sama, maka pada tempat-tempat terjadinya interferensi minimum, akan terbentuk titik gelap sama sekali. Untuk mengetahui lebih rinci tentang pola yang terbentuk dari interferensi dua celah, perhatikan penurunan-penurunan interferensi dua celah berikut.

     Pada Gambar 3 tampak bahwa lensa kolimator menghasilkan berkas sejajar. Kemudian, berkas cahaya tersebut melewati penghalang yang memiliki celah ganda sehingga S­­₁ dan S₂ dapat dipandang sebagai dua sumber cahaya monokromatis. Setelah keluar dari S₁ dan S₂, kedua cahaya digambarkan menuju sebuah titik A pada layar. Selisih jarak yang ditempuhnya (S­₂A – S₁A) disebut beda lintasan.

..............................

dengan

                   d = jarak kedua celah (m)

m = orde (0, 1, 2, 3, dst)

λ = panjang gelombang (m)

θ = sudut

                

Kita dapat mengukur  dan d, serta posisi  dari pita-pita terang itu, sehingga eksperimen ini menyediakan pengukuran langsung dari panjang gelombang (λ). Jarak antara pita-pita terang yang berdekatan dalam pola itu sesuai dengan persamaan di atas, berbanding terbalik dengan jarak d di antara celah-celah itu. Semakin berdekatan celah-celah tersebut, maka akan semakin tersebarlah pola-pola interferensinya, begitu sebaliknya.

Persamaan ini hanya untuk sudut yang kecil saja. Dan persamaan ini hanya dapat digunakan jika jarak  dari celah-celah ke layar jauh lebih besar daripada pemisahan celah d dan jika  jauh lebih besar dari jarak  dari pusat pola interferensi ke pita terang ke- .

2)      Interferensi Cahaya Lapisan Tipis

     Dalam keseharian Anda sering mengamati garis-garis berwarna yang tampak pada lapisan tipis bensin atau oli yang tumpah di permukaan air saat matahari menyoroti permukaan oli tersebut.Di samping itu, Anda tentu pernah main air sabun yang ditiup sehingga terjadi gelembung. Kemudian saat terkena sinar matahari akan terlihat warna-warni. Cahaya warna-warni inilah bukti adanya peristiwa interferensi cahaya pada lapisan tipis air sabun. Interferensi ini terjadi pada sinar yang dipantulkan langsung dan sinar yang dipantulkan setelah dibiaskan.

interferensi konstruktif diantara kedua gelombang yang direfleksikan itu (panjang lintasan yang berbeda) terjadi di tempat berbeda untuk panjang gelombang (λ) yang berbeda pula mengakibatkan adanya perbedaan fasa di antara kedua gelombang tersebut. Warna-warni pelangimenunjukkan bahwa sinar matahari adalahgabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Dilain pihak, warna pada gelombang sabun, bukan disebabkan olehpembiasan. Hal ini terjadi karena interferensi konstruktif dan destruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. Adanyagejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang.(1)

Interferensi antar gelombang yang dipantulkan oleh lapisan atas dan yang dipantulkan oleh lapisan bawah ditunjukkan pada (Gambar 6)

                                              

Peristiwa seperti yang diperlihatkan pada gambar di atas menunjukkan cahaya yang menyinari permukaan atas dari sebuah film tipis yang mempunyai ketebalan  sebagian direfleksikan di permukaan bagian atas. Cahaya yang ditransmisikan melalui permukaan  atas, sebagian didirefleksikan di pemukaan bagian bawah. Kedua gelombang yang direfleksikan itu nantinya akan berkumpul di titik P yang berada di retina mata. Kedua gelombang tersebut kemudian dapat berinterferensi secara konstruktif maupun destruktif (tergantung dari fasa yang dimiliki kedua gelombang tersebut). Warna-warna yang berbeda pada pita warna menunjukkan panjang gelombang yang berbeda-beda, sehingga untuk beberapa warna dapat mengalami interferensi konstruktif dan sebagian lagi mengalami interferensi destruktif.

Dengan

n = indeks bias lapisan tipis

d = tebal lapisan

r = sudut bias

m = orde interferensi (0, 1, 2, 3, …)

λ = panjang gelombang sinar

3)      Interferensi Cincin Newton

     Cincin Newton adalah fenomena terbentuknya cincin pelangi atau goresan-goresan melingkar yang ditimbulkan proses pembiasan cahaya dari suatu lapisan tipis ke medium (kaca, lensa lengkung) yang mengakibatkan perbedaan diameter goresan-goresan sehingga terbentuklah cincin newton. (gambar 7)

Bila cahaya dijatuhkan pada susunan lensa plankonveks yang diletakkan diatas kaca, karena diantara lensa dan kaca terdapat lapisan udara yang bertindak sebagai selaput tipis, cahaya tersebut akan mengalami interferensi. Bila cahaya yang dijatuhkan berupa cahaya monokromatik, maka di permukaan datar lensa plankonveks terlihat cincin gelap (minimum) dan terang (maksimum). Tetapi bila yang dijatuhkan sinar polikromatik akan terlihat cincin berwarna. Cincin yang terlihat ini dinamakan cincin Newton. Untuk menentukan gelap dan terang digunakan rumus :

4.    APLIKASI INTERFERENSI CAHAYA

Dalam kehidupan sehari-hari, kita melihat gelembung air sabun akan terlihat berwarna, warni. Begitu juga genangan minyak tanah diatas permukaan air, akan terlihat sama berwarna warni.Warna-warni pelangi menunjukkan pada kita bahwa sinar matahari adalah gabungan gabungan dari berbagai macam warna dari spektrum kasat mata. Akan tetapi warna pada gelombang sabun, lapisan minyak, warna bulu burng merah dan burung kalibri bukan disebabkan oleh pembiasan. Tetapi karna terjadi interferensi konstruktif dan distruktif dari sinar yang dipantulkan oleh suatu lapisan tipis. Adanya gejala interferensi ini bukti yang paling menyakinkan bahwa cahaya itu adalah gelombang.Warna-warni terbentuk karena adanya interferensi gelombang cahaya yang memasuki lapisan tipis sabun. Karena cahaya putih seperti sinar matahari memiliki banyak panjang gelombang maka sinar yang masuk kedalam lapisan sabun dan yang dipantulkan oleh lapisan sabun itu juga akan mengalami pembiasan dan pemantulan yang tidak sama karena masing-masing panjang gelombang memiliki indeks bias sendiri-sendiri. Lintasan yang dilalui masing-masing gelombang tidak sama. Sinar putih ini mengalami dispersi atau penguraian warna dan terbentuklah cahaya berwarna-warni.Berwarna-warni karena cahaya yang jatuh ke gelembung sabun dipantulkan dan dibiaskan secara tidak merata karena indeks bias yang berbeda di tiap titik gelembung gara-gara tidak samanya ketebalan gelembung sabun.

Apa yang terjadi dengan peristiwa itu ?

Kesan melihat gelembung air sabun berwarna-warni disebabkan terjadinya  interferensi yaitu perpaduan dua gelombang cahaya yang jatuh pada selaput tipis, seperti selaput air sabun.Sinar datang (AB) jatuh pada selaput tipis dengan tebal lapaisan (d), oleh selaput akan dibiaskan sinar (BC)  dan dua sinar dipantulkan yaitu sinar (BD) dan EF, kedua sinar s1 dan s2 akan berinterferensi di retina mata, sehingga kita bisa melihat gelembung sabun berwarna warni, seperti pada gambar berikut. Jika cahaya yang dijatuhkan pada selaput tipis cahaya monokhromatik, maka pada gelembung sabun tidak akan terlihat warna pelangi, melainkan warna terang dan gelap.

1.    Contoh soal tentang interferensi cahaya

A.    Interferensi young

1.      Cahaya monokromatis dengan panjang gelombang 5000 A melewati celah ganda yang terpisah pada jarak 2 mm. Jika jarak celah layar 1 meter, tentukanlah jarak terang pusat dengan garis terang orde ketiga pada layar. 

                             

2.      Perhatikan diagram difraksi celah ganda berikut ini. Jika panjang gelombang berkas           cahaya 6000Å dan jarak antar celah 0,6 mm, tentukan jarak terang kedua dari terang pusat . . . .

B.     Interferensi lapisan tipis

1.      Tentukanlah tebal lapisan minimum yang dibutuhkan agar terjadi interferensi maksimum pada sebuah lapisan tipis yang memiliki indeks bias 4/3 dengan menggunakan panjang gelombang 5.600.

                    

2.      Tentukanlah panjang gelombang sinar yang digunakan, jika terjadi interferensi minimum orde 2 pada lapisan di udaradengan ketebalan 10³ nm, sudut bias 60°, dan indeks bias lapisan 1,5.

                             

C.     Contohsoalcincin newton

1.      Pada cincin newton, jari-jari gelap pertama 1 mm. jari-jari lensa pada konveks  4m. maka panjang gelombang cahaya yang digunakana dalah ?

                  

                     

2.      Pada suatu percobaan interferensi cincin newton digunakan cahaya dengan panjang gelombang λ=5700 A. Hasil pengamatan menunjukan jari-jari lingkaran gelap kesepuluh adalah 6 mm. Hitunglah jari-jari kelengkungan lensa. . . .

                  

DAFTAR PUSTAKA 

Giancoli,’ Fisika 2 ‘ , Penerbit Erlangga,edisi ke lima, Jakarta,2001

http://fisikon.com/kelas3/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=97

 https://gurumuda.net/interferensi-cahaya-kisi-difraksi-contoh-soal-un.htm