materi 8 (Interferensi)

        A.    Pengertian Interferensi

            Interferensi cahaya merupakan interaksi dua atau lebih gelombang cahaya yang menghasilkan suatu radiasi yang menyimpang dari jumlah masing-masing komponen radiasi gelombangnya. Atau dapat dikatakan sebagai perpaduan dari dua gelombang cahaya yang datang bersama di suatu tempat.  Interferensi cahaya menghasilkan suatu pola interferensi (terang-gelap).[1]

        B.     Interferensi konstruktif dan destruktif

Kedua sumber itu menghasilkan gelombang – gelombang yang amplitudonya sama dan panjang gelombang λ yang sama. Tambahan lagi, kedua sumber itu sefasa secara permanen, kedua sumber itu bergerak serentak. Kedua sumber dapat berupa dua pengaduk yang disinkronkan dalam sebuah tangki rekasi, dan pengeras suara yang dijalankan oleh penguat sama, dua antena radio yang diperkuat oleh pemancar yang sama, atau dua lubang atau celah kecil dalam sebuah layar yang tak tembus cahaya, yang disinari oleh sumber cahaya monokromatik yang sama.

Dua seumber monokromatik yang frekuensinya sama dan dengan sebarang hubungan fasa konstan yang tertentu, (tidak perlu sefasa) dikatakan koheren. Umumnya, bila gelombang dari dua atau lebih sumber tiba sefase disebuah titik, maka amplitude gelombang resultan adalah jumlah dari amplitude gelombang – gelombang individu. Gelombang – gelombang individu itu saling memperkuat. Ini dinamakan interferensi konstruktif

Misalnya jarak dari S₁ ke sebarang titik P adalah r₁, dan misalnya jarak dari S₂ ke P adalah r₂. Supaya interferensi konstruktif terjadi di P,  selisih lintasan r₂ – r₁, untuk kedua sumber itu harus merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang λ.

r₂ – r₁ = mλ (m = 0, 1,  2,  3……)…(4)

(interferensi konstruktif, dua celah)

titik a dan titik b memenuhi persamaan (4) berturut – turut dengan m = 0 dan m n= +2. Sesuatu yang berlainan terjadi di titik c dalam gambar 3.1a. Di titik ini, selisih lintasan r₂ – r₁ = -2,5λ, yang merupakan bilangan setengah bulat dari panjang gelombang. Gelombang – gelombang dari kedua sumber itu tiba di titik c persis berbeda fasa sebanyak setengah siklus. Sebuah puncak dari satu gelombang tiba pada waktu yang sama seeperti sebuah puncak dalam arah berlawanan (sebuah “lembah”) dari gelombang lainnya (gambar 3.1c). Amplitude resultan itu adalah selisih diantara kedua amplitude individu tersebut. Jika amplituod – amplitude individu itu sama, maka amplitude total ini adalah nol. Keadaan saling meniadakan atau saling meniadakan parsial dari gelombang – gelombang individu itu dinamakan interferensi deskruktif.

Syarat untuk interferensi destruktif dalam situasi seperti yang diperlihatkan dalam gambar 3.1a adalah

r₂ – r₁ = = (m + ½)λ  (m = 0, 1,  2,  3……) (5)

 (interferensi destruktif, sumber – sumber sefasa)

1 Interferensi celah ganda

    Sebuah sumber cahaya (yang tidak diperlihatkan) memancarkan cahaya monokromatik, akan tetapi, cahaya ini tidak sesuai untuk digunakan dalam sebuah eksperimen interferensi karena pancaran dari bagian – bagian yang berbeda dari sebuah sumber biasa tidak disinkronkan. Untuk mengatasi hal ini, cahaya itu diarahkan pada sebuah layar dengan sebuah celah sempit S₀, yang lebarnya kurang lebih 1 μm. Cahaya yang muncul keluar dari celah itu hanya berasal dari sebuah daerah kecil dari sumber cahaya tersebut, jadi celah S₀ berperilaku lebih mirip sumber ideal yang diperlihatkan dalam gambar.

Cahaya dari celah S₀ jatuh pada sebuah layar dengan dua buah celah sempit lain s₁ dan s₂, yang lebarnya masing – masing kurang dari 1 μm dan beberapa puluh atau berapa ratus micrometer terpisah satu sama lain. Muka – muka gelombang silinder menyebar keluar dari celah S₀ dan mencapai celah S₁ dan celah S₂ dalam keadaan sefasa karena muka – muka gelombang itu menempuh jarak yang sama dari S_o. Gelombang yang muncul keluar dari celah S₁ dan celah S₂ adalah sumber – sumber koheren. Interferensi gelombang – gelombang dari S₁ dan S₂ menghasilkan sebuah pola dalam ruang yang menyerupai pola kanan dari sumber.

Untuk melihat pola interferensi itu, sebuah layar ditempatkan sedemikian rupa sehingga cahaya dari S₁ dan S₂ jatuh padanya. Layar itu akan disinari paling terang di titik P, dimana gelombang cahaya dari celah – celah itu berinterferensi destruktif. 

Untuk menyederhanakan analisis eksperimen Young, kita menganggap bahwa jarak R dari celah – celah ke layar itu begitu besar dibandingkan dengan jarak d diantara celah – celah sehingga garis – garis dari S₁ dan S₂ ke P sangat hampir parallel, seperti dalam gambar 4.1c. Inilah kasus umum untuk eksperimen dengan cahaya, pemisahan celah itu yang umum beberapa millimeter, sedangkan layar itu dapat berada sejauh satu meter atau lebih. Maka selisih panjang lintasan itu diberikan oleh

r₂ – r₁ = d sin θ…(6)

dimana θ adalah sudut diantara sebuah garis dari celah – celah ke layar dan garis normal ke bidang celah – celah itu (yang diperlihatkan sebagai sebuah garis hitam yang tipis.

Kita mendapatkan bahwa sebuah interferensi konstruktif (penguatan) terjadi di titik – titik dimana selisih lintasan d sin teta adalah kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang, mλ, dimana m = 0, 1,  2,  3,…. Maka daerah terang pada layar itu terjadi pada sudut teta dimana

d sin θ = mλ                (m = 0, 1,  2,  3……)..(7)

(interferensi kontruktif, dua celah)

Secara sederhana, interferensi destruktif terjadi, membentuk daerah gelap pada layar pada titik dimana perbedaan lintasannya adalah sebesar bilangan setengah bulat dari panjang gelombang, (m + ½)λ.

d sin θ = (m + ½)λ      (m = 0, 1,  2,  3……)…(8)

(interferensi destruktif, dua celah).

2.      Interferensi selaput tipis

      Gelombang cahaya di refleksikan dari permukaan – permukaan yang berlawanan dari film tipis seperti itu, dan interferensi konstruktif diantara kedua gelombang yang direfleksikan itu (dengan panjang lintasan yang berbeda) terjadi di tempat yang berbeda untuk panjang gelombang yang berbeda.

3.      Cincin newton

                Jika permukaan cembung sebuah lensa diletakkan menempel di atas bidang datar sebuah pelat gelas, seperti dalam gambar 4.3.1, maka terbentuklah sebuah lapisan udara tipis antata kedua permukaan itu. 

Gambar 4.3.1

      Tebal lapisan udara ini sangat kecil di titik kontak antara lensa dan pelat gelas itu, makin keluar berangsur-angsur tebalnya bertambah. Tempat kedudukan titik-titik dengan tebal yang sama ialah lingkaran-lingkaran yang sepusat dengan titik kontak. Lapisan yang demikian dipergunakan untuk memperlihatkan warna-warna interferensi, yang dihasilkan dengan cara yang sama seperti warna-warna dalam lapisan tipis sabun. Pita-pita interferensi adalah berbentuk lingkaran, yang sepusat dengan titik kontak. Bila dilihat dari cahaya pantul. Pusat pola itu adalah hitam, seperti halnya lapisan tipis sabun. Dapat dicatat  bahwa dalam hal ini tidak ada pembalikan fase cahaya pantul dari permukaan lapisan atas. (Yang mempunyai index bias lebih kecil dari pada medium tpay cahaya itu merambat selebum dipantulkan), tapi fase gelombang yang dipantulkan dari permukaan bawah dibalikkan. Bila dilihat dari cahaya yang dihantarkan maka pusat pola adalah terang. Jika dipakai cahaya putih maka warna cahaya yang dipantulkan dari lapisan itu pada suatu titik adalah komponen terhadap warna yang diteruskan.[2]

      Warna – warna yang tampak dan dapat dilihat disebut cincin – cincin. Cincin – cincin ini telah dipelajari oleh Newton dan dinamakan cincin Newton.  Bila memandang susunan itu melalui cahaya yang direfleksikan, maka pusat pola itu kelihatan berwarna hitam.

Soal dan Pembahasan:

1.      Dua celah sempit dengan jarak pisah 1 mm berada sejauh 1 m dari layar. Jika cahaya merah dengan panjang gelombang 6500  disorotkan pada kedua celah, tentukan:

a. jarak antara pita terang ketiga dengan pita terang pusat

b. jarak antara pita gelap kelima dengan terang pusat

c. jarak antara pita terang ketiga dengan pita tgelap kelima

penyelesaian:

= 6500

d= 1 mm= 0,001 m

L= 1 m

Maka,

a. n=3

p.d/L= n.

p. 0,001/1=3. 65.10^-8

p= 0,00195 m

b. n=5

p.d/L=n.

p.0,001/1=(5-0,5)65.10^-8

p=0,002925 m

c. jarak terang ketiga dengan gelap kelima:

 p₅-p₃

 0,002925-0,00195

 0,000975 m

---

[2] Sears, Francis Weaston dan Mark W zemanasky. Fisika untuk Universitas III”. Jakarta.1962. Hal 862-863

[1] http://phys.unpad.ac.id/wp-content/uploads/2009/03/BAB4-INTERFERENSI-CAHAYA.pdf