Laboratorium
Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA
Universitas
Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan eksperimen dengan judul “Interferometer Michelson” yang
bertujuan untuk memahami prinsip kerja/konsep interferometer michelson
dan mengukur panjang gelombang sumber
cahaya yang digunakan dalam percobaan. Pengambilan
data dilakukandengancaramemutarmikrometersearahjarum jam hinggacerminbergeser,
pergeseran ini disebut dm. Metode ini dilakukan sampai jumlah
frinji yang melewati tanda interferensi yang
diamati adalah sebanyak
20 frinji dan kelipatannya, hingga
diperoleh sepuluh data.Perubahan pola frinji tersebut dapat
dihitung nilai panjang gelombang laser yang
digunakan. Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, diperoleh panjang
gelombang sumber cahaya aligment bench yang digunakan adalah 640 nm, dengan kesalahan relatif terbesar yaitu 0,17%.
Jika dibandingkan panjang gelombang laser aligment bench secara teori adalah 650 nm
yang tidak memiliki perbedaan yang terlalu jauh dengan hasil eksperimen.
KATA
KUNCI: frinji, interferensi, interferometer michelson,
panjang gelombang
PENDAHULUAN
Berkas cahaya pada hakikatnya merupakan
osilasi gelombang dari medan listrik dan medan magnet. Bila dua atau lebih
berkas cahaya bertemu, kedua medan tersebut akan bergabung menurut prinsip
superposisi, sehingga akan teramati gejala interferensi.
Fenomena interferensi selalu berkaitan dengan
teori gelombang cahaya. Pada hakekatnya cahaya mempunyai besaran amplitudo,
panjang gelombang, fase serta kecepatan. Apabila cahaya melewati suatu medium
maka kecepatannya akan mengalami perubahan. Jika perubahan tersebut diukur,
maka dapat di peroleh informasi tentang keadaan objek/medium yang bersangkutan
misal indeks bias, tebal medium dari bahan yang dilewatinya dan panjang
gelombang sumbernya.
Pengamatan gejala interferensi
berdasarkan prinsip superposisi pertama kali dilakukan oleh Thomas Young. Dalam
eksperimennya, Young meloloskan seberkas cahaya pada celah tunggal yang sempit
dan jatuh pada dua celah yang berdekatan. Di belakang kedua celah tersebut,
Young menempatkan sebuah layar untuk menangkap gejala interferensi yang
dihasilkan. Percobaan ini menegaskan sebuah bukti penting bahwa cahaya pada
hakikatnya merupakan sebuah gelombang (Prinsip Huygens).
Tahun 1881, A. A. Michelson membangun
interferometer berdasarkan prinsip percobaan Young. Interferometer ini akan
digunakan untuk menguji keberadaan “eter”, yaitu sebuah media hipotetik yang
dianggap sebagai medium perambatan cahaya. Bersama Morley, hasil percobaan
Michelson menunjukkan bahwa hipotesis eter tidak dapat diterima.
Dalam perkembangan selanjutnya,
Interferometer Michelson tidak hanya dapat digunakan untuk membuktikan ada
tidaknya eter, akan tetapi dapat pula digunakan dalam penentuan sifat-sifat
gelombang lebih lanjut, misalnya dalam penentuan panjang gelombang cahaya
tertentu, pola penguatan interferensi yang terjadi, dan sebagainya. Sehingga,
mengingat nilai guna dari eksperimen ini yang sedemikian luasnya, maka
percobaan Interferensi Michelson ini menjadi penting untuk dilakukan.
Dalam penelitian ini yang diamati adalah perubahan pola
dan jumlah frinji interferensi pada Interferometer Michelson, sehingga dari
perubahan pola frinji tersebut dapat dihitung nilai panjang gelombang laser
aligment bench. Manfaat dari penelitian ini mahasiswa dapat menambah wawasan
mengenai fenomena fisis dari interferensi dan prinsip kerja Interferometer
Michelson dan kedepannya mahasiswa dapat melakukan percobaan ini dengan sendirinya.
Pada eksperimen
interferometer michelson
kali ini bertujuan untuk memahami prinsip
kerja/konsep interferometer michelson, dan
engukur panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan. Ekperimen ini dilakukan dengan memutar micrometer sekrupsearah
jarum jam sehingga cermin bergeser pergeseran cermin diambil sebagai nilai dm.
Pada eksperimen michelson yang diamati adalah perubahan pola dan jumlah frinji
interferensi pada Interferometer Michelson, sehingga dari perubahan pola frinji
tersebut dapat dihitung nilai panjang gelombang. Pengambilan data dari hasil
pengamatan dilakukan sampai jumlah frinji yang melewati tanda interferensi
sebanyak 20 frinji dan kelipatannya sehingga diperoleh sepuluh data.
TEORI
Interferensi dan difraksi merupakan
fenomena penting yang membedakan gelombang dari partikel. Interferensi ialah
penggabungan secara superposisi dua gelombang atau lebih yang bertemu dalam
satu titik di ruang. Sedangkan difraksi adalah pembelokan gelombang di sekitar
sudut yang terjadi apabila sebagian muka gelombang dipotong oleh halangan atau
rintangan. Interferensi gelombang dari dua sumber tidak teramati kecuali
sumbernya koheren, atau perbedaan fase di antara gelombang konstan terhadap
waktu.[3]
Interferometer
Michelsonmerupakan seperangkat peralatan yang memanfaatkan gejala interferensi.
Prinsip interferensi adalah kenyataan bahwa beda lintasan optik (d) akan membentuk suatu frinji.[1]
Hasil interfrensi yang
berupa pola-pola cincin dapat digunakan untuk menentukan beberapabesaranfisis yang
berkaitandenganinterferensi, misalnyapanjanggelombangsuatusumbercahaya, indeks
bias, danketebalanbahan.Berdasarkangaris-garis yang terbentuk,
makainterferensiterbagimenjadiduayaituinterferensisalingmenguatkan yang
ditandaidengancahaya yang lebihterangdaninterferensisalingmelemahkan yang
ditandaidengangarisgelap.Interferensisalingmenguatkanteramatiketikapuncakgelombangpertamabertemudenganpuncakgelombangkedua,
sedangkaninterferensisalingmelemahkanteramatiketikapengaruhgelombangpertamadibatalakanolehpengaruhgelombangkedua.[4]
Tahun 1881, A. A. Michelson membangun
interferometer berdasarkan prinsip percobaan Young. Interferometer ini akan
digunakan untuk menguji keberadaan “eter”, yaitu sebuah media hipotetik yang
dianggap sebagai medium perambatan cahaya. Bersama Morley, hasil percobaan
Michelson menunjukkan bahwa hipotesis eter tidak dapat diterima. Skema
perangkat interferometer Michelson diperlihatkan dalam gambar berikut[2].
GAMBAR
1: Skema Interferometer Michelson
Dari gambar di atas
seberkas cahaya laser menumbuk beam splitter. Beam splitter ini berfungsi
memecah berkas sehingga 50% cahaya yang jatuh padanya dipantulkan dan 50%
sisanya diteruskan. Berkas cahaya pantul bergerak menuju M2 dan
berkas cahaya yang diteruskan bergerak menuju M1. Kedua cermin M1
dan M2 kemudian memantulkan kembali berkas-berkas cahaya tersebut
kembali ke beam splitter.
Setengah dari masing-masing berkas
cahaya pantul dari M1 dan M2 kemudian di teruskan ke viewing screen, dan teramati pola
lingkaran gelap-terang-gelap-terang konsentris. Oleh karena berkas cahaya
interferensi bersumber dari berkas yang sama, maka berkas-berkas ini akan
memiliki fase yang sama. Perbedaan fase relatif pada saat bertemu bergantung
pada panjang lintasan optiknya. Panjang lintasan optik berkas cahaya pantul
dapat diubah dengan menggerakkan M1. Karena berkas cahaya bergerak
dua kali antara M1 dengan beam splitter maka menggerakkan M1
sejauh ¼ l
menuju beam splitter akan mengurangi lintasan optik sebesar ½ l.
Pada kondisi ini, pola interferensi akan berubah, jari-jari maksimum berkurang
dan akan menempati posisi minima sebelumnya[1].
Dengan menggerakkan cermin
perlahan-lahan sejauh dm, dan menghitung N, yaitu banyaknya pola
interferensi yang kembali ke kondisi awal, maka panjang gelombang cahaya dapat
dihitung dengan persamaan berikut
(1)
METODOLOGI
EKSPERIMEN
Eksperimen interferometer michelson
bertujuan untuk Memahami prinsip kerja/konsep interferometer Michelson,
dan Mengukur panjang gelombang sumber
cahaya yang digunakan dalam percobaan. Alat yang digunakan untuk melakukan
eksperimen ini yaitu:Perangkat alat interferometer, Sumber sinar laser, dan
Laser alignment bench.
GAMBAR 2:Perangkatpercobaan Interferometer Michelson
Ekperimen ini dilakukan dengan memutar perangkat mikrometersearah jarum jam
sehingga cermin bergeser. Pada eksperimen michelson yang diamati adalah
perubahan pola dan jumlah frinji interferensi pada Interferometer Michelson,
sehingga dariperubahan pola frinji tersebut dapat dihitung nilai panjang
gelombang.
Pengambilan
data dari hasil pengamatan dilakukan dengan menyetel perangkat untuk mengatur
tombol mikrometer selanjutnya memutar tombol mikrometer satu putaran berlawanan
arah jarum jam sampai titik nol pada mikrometer sejajar dengan tanda indeks.
Pola
interferensi yang berupa lingkaran terang dan dikelilingi cincin gelap (frinji)
akan tampil pada layar. Setelah diketahui bentuk awal frinjinya, ditetapkan
pola gelap sebagai titik acuan perhitung jumlah frinji.Selanjutnya, dilakukan
pengukuran dm dengan memutar secara perlahan-lahan skrup mikrometer
pada M2 searah jarum jam sampai jumlah frinji yang melewati tanda interferensi
sebanyak 20 frinji dan kelipatannya, mencatat penunjukkan mikrometer pada
posisi ini sebagai dm. Kegiatan ini dilakukan sebayak 10 kali
(sampai jumlah frinji yang melewati tanda interferensi sebanyak 200 frinji)
dimana setiap kelipatan 20 frinji mencatat penunjukkan pada mikrometernya.
HASIL
EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA
HasilPengamatan
NST mikrometer :
µm
TABEL
1.HubunganantaraJumlah Frinji (N) dengan JarakPergeseran Cermin (dm)
No
|
N
|
dm
(x 10-6) m
|
1
|
20
|
6,00
|
2
|
40
|
13,00
|
3
|
60
|
19,00
|
4
|
80
|
25,00
|
5
|
100
|
31,00
|
6
|
120
|
37,00
|
7
|
140
|
44,00
|
8
|
160
|
50,00
|
9
|
180
|
56,00
|
10
|
200
|
62,00
|
Analisis Data
Menghitung
panjang gelombang menggunakan persamaan:
Dimana:
: Panjang gelombang (nm)
: Beda Lintasan Optik
(m)
N :
Jumlah Frinji
Dengan Ketidakpastian panjang gelombang (
.
v Menghitung Beda Lintasan Optik (dm)
v
Menghitung Panjang Gelombang (
Menghitung rata-rata Panjang Gelombang (
Menghitung Ketidakpastian Panjang Gelombang
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
v
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
PEMBAHASAN
Interferensi adalah penggabungan
secara superposisi dua gelombang atau lebih yang bertemu dalam satu titik di
ruang. Salah satualat yang
dapatdigunakanuntukmengidentifikasiadanyainterferensiadalahdenganmenggunakanalat
yang disebut interferometer, salahsatucontohnyaadalah interferometer Michelson.
Padaeksperimen
Interferometer Michelson dilakukandengantujuanuntukmemahamiprinsipkerja
interferometer Michelson danmenentukanpanjanggelombang laser yang
digunakanyaitu laser aligment bench.Prinsip dari eksperimen interferometerMichelson yang telah dilakukan yaitu seberkas cahaya monokromatik yang dipisahkan
di suatu titik tertentu sehingga masing-masing berkas dibuat melewati dua
panjang lintasan yang berbeda, dan kemudian disatukan kembali melalui pantulan
dari dua cermin yang letaknya saling tegak lurus dengan titik pembagi berkas tersebut. Setelah berkas cahaya monokromatik tersebut
disatukan maka akan didapat pola interferensi akibat penggabungan dua gelombang
cahaya tersebut. Pola interferensi itu
terjadi karena adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh dua berkas
gelombang cahaya yang telah disatukan tersebut.
Pada eksperimen ini yang diamati adalah perubahan pola
dan jumlah frinji interferensi pada interferometer michelson, sehingga dari
perubahan pola frinji tersebut dapat dihitung nilai panjang gelombangberdasarkanpersamaanpanjanggelombang.Pengambilan data dilakukandenganmemutar mikrometer searah
jarum jam sehingga cermin bergeser, pergeseran cermin diambil sebagai nilai dm.Metodeinidilakukan sampai
jumlah frinji yang melewati tanda interferensi yang diamatiadalahsebanyak 20 frinji dan
kelipatannyahingga diperoleh sepuluh data.
Berdasarkananalisis data
diaatasdiperolehpanjanggelombangantara 600-700.Dimana rata-rata panjanggelombangnyayaitu
620 nm. Hasil yang diperolehberdasarkaneksperimenmemilikiperbedaantidakterlalujauhdenganpanjanggelombang
laser alignment bench secarateori, yaitusebesar 650 nmberdasarkanpanjanggelombangtampak
yang berwarnamerah.
Adapunpersentasekesalahanrelative panjanggelombang
yang terbesaryaitu 0,17%. Besarnyakesalahanrelatif yang
diperolehpadaeksperimendisebabkankarenakurangtelitipadasaatpembacaan micrometer
ataukekeliruanpadasaatmenentukanjumlahfrinji yang telahmelewatitanda yang
telahditentukan, sehinggahasil yang diperolehkurangtepat.
SIMPULAN
Berdasarkaneksperimen yang telahdilakukan, dapatdisimpulkanbahwapanjang
gelombang sumber cahaya aligment bench yang digunakanadalah620 nm, dengankesalahrelatifterbesaryaitu 0,17%.
Jikadibandingkanpanjanggelombang laser aligment bench adalah 650 nm yang tidakmemilikiperbedaan
yang terlalujauhdenganhasileksperimen.
REFERENSI
[1] Halliday, D. dan Resnick, R. 1993. Fisika
Jilid 2. Jakarta: Erlangga.
[2]Subaer, dkk. 2013. Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika I Unit. Makassar: Laboratorium
Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM.
[3] Tipler, P. A. 1991. FisikauntukSainsdanTehnikJilid 2 (alihbahasa Dr. BambangSoegijono).
Jakarta: Erlangga.
[4] Umar, Efrizon.2008.
BukuPintarFisikaBandung: Mediapusindo