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 : Sitimurtopingah@yahoo.com

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