Difraksi Cahaya/Pembelokan Cahaya

Apa yang terjadi apabila gelombang permukaan air melalui celah yang sempit ?

Pengertian Difraksi

Jika sebuah gelombang permukaan air tiba pada suatu celah sempit, maka gelombang ini akan mengalami lenturan/pembelokan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di daerah belakang celah tersebut. Gejala ini disebut difraksi.

Cahaya bila di jatuhkan pada celah sempit /penghalang, akan terjadi peristiwa difraksi

Difraksi Gelombang air Laut/sungai.

Difraksi pada gelombang air dilihat dari atas
















Beberapa Peristiwa Difraksi

1. Difraksi Cahaya pada Celah Tunggal

Bila cahaya monokhromatik (satu warna) dijatuhkan pada celah sempit, maka cahaya akan di belokan /dilenturkan seperti gambar berikut

Difraksi pada celah sempit, bila cahaya yang dijatuhkan polikhromatik (cahaya putih\banyak warna), selain akan mengalami peristiwa difraksi, juga akan terjadi peristiwa interferensi, hasil interferensi menghasilkan pola warna pelangi

Gambar peristiwa difraksi pada celah tunggal





Berkas cahaya jatuh pada celah tunggal, seperti pada gambar , akan dibelokan dengan sudut belok θ. Pada layar akan terlihat pola gelap dan terang.Pola gelap dan terang akan terjadi bila mengalami peristiwa interferensi

Rumus, hasil interferensi pada celah tunggal dapat dituliskan Sbb :

Interferensi Maksimum (terjadinya pola terang )

d sin θn = (2n – 1) ½ λ atau d.p/l= (2n – 1) ½ λ , n = 1, 2, 3, ……dstd = lebar celah, θn= sudut belok, n = bilangan asli, λ = panjang gelombang,

l= jarak celah ke layar, p = jarak antara dua terang atau gelap

Interferensi Minimum (terjadi pola gelap)

d sin θn = (2n) ½ λ= nλ atau d p/l = (2n) ½ λ = n λ , n = 1,2,3 , ….dst

Contoh Soal :

Cahaya monokhromatik dari sumber cahaya yang jauh datang pada sebuah celah tunggal yang lebarnya 0,8 mm dan jarak pusat terang ke gelap kedua adalah 1,80 mm dan panjang gelombang cahaya 4800 A maka jarak celah ke layar adalah….
2 m d. 0,5 m
1,5 m e. 0,02 m
1 m

Penyelesaian

Diketahui : d = 0,8 mm , p = 1,8 mm, λ= 4800 A = 4,8 x 10-7 m, n = 2

Ditanyakan : l =….?

Jawaban :

d p/l = (2n) ½ λ, l = d p/ (2n) ½ λ,
l = 0,8 x 10-3 ( 1,8 x 10-3) / 2 .2. 1/2. 4,8 x 10 -7 = 1,5 meter

 2. Difraksi Cahaya pada Celah Banyak (kisi Difraksi)

Kisi/celah banyak, sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk dinding bangunan.

Kisi difraksi yang ada di laboratorium Fisika adalah Kaca yang digores dengan intan, sehingga dapat berfungsi sebagai celah banyak.

Jika seberkas sinar monokromatik jatuh pada kisi difraksi, akan terjadi peristiwa difraksi dan interferensi seperti pada gambar berikut




Skema, saat berkas sinar jatuh pada kisi difraksi

Disebut kisi difraksi jika jumlah kisi menjadi N buah, pada umumnya:
Ncelah = ~ribuan buah per cm/mm

Hasil difraksi dan Interferensi, akan terlihat pola gelap dan terang pada layar

Rumus Interferensi pada Celah banyak/kisi difraksi kebalikan dari rumus interferensi pada celah tunggal

Interferensi maksimum (terjadi pola terang)

d sin θ = (2n) ½ λ = n λ atau d p/l = (2n) ½ λ= nλ , n = 1,2,3 , ….dst


Interferensi Minimum (terjadi pola gelap)

d sin θ = (2n – 1) ½ λ atau d.p/l= (2n – 1) ½ λ , n = 1, 2, 3, ……dst

d = konstanta kisi=lebar celah = 1/N (N = banyak celah/goresan), θ= sudut belok=sudut difraksi

n = bilangan asli= orde

λ = panjang gelombang, l= jarak celah ke layar, p = jarak antara dua terang atau gelap


Contoh Soal :

Seberkas sinar monokhromatik dengan panjang gelombang 5000Ao, datang tegak lurus pada kisi yang terdiri dari 5000 garis tiap cm, mka sudut belok pada orde terang ke 2 adalah….

A. 0 D. 90°

B. 30° E. 120°

C. 45°

Penyelesaian :

diketahui : λ= 5000Ao= 5x 10-7 m, d = 1/N = 1 cm/5000, n = 2

Ditanyakan : θ = …….?

Jawab : d sin θ = (2n) ½ λ = n λ

0,01/5000 sin θ = 2 . 5.10-7 ……….. θ= 30°


 3. Difraksi Terhadap Perbesaran Alat Optik (Difraksi pada celah berlubang)

Difraksi yang terjadi jika cahaya dilewatkan melalui lubang sempit berbentuk lingkaran. seperti lubang pupil mata manusia, D = diameter pupil, S1 dan S2 dua sumber cahaya, seperti dua lampu sorot pada mobil.Pola difraksi yang dihasilkan berbentuk lingkaran pada layar atau retina mata . Pada retina mata ada dua bayangan yang berbentuk lingkaran di S1′ dan S2′, Seperti gambar berikut/gambar daya urai suatu lensa mata/daya urai alat optik.

Pada malam hari mobil kita akan menyalakan lampu saat sedang bergerak, pada saat berpapasan dengan mobil lain ayang arahnya berlawan, juga menyalakan lampu, kita akan silau melihat mobil itu. Apa yang terjadi pada mata kita melihat silau/ tidak jelas penglihatan. Terjadinya silau karena pada retina mata bayangan dari dua lampu mobil tidak bisa dipisahkan, seperti pada gambar (a)

Beberapa Kemungkinan Difraksi Cahaya Alat Optik ( Retina mata )

Gambar (a) bayangan berimpit dari dua sumber cahaya/dua benda

(b) hampir dapat dipisahkan dari bayangan dari dua sumber cahaya/dua benda

(c) bayangan dari dua sumber cahaya/dua benda tepat dipisahkan

Daya Urai Lensa (d)

— Adalah kemampuan alat optik untuk menghasilkan bayangan yang terpisah dari dua benda yang berdekatan.

— Kriteria Rayleigh berbunyi : Dua benda titik tepat dapat dipisahkan jika pusat dari pola difraksi benda pertama berimpit dengan minimum pertama dari difraksi benda kedua.

Beberapa Persamaan yang didapat dari Gambar daya urai

— sin θ = 1,22 λ/D, sin θ = d/l, d = 1,22 λ. l/D

λ = Panjang gelombang, d= daya urai= jarak antara dua sumber cahaya

l = jarak antara dua sumber cahaya sampai layar/retina mata

D = lubang pupil/diafragma mata

Contoh Soal

Jarak antara dua lampu depan sebuah lampu mobil 122 cm, diamatai oleh mata yang memiliki diameter pupuil 3 mm, jika panjang gelombang cahaya yang diterima mata 500 nm, maka jarak mobil paling jauh supaya masih dapat dibedakan sedabagai dua lampu yang terpisah adalah….

A. 6000 m B. 5000 m C. 4000 m D. 3000 m E. 2000 m

Penyelesaian :

Diketahui : d = 122 cm = 1,22 m, D = 3 mm = 0,003 m, λ.= 500 nm = 5.10-7 m

Ditanyakan : l=……..? jarak antara dua lampu sampai retina mata kita

Jawab :

d = 1,22 λ. l/D

1,22 = 1,22 . 5.10-7. l/0,003…………… l = 6000 m