Contoh Soal Interferensi Cahaya
Interferensi cahaya adalah fenomena fisika yang terjadi ketika dua atau lebih gelombang cahaya bertemu dan saling tumpang tindih, mengakibatkan pola distribusi intensitas cahaya yang khas. Fenomena ini sangat erat kaitannya dengan sifat gelombang cahaya dan menjadi salah satu bukti penting dari teori gelombang cahaya. Artikel ini akan mengulas konsep dasar interferensi cahaya serta memberikan beberapa contoh soal beserta pembahasannya untuk memperdalam pemahaman mengenai fenomena ini.
Konsep Dasar Interferensi Cahaya
Interferensi cahaya terjadi ketika dua atau lebih sumber cahaya koheren (sumber yang mempunyai panjang gelombang yang sama dan perbedaan fase yang konstan) saling bertemu. Pada prinsipya, interferensi dapat bersifat konstruktif atau destruktif. Interferensi konstruktif terjadi ketika gelombang bertemu dalam fase yang sama, sehingga menghasilkan amplitudo yang lebih besar. Sebaliknya, interferensi destruktif terjadi ketika gelombang bertemu dalam fase berlawanan, mengakibatkan saling meniadakan dan menghasilkan amplitudo yang lebih kecil atau bahkan nol.
Salah satu eksperimen terkenal yang menunjukkan interferensi cahaya adalah percobaan celah ganda Young. Dalam percobaan ini, seberkas cahaya ditembakkan melalui dua celah sempit yang berdekatan, menghasilkan pola interferensi pada layar di belakang celah. Pola ini menampilkan serangkaian garis terang dan gelap sebagai bukti interferensi konstruktif dan destruktif.
Rumus Dasar Interferensi
Untuk memahami interferensi, penting untuk menguasai rumus dasar yang berlaku pada fenomena ini. Pada dasarnya, lokasi-lokasi terang (interferensi konstruktif) dan gelap (interferensi destruktif) pada percobaan celah ganda dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
1. Interferensi Konstruktif:
\[
d \sin \theta = m \lambda
\]
Di mana:
– \( d \) adalah jarak antara kedua celah.
– \( \theta \) adalah sudut terhadap garis normal di mana intensitas maksimal terjadi.
– \( m \) adalah bilangan bulat (0, 1, 2, …).
– \( \lambda \) adalah panjang gelombang cahaya.
2. Interferensi Destruktif:
\[
d \sin \theta = \left(m + \frac{1}{2}\right) \lambda
\]
Contoh Soal Interferensi Cahaya
Untuk mengaplikasikan konsep interferensi, berikut ini beberapa contoh soal beserta pembahasannya:
Contoh Soal 1
Soal:
Sebersit cahaya dengan panjang gelombang 600 nm melalui dua celah yang berjarak 0,1 mm satu sama lain. Jika layar diletakkan 2 meter di belakang celah, tentukan jarak antar garis terang pertama pada pola interferensi.
Pembahasan:
Untuk menemukan jarak antara garis terang pertama, kita dapat menggunakan rumus interferensi konstruktif:
\[
d \sin \theta = m \lambda
\]
Di sini kita mencari jarak pada layar yang setara dengan sudut \( \theta \). Untuk sudut kecil, kita dapat menggunakan pendekatan:
\[
\sin \theta \approx \tan \theta = \frac{x}{L}
\]
Di mana \( x \) adalah jarak antar garis terang pada layar dan \( L \) adalah jarak antara celah dan layar. Pada kasus ini, \( m = 1 \) untuk garis terang pertama sehingga:
\[
d \frac{x}{L} = \lambda
\]
Maka:
\[
x = \frac{\lambda L}{d}
\]
Mengganti nilai yang diketahui, kita peroleh:
\[
x = \frac{600 \times 10^{-9} \, \text{m} \times 2}{0,1 \times 10^{-3} \, \text{m}} = 0,012 \, \text{m} = 12 \, \text{mm}
\]
Jadi, jarak antar garis terang pertama adalah 12 mm.
Contoh Soal 2
Soal:
Pada eksperimen celah ganda, dua cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda digunakan: 500 nm dan 600 nm. Jika jarak antar celah adalah 0,2 mm dan jarak ke layar adalah 1,5 meter, tentukan posisi garis terang kedua untuk masing-masing panjang gelombang.
Pembahasan:
Untuk menentukan posisi garis terang kedua (\( m = 2 \)) untuk masing-masing panjang gelombang, kita gunakan persamaan:
\[
x = \frac{m \lambda L}{d}
\]
1. Untuk panjang gelombang 500 nm:
\[
x_1 = \frac{2 \times 500 \times 10^{-9} \, \text{m} \times 1,5 \, \text{m}}{0,2 \times 10^{-3} \, \text{m}} = 7,5 \, \text{mm}
\]
2. Untuk panjang gelombang 600 nm:
\[
x_2 = \frac{2 \times 600 \times 10^{-9} \, \text{m} \times 1,5 \, \text{m}}{0,2 \times 10^{-3} \, \text{m}} = 9 \, \text{mm}
\]
Dengan demikian, posisi garis terang kedua untuk panjang gelombang 500 nm adalah 7,5 mm dari pusat, sedangkan untuk 600 nm adalah 9 mm.
Kesimpulan
Fenomena interferensi cahaya menegaskan sifat gelombang dari cahaya. Dengan memahami dan menerapkan rumus yang terkait dengan interferensi, kita dapat menentukan berbagai aspek pola interferensi seperti posisi dan jarak antara garis terang dan gelap. Artikel ini memberikan pemahaman dasar tentang interferensi cahaya dan mengajak pembaca untuk terlibat dalam analisis dan penyelesaian masalah terkait fenomena menarik ini. Adapun, studi lebih lanjut tentang interferensi cahaya dapat melibatkan eksperimen dan perhitungan dengan kondisi yang lebih kompleks untuk mendalami pengetahuan dalam optik dan fisika gelombang.
