Interferensi pada celah tunggal, juga dikenal sebagai difraksi, adalah perubahan arah gelombang saat melalui celah atau melewati rintangan. Meskipun terminologi “interferensi” sering kali diasosiasikan dengan gabungan gelombang dari dua sumber atau lebih (seperti pada eksperimen dua celah), difraksi pada dasarnya adalah bentuk interferensi yang melibatkan gelombang dari satu sumber yang menyebar ketika melalui celah sempit atau melewati rintangan.
Ketika cahaya monokromatik melalui celah tunggal yang lebarnya sebanding dengan panjang gelombang cahaya, cahaya tersebut akan menyebar dan menghasilkan pola interferensi di layar yang ditempatkan di belakang celah. Pola tersebut terdiri dari daerah terang pusat yang dikelilingi oleh beberapa pita gelap dan terang yang lebih lemah.
Beberapa poin penting tentang interferensi (difraksi) pada celah tunggal:
- Daerah Terang Pusat: Daerah terang pusat lebih lebar dibandingkan dengan pita terang yang dihasilkan dari interferensi dua celah.
- Lebar Celah: Semakin sempit celahnya, semakin lebar sudut difraksi, yang berarti pita difraksi akan lebih menyebar.
- Panjang Gelombang: Panjang gelombang cahaya yang lebih panjang akan difraksi dengan sudut yang lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombang yang lebih pendek.
- Aplikasi: Difraksi memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan sehari-hari dan dalam teknologi. Sebagai contoh, difraksi adalah alasan mengapa kita bisa mendengar suara orang yang berbicara dari balik dinding, meskipun kita tidak bisa melihat mereka.
Secara umum, ketika berbicara tentang interferensi pada celah tunggal, kita sebenarnya merujuk pada fenomena difraksi. Ini menunjukkan bagaimana gelombang cahaya bisa menyebar dan berinteraksi dengan dirinya sendiri untuk menghasilkan pola yang khas saat melewati celah atau rintangan.
Pertanyaan konseptual dan jawaban tentang Interferensi cahaya pada celah tunggal
- Apa yang dimaksud dengan interferensi cahaya pada celah tunggal?
- Interferensi cahaya pada celah tunggal adalah peristiwa difraksi, dimana gelombang cahaya menyebar saat melalui celah sempit, menghasilkan pola pita terang dan gelap pada layar di belakang celah.
- Bagaimana lebar celah mempengaruhi pola difraksi?
- Semakin sempit celahnya, semakin lebar sudut difraksi, yang berarti pita difraksi akan lebih menyebar.
- Apa yang terjadi jika panjang gelombang cahaya diperpanjang saat melewati celah tunggal?
- Panjang gelombang yang lebih panjang akan difraksi dengan sudut yang lebih besar, menyebabkan pita difraksi lebih menyebar.
- Mengapa pola difraksi pada celah tunggal memiliki daerah terang pusat yang lebih lebar?
- Daerah terang pusat yang lebih lebar adalah hasil dari interferensi konstruktif dari cahaya yang menyebar ke semua arah dari celah.
- Apakah difraksi hanya terjadi pada cahaya?
- Tidak, difraksi dapat terjadi pada semua jenis gelombang, termasuk suara, air, dan partikel seperti elektron.
- Bagaimana celah tunggal berbeda dari dua celah dalam hal pola interferensi?
- Difraksi celah tunggal menghasilkan pola pita terang dan gelap dengan daerah terang pusat yang lebih lebar, sementara dua celah menghasilkan pola pita terang dan gelap yang lebih seragam.
- Apakah difraksi akan terjadi jika lebar celah jauh lebih besar daripada panjang gelombang cahaya?
- Jika lebar celah jauh lebih besar daripada panjang gelombang, difraksi akan minimal, dan pola interferensi khas tidak akan terlihat jelas.
- Bagaimana difraksi celah tunggal digunakan dalam teknologi?
- Difraksi celah tunggal digunakan dalam instrumen seperti difraktometer untuk menganalisis struktur materi dan dalam pengolahan sinyal optik.
- Mengapa difraksi terjadi pada celah tunggal, meskipun hanya ada satu sumber gelombang?
- Difraksi terjadi karena gelombang cahaya menyebar saat melalui celah sempit, dan berinteraksi dengan dirinya sendiri dalam pola yang menghasilkan pita terang dan gelap.
- Apakah cahaya putih akan menghasilkan pola difraksi yang sama dengan cahaya monokromatik pada celah tunggal?
- Tidak, cahaya putih terdiri dari banyak panjang gelombang, jadi pola difraksi yang dihasilkan akan lebih kompleks dan berwarna, berbeda dengan pola monokromatik yang jelas.
https://www.youtube.com/watch?v=9D8cPrEAGyc
https://www.youtube.com/watch?v=uohd0TtqOaw
Contoh soal dan pembahasan
Soal 1: Sebuah celah sempit memiliki lebar d = 0.2 mm. Jika cahaya dengan panjang gelombang λ = 600 nm mengenai celah tersebut, tentukan sudut θ untuk puncak difraksi orde pertama.
Pembahasan 1: Ketentuan puncak difraksi untuk celah tunggal: d sin θ = mλ Untuk n = 1 (puncak difraksi orde pertama):
sin θ = λ/d
sin θ = (600 x 10⁻⁹ m) / (0.2 x 10⁻³ m)
sin θ = 0.003
θ = arcsin(0.003)
θ ≈ 0.171°
Soal 2: Jika jarak antara puncak difraksi orde pertama dan tengah pada layar adalah 1 cm dan jarak antara celah dan layar adalah 2 m, tentukan lebar celah d.
Pembahasan 2:
y = L tan θ
θ = y/L
Dengan y = 1 cm dan L = 2 m
θ = (1 x 10⁻² m) / 2 m
θ = 0.005 rad
Ketentuan puncak difraksi untuk celah tunggal:
d sin θ = n λ
Untuk n = 1:
d = λ / sin θ Karena λ tidak diberikan, kita dapat menyatakan:
d = k / sin θ Dengan k sebagai konstanta dan θ telah ditemukan, lebar celah d dapat ditentukan jika panjang gelombang λ diberikan.
Soal 3: Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 500 nm. Jika lebar celah d adalah 0.15 mm, tentukan jarak antara puncak difraksi orde pertama dan tengah pada layar yang berjarak 1.5 m dari celah.
Pembahasan 3: Dari ketentuan puncak difraksi untuk celah tunggal:
d sin θ = λ
θ = arcsin (λ/d)
θ = arcsin((500 x 10⁻⁹ m) / (0.15 x 10⁻³ m))
θ ≈ 0.3333 rad
y = L tan θ
y = 1.5 m * tan(0.3333 rad)
y ≈ 0.5 cm
Soal 4: Panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 700 nm. Jika lebar celah d adalah 0.25 mm, tentukan jarak antara puncak difraksi orde kedua dan tengah pada layar yang berjarak 1 m dari celah.
Pembahasan 4: Dari ketentuan puncak difraksi untuk celah tunggal:
d sin θ = 2 λ (karena n = 2 untuk orde kedua)
θ = arcsin (2λ / d)
θ = arcsin((2 * 700 x 10⁻⁹ m) / (0.25 x 10⁻³ m))
θ ≈ 0.0056 rad
y = L tan θ
y = 1 m * tan(0.0056 rad)
y ≈ 0.0056 m = 0.56 cm
Soal 5: Jika jarak antara celah dan layar 3 m dan jarak antara puncak difraksi orde pertama dan tengah pada layar adalah 0.9 cm, tentukan panjang gelombang cahaya yang digunakan jika lebar celah d adalah 0.1 mm.
Pembahasan 5:
y = L tan θ
θ = y/L
Dengan y = 0.9 cm dan L = 3 m,
θ = (0.9 x 10⁻² m) / 3 m
θ = 0.003 rad
Dari ketentuan puncak difraksi untuk celah tunggal:
d sin θ = λ
λ = d sin θ
λ = (0.1 x 10⁻³ m) x sin(0.003 rad)
λ ≈ 0.1 x 10⁻³ m x 0.003
λ ≈ 300 x 10⁻⁹ m
λ = 300 nm
