Laporan Eksperimen Fisika Interferometer Michelson

Daftar isi

Interferometer Michelson

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Interferensi merupakan penggabungan dua gelombang atau lebih yang bertemu dalam satu titik ruang untuk membentuk gelombang yang baru. Suatu alat yang digunakan untuk mendeteksi pola interferensi yaitu interferometer. Interferometer bukan hanya digunakan sebagai pendeteksi pola interferensi, tetapi juga digunakan untuk menguji keberadaan eter. Salah satu jenis interferometer tersebut adalah interferometer Michelson.

Percobaan Michelson pertama kali dilakukan pada abad ke-19 oleh Albert Abraham Michelson dan Edward Morley untuk membuktikan keberadaan eter yang saat itu diduga sebagai medium perambatan gelombang cahaya. Dalam eksperimen ini didapati tidak ada keberadaan dari eter tersebut.

Pada percobaan interferometer Michelson dilakukan dengan cara meletakkan secara tegak lurus dalam sudut 90° pada posisi pergeseran cermin. Interferometer ini dibagi menjadi dua jenis yaitu interferometer pembagi muka gelombang dan interferometer pembagi amplitudo. Dalam perkembangan selanjutnya, interferometer Michelson ini dapat menentukan sifat-sifat gelombang lebih lanjut, misalnya dalam penentuan panjang gelombang cahaya tertentu, pola penguatan interferensi yang terjadi dan sebagainya.Sehingga, mengingat nilai guna eksperimen ini yang sedemikian luasnya, maka percobaan interferensi Michelson ini menjadi penting untuk dilakukan.

Dari percobaan ini di simpulkan bahwa eter adalah zat yang tidak bermassa dan tidak tampak tetapi mengisi seluruh ruang dan berfungsi untuk merambatkan gelombang elektromagnetik, dimana cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Percobaan interferometer Michelson ini masuk dalam interferensi konstruktif yaitu saling menguatkan.

Interferensi satu berkas cahaya dapat dipandang sebagai sebuah gelombang dari medan listrik-magnetik yang berosilasi yang diperoleh dengan menjumlahkan gelombang-gelombang tersebut. Hasil penjumlahan itu akan memberikan intensitas yang maksimum disuatu titik, apabila di titik tersebut gelombang-gelombang itu selalu sefase. Agar pola interferensi yang misalnya berwujud lingkaran-lingkaran gelap-terang dapat terjadi, hubungan fase antara gelombang-gelombang di sembarang titik pada pola interferensi haruslah tetap sepanjang waktu, atau dengan kata lain gelombang-gelombang itu harus koheren.

Syarat koheren tidak terpenuhi jika gelombang-gelombang itu berasal dari sumber-sumber cahaya yang berlainan, sebab setiap sumber cahaya biasa tidak memancarkan gelombang cahaya secara kontinu, melainkan terputus-putus

Bab II. Kajian pustaka

Interferensi ialah penggabungan secara superposisi dua gelombang atau lebih yang bertemu dalam satu titik di ruang. Interferensi gelombang dari dua sumber tidak teramati kecuali sumbernya koheren, atau perbedaan fase di antara gelombang konstan terhadap waktu. Karena berkas cahaya pada umumnya adalah hasil dari jutaan atom yang memancar secara bebas, dua sumber cahaya biasanya tidak koheren. Koherensi dalam optika sering dicapai dengan membagi cahaya dari sumber tunggal menjadi dua berkas atau lebih, yang kemudian dapat digabungkan untuk menghasilkan pola interferensi. Pembagian ini dapat dicapai dengan memantulkan cahaya dari dua permukaan yang terpisah.^[1]

Apabila dua gelombang yang berfrekuensi dan berpanjang gelombang sama tapi berbeda fase bergabung, maka gelombang yang dihasilkan merupakan gelombang yang amplitudonya tergantung pada perbedaan fasenya. Jika perbedaan fasenya 0 atau bilangan bulat kelipatan 360°, maka gelombang akan sefase dan berinterferensi secara saling menguatkan (interferensi konstruktif). Sedangkan amplitudonya sama dengan penjumlahan amplitudo masing-masing gelombang. Jika perbedaan fasenya 180° atau bilangan ganjil kali 180°, maka gelombang yang dihasilkan akan berbeda fase dan berinterferensi secara saling melemahkan (interferensi destruktif). Amplitudo yang dihasilkan merupakan perbedaan amplitudo masing-masing gelombang.^[1]

Suatu alat yang dirancang untuk menghasilkan pola interferensi dari perbedaan panjang lintasan disebut interferometer optik. Interferometer dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu interferometer pembagi muka gelombang dan interferometer pembagi amplitudo. Pada pembagi muka gelombang, muka gelombang pada berkas cahaya pertama di bagi menjadi dua, sehingga menghasilkan dua buah berkas sinar baru yang koheren, dan ketika jatuh di layar akan membentuk pola interferensi yang berwujud garis gelap terang berselang-seling. Di tempat garis terang, gelombang-gelombang dari kedua celah sefase sewaktu tiba di tempat tersebut. Sebaliknya di tempat garis gelap, gelombang-gelombang dari kedua celah berlawanan fase sewaktu tiba di tempat tersebut.

Interferometer Michelson merupakan seperangkat peralatan yang memanfaatkan gejala interferensi. Prinsip interferensi adalah kenyataan bahwa beda lintasan optik (d) akan membentuk suatu frinji (Resnick, 1993). Pada tahun 1887,Albert A. Michelson (1852-1931) dan Edward W. Morley (1838-1932) mencoba mengukur aliran eter dengan menggunakan interferometer optis yang sangat peka yang dikenal dengan interferometer Michelson (Dadan Rosana,dkk.2003). jika benar bahwa ada eter, maka seharusnya seorang pengamat di bumi yang bergerak bersama eter akan merasakan adanya “angin eter”. Suatu alat yang cukup sensitif untuk mendeteksi adanya pergerkan eter telah dikembangkan oleh Michelson pada tahun 1881, dan disempurnakan kembali oleh Michelson-Morley pada tahun 1887. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa “tidak ada gerakan eter yang menuju eter yang terdeteksi. Dengan kata lain, “eter itu tidak ada”.^[³^]

GAMBAR 1. Perangkat pecoban interferometer Michelson

Prinsip interferensi adalah kenyataan bahwa beda lintasan optik (d) akan membentuk suatu frinji. Gambar dibawah merupakan diagram skematik interferometer Michelson. Oleh permukaan beam splitter (pembagi berkas) cahaya laser, sebagian dipantulkan ke kanan dan sisanya ditransmisikan ke atas. Bagian yang dipantulkan ke kanan oleh suatu cermin datar (cermin 1) akan dipantulkan kembali ke beam splitter/kolimator yang kemudian menuju ke screen (layar). Adapun bagian yang ditransmisikan ke atas oleh cermin datar (cermin 2) juga akan dipantulkan kembali ke beam splitter, kemudian bersatu dengan cahaya dari cermin 1 menuju layar, sehingga kedua sinar akan berinterferensi yang ditunjukkan dengan adanya pola-pola cincin gelap-terang (frinji).^[1]

Diagram alat interferometer Michelson yang digunakan dalam percobaan ditunjukan pada gambar berikut:

GAMBAR 2. Perangkat alat interferometer Michelson dengan keterangan gambar (1) lensa, (2) cermin 1, (3) cermin 2, (4) layar.

Dari gambar di atas seberkas cahaya laser menumbuk beam splitter/pembagi berkas cahaya. 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.^[⁴^]

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/pembagi berkas cahaya/kolimator akan mengurangi lintasan optik sebesar ½ l.^[⁴^]

Pada kondisi ini, pola interferensi akan berubah, jari-jari maksimum berkurang dan akan menempati posisi minimal sebelumnya.^[⁴^]

METODOLOGI EKSPERIMEN

Pada percobaan Interferometer Michelson dilakukan dengan menggunakan serangkaian alat yang terdiri dari perangkat alat interferometer, sumber sinar laser dan laser aligment bench, yang disusun seperti pada gambar berikut:

GAMBAR 3. Skema inerferometer Michelson

Prinsip dari percobaan interferometer Michelson, yaitu seberkas cahaya monokromatik yang dipisahkan di suatu titik tertentu (beam splitter) 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. Jika panjang lintasan dirubah dengan diperpanjang maka yang akan terjadi adalah pola-pola frinji akan masuk ke pusat pola. Jarak lintasan yang lebih panjang akan mempengaruhi fase gelombang yang jatuh ke layar. Bila pergeseran beda panjang lintasan gelombang cahaya mencapai λ maka akan terjadi interferensi konstruktif yaitu terlihat pola terang, namun bila pergeserannya hanya sejauh l/4 yang sama artinya dengan berkas menempuh lintasan l/2 maka akan terlihat pola gelap.

Tujuan kedua dari percobaan ini yaitu Mengukur panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan. Untuk menentukan nilai panjang gelombang laser Aligment bench (laser merah) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

Yaitu dengan cara, menyiapkan perangkat alat interferometer ,kemudian diberikan sumber cahaya. Sumber cahaya yang digunakan pada percobaan kali ini adalah laser Aligment bench (laser merah) dengan panjang gelombang 635.

GAMBAR 4. Skema interferometer Michelson

Memutar tombol mikrometer satu putaran berlawanan arah jarum jam sampai titik nol pada mikrometer sejajar dengan tanda indeks, mencatat penunjukan mikrometer pada posisi tersebut, menghitung jumlah frinji yang melewati tanda interferensi yang telah dibuat (minimal 20 frinji), mencatat dm.

Mengingat setiap divisi kecil pada mikrometer sebanding dengan 10-6 meter pada jarak gerakan cermin, mencatat jumlah transmisi frinji N, melanjutkan memutar tombol mikrometer. Mencatat dm , mencatat data hasil pengamatan dalam tabel dan menghitung serta merata-ratakan nilai panjang gelombang yang diperoleh. Pengambilan data pada percobaan interferometer Michelson telah selesai maka laser dimatikan dan alat-alat yang telah digunakan dirapikan kembali seperti semula.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut:

Nst mikrometer: µm

TABEL 1. Hubungan antara Jumlah Frinji (N) dengan Pergeseran Cermin (d_m)

No	N	dm (x 10^-6) m
1	20.00	7.00
2	40.00	14.00
3	60.00	20.00
4	80.00	27.00
5	100.00	32.00
6	120.00	38.00
7	140.00	44.00
8	160.00	50.00
9	180.00	56.00
10	200.00	63.00

Analisis Data

Menghitung panjang gelombang menggunakan persamaan:

Dimana: : Panjang gelombang (nm)

: Beda Lintasan Optik (m)

N : Jumlah Frinji

Dengan Ketidakpastian panjang gelombang (.

Menghitung Beda Lintasan Optik (d_m)