Interferensi & Difraksi — Eksperimen Young dan Polanya

Interferensi dan difraksi bukanlah hal yang sama. Interferensi adalah apa yang terjadi ketika gelombang dari lintasan koheren yang berbeda bergabung. Difraksi adalah penyebaran yang terjadi ketika gelombang melewati bukaan atau mengitari tepi. Dalam eksperimen celah ganda Young, garis-garis pada layar berasal dari interferensi, sedangkan pola keseluruhannya dapat dibentuk oleh difraksi dari masing-masing celah.

Jika Anda hanya mengingat satu gagasan, gunakan ini: interferensi menentukan frinji terang dan gelap yang halus, sedangkan difraksi menentukan seberapa lebar cahaya menyebar.

Apa Arti Interferensi dalam Eksperimen Celah Ganda

Untuk interferensi dua celah, besaran kuncinya adalah beda lintasan $\Delta$ antara dua gelombang yang tiba di titik yang sama pada layar.

Jika gelombang tiba sefase, keduanya saling menguatkan dan menghasilkan frinji terang. Jika gelombang tiba dengan selisih setengah siklus, keduanya saling meniadakan dan menghasilkan frinji gelap.

Untuk cahaya koheren, frinji terang terjadi ketika

$$\Delta = m\lambda$$

dan frinji gelap terjadi ketika

$$\Delta = \left(m + \frac{1}{2}\right)\lambda$$

Di sini $m = 0, 1, 2, \dots$ dan $\lambda$ adalah panjang gelombang. Syarat ini hanya berlaku ketika kedua celah bertindak sebagai sumber koheren.

Apa Arti Difraksi

Difraksi adalah penyebaran gelombang setelah melewati bukaan berhingga. Bukaan yang lebih sempit biasanya menghasilkan penyebaran yang lebih jelas.

Untuk celah tunggal dengan lebar $a$, minimum gelap terjadi pada sudut yang memenuhi

$$a \sin \theta = m\lambda, \qquad m = 1, 2, 3, \dots$$

Persamaan ini memberi tahu letak titik minimum. Persamaan ini tidak memberikan kecerahan penuh pada setiap sudut di antaranya.

Bagaimana Interferensi dan Difraksi Muncul Bersamaan

Eksperimen Young mengirim cahaya melalui dua celah berdekatan yang dipisahkan oleh jarak $d$ dan mengamati layar pada jarak $L$.

Jika $L \gg d$ dan sudut pengamatan kecil, posisi frinji terang ke-$m$ yang diukur dari maksimum pusat kira-kira adalah

$$y_m \approx \frac{m\lambda L}{d}$$

Jadi jarak antara frinji terang yang berdekatan kira-kira adalah

$$\Delta y \approx \frac{\lambda L}{d}$$

Ini adalah rumus standar jarak frinji untuk pola celah ganda. Rumus ini menunjukkan ketergantungan utamanya dengan jelas:

• $\lambda$ yang lebih besar memberi jarak frinji yang lebih lebar
• $L$ yang lebih besar memberi jarak frinji yang lebih lebar
• $d$ yang lebih besar memberi jarak frinji yang lebih sempit

Jika setiap celah juga memiliki lebar berhingga, frinji interferensi yang sempit biasanya berada di dalam selubung difraksi yang lebih lebar. Itulah sebabnya pola nyata sering menunjukkan kedua efek sekaligus.

Contoh Soal: Menentukan Jarak Frinji

Misalkan cahaya monokromatik dengan panjang gelombang $\lambda = 600\ \mathrm{nm}$ melewati dua celah yang dipisahkan oleh $d = 0.50\ \mathrm{mm}$. Layar berada pada jarak $L = 2.0\ \mathrm{m}$.

Dengan menggunakan rumus sudut kecil,

$$\Delta y \approx \frac{\lambda L}{d}$$

Substitusikan nilainya dalam satuan SI:

$$\lambda = 6.0 \times 10^{-7}\ \mathrm{m}, \qquad d = 5.0 \times 10^{-4}\ \mathrm{m}, \qquad L = 2.0\ \mathrm{m}$$

Maka

$$\Delta y \approx \frac{(6.0 \times 10^{-7})(2.0)}{5.0 \times 10^{-4}} = 2.4 \times 10^{-3}\ \mathrm{m}$$

Jadi jarak frinjinya adalah

$$\Delta y \approx 2.4\ \mathrm{mm}$$

Jadi frinji terang yang berdekatan berjarak sekitar $2.4\ \mathrm{mm}$. Hasil ini menggunakan pendekatan sudut kecil, sehingga paling andal di dekat pusat pola.

Kesalahan Umum dalam Soal Interferensi dan Difraksi

Menganggap keduanya benar-benar terpisah

Keduanya adalah konsep yang berbeda, tetapi eksperimen celah nyata dapat menunjukkan keduanya dalam pola yang sama.

Menggunakan rumus frinji tanpa memeriksa syaratnya

Rumus $y_m \approx m\lambda L/d$ adalah pendekatan. Rumus ini bergantung pada layar yang jauh dan sudut yang kecil.

Tertukar antara lebar celah dan jarak antarcelah

Dalam soal celah ganda, $d$ biasanya adalah jarak pemisah antara dua celah. Dalam difraksi celah tunggal, $a$ adalah lebar celah.

Menganggap setiap frinji gelap bernilai nol sempurna

Model ideal memberikan peniadaan sempurna di beberapa titik, tetapi eksperimen nyata dapat menunjukkan minimum yang tidak sempurna karena koherensi terbatas, lebar celah berhingga, atau penyelarasan yang kurang tepat.

Di Mana Gagasan Ini Digunakan

Interferensi dan difraksi penting dalam spektroskopi, kisi difraksi, instrumen optik, dan pencitraan. Gagasan yang sama juga muncul pada bunyi, gelombang air, dan gelombang materi kuantum ketika kondisinya memungkinkan superposisi dan penyebaran gelombang.

Eksperimen Young tetap penting karena membuat dua peran ini mudah dipisahkan: beda lintasan mengendalikan pola frinji, dan ukuran bukaan mengendalikan penyebaran.

Coba Kasus Serupa

Pertahankan panjang gelombang dan jarak layar yang sama, tetapi gandakan jarak antarcelah $d$. Frinji akan menjadi lebih rapat karena $\Delta y \approx \lambda L / d$ menjadi lebih kecil saat $d$ menjadi lebih besar. Jika Anda ingin mencoba versi Anda sendiri dengan angka yang berbeda, jelajahi susunan serupa dengan GPAI Solver.