Interferensi & Difraksi
Ketika gelombang cahaya melewati dua celah sempit, setiap celah memancarkan gelombang yang menyebar dan saling tumpang tindih di layar di belakangnya. Di tempat puncak dari satu celah bertemu puncak dari celah lain, mereka bergabung menjadi pita terang; di tempat puncak bertemu lembah, mereka saling meniadakan menjadi celah gelap. Pita terang hanya muncul pada sudut-sudut khusus di mana jarak tambahan yang ditempuh salah satu gelombang adalah kelipatan bulat dari panjang gelombang.
Rumus
d · sin θ = m · λ
- d — jarak celah (m): jarak antara dua celah (atau garis pada kisi)
- θ — sudut (°): sudut dari pusat pola keluar ke pita terang
- m — nomor orde (unitless): pita terang yang mana, dihitung 0, 1, 2… keluar dari pusat
- λ — panjang gelombang (m): panjang satu siklus gelombang penuh dari cahaya itu
Contoh yang diselesaikan
Cahaya dengan panjang gelombang 500 nanometer bersinar melalui dua celah yang berjarak 20 mikrometer. Berapa sin θ untuk pita terang kedua (m = 2)?
- d = 20 μm
- λ = 500 nm
- m = 2
- sin θ = m · λ / d
- sin θ = (2 × 500 nm) / 20 000 nm
sin θ = 0.05
Uji diri Anda
Celah yang sama (d = 20 mikrometer) dan cahaya yang sama (500 nanometer) — berapa sin θ untuk pita terang pertama, m = 1?
- Jawaban benar: 0.025
- 0.05
- 0.1
Benar! sin θ = m·λ/d = (1 × 500 nm) / 20 000 nm = 0.025 — setengah dari jawaban m = 2.
Jika Anda menggeser dua celah itu semakin jauh (menambah d) sementara panjang gelombang dan orde tetap sama, apa yang terjadi pada jarak antar pita?
- Jarak bertambah
- Jawaban benar: Jarak berkurang
- Jarak tetap sama
Benar! Karena sin θ = m·λ/d, d yang lebih besar membuat sin θ lebih kecil, sehingga pita-pita itu semakin rapat.
Di mana Anda melihatnya
Kilau pelangi yang mengalir di permukaan gelembung sabun dan warna-warna yang dipantulkan dari alur-alur CD lama adalah interferensi yang sedang bekerja: gelombang-gelombang cahaya yang dipantulkan dari permukaan atas dan bawah suatu lapisan tipis saling menguatkan atau saling meniadakan sesuai panjang gelombangnya, memilah cahaya putih menjadi pita-pita. Dua celah sempit dan sebuah layar membuat penguatan dan peniadaan yang sama itu terlihat sebagai garis-garis terang dan gelap.
Kesalahan umum
Arah perubahan jarak antar pita membuat hampir semua orang terpeleset: menjauhkan kedua celah (d yang lebih besar) membuat pita-pita justru bergerak SEMAKIN RAPAT — d berada di penyebut pecahan pada sin θ = m·λ/d, jadi penyebut lebih besar berarti sudut lebih kecil. Dan setiap orde m memiliki sudutnya sendiri, bukan sekadar memakai ulang sudut orde sebelumnya: dengan d = 20 mikrometer dan cahaya 500 nm, pita terang pertama berada pada sin θ = 0.025.
Bagaimana ini terhubung
Ini adalah titik persimpangan modul optik menuju wilayah gelombang, dan ia bersandar pada fondasi modul gelombang: v = f · λ mengatur cahaya seperti gelombang apa pun, dan justru panjang gelombanglah yang menentukan di mana pita-pita itu jatuh — dan begitulah cara percobaan celah ganda mula-mula mengukur panjang gelombang cahaya. Polarisasi, berikutnya, menyempurnakan gambaran gelombang dengan menunjukkan ke arah mana gelombang itu bergetar.