INTERFEROMETER
MICHELSON
Heri
Setiawan, Alimuddin Hamsah P., Anuhgraini Jumaru, Nurfadia Adlina, Nur Fitrah
H., Yuliastuti.
Laboratorium Fisika Modern
Jurusan Fisika FMIPA
Universitas Negeri Makassar
Abstrak.
Percobaan interferometer Michelson bertujuan untuk memahami prinsip kerja interferometer Michelson dan
mengukur panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan
dlam percobaan .
Interferometer adalah alat yang digunakan untuk menunjukkan adanya interferensi
cahaya, dimana interferensi adalah penggabungan atau perpaduan antara dua
gelombang atau lebih yang bertemu pada suatu titik ruang untuk menghasilkan
gelombang yang baru. Adapun prinsip kerja dari percobaan ini dimana seberkas cahaya
monokromatik menumbuk suatu kolimator/pemecah berkas cahaya
(beam splitter) yang berfungsi untuk meneruskan sebagian cahaya ke cermin
pertama dan memantulkan sebagian cahaya ke cermin kedua, kemudian berkas cahaya
tersebut memantul kembali pada kolimator lalu meneruskannya ke layar pengamatan
(viewing screen), maka terlihatlah pola interferensi dan akan teramati frinji. Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini yakni: perangkat alat
interferometer, sumber sinar laser dan laser aligment bench. Pada tujuan
kedua mengukur panjang gelobang sumber
cahaya dimana pada percobaan ini sumber cahaya yang digunakan adalah aligment
bench, dengan
cara memutar secara perlahan-lahan skrup mikrometer pengatur pada M2 sebanyak 20
kali pemutaran kemudian menghitung perubahan frinji yang diamati pada layar.
Pada percobaan kali ini, dari analisis data hasil percobaan dapat diketahui
besar panjang gelombang laser aligment bench yang diperoleh
mendekati panjang gelombang secara teori yaitu 630 nm.
KATA KUNCI:
Interferometer
Michelson, interferensi, panjang gelombang.
PENDAHULUAN
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
TEORI
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.[2]
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
µm
TABEL 1. Hubungan antara Jumlah Frinji (N) dengan Pergeseran
Cermin (dm)
|
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)
: Panjang gelombang (nm)
: Beda Lintasan Optik (m)
N : Jumlah Frinji
Dengan Ketidakpastian panjang gelombang (
.
.
Menghitung
Beda Lintasan Optik (dm)
Menghitung
Panjang Gelombang (
Menghitung
rata-rata Panjang Gelombang (
Menghitung Ketidakpastian Panjang Gelombang 
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Ketidakpastian Panjang Gelombang (
(4AP)
Percobaan kali ini
yakni Percobaan Interferometer Michelson yang di mana bertujuan untuk memahami
prinsip kerja/konsep interferometer Michelson, serta untuk mengukur panjang
gelombang sumber cahaya yang digunakan dalam percobaan. Adapun prinsip kerja dari perangkat
interferometer michelson
yaitu seberkas cahaya monokromatik menumbuk
kolimator atau pembagi berkas sehingga masing-masing berkas dibuat melewati dua
panjang lintasan yang berbeda, kemudian bertemu kembali melalui pantulan dari dua
cermin yang letaknya saling tegak lurus dengan
titik pembagi berkas/kolimator tersebut.
Maka terbentuklah pola interferensi akibat penggabungan dua gelombang
cahaya.
Berdasarkan analisis
data panjang gelombang yang diperoleh pada percobaan ini yakni dengan
merata-ratakan 10 panjang gelombang maka didapatkan rerata panjang gelombang laser aligment bench sebesar 630 nm, dimana panjang gelombang tersebut
mendekati panjang gelombang secara teori yaitu sebesar
620 nm-670 nm.. Sehingga rerata
Kesalahan relative yang diperoleh dari tiap-tiap panjang gelombang tidak
mendukupi 1 %, dan rerata derajat kebenarannya mencapai 99 %. Hal ini
menunjukkan bahwa percobaan Interferometer Michelson yang telah dilakukan sudah
sesuai dengan teori.
SIMPULAN
Berdasarkan
percobaan yang telah dilakukan, bahwa pada percobaan Interferometer Michelson
menggunakan prinsip kerja interferensi cahaya dimana diperoleh panjang
gelombang laser aligment bench dari analisis data hasil percobaan sebesar λ = 630 nm sesuai dengan teori yaitu sebesar 620
nm-670 nm.
REFERENSI
[1] Tipler, P. A.
1991. Fisika Untuk Sains dan Tehnik Jilid 2. Erlangga: Jakarta.
[2] Soedojo,
P. 1992. Azas-azas Ilmu Fisika Jilid 3 Optika. Yogyakarta: Gajah MadaUniversity
Press.
[3] Daud
Malago,Jasruddin.2005.Pengantar Fisika Modern. Makassar: Badan Penerbit UNM
Makassar.
[4]Subaer, dkk. 2014.
Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika I Unit Laboratorium Fisika Modern Jurusan
Fisika FMIPA.
Excellent👍
BalasHapus