Optika Fisis: Interferensi dan Difraksi Cahaya

Pernah melihat warna-warni pada gelembung sabun atau kilauan pelangi di permukaan CD? Keindahan tersebut bukan karena pigmen warna, tapi karena fenomena interferensi dan difraksi cahaya dimana merupakan bagian dari optika fisis.

Optika fisis membahas bagaimana cahaya sebagai gelombang berinteraksi satu sama lain dan dengan penghalang di sekitarnya. Yuk kita bahas satu per satu fenomena penting berikut ini:

1. Interferensi Celah Ganda (Double Slit Interference)

Eksperimen Thomas Young menunjukkan bahwa ketika cahaya koheren melewati dua celah sempit yang berdekatan, akan terbentuk pola terang-gelap di layar akibat interferensi gelombang cahaya.

Pola terang (konstruktif):

\[y_n = \frac{n \lambda L}{d}\]

Pola gelap (destruktif):

\[y_{n} = \frac{(n +0.5)\lambda L}{d}\]

Keterangan:
- \( y_n \) = posisi pita terang ke-\( n \)
- \( \lambda \) = panjang gelombang cahaya
- \( L \) = jarak dari celah ke layar
- \( d \) = jarak antar celah
- \( n \) = orde interferensi (0, 1, 2, ...)

Contoh Soal 1:
Cahaya dengan panjang gelombang \( \lambda = 600 \, \text{nm} \) melewati dua celah berjarak \( d = 0{,}5 \, \text{mm} \), dan layar sejauh \( L = 1 \, \text{m} \). Hitung posisi pita terang ke-2.
Penyelesaian:
\[y_2 = \frac{2 \times 600 \times 10^{-9} \times 1}{0{,}5 \times 10^{-3}} = 2{,}4 \times 10^{-3} \, \text{m} = 2{,}4 \, \text{mm}\]
Jawaban:\( y_2 = 2{,}4 \, \text{mm} \)

2. Difraksi Celah Tunggal

Saat cahaya melewati satu celah sempit, ia tidak bergerak lurus melainkan menyebar membentuk pola terang dan gelap.
Sudut minimum difraksi:
\[a \sin \theta = m \lambda\]
Keterangan:
- \( a \) = lebar celah
- \( \theta \) = sudut difraksi minimum
- \( m \) = urutan minimum (±1, ±2, …)
Contoh Soal:
Cahaya \( \lambda = 500 \, \text{nm} \) melewati celah selebar \( a = 0{,}1 \, \text{mm} \). Hitung sudut minimum pertama.
Penyelesaian:
\[a \sin \theta = \lambda \Rightarrow \sin \theta = \frac{\lambda}{a} = \frac{500 \times 10^{-9}}{1 \times 10^{-4}} = 5 \times 10^{-3}\]
\[\theta \approx \sin^{-1}(5 \times 10^{-3}) \approx 0{,}286^\circ\]
Jawaban: \( \theta \approx 0{,}286^\circ \)

3. Difraksi pada Kisi (Diffraction Grating)

Kisi difraksi adalah alat dengan banyak celah sempit sejajar yang memperkuat efek difraksi. Pola interferensi yang dihasilkan lebih tajam dan terpisah jelas.

Persamaan kisi:

\[d \sin \theta = n \lambda\]

Keterangan:

- \( d \) = jarak antar garis kisi (dapat dihitung dari jumlah garis per mm)

- \( \theta \) = sudut deviasi cahaya

- \( n \) = orde spektrum

Contoh Soal 3:

Sebuah kisi memiliki 5000 garis per cm. Cahaya \( \lambda = 600 \, \text{nm} \) digunakan. Hitung sudut deviasi untuk orde pertama (\( n = 1 \)).

Penyelesaian:

\[d = \frac{1}{5000 \, \text{garis/cm}} = \frac{1}{5 \times 10^5} \]

\[= 2 \times 10^{-6} \, \text{m}\]

\[\sin \theta = \frac{n \lambda}{d}\]

\[ = \frac{1 \times 600 \times 10^{-9}}{2 \times 10^{-6}} = 0{,}3\]

\[\theta = \sin^{-1}(0{,}3) \approx 17{,}46^\circ\]

Jawaban:\( \theta \approx 17{,}46^\circ \)

4. Interferensi Celah Tunggal dan Pola Gelap-Terang

Celah tunggal juga dapat menunjukkan interferensi internal, membentuk pola gelap dan terang. Mirip dengan difraksi, namun kadang disebut interferensi difraktif.

Pola pusat (pita terang utama) lebih lebar dibanding pita lainnya.
Contoh Soal:
Jika cahaya \( \lambda = 700 \, \text{nm} \) melewati celah tunggal lebar \( a = 0{,}2 \, \text{mm} \), tentukan sudut minimum kedua (\( m = 2 \)).
Penyelesaian:
\[a \sin \theta = m \lambda \Rightarrow \sin \theta = \frac{2 \times 700 \times 10^{-9}}{2 \times 10^{-4}} = 7 \times 10^{-3}\]
\[\theta = \sin^{-1}(7 \times 10^{-3}) \approx 0{,}401^\circ\]
Jawaban: \( \theta \approx 0{,}401^\circ \)

Optika fisis membuktikan bahwa cahaya tidak hanya berperilaku sebagai partikel, tapi juga sebagai gelombang. Interferensi dan difraksi membantu kita memahami dan memanfaatkan cahaya dalam alat optik seperti spektrometer, teleskop, dan sensor cahaya.