Difraksi
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| gap/ɡæp/ | celah |
| diffraction/dɪˈfrækʃn/ | difraksi |
| obstacle/ˈɒbstəkl/ | halangan |
| wavelength/ˈweɪvleŋθ/ | panjang gelombang |
| ripple tank/ˈrɪpl tæŋk/ | bak riak |
| single slit/ˈsɪŋɡl slɪt/ | celah tunggal |
| diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ | kisi difraksi |
Terdengar tapi tak terlihat
- Anda bisa mendengar seseorang di balik sudut belok — tetapi tidak bisa melihat-nya.
- Baik suara maupun cahaya mencapai celah tersebut, namun hanya suara yang melengkung mengelilinginya.
- Perbedaannya adalah difraksi.
Apa itu difraksi
- Difraksi adalah penyebaran gelombang saat melewati celah atau di sekitar tepi penghalang.
- Semua gelombang melakukannya — air, suara, cahaya, mikrogelombang. Kecepatan, panjang gelombang, dan frekuensi tidak berubah; hanya arahnya yang menyebar.
Penambahan dan pembatalan gelombang
Dua gelombang yang tumpang tindih bertambah di tempat sefasa dan saling meniadakan di tempat berlawanan fasa — ubah fasanya untuk melihat hasilnya. Inilah yang membentuk pola difraksi.
Difraksi adalah ____ gelombang saat melewati celah.
Difraksi adalah penyebaran (pembengkokan) gelombang pada celah atau penghalang.
Semua gelombang dapat mengalami difraksi.
Ya — air, suara, cahaya, dan gelombang mikro semuanya menyebar pada celah atau tepi.
Difraksi adalah ____ gelombang saat melewati celah atau mengelilingi penghalang.
Menyebar, bukan membengkok: pembiasan membengkokkan gelombang di batas, dan kedua kata itu ditandai berbeda.
Seberapa banyak penyebarannya
- Celah jauh lebih lebar dari $\lambda$ → gelombang hampir lurus tembus.
- Celah seukuran $\lambda$ → menyebar kuat.
Difraksi di bak riak — celah lebar (a) menyebarkan gelombang sedikit, celah sempit (b) jauh lebih banyak
Sebuah gelombang akan menyebar paling banyak ketika celahnya:
Ketika celah ≈ panjang gelombang, gelombang menyebar kuat; celah yang jauh lebih lebar membiarkannya lewat hampir lurus.
Membuat celah lebih sempit membuat gelombang menyebar ____.
Celah yang lebih sempit (mendekati satu panjang gelombang) memberikan difraksi yang lebih kuat.
Pasangkan setiap celah dengan seberapa banyak gelombang menyebar di luarnya.
Difraksi terbesar terjadi ketika celah dan panjang gelombangnya kira-kira sama ukurannya, dan mereda saat celah menjadi jauh lebih besar daripada panjang gelombangnya.
Kapan sebuah gelombang mengalami difraksi paling kuat melalui celah? Pilih semua yang berlaku.
Itulah sebabnya Anda mendengar suara di balik pintu tetapi tidak bisa melihat ke sana: panjang gelombang suara sekitar satu meter, sedangkan cahaya kurang dari satu mikrometer.
Mengapa terdengar tapi tak terlihat
- Suara memiliki $\lambda \approx 1\ \text{m}$ — mendekati lebar pintu, sehingga menyebar mengelilingi sudut.
- Cahaya memiliki $\lambda \approx 500\ \text{nm}$ — jauh lebih kecil dari celah, sehingga hampir tidak menyebar.
Anda bisa mendengar tapi tidak melihat di sudut karena suara memiliki panjang gelombang jauh lebih besar daripada cahaya.
Panjang gelombang suara (~1 m) mendekati ukuran celah, sehingga mengalami difraksi; cahaya (~500 nm) jauh lebih kecil, sehingga hampir tidak mengalami difraksi.
Tampilan cahaya terdifraksi
- Cahaya laser melalui celah tunggal menghasilkan pita tengah lebar dan terang dengan pita-pita samar di sisi kanan-kiri.
- Melalui kisi difraksi (banyak celah), cahaya terkonsentrasi menjadi garis-garis tajam dan sempit pada sudut tertentu: maksimum tengah tinggi, diikuti puncak simetris pada $\pm\theta_1$, $\pm\theta_2$ yang semakin redup ke luar.
- Sudut-sudut tersebut mematuhi $d\sin\theta = n\lambda$ — pelajaran selanjutnya akan menggunakannya sepenuhnya.
Sebuah kisi memiliki 500 garis per mm. Berapakah jarak celah d, dalam satuan 1e-6 m?
d = 1e-3/500 = 2.0e-6 m. Memasukkan garis per milimeter langsung ke dalam d sin(theta) = n lambda adalah kesalahan standar; Anda harus membalik nilai tersebut terlebih dahulu.
Contoh terpecahkan: di mana garis terang jatuh
Cahaya laser dengan panjang gelombang $600\ \text{nm}$ jatuh tegak lurus pada kisi dengan garis berjarak $5.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$. Temukan sudut garis orde kedua dan deskripsikan grafik intensitas dari $-15^\circ$ hingga $+15^\circ$. Sebuah filter polarisasi kemudian diletakkan di berkas sinar.
- Orde kedua: $\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 600 \times 10^{-9}}{5.0 \times 10^{-6}} = 0.24$, sehingga $\theta = 14^\circ$.
- Orde pertama: $\sin\theta = 0.12$, sehingga $\theta = 6.9^\circ$.
- Grafik: puncak tajam sempit di $0^\circ$, puncak lebih kecil di $\pm 6.9^\circ$, lagi lebih kecil di $\pm 14^\circ$, dan hampir tidak ada apa-apa di antaranya.
- Dengan filter polarisasi: setiap puncak menjadi setengah tingginya (cahaya tak terpolarisasi lewat satu filter), tetapi sudutnya tidak berubah — filter tidak mengubah panjang gelombang.
Cahaya dengan panjang gelombang $500\ \text{nm}$ jatuh tegak pada kisi dengan garis $4.0 \times 10^{-6}\ \text{m}$ berjarak. Pada sudut berapa, dalam derajat, maksimum orde kedua?
$\sin\theta = \dfrac{n\lambda}{d} = \dfrac{2 \times 500 \times 10^{-9}}{4.0 \times 10^{-6}} = 0.25$, sehingga $\theta = 14.5^\circ$.
Difraksi bukan refraksi dan bukan refleksi: gelombang mempertahankan kecepatan, panjang gelombang, dan frekuensi yang sama, dan hanya arahnya yang menyebar. Penyebaran lebih besar tidak berarti energi lebih banyak — energi yang sama dibagi ke wilayah yang lebih luas, sehingga gelombang di balik celah sempit terasa lebih lemah pada satu arah tertentu.
Sebuah gelombang air melewati celah sempit dan menyebar. Besaran mana yang tetap sama? Pilih semua yang berlaku.
Difraksi hanya mengubah arah energi bergerak. Kecepatan, panjang gelombang, dan frekuensi ditentukan oleh medium dan sumber serta tidak berubah di celah.
Melihatnya di laboratorium
- Bak riak: gelombang bidang mengenai penghalang dengan celah; sempitkan celah (atau perpanjang $\lambda$ dengan memperlambat dayung) dan muka gelombang melengkung menyebar lebih luas.
- Laser dan celah tunggal: pola pita pada layar jauh; celah lebih sempit menghasilkan pita tengah lebih lebar.
- Laser dan kisi: barisan titik-titik tajam; kisi lebih halus (lebih banyak garis per mm) mendorong titik-titik tersebut semakin berjauhan.
Anda telah memahaminya
- difraksi = gelombang yang menyebar melalui celah atau di sekitar penghalang (semua gelombangnya melakukan ini; kecepatan, $\lambda$ dan $f$ tidak berubah)
- penyebaran paling banyak ketika celah selebar satu panjang gelombang
- suara terdifraksi mengelilingi sudut ($\lambda$ besar); cahaya hampir tidak ($\lambda$ sangat kecil), sehingga butuh celah atau kisi untuk menunjukkan hal itu
- kisi memberikan maksimum tajam pada $d\sin\theta = n\lambda$; filter polarisasi menggandakannya setengah tanpa menggesernya