Interferensi Cahaya: Rahasia Warna-Warni pada Gelembung Sabun dan Celah Ganda Young

Hey, teman-teman! Pernah nggak sih kalian main gelembung sabun pas mandi? Ngaku deh! Kalau iya, pasti kalian pernah lihat warna-warna pelangi di permukaan gelembungnya, kan? Atau mungkin kalian pernah nyorot senter ke celah sempit dan melihat pola terang-gelap yang unik?

Nah, tahukah kalian kalau kedua fenomena ini berkaitan dengan Fisika? Salah satu penyebabnya adalah interferensi cahaya. Hmm, apa sih interferensi cahaya itu? Yuk, kita bahas!

Interferensi cahaya terjadi saat dua atau lebih gelombang cahaya bertemu dan menghasilkan pola gelombang baru. Agar interferensi bisa terjadi, cahaya harus berasal dari sumber yang koheren, alias punya amplitudo, panjang gelombang, dan frekuensi yang sama, serta beda fase yang konstan.

 

ekarang, kita bakal ngobrolin tentang interferensi celah ganda yang ditemukan oleh Thomas Young dan interferensi pada lapisan tipis. Dua fenomena ini seru banget buat dipelajari karena bisa menjelaskan banyak hal yang kita lihat sehari-hari!

Yuk, kita bahas satu per satu! 🚀

 

Pertama, cahaya akan melewati satu celah, lalu diteruskan ke dua celah sempit. Saat melewati dua celah ini, gelombang cahaya akan saling berpadu dan menghasilkan gelombang baru. Kenapa bisa begitu? Karena setiap gelombang menempuh jalur yang berbeda, sehingga terjadi perbedaan panjang lintasan. Nah, perbedaan ini menyebabkan gelombang mengalami perbedaan fase, yang akhirnya membentuk pola interferensi unik.

Interferensi ini bisa terjadi dalam dua bentuk:

🔹 Interferensi konstruktif ➝ Saat dua gelombang bertemu dalam fase yang sama, mereka saling menguatkan dan menciptakan pola terang.

🔹 Interferensi destruktif ➝ Saat dua gelombang bertemu dalam fase berlawanan, mereka saling melemahkan dan membentuk pola gelap.

Biar makin paham, yuk cek gambar berikut! 📸✨

 

Yup! Interferensi konstruktif dan destruktif ini membentuk pola terang dan gelap yang bisa kita lihat pada layar atau permukaan tempat cahaya jatuh.

🔹 Interferensi konstruktif → Saat dua gelombang bertemu dalam fase yang sama, amplitudo mereka bertambah, menghasilkan pola terang.

🔹 Interferensi destruktif → Saat dua gelombang bertemu dalam fase berlawanan, mereka saling meniadakan, sehingga terbentuk pola gelap.

Nah, pola terang dan gelap ini akan tersusun secara bergantian membentuk pola pita interferensi. Pola ini bisa kita lihat dalam percobaan celah ganda Young atau bahkan dalam fenomena sehari-hari seperti warna-warni di gelembung sabun! 🌈✨

 

Interferensi cahaya juga punya rumus, lohh.

 

Jadi, kalau kamu perhatikan pada gambar, ada dua sinar, S1 dan S2, yang dipisahkan oleh jarak d. Untuk mencapai titik P (bagian atas layar), sinar S2 harus menempuh lintasan yang lebih panjang dibandingkan S1. Nah, karena ada perbedaan panjang lintasan ini, akan terbentuk sudut θ antara sinar dengan layar.

Ingat, beda lintasan ini memengaruhi fase gelombang, yang akhirnya menentukan jenis interferensi yang terjadi. Perbedaan fase ini bisa menghasilkan kelipatan genap atau ganjil dari panjang gelombang, yang berpengaruh pada pola terang dan gelap di layar.

Rumus beda lintasan untuk interferensi celah ganda dinyatakan sebagai:

$$\Delta L = d \sin \theta$$

Di sini, ada dua kemungkinan:

🔹 Interferensi konstruktif (terang) terjadi jika beda lintasan adalah nol atau kelipatan bulat dari panjang gelombang:

$$d \sin \theta = m\lambda$$

dengan m = 0, 1, 2, 3, ...

🔹 Interferensi destruktif (gelap) terjadi jika beda lintasan adalah kelipatan ganjil dari setengah panjang gelombang:

$$d \sin \theta = \left(m + \frac{1}{2}\right) \lambda$$

dengan m = 0, 1, 2, 3, ...

Jadi, pola terang dan gelap yang kita lihat di layar itu terjadi karena perbedaan panjang lintasan cahaya yang menyebabkan interferensi konstruktif atau destruktif! ✨

 

Pembahasan contoh soal di atas sudah benar dalam penggunaan rumus dan konsep interferensi celah ganda. Namun, ada sedikit kesalahan dalam perhitungan angka di soal kedua. Mari kita coba hitung ulang secara lebih sistematis untuk memastikan jawabannya benar.

---

Soal 1: Menentukan Jarak Dua Garis Terang Berdekatan

Diketahui:

• Jarak antar celah: d = 0,5 mm = 5 × 10⁻⁴ m
• Jarak layar ke celah: L = 2 m
• Panjang gelombang cahaya: λ = 650 nm = 650 × 10⁻⁹ m

Ditanya: Jarak antara dua garis terang berdekatan (p).

Gunakan rumus:

$$p = \frac{\lambda L}{d}$$

p=dλL​

Substitusi nilai:

$$p = \frac{(650 × 10^{-9} \text{ m}) \times (2 \text{ m})}{5 × 10^{-4} \text{ m}}$$

p=5×10−4 m(650×10−9 m)×(2 m)​

$$p = \frac{1300 × 10^{-9} \text{ m}}{5 × 10^{-4} \text{ m}}$$$$p = 2,6 × 10^{-3} \text{ m} = 2,6 \text{ mm}$$

Jawaban: 2,6 mm

---

Soal 2: Menentukan Panjang Gelombang (λ)

Diketahui:

• Jarak antar celah: d = 0,6 mm = 6 × 10⁻⁴ m
• Jarak layar ke celah: L = 1,5 m
• Jarak garis gelap ketiga ke terang pusat: p = 4 mm = 4 × 10⁻³ m
• m = 3 (karena ini adalah garis gelap ketiga)

Gunakan rumus interferensi destruktif:

$$p = \frac{(m - \frac{1}{2}) \lambda L}{d}$$

p=d(m−21​)λL​

Substitusi nilai:

$$4 × 10^{-3} = \frac{(3 - \frac{1}{2}) \lambda (1,5)}{6 × 10^{-4}}$$

4×10−3=6×10−4(3−21​)λ(1,5)​

$$4 × 10^{-3} = \frac{(5/2) \lambda (1,5)}{6 × 10^{-4}}$$$$4 × 10^{-3} \times 6 × 10^{-4} = \frac{5}{2} \lambda \times 1,5$$$$2,4 × 10^{-6} = \frac{5}{2} \lambda \times 1,5$$$$2,4 × 10^{-6} = \frac{15}{2} \lambda$$$$\lambda = \frac{2,4 × 10^{-6} \times 2}{15}$$$$\lambda = \frac{4,8 × 10^{-6}}{15}$$$$\lambda = 3,2 × 10^{-7} \text{ m} = 320 \text{ nm}$$

Jawaban: 320 nm

---

Perhitungan awal pada soal kedua memiliki kesalahan kecil dalam perkalian dan pembagian akhir. Jawaban yang benar untuk panjang gelombangnya adalah 320 nm, bukan 640 nm.

 

 

Nah, kamu masih ingat kan dengan kasus warna pelangi pada gelembung sabun di awal tadi? Hal tersebut, terjadi karena adanya interferensi cahaya, yaitu pada lapisan yang tipis.

 

Penjelasan tentang interferensi pada lapisan tipis ini sangat menarik! Namun, ada sedikit perbaikan konsep yang perlu diperjelas, terutama terkait dengan kondisi interferensi konstruktif dan destruktif. Yuk, kita bahas ulang dengan lebih sistematis!

---

Kenapa Gelembung Sabun Berwarna-warni?

Ketika cahaya putih mengenai permukaan gelembung sabun, ada dua peristiwa utama yang terjadi:

1. Sebagian cahaya dipantulkan dari permukaan luar gelembung.
2. Sebagian lagi menembus lapisan sabun, lalu dipantulkan dari permukaan dalamnya.

Karena gelombang cahaya yang dipantulkan dari dalam harus menempuh jarak lebih jauh dibandingkan yang dipantulkan dari luar, maka akan terjadi perbedaan panjang lintasan. Nah, perbedaan panjang lintasan ini menyebabkan interferensi, yang membentuk pola warna-warni seperti pelangi yang berputar.

---

Interferensi dan Difraksi dalam Lapisan Tipis

Selain interferensi, warna pelangi yang kita lihat juga disebabkan oleh difraksi cahaya polikromatik. Difraksi ini terjadi karena cahaya dengan panjang gelombang berbeda akan mengalami sudut pembelokan yang berbeda ketika melewati medium dengan indeks bias yang berbeda. Hal ini menyebabkan pemisahan warna, mirip dengan fenomena pada prisma kaca.

Namun, interferensi pada lapisan tipis lebih dominan dalam menentukan pola terang-gelap dan warna spesifik yang muncul.

---

Bagaimana Interferensi Terjadi pada Lapisan Tipis?

Saat sinar datang pada lapisan tipis (seperti selaput sabun atau lapisan minyak), sebagian cahaya dipantulkan dari permukaan atas dan sebagian lagi menembus ke dalam, lalu dipantulkan kembali dari permukaan bawah. Dua sinar ini kemudian akan berinterferensi tergantung pada perbedaan panjang lintasan dan perubahan fase.

Fakta menarik tentang perubahan fase:

• Jika cahaya berpindah dari medium dengan indeks bias lebih kecil (n₁) ke medium dengan indeks bias lebih besar (n₂), maka cahaya yang dipantulkan akan mengalami perubahan fase 180° (π radian).
• Sebaliknya, jika cahaya berpindah dari medium dengan indeks bias lebih besar ke yang lebih kecil, tidak ada perubahan fase pada pantulan.

---

Kondisi Terjadinya Interferensi Konstruktif dan Destruktif

Dalam interferensi pada lapisan tipis, beda lintasan cahaya dinyatakan sebagai:

$$\Delta L = 2nd \cos r$$

dengan:

• n = indeks bias lapisan tipis
• d = ketebalan lapisan tipis
• r = sudut bias cahaya di dalam lapisan

1. Interferensi Konstruktif (Terang) terjadi jika beda lintasan memenuhi:

$$2nd \cos r = (m + \frac{1}{2}) \lambda$$

dengan m = 0, 1, 2, ...

2. Interferensi Destruktif (Gelap) terjadi jika beda lintasan memenuhi:

$$2nd \cos r = m\lambda$$

dengan m = 0, 1, 2, ...

 

---

Contoh Soal

1. Sebuah lapisan tipis dari gelembung sabun memiliki indeks bias sebesar 4/3 dan terkena cahaya yang datang secara tegak lurus terhadap permukaannya. Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan adalah 6000 Å, tentukan ketebalan minimum lapisan tersebut agar terjadi interferensi konstruktif pertama (m = 0).

Pembahasan:

Diketahui:

• Indeks bias, 
  $n = \frac{4}{3}$
• Panjang gelombang, 
  $\lambda = 6000$

Ditanyakan:

• Ketebalan lapisan, 
  $d$

Jawaban:

$$2nd \cos r = (m + \frac{1}{2}) \lambda$$

2ndcosr=(m+21​)λ

Karena sudut datang tegak lurus, maka 

$r = 0^\circ$$\cos 0^\circ = 1$

$$2 \times \frac{4}{3} \times d \times 1 = \frac{1}{2} \times \lambda$$

2×34​×d×1=21​×λ

$$\frac{8}{3} d = \frac{1}{2} \times 6000$$$$d = \frac{9000}{8}$$$$d = 1125 \text{ Å}$$

---

2. Sebuah sinar monokromatik jatuh secara vertikal pada selaput minyak dengan ketebalan 2,5 × 

$10^{-4}$

Pembahasan:

Diketahui:

• Ketebalan selaput minyak, 
  $d = 2,5 \times 10^{-4}$$2,5 \times 10^{-7}$
• Indeks bias, 
  $n = 1,2$
• Sudut datang, 
  $r = 0^\circ$

Ditanyakan:

• Panjang gelombang 
  $\lambda$

Jawaban:

$$\lambda = \frac{2 n d \cos r}{m}$$

λ=m2ndcosr​

Karena sudut datang tegak lurus (

$r = 0^\circ$$\cos 0^\circ = 1$

$$\lambda = \frac{2 \times 1,2 \times (2,5 \times 10^{-7})}{1}$$

λ=12×1,2×(2,5×10−7)​

$$\lambda = 6 \times 10^{-7} \text{ m} \text{ atau } 6000 \text{ Å}$$

---

Kesimpulan

Dari pembahasan di atas, kita telah memahami dua jenis interferensi cahaya, yaitu:

1. Interferensi pada celah ganda Young, yang menghasilkan pola terang dan gelap akibat perbedaan panjang lintasan gelombang.
2. Interferensi pada lapisan tipis, yang menyebabkan warna-warni pada gelembung sabun atau lapisan minyak di air karena kombinasi interferensi dan pembiasan.

Fenomena ini membuktikan bahwa konsep interferensi cahaya dapat diamati dalam kehidupan sehari-hari, seperti pelangi pada gelembung sabun atau kilauan minyak di permukaan air.

Fisika memang menarik, bukan? 😊

---

Kalau ada yang mau ditambahkan atau diperjelas, kasih tahu aja! 🚀

Referensi:

‘Konsep Difraksi dan Interferensi Cahaya’, Kemendikbud, belajar.kemendikbud.go.id (daring). Tautan: https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/sumberbelajar/tampil/Difraksi-dan-Interferensi-Cahaya-2016-2016/menu3.html (diakses 17 September 2020)

‘Interference’, Abramowitz, Davidson, (daring). Tautan: https://www.olympus-lifescience.com/en/microscope-resource/primer/lightandcolor/interference/ (diakses 24 September 2020)

‘Interference Phenomena in Soap Bubbles’, Parry-Hill, Davidson, (daring). Tautan: https://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/interference/soapbubbles/ (diakses 24 September 2020)

‘Interference of Light Waves’, www.nd.edu, (daring). Tautan: https://www.nd.edu/~amoukasi/CBE30361/Useful%20files/Interference%20of%20Light%20Waves.pdf (diakses 24 September 2020)

Sumber Foto:

Pustekkom Kemendikbud 2016, Tautan: https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/file_storage/t2016/k42_49/media/gbrmateri3.png (diakses 24 September 2020)

Pustekkom Kemendikbud 2016, Tautan: https://sumberbelajar.belajar.kemdikbud.go.id/file_storage/t2016/k42_49/media/gb3.jpg (diakses 24 September 2020)

Photo By www.nd.edu, Tautan: https://www.nd.edu/~amoukasi/CBE30361/Useful%20files/Interference%20of%20Light%20Waves.pdf (diakses 24 September 2020)

Thomas Young. Mezzotint by G. R. Ward, 1855, after Sir T. Lawrence. Credit: Wellcome Collection. Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

https://www.celahcahaya.sch.id/