Interferensi Celah Ganda Young — Fisika Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa menghitung posisi pita terang dan gelap pola interferensi celah ganda Young dari beda lintasan dua sumber koheren.

Sorotkan laser melalui dua celah sempit yang berdekatan, dan di layar muncul deretan pita terang-gelap yang rapi — bukan dua bercahaya seperti bayangan klasik. Inilah percobaan Thomas Young (1801) yang menggetarkan dunia: cahaya berinterferensi seperti gelombang. Dua berkas dari celah yang sama-sama terang bisa saling memadamkan menjadi gelap. Rahasianya ada pada satu kuantitas kecil — beda lintasan — yang menentukan segalanya. Coba lihat sendiri di bawah.

Geser jarak antarcelah dan panjang gelombang laser, lalu amati pola terang-gelap di layar.

Dua celah sebagai dua sumber koheren

Sinar laser diarahkan ke sebuah penghalang dengan dua celah sempit yang berjarak $d$ . Tiap celah bertindak sebagai sumber gelombang baru — dan karena keduanya berasal dari berkas yang sama, kedua sumber selalu sefase (koheren). Cahaya dari kedua celah kemudian menyebar, bertemu di layar, dan menjumlahkan diri.

Interferensi adalah penjumlahan dua gelombang yang tumpang tindih. Interferensi konstruktif (saling menguatkan) terjadi saat kedua gelombang datang sefase; interferensi destruktif (saling memadamkan) saat berlawanan fase.

Di satu titik layar, kedua gelombang bisa bertemu sefasa (puncak-puncak, terang) atau berlawanan fase (puncak-lembah, gelap) — tergantung selisih jarak tempuh keduanya. Inilah kunci: titik yang menerima kedua gelombang sefase akan terang; yang menerima keduanya berlawanan fase akan gelap, walau sumbernya sama-sama bercahaya.

Beda lintasan menentukan terang atau gelap

Bayangkan sebuah titik pada layar membentuk sudut $\theta$ terhadap garis tengah. Cahaya dari celah atas menempuh jarak sedikit lebih jauh (atau lebih dekat) daripada dari celah bawah. Selisih jarak tempuh inilah beda lintasan $\Delta s$ .

$\Delta s = d \sin\theta$

Arti tiap simbol: $\Delta s$ = beda lintasan (m), $d$ = jarak antar dua celah (m), $\theta$ = sudut titik di layar relatif garis tengah, $\sin\theta$ dari geometri segitiga siku-siku celah-layar.

Tiga kemungkinan: bila $\Delta s$ berupa bilangan bulat panjang gelombang penuh ( $m\lambda$ , $m = 0, 1, 2, \ldots$ ), kedua gelombang tiba sefasa → terang. Bila $\Delta s$ berupa bilangan setengah gelombang ganjil ( $(m + \tfrac{1}{2})\lambda$ ), kedua gelombang tiba berlawanan fase → gelap. Lihat di bawah bagaimana kurva $\Delta s = d\sin\theta$ memotong garis horizontal $m\lambda$ pada titik-titik yang menjadi pita terang.

Dua gelombang koheren: konstruktif vs destruktif

Untuk merasakan apa yang terjadi pada tiap titik layar, lihat dua gelombang sinus yang merambat dari dua celah — di sini disederhanakan sebagai dua gelombang berjalan dengan beda fase tetap. Saat sefase, resultannya berlipat (terang); saat berlawanan fase, saling memadamkan (gelap). Geser beda fase untuk menyaksikan keduanya.

Lebar pita: kebalikan jarak antarcelah

Posisi pita terang ke- $m$ pada layar berjarak $L$ dari celah diberikan $y_m = m\lambda L/d$ (untuk sudut kecil, $\sin\theta \approx \tan\theta = y/L$ ). Jarak antara dua pita terang berurutan — yang disebut lebar pita $\Delta y$ — adalah:

$\Delta y = \frac{\lambda L}{d}$

Arti tiap simbol: $\Delta y$ = lebar pita (jarak pita terang ke pita terang berikutnya, m), $\lambda$ = panjang gelombang (m), $L$ = jarak celah ke layar (m), $d$ = jarak antar dua celah (m).

Rumus ini menjelaskan dua hal penting. Pertama, lebar pita berbanding terbalik dengan $d$ : semakin rapat dua celah, semakin lebar pola di layar. Kedua, lebar pita berbanding lurus dengan $\lambda$ : cahaya merah (650 nm) menghasilkan pita lebih lebar daripada cahaya biru (450 nm). Inilah sebab percobaan Young dengan cahaya putih menghasilkan pola berwarna pelangi — tiap warna punya $\lambda$ sendiri. Geser $d$ di bawah dan lihat lebar pita mengecil saat celah menjauh.

Warna laser: merah, hijau, biru

Cahaya putih matahari sebenarnya campuran semua warna. Tiap warna memiliki panjang gelombang sendiri: merah sekitar 650 nm, hijau 530 nm, biru 450 nm. Karena lebar pita $\Delta y \propto \lambda$ , cahaya merah menghasilkan pola paling lebar, biru paling sempit. Bila laser putih dipakai, tiap warna punya pola sendiri yang saling tumpang tindih — menghasilkan pelangi pada tiap pita terang (kecuali pita pusat yang tetap putih). Bandingkan tiga warna laser di bawah.

Interferensi celah ganda Young masuk cakupan TKA Fisika, elemen gelombang (kerangka TKA 045/H/AN/2025). Tiga jebakan paling sering: (1) keliru memakai $m\lambda$ untuk pita gelap (yang benar $(m+\tfrac{1}{2})\lambda$ ), (2) salah tanda orde — $m$ mulai dari 0 untuk terang pusat, dan (3) lupa konversi satuan (nm ke m, atau mm ke m) sehingga hasilnya melesat jauh. Selipkan konversi satuan sejak awal substitusi.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Cahaya laser merah ( $\lambda = 650$ nm) dilewatkan melalui dua celah berjarak $d = 0{,}1$ mm, lalu ditangkap layar pada jarak $L = 2$ m. (a) Berapa lebar pita di layar? (b) Berapa jarak pita terang orde-2 dari pusat?

$\lambda = 650\ \text{nm} = 650 \times 10^{-9}\ \text{m} = 6{,}5 \times 10^{-7}\ \text{m}$ . $d = 0{,}1\ \text{mm} = 1 \times 10^{-4}\ \text{m}$ . $L = 2\ \text{m}$ .

$\Delta y = \frac{\lambda L}{d} = \frac{(6{,}5 \times 10^{-7})(2)}{1 \times 10^{-4}} = 1{,}3 \times 10^{-2}\ \text{m} = 1{,}3\ \text{cm}.$ Pita terang berurutan berjarak 1,3 cm satu sama lain — cukup lebar untuk diukur mata.

Pita terang orde- $m$ berada di $y_m = m \cdot \Delta y$ . Untuk $m = 2$ : $y_2 = 2 \cdot 1{,}3\ \text{cm} = 2{,}6\ \text{cm}.$ Jadi pita terang kedua berjarak 2,6 cm dari pusat terang — di kiri dan kanan simetris. Akibatnya layar menampilkan pusat, lalu ±1,3 cm, ±2,6 cm, dan seterusnya.

Jebakan: memakai rumus $\Delta s = m\lambda$ untuk pita gelap. Yang benar: $m\lambda$ untuk terang (orde $m = 0, 1, 2, \ldots$ ); $(m + \tfrac{1}{2})\lambda$ untuk gelap. Beda setengah panjang gelombang itulah yang membuat kedua gelombang berlawanan fase dan saling memadamkan.

Jebakan: lupa konversi satuan — panjang gelombang di nm, jarak celah di mm, jarak layar di m. Yang benar: konversikan semuanya ke meter sebelum substitusi. Tanpa konversi, hasil bisa melesat ribuan kali.

Jebakan: mengira dua celah harus diisi cahaya berbeda untuk interferensi. Yang benar: kedua celah harus koheren (sefase, frekuensi sama) — itulah sebab percobaan Young memakai satu sumber cahaya yang dipisah dua celah, bukan dua sumber terpisah yang tak sinkron.

Interferensi = penjumlahan dua gelombang koheren dari dua celah.
Pita terang saat beda lintasan $d\sin\theta = m\lambda$ ; gelap saat $(m+\tfrac{1}{2})\lambda$ .
Lebar pita $\Delta y = \lambda L/d$ — berbanding lurus $\lambda$ dan $L$ , terbalik $d$ .
Cahaya merah (λ besar) menghasilkan pita lebih lebar daripada biru.
Pita pusat ( $m=0$ ) selalu di tengah; kedua celah sama jauhnya ( $\Delta s = 0$ ).