FISIKA MODERN

By : Dea zharfanisa

Indah Athirah

Nina Rahayu

XII IPA +

FISIKA MODERN

1. Teori Relativitas Khusus

2. Fisika Kuantum

FISIKA MODERN

Transformasi Galilei Untuk pengamat diam O : x, y, z, t

Untuk pengamat bergerak O’: x’, y’, z’ Sehingga

x’ = x - vt y’ = y Trans. Koord. Galilei z’ = z t’ = t

Ux = Ux-VUy = Uy Trans. Kecepatan GalileiUz = Uz

Teori Relativitas Khusus

Postulat Einstein

Teori relativitas khusus bersandar pada dua postulat.

1. hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu terhadap lainnya

2. kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari keadaan gerak pengamat itu



Transformasi Lorentz Ditemukan oleh seorang Fisikawan Belanda H.A. Lorentz

yang menunjukkan bahwa rumusan dasar dari keelektromagnetan sama dalam semua kerangka acuan yang dipakai.

Trans. Lorentz

Trans. Lorentz balik

22 /1'

cv

vtxx

22

2

1'

cv

xcv

tt

yy ' zz '

221

'

cv

vtxx

22

2

1

'

cv

xcv

tt

2

21

''

cv

ttvxxxx ABABAB


Panjang Relativistik Panjang L benda bergerak terhadap pengamat

kelihatannya lebih pendek dari panjang Lo bila diukur dalam keadaan diam terhadap pengamat. Gejala ini disebut pengerutan Lorentz FitzGerald

221 cvLL o


Waktu RelativistikKuantitas to yang ditentukan

menurut pengamat O,

selang waktu mengalami pemuaian

’

oAB ttt

''' ttt AB

221'

cv

tt o


Massa, Energi dan Momentum Relativistik A. Massa Relativistik Massa benda akan menjadi lebih besar terhadap pengamat

dari pada massa ketika benda diam, jika bergerak dengan

kelajuan relativistik

221 cv

mm o

massamo diam


Hubungan Massa dan Energi Hubungan yang paling terkenal yang diperoleh Einstein

dari postulat relativitas khusus adalah mengenai massa dan energi. Hubungannya dapat diturunkan langsung dari definisi energi kinetik dari suatu benda yang bergerak.

mc2 = energi totalm0c2 = energi diam

Ek = energi kinetik

u

FdsK0

dt

mudF

oo EEcmmcK 2

22

22

1 cv

cmmcE o

2cmE oo 2mcE


Hubungan Momentum dan Energi

Dari hubungan , dan didapatkan

atau

2mcE 2cmE oo mup

222oEpcE

222 2

oo EpccmK

1. Teori Relativitas KhususEfek Doppler Relativistik Untuk sumber dan pengamat saling mendekat

Untuk sumber dan pengamat saling menjauh

Radiasi tegak lurus arah gerak

vc

vcff o

vc

vcff o

221 cvff o

Radiasi Benda Hitam Benda hitam adalah benda ideal yang mampu menyerap atau

mengabsorbsi semua radiasi yang mengenainya, serta tidak bergantung pada frekuensi radiasi tersebut.

Bisa dikatakan benda hitam merupakan penyerap dan pemancar yang sempurna.

Benda hitam pada temperatur tertentu meradiasi energi dengan laju lebih besar dari beanda lain.

Model yang dapat digunakan untuk mengamati sifat radiasi benda hitam adalah model rongga.

2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik


Teori Rayleigh-Jeans Reyleigh dan Jeans menggunakan pendekatan fisika klasik

untuk menjelaskan spektrum benda hitam, karena pada masa itu fisika kuantum belum diketahui.

Mereka meninjau radiasi dalam rongga bertemperatur T yang dindingnya adalah pemantul sempurna sebagai sederetan gelombang elektromagnetik berdiri

Rumus Rayleigh-Jeans

3

28

c

kTdffdffu


Hukum radiasi planck Planck menemukan rumus dengan menginterpolasikan rumus

wein dan rumus Rayleigh-Jeans dengan mengasumsikan bahwa terbentuknya radiasi benda hitam adalah dalam paket-paket energi.

Konsep paket energi atau energi terkuantisasi ini merupakan hipotesis Max Planck yang merupakan rumus yang benar tentang kerapatan energi radiasi benda hitam.

hfE sJh /10*626.6 23


Teori Foton Foton atau kuanta merupakan paket-paket energi diskrit pada

radiasi elektromagnetik. Tiap energi pada foton tergantung pada frekuensi f .

Sebuah foton akan bergerak dengan kecepatan cahaya, jika foton bergerak dibawah kecepatan tersebut maka foton tidak ada. Foton hanya memiliki energi kinetik dan massa diamnya adalah nol. Sedangkan momentumnya:

hc

hfE

h

c

hf

c

Ep

Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam yang tembaki oleh foton.jika logam mengkilat di iradiasi, maka akan terjadi pancaran electron pada logam tersebut.

Cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang yang akan menghasilkan arus elektron Foton.

Energi maksimum yang terlepas dari logam akibat peristiwa fotolistrik adalah



Efek Compton Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai

frekuensi lebih kecil dari pada radiasi yang datang dan juga tergantung pada sudut hamburan.

Dari analisis Compton, hamburan radiasi elektromagnetik dari partikel merupakan suatu tumbukan elastik.

cos1' cm

h

o

Gelombang De Broglie Postula De Broglie menyatakan dualisme gelombang-materi selain

berlaku pada radiasi elektromagnetik, juga berlaku bagi materi.

Foton berfrekuensi v mempunyai momentum

Panjang gelombang foton

menurut broglie semua partikel yang bergerak dengan momentump, terkait suatu gelombang dengan panjang gelombang menurut hubungan

3. SIfat Gelombang dari Partikel

3. SIfat Gelombang dari Partikel

Ketidakpastian Heisenberg Terdapat hubungan timbal balik antara ketidakpastian

kedudukan yang inheren dari partikel dan ketidapastian momentumnya yang inheren.

Untuk pengukuran energi dan selang waktu

4h

xp 4h

tE

4. Persamaan Schrodinger

Persamaan schrodinger merupakan suatu persamaan yang digunakan untu mengetahui perilaku gelombang dari partikel.

Kriteria mendapatkan persamaan yang sesuai dengan fisika kuantum adalah

Taat terhadap asas kekalan energi

Taat terhadap Hipotesa De Broglie

Persamaannya harus “berperilaku baik” secara matematik

Persamaan schrodinger waktu bebas satu dimensi:

EVdx

d

m

h

2

2

2

2

8

KAUSALITAS DAN PARADOKS KEMBAR

Kausalitas

Dalam rumusannya, teori relativitas mengklaim bahwa waktu t berkedudukan sama dengan koordinat spatial lainnya, yaitu x, y, z. Dari sini disimpulkan bahwa dimensi alam semesta kita bukanlah tiga, melainkan empat. Berikut ini gambaran dua dimensi yang disederhanakan dari ruang waktu.

Daerah yang berbentuk kerucut yang berwarna putih disebut kerucut cahaya, yaitu daerah dimana cahaya bergerak.

Daerah hiperbola yang berwarna hijau disebut daerah timelike, yaitu daerah dimana benda-benda bermassa diam bergerak dan berkecepatan lebih kecil dari cahaya. Daerah ini memiliki struktur kausalitas (sebab-akibat) karena tidak adanya kurva tertutup yang menghubungkan antara masa lalu (t < 0) dan masa depan (t > 0).

Daerah hiperbola yang berwarna biru disebut daerah spacelike, yaitu daerah dimana benda-benda bergerak melebihi kecepatan cahaya. Dalam daerah ini tidak berlaku kausalitas.

Paradoks Kembar Hal yang kontroversi dari teori relativitas khusus adalah yang disebut paradoks kembar. Mis A dab B dua orang kembar. A pergi ke luar angkasa menggunakan roket dan B tinggal di Bumi. Jika A pergi dengan kecepatan kostan dan mengukur waktunya sebesar t0 maka B di Bumi mengukur waktu A lebih panjang. Tetapi karena gerak sifatnya relatif, maka hal sebailiknya juga dapat terjadi, yaitu A mengukur waktu Bumi lebih panjang. Jadi dalam hal ini jika A dan B dalam kerangka inersial maka tidak ada yang lebih muda dan tua dan tidak ada paradoks. Paradoks ini dapat terjadi jika salah satunya dalam kerangka dipercepat atau noninersial. Pada kenyataannya A yang pergi ke luar angkasa mengalami percepatan yaitu dari diam ke bergerak dengan kecepatan awal berubah ubah hingga mendekati konstan sehingga paradoks pun dapat terjadi.

FISIKA MODERN

Documents

Transcript of FISIKA MODERN