p13 0809 Fisika Modern

22
1 FISIKA MODERN FISIKA MODERN Staf Pengajar Fisika Staf Pengajar Fisika Departemen Fisika, FMIPA, IPB Departemen Fisika, FMIPA, IPB http://bima.ipb.ac.id/~tpb- http://bima.ipb.ac.id/~tpb- ipb/materi ipb/materi

description

fisika

Transcript of p13 0809 Fisika Modern

1FISIKA MODERNFISIKA MODERNStaf Pengajar FisikaStaf Pengajar FisikaDepartemen Fisika, FMIPA, IPBDepartemen Fisika, FMIPA, IPBhttp://bima.ipb.ac.id/tpb!http://bima.ipb.ac.id/tpb!ipb/materiipb/materi2MANFAAT KULIAHMANFAAT KULIAHMemberikan pemahaman tentang Memberikan pemahaman tentang fen"mena a#am $ang tidak dapat fen"mena a#am $ang tidak dapat dije#askan me#a#%i &sika k#asikdije#askan me#a#%i &sika k#asikFen"mena a#am $ang berkaitan dengan Fen"mena a#am $ang berkaitan dengan kecepatan $ang sangat tinggikecepatan $ang sangat tinggiFen"mena a#am $ang berkaitan dengan Fen"mena a#am $ang berkaitan dengan ke#ak%an caha$a dan partike# $ang ke#ak%an caha$a dan partike# $ang sangat keci# '%k%ran mikr"n dan $ang sangat keci# '%k%ran mikr"n dan $ang #ebih keci# dari it%(#ebih keci# dari it%(3TUJUAN INSTRUKSIONALTUJUAN INSTRUKSIONALSete#ah mengik%ti k%#iah ini Sete#ah mengik%ti k%#iah ini mahasis)a diharapkan dapat mahasis)a diharapkan dapat menje#askan berbagai fen"mena menje#askan berbagai fen"mena a#am '$ang berkaitan dengan a#am '$ang berkaitan dengan kecepatan $ang sangat tinggi dan kecepatan $ang sangat tinggi dan fen"mena a#am $ang berkaitan fen"mena a#am $ang berkaitan dengan sifat caha$a dan partike# dengan sifat caha$a dan partike# dengan %k%ran sangat keci#( me#a#%i dengan %k%ran sangat keci#( me#a#%i te"ri &sika m"dernte"ri &sika m"dern4POSTULAT RELATIVITAS KHUSUSPOSTULAT RELATIVITAS KHUSUS"AvASecara k#asik: vB = vBA * vABer#ak% j%ga %nt%k penja#aran ge#"mbang mekanik $ang menja#ar da#am medi%m $ang bergerak:w = u + vv : kecepatan ge#"mbang da#am medi%mu : kecepatan medi%m terhadap pengamatw : kecepatan ge#. terhadap pengamatvBAB5Penjalaran Gelo!an" Me#an$# %ala Penjalaran Gelo!an" Me#an$# %ala Me%$& 'an" (er"era#Me%$& 'an" (er"era#pemant%# pemant%# S%mber ge#"mbangDetekt"ru+edatangan p%#sa ge#"mbang tidak bersamaan)Penjalaran Gelo!an" Me#an$# %ala Penjalaran Gelo!an" Me#an$# %ala Me%$& 'an" (er"era#Me%$& 'an" (er"era#pemant%# pemant%# S%mber ge#"mbangDetekt"ru+edatangan p%#sa ge#"mbang tidak bersamaan*Per+o!aan M$+,el-on.Morle'Per+o!aan M$+,el-on.Morle',ermin ,ermin Setengah cerminS%mber caha$a-a$aru+edatangan ked%a p%#sa caha$a di #a$ar bersamaan.../POSTULAT RELATIVITAS KHUSUSPOSTULAT RELATIVITAS KHUSUS/asi# perc"baan Miche#s"n!M"r#e$ tidak dapat/asi# perc"baan Miche#s"n!M"r#e$ tidak dapat dije#askan me#a#%i Fisika +#asik.Maka 0insteindije#askan me#a#%i Fisika +#asik.Maka 0instein mengem%kakan d%a p"st%#at re#ati1itas kh%s%s:mengem%kakan d%a p"st%#at re#ati1itas kh%s%s: Prinsip re#ati1itas: h%k%m &sika dapat din$atakanPrinsip re#ati1itas: h%k%m &sika dapat din$atakan da#am persamaan $ang berbent%k sama da#amda#am persamaan $ang berbent%k sama da#am sem%a kerangka inersia#, $ait% kerangka!kerangkasem%a kerangka inersia#, $ait% kerangka!kerangka $ang bergerak dengan kecepatan tetap sama #ain $ang bergerak dengan kecepatan tetap sama #ain+e#aj%an caha$a da#am r%ang hampa sama besar+e#aj%an caha$a da#am r%ang hampa sama besar %nt%k sem%a pengamat dan tidak tergant%ng%nt%k sem%a pengamat dan tidak tergant%ng pada gerak pengamat pada gerak pengamat0Kon-e#&en-$ %ar$ Po-1&la1 Rela1$2$1a- K,&-&-Kon-e#&en-$ %ar$ Po-1&la1 Rela1$2$1a- K,&-&-Pem%aian )akt%: se#ang )akt% $angPem%aian )akt%: se#ang )akt% $ang diamati "#eh pengamat $ang bergerakdiamati "#eh pengamat $ang bergerak terhadap kejadian #ebih besarterhadap kejadian #ebih besar dibandingkan $ang diamati pengamatdibandingkan $ang diamati pengamat $ang diam terhadap kejadian $ang diam terhadap kejadianPenger%tan panjang: panjang bendaPenger%tan panjang: panjang benda $ang diamati "#eh pengamat $ang$ang diamati "#eh pengamat $ang bergerak terhadap benda tsb #ebihbergerak terhadap benda tsb #ebih keci# dibandingkan $ang diamati "#ehkeci# dibandingkan $ang diamati "#eh "rang $ang diam terhadap benda"rang $ang diam terhadap benda terseb%t terseb%t2201cvtt= 2201cvL L =,"nt"h S"a#:2arak antara d%a titik A dan B di perm%kaan b%mi,"nt"h S"a#:2arak antara d%a titik A dan B di perm%kaan b%mi ada#ah 344 km.Seb%ah pesa)at s%per cepat bergerak denganada#ah 344 km.Seb%ah pesa)at s%per cepat bergerak dengan ke#aj%an 4,5 c me#intasi ked%a titik terseb%t.'a( 6ent%kan jarak A keke#aj%an 4,5 c me#intasi ked%a titik terseb%t.'a( 6ent%kan jarak A ke B men%r%t pi#"t pesa)at.6ent%kan )akt% $ang diper#%kan pesa)atB men%r%t pi#"t pesa)at.6ent%kan )akt% $ang diper#%kan pesa)at %nt%k me#intasi ked%a titik terseb%t 'b( men%r%t "rang di b%mi dan%nt%k me#intasi ked%a titik terseb%t 'b( men%r%t "rang di b%mi dan 'c( men%r%t pi#"t pesa)at. 'c( men%r%t pi#"t pesa)at.2a)ab: 'a( 734 km8 'b( 9,: ; 14 2a)ab: 'a( 734 km8 'b( 9,: ; 14!7 !7 s8'c( 1,: ; 14 s8'c( 1,: ; 14!7 !7 s s34Penj&la,an Ke+e5a1anPenj&la,an Ke+e5a1an"AvAvBAB21cv vv vvA BAA BAB++=,"nt"h:Seb%ah kereta bergerak dengan ke#aj%an 15 m/s sementara di da#am kereta se"rang k"ndekt%r berja#an dengan ke#aj%an 1 m/s.Apakah r%m%s penj%m#ahan kecepatan re#ati1istik ber#ak% %nt%k pers"a#an ini< 2e#askan ja)aban anda.,"nt"h:Seb%ah r"ket bergerak dengan ke#aj%an 4,5c men%j% b%mi. +em%dian r"ket mengirimkan sin$a# e#ektr"magnetik ke arah b%mi.6%nj%kkan me#a#%i r%m%s penj%m#ahan re#ati1istik bah)a ke#aj%an sin$a# terseb%t bagi "rang dib%mi ada#ah c j%ga.33Ke-e1araan Ma--a %en"an Ener"$Ke-e1araan Ma--a %en"an Ener"$Massa re#ati1istik: benda $angMassa re#ati1istik: benda $ang bergerak memp%n$ai massabergerak memp%n$ai massa $ang #ebih besar dibandingkan$ang #ebih besar dibandingkan jika dia diamjika dia diam +esetaraan massa!energi:+esetaraan massa!energi: 2mc E =2201cvmm=,"nt"h s"a#:Apakah massa 1 m"# es sama dengan massa 1 m"# air< 2e#askan ja)aban anda.6ent%kan energi t"ta# $ang terkand%ng da#am seb"ngkah bat% $ang massa diamn$a 1 kg jika dia bergerak dengan ke#aj%an 4,3 c'2a)ab: 1,19: ; 141= 2(32Ra%$a-$ (en%a H$1aRa%$a-$ (en%a H$1a>ien dengan m"de# f%ngsi tebakann$a 'k%r1a merah( mendapatkan>ien dengan m"de# f%ngsi tebakann$a 'k%r1a merah( mendapatkan hasi# ses%ai dengan %nt%k panjang!ge#"mbang keci# 'frek%ensi tinggi( hasi# ses%ai dengan %nt%k panjang!ge#"mbang keci# 'frek%ensi tinggi(?a$#eigh @ 2eans dengan m"de# &sika k#asik 'k%r1a k%ning(?a$#eigh @ 2eans dengan m"de# &sika k#asik 'k%r1a k%ning( mendapatkan hasi# ses%ai dengan panjang! ge#"mbang besarmendapatkan hasi# ses%ai dengan panjang! ge#"mbang besar 'frek%ensi rendah(./asi# ini diseb%t bencana %#tra1i"#et 'frek%ensi rendah(./asi# ini diseb%t bencana %#tra1i"#etP#anck '1A44( menem%kan r%m%s dengan menginterp"#asikan r%m%sP#anck '1A44( menem%kan r%m%s dengan menginterp"#asikan r%m%s >ien dan r%m%s ?a$#eigh!2eans dengan mengas%msikan bah)a>ien dan r%m%s ?a$#eigh!2eans dengan mengas%msikan bah)a terbent%kn$a radiasi benda hitam ada#ah da#am paket!paket denganterbent%kn$a radiasi benda hitam ada#ah da#am paket!paket dengan energi per paket :energi per paket : E = hfE = hf33EFEK FOTOLISTRIKEFEK FOTOLISTRIK2ika #"gam mengki#at di iradiasi, dia akan memancarkan e#ektr"n 2ika #"gam mengki#at di iradiasi, dia akan memancarkan e#ektr"nAda frek%ensi ambang $ang ber1ariasi dari sat% #"gam ke #"gamAda frek%ensi ambang $ang ber1ariasi dari sat% #"gam ke #"gam $ang #ain: han$a caha$a dengan frek%ensi #ebih besar dari$ang #ain: han$a caha$a dengan frek%ensi #ebih besar dari frek%ensi ambang $ang akan menghasi#kan ar%s e#ektr"n f"t" frek%ensi ambang $ang akan menghasi#kan ar%s e#ektr"n f"t"0instein: 0fek f"t"#istrik mer%pakan peristi)a t%mb%kan antara0instein: 0fek f"t"#istrik mer%pakan peristi)a t%mb%kan antara partike# radiasi e.m. 'f"t"n( dengan e#ektr"n. partike# radiasi e.m. 'f"t"n( dengan e#ektr"n.0nergi +inetik Maksim%m e#ektr"n $ang ter#epas:0nergi +inetik Maksim%m e#ektr"n $ang ter#epas: K=hf - WK=hf - W ?adiasi e.m0#ektr"n f"t"34APAKAH 6AHA7A ITU8APAKAH 6AHA7A ITU820E c I = Nh I =,A/ABAB0?SIFA6 C0-DMBAECB0?SIFA6 PA?6I+0-20EhcN=35EFEK 6OMPTONEFEK 6OMPTON0fek ,"mpt"n mer%pakan b%kti pa#ing #angs%ng0fek ,"mpt"n mer%pakan b%kti pa#ing #angs%ng dari sifat partike# dari radiasi e.m. dari sifat partike# dari radiasi e.m.F"t"n datangF"t"n hamb%r0#ektr"npenta#ppP3)GELOM(ANG DE (ROGLIEGELOM(ANG DE (ROGLIEF"t"n berfrek%ensiF"t"n berfrek%ensi memp%n$ai m"ment%m: memp%n$ai m"ment%m:Panjang ge#"mbang f"t"n: Panjang ge#"mbang f"t"n:De Br"g#ie meng%s%#kan agar persamaanDe Br"g#ie meng%s%#kan agar persamaan panjang ge#"mbang terseb%t ber#ak% %m%m,panjang ge#"mbang terseb%t ber#ak% %m%m, baik bagi f"t"n ma%p%n bagi materi.Panjangbaik bagi f"t"n ma%p%n bagi materi.Panjang ge#"mbang de Br"g#ie: ge#"mbang de Br"g#ie:m m ada#ah massa re#ati1istik.Fs%#an de Br"g#ieada#ah massa re#ati1istik.Fs%#an de Br"g#ie ini dapat dib%ktikan dengan perc"baan difraksiini dapat dib%ktikan dengan perc"baan difraksi e#ektr"n "#eh Da1iss"n @ Cermer e#ektr"n "#eh Da1iss"n @ Cermer hchp = =ph= mvh= ,"nt"h S"a#: hit%ng panjang ge#"mbang de Br"g#ie,"nt"h S"a#: hit%ng panjang ge#"mbang de Br"g#ie dari 'a( ke#ereng bermassa 14 gram $ang bergerakdari 'a( ke#ereng bermassa 14 gram $ang bergerak dengan ke#aj%an 14 m/s'b( e#ektr"n $ang bergerakdengan ke#aj%an 14 m/s'b( e#ektr"n $ang bergerak dengan ke#aj%an 14= m/s.Berikan %#asan dari hasi#dengan ke#aj%an 14= m/s.Berikan %#asan dari hasi# perhit%ngan terseb%t perhit%ngan terseb%t3*Mo%el A1oMo%el A1o6h"mps"n: m"de# r"ti kismis.M"de# ini gaga# karena tidak6h"mps"n: m"de# r"ti kismis.M"de# ini gaga# karena tidak ses%ai dengan hasi# perc"baan hamb%ran ?%therf"rd. ses%ai dengan hasi# perc"baan hamb%ran ?%therf"rd.M"de# At"m hasi# perc"baan hamb%ran ?%therf"rd: M"de# At"m hasi# perc"baan hamb%ran ?%therf"rd:*Inti berm%atan p"sitipe#ektr"n?%ang k"s"ngDimensi at"m : 14!14 mDimensi inti : 14!1G m3/OR(IT ELEKTRONOR(IT ELEKTRON6inja% At"m /idr"gen 6inja% At"m /idr"genMekanika: 0#ektr"n har%s da#amMekanika: 0#ektr"n har%s da#am keadaan bergerak meng"rbit agarkeadaan bergerak meng"rbit agar tidak jat%h ke inti 'm"de# tata s%r$a( tidak jat%h ke inti 'm"de# tata s%r$a(-istrik Magnet: M%atan $ang-istrik Magnet: M%atan $ang dipercepat har%s memancarkandipercepat har%s memancarkan ge#"mbang e#ektr"magnetik ge#"mbang e#ektr"magnetikJika teori klasik (mekanika danJika teori klasik (mekanika dan listrik-magnet) harus dipenuhilistrik-magnet) harus dipenuhi seharusnya tidak terdapat atomseharusnya tidak terdapat atom yang stabil yang stabilKenyataan:Kenyataan: at"m!at"m secaraat"m!at"m secara %m%m berada da#am keadaan stabi#.%m%m berada da#am keadaan stabi#. +a#a%p%n at"m memancarkan+a#a%p%n at"m memancarkan ge#"mbang e.m., maka spektr%mn$age#"mbang e.m., maka spektr%mn$a ada#ah spektr%m diskrit ada#ah spektr%m diskrit*eeFeFev!"#$ K%&'$K (&(&% )!*J!%&'K&* +!*")!*& &")$K30SPEKTRUM ATOMIKSPEKTRUM ATOMIKSetiap %ns%r memi#iki spektr%m at"mik $ang %nik Setiap %ns%r memi#iki spektr%m at"mik $ang %nikhidr"gen=44 nm 344 nm:44 nm G44 nmhe#i%m24SPEKTRUM ATOMIK 9lanj&1an:SPEKTRUM ATOMIK 9lanj&1an:Fnt%k /idr"gen Fnt%k /idr"genhidr"genDeret Ba#mer:. . . , 5 , 4 , 3;121 12 2= = nnRR H 1.4A= ; 14= m!123ATOM (OHRATOM (OHRP"st%#at B"hr P"st%#at B"hr0#ektr"n bergerak meng"rbit inti da#am "rbit mantap ber%pa0#ektr"n bergerak meng"rbit inti da#am "rbit mantap ber%pa #ingkaran dengan m"ment%m s%d%t mer%pakan ke#ipatan dari#ingkaran dengan m"ment%m s%d%t mer%pakan ke#ipatan dari h h/9 /9 Pada keadaan mantap ini e#ektr"n tidak memancarkan radiasiPada keadaan mantap ini e#ektr"n tidak memancarkan radiasi e.m., radiasi bar% dipancarkan/diserap jika e#ektr"n berpindahe.m., radiasi bar% dipancarkan/diserap jika e#ektr"n berpindah dari sat% "rbit ke "rbit $ang #ain.Pada perpindahan ini f"t"ndari sat% "rbit ke "rbit $ang #ain.Pada perpindahan ini f"t"n $ang dipancarkan memp%n$ai energi: $ang dipancarkan memp%n$ai energi:1 2n nE E hf =dasar tingkatenergi merupakaneV 6 , 13 ;121 ==EnEEnFnt%k at"m /idr"gen: 22PENUTUPPENUTUP?adiasi 0.M. dapat bersifat partike# 'radiasi benda?adiasi 0.M. dapat bersifat partike# 'radiasi benda hitam, efek f"t"#istrik, efek ,"mpt"n( hitam, efek f"t"#istrik, efek ,"mpt"n(Materi dapat bersifat sebagai ge#"mbang 'difraksiMateri dapat bersifat sebagai ge#"mbang 'difraksi e#ektr"n, sifat!sifat at"m d##( e#ektr"n, sifat!sifat at"m d##(?adiasi 0.M. dan materi memp%n$ai sifat mend%a,?adiasi 0.M. dan materi memp%n$ai sifat mend%a, s%at% bisa bersifat ge#"mbang, tapi pada saat #ains%at% bisa bersifat ge#"mbang, tapi pada saat #ain bersifat partike#.bersifat partike#. 6e"ri +%ant%m $ang dikembangkan "#eh6e"ri +%ant%m $ang dikembangkan "#eh /eisenberg, Schr"edinger, Dirac, d##. te#ah s%kses/eisenberg, Schr"edinger, Dirac, d##. te#ah s%kses %nt%k menje#askan berbagai fen"mena terseb%t%nt%k menje#askan berbagai fen"mena terseb%t dan da#am terapann$a te#ah memberikandan da#am terapann$a te#ah memberikan s%mbangan $ang sangat penting da#ams%mbangan $ang sangat penting da#am perkembangan peradaban d%nia. perkembangan peradaban d%nia.