sejarah fisika buku

157
1 n NALDO J. I. TANELAB SEJARAH FISIKA Perkembangan Fisika Klasik, Fisika Modern, Ilmu Mekanika, Ilmu Panas, Ilmu Optic Dan Ilmu Astronomi,

description

baukauu sejarah fisika

Transcript of sejarah fisika buku

  • 1

    n

    NALDO J. I. TANELAB

    SEJARAH FISIKA

    Perkembangan Fisika Klasik, Fisika Modern, Ilmu Mekanika, Ilmu Panas, Ilmu Optic Dan Ilmu Astronomi,

  • 2

    KATA PENGANTAR

    Puji dan syukur saya panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena

    atas rahmat dan bimbinganNya, saya dapat menyelesaikan buku mata kuliah

    Sejarah Fisika dengan judul PERKEMBANGAN CABANG- CABANG ILMU

    FISIKA ini dengan baik dan tepat pada waktunya.

    Saya sadar bahwa tersusunnya buku ini tidak lepas dari adanya petunjuk,

    arahan serta bantuan dari berbagai pihak. buku ini saya susun dengan penuh

    kesungguhan, dengan mengerahkan segala kemampuan yang saya miliki, namun

    saya sadar bahwa buku ini masih banyak memiliki kelemahan dan kekurangan.

    Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati saya mohon kritik, saran, serta

    masukan-masukan berharga dari semua pihak, terutama dari Ibu Dosen

    pembimbing mata kuliah Sejarah Fisika, teman-teman mahasiswaFKIP Fisika

    UNDANA Kupang angkatan 2014, serta pihak-pihak lain yang terkait, demi

    perbaikan dan penyempurnaan buku ini.

    Akhir kata, saya buku ini megucapkan limpah terima kasih. Semuga, dengan

    adanya buku ini, menjadi bacaan yang bermanfaat bagi kita semua.

    Kupang, April 2015

    Penyusun

  • 3

    DAFTAR ISI

    KATA PENGANTAR ......................................................... 2

    DAFTAR ISI ................................................................ 3

    PENDAHULUAN ............................................................. 6

    BAB I PERKEMBANGAN FISIKA KLASIK ................................. 7

    1.1 Latar Belakang ............................................................................................................... 7

    1.2 Tujuan .............................................................................................................................. 7

    1.3 Fisika Periode Yunani Kuno ........................................................................................ 8

    1.4 Fisika Klasik .................................................................................................................. 11

    1.5 Contoh Soal .................................................................................................................... 27

    1.6 Jawaban .......................................................................................................................... 27

    1.7 Kesimpulan ...................................................................................................................... 28

    BAB II PERKEMBANGAN FISIKA MODERN ............................ 30

    2.1 Latar Belakang ........................................................................................................ 30

    2.2 Tujuan ..................................................................................................................... 30

    2.3 Munculnya Fisika Modern ........................................................................................ 31

    2.4 Fenomena-Fenomena pada Era Fisika Modern .................................................... 36

    2.6 Hukum-Hukum dan Teori Pada Era Fisika Modern ....................................... 37

    2.7 Tokoh dan Teori Fisika Modern ......................................................................... 39

    2.7 Dampak Fisika Modern.......................................................................................... 44

    2.8 Contoh Soal .............................................................................................................. 45

    2.9 Jawaban .................................................................................................................... 45

    2.10 Kesimpula .................................................................................................................. 46

  • 4

    BAB III PERKEMBANGAN ILMU MEKANIKA ............................. 48

    3.1 Latar Belakang .......................................................................................................... 48

    3.2 Tujuan........................................................................................................................... 48

    3.3 Perkembangan Mekanika Klasik ........................................................................... 49

    3.3 Perkembangan Mekanika Modern ....................................................................... 64

    3.4 Contoh Soal .............................................................................................................. 66

    3.6 Jawaban ...................................................................................................................... 66

    3.7 Kesimpulan ................................................................................................................ 67

    BAB IV PERKEMBANGAN ILMU PANAS .................................. 68

    4.1 Latar Belakang ............................................................................................................ 68

    4.2 Tujuan ....................................................................................................................... 68

    4.3 Peristiwa-Peristiwa Penting Termodinamika ............................................... 69

    4.4 Tokoh-Tokoh Yang Berperan Dalam Perkembangan Ilmu Panas............... 75

    4.5 Contoh Soal .............................................................................................................. 82

    4.6 Jawaban .................................................................................................................... 82

    4.7 Kesimpulan ................................................................................................................ 83

    BAB V PERKEMBANGAN ILMU OPTIK .................................... 84

    5.1 Latar Belakang .......................................................... 84

    5.2 Tujuan ................................................................ 84

    5.3 Perkembangan Optik Periode I ..................................... 85

    5.4 Perkembangan Optik Periode II ................................... 91

    5.5 Perkembangan Optik Periode III.................................... 98

    5.6 Perkembangan Optik Periode IV ..................................... 102

    5.7 Perkembangan Optik Periode V ..................................... 106

    5.8 Contoh soal ........................................................... 107

  • 5

    5.9 Jawaban .............................................................. 108

    5.10 Kesimpulan ............................................................ 109

    BAB VI PERKEMBANGAN ILMU ASTRONOMI ............................ 110

    6.1 Latar Belakang .......................................................... 110

    6.2 Tujuan ................................................................. 110

    6.4 Periode 1 (Zaman Purbakala 1500M) .............................. 111

    6.5 Periode II (Sekitar 1550 1800 M) ................................ 116

    6.6 Periode III (1800M 1890M) ...................................... 121

    6.7 Periode IV (1890M Sekarang) ..................................... 125

    6.8 Sejarah Perkembangan Astronomi Modern .......................... 140

    6.9 Astronom-Astronom Muslim .......................................... 147

    6.10 Perkembangan Ilmu Astronomi Di Indonesia ........................ 154

    6.11 Kesimpilan ............................................................. 155

    DAFTAR PUSTAKA

  • 6

    PENDAHULUAN

    Jagad raya beserta segenap isinya menyimpan berjuta misteri yang selalu

    menarik perhatian manusia dari zaman ke zaman. Fisika sebagai ilmu yang lahir

    dari usaha manusia untuk menyingkap sebagian rahasia yang terkandung dalam

    alam semesta telah berusia hampir sepanjang peradaban umat manusia.Tidak

    heran apabila Fisika dipandang sebagai salah satu cabang ilmu pengetahuan yang

    tertua yang dikenal oleh umat manusia.

    Perkembangan teknologi yang sangat pesat dalam dua abad terakhir ini

    juga berperan besar dalam membantu memberikan pemahaman yang lebih

    mendalam bagi umat manusia terhadap gejala-gejala yang terjadi peda benda,

    maupun fenomena-fenomena alam yang menyertainya.Halaman ini ditujukan

    sebagai sarana untuk berbagi info dengan sesama penggemar Fisika, juga dalam

    rangka memperkenalkan Perkembangan ilmu fisika bagi yang belum mengenalnya.

    Isi dari buk ini penulis menyusunya dengan teliti untuk mudah dipahami oleh

    pembaca.

    Perkembangan konsep Ilmu pada fisika telah lahir sejak adanya

    peradaban manusia. Secara fitrah manusia ingin tahu lebih banyak dan juga ingin

    mendapatkan kejelasan tentang bagaimana hakikat atas segala sesuatu yang

    dilihatnya. Bagaimana manusia mengenal lingkungan tempat tinggalnya kemudian

    beranjak tentang bentuk bumi dan hubungannya dengan semua fenomena fisis

    sesuai yang dilihatnya dan dialaminya.

    Buku ini berisikan pengetahun tentang perkembangan fisika, terkususnya

    perkembangan fisika klasik, fisika modern, ilmu mekanika, ilmu pana, ilmu optic

    dan ilmu astronomi, tidak hanya itu, di dalam buku ini, juga diparkenalkan tokoh-

    tokoh yang berparan panting dalam tiap perkembangan cabang ilmu fisika yang

    telah disebutkan. Untk itu, dengan membaca buku ini, kita akan lebih mengerti

    dan mengenal tentang perkembangan fisika

    .

  • 7

    1.1 LATAR BELAKANG

    Teknologi yang ada sekarang ini merupakan hasil dari perjalan panjang

    ilmu sains, lampu yang dapat menyala, pesawat yang dapat terbang,dan

    masih banyak lagi lainya, merupakan hasil deri perjalanan panjang. namun

    taukah kita, bagaimana semua yang kita nikmati sekarang ini perjalananya

    seperti apa? Untuk itu, pada bab ini kita akan mengetahui perkembangan

    fisika klasik itu seperti apa, dan juga, kita akan mempelajari tokoh-tokoh

    pada era fisika klasik.

    1.2 TUJUAN

    1. mahasiswa selaku pembaca dan pelaku pendidikan dapat memahami sejarah

    perkembangan fisika, secara khusus pada fisika klasik dan mengenali ilmuwan-ilmuwan

    yang berjasa dibalik perkembangan ilmu fisika

    BAB I PERKEMBANGAN FISIKA KLASIK

    PENDAHULUAN

  • 8

    1.3 FISIKA PERIODE YUNANI KUNO

    Fisika pada zaman Yunani Kuno merupakan periode sangat penting dalam

    sejarah peradaban manusia karena pada waktu ini terjadi perubahan-perubahan

    pola pikir manusia dari mitosentris menjadi ilogosentris. Pola pikir mitosentris

    adalah pola pikir masyarakat yang sangat mengandalkan mitos untuk menjelaskan

    fenomena alam, seperti gempa bumi dan pelangi. Gempa bumi tidak dianggap

    fenomena alam biasa, tetapi Dewa Bumi yang sedang menggoyakan kepalanya.

    Namun, ketika filsafat diperkenalkan,fenomena alam tersebut tidak lagi

    dianggap sebagai aktifitas dewa, tetapi aktifitas alam yang terjadi secara

    kausalitas. Perubahan pola pikir tersebut kelihatannya sederhana, tetapi

    implikasinya tidak sederhana karena selama ini alam ditakuti dan dijauhi

    kemudian didekati bahkan dieksploitasi. Pada zaman ini fisika disebut sebagai

    filsafat alam (sekitar abad XVIII). Orang Yunani awalnya sangat percaya pada

    dongeng dan takhyul, tetapi lama kelamaan, terutama setelah mereka mampu

    membedakan yang riil dengan yang ilusi, mereka mampu keluar dari kungkungan

    mitologi dan mendapatkan dasar pengetahuan ilmiah. Inilah titik awal manusia

    menggunakan rasio untuk meneliti dan sekaligus mempertanyakan dirinya dan

    alam jagad raya. Karena manusia selalu berhadapan dengan alam yang begitu luas

    dan penuh misteri, timbul rasa ingin mengetahui rahasia alam itu. Lalu timbul

    pertanyaan dalam pikirannya; dari mana datangnya alam ini, bagaimana

    kejadiannya, bagaimana kemajuaannya dan kemana tujuannya? Pertanyaan

    semacam inilah yang selalu menjadi pertanyaan dikalangan filosof Yunani,

    sehingga tidak heran kemudian mereka juga disebut dengan filosof alam karena

    perhatian yang begitu besar pada alam. Para filosof alam ini juga disebut para

    filosof pra Sokrates, sedangkan Sokrates dan setelahnya disebut para filosof

    pasca Sokrates yang tidak hanya mengkaji tentang alam, tetapi manusia dan

    perilakunya.

  • 9

    1.3.1 Tokoh-tokoh Yunani kuno dan pandanganya tentang alam semesta

    Setiap filosof mempunyai pandangan berbeda mengenai seluk beluk alam

    semesta. Perbedaan pandangan bukan selalu berarti negatif, tetapi

    justrumerupakan kekayaan khazanah keilmuan. Terbukti sebagian pandangan

    mereka mengilhami generasi setelahnya. Berikut, merupakan Tokoh-tokoh Yunani

    kuno dan pandanganya tentang alam semesta

    Nama Gambar Pendapat tentangalamsemesta

    Thales

    (624-546 SM)

    Thales, yang dijuluki bapak filsafat,

    berpendapat bahwa asal alam adalah air.

    Anaximandros(610-

    540 SM)

    Menurut Anaximandros substansi pertama

    itu bersifat kekal, tidak terbatas, dan

    meliputi segalanya yang dinamakan apeiron,

    bukan air atau tanah.

    Heraklitos

    (540-480 SM)

    Heraklitos melihat alam semesta selalu

    dalam keadaan berubah. Baginya yang

    mendasar dalam alam semesta adalah bukan

    bahannya, melainkan aktor dan penyebabnya

    yaitu api.

    Parmenides

    (515-440 SM)

    Bertolak belakang dengan Heraklitos,

    Parmenides berpendapat bahwa realitas

    merupakan keseluruhan yang bersatu, tidak

    bergerak dan tidak berubah.

  • 10

    Phytagoras

    (582-496 SM)

    Phytagoras berpendapat bahwa bilangan

    adalah unsur utama alam dan sekaligus

    menjadi ukuran. Unsur-unsur bilangan itu

    adalah genap dan ganjil, terbatas dan tidak

    terbatas.

    Democritus

    (460-370 SM)

    Democritus berpendapat bahwa bagian

    terkecil dari suatu benda adalah atom,

    tidak dapatdibagi lagi.

    Empedocles

    (490-430 SM)

    Empedocles berpendapat bahwa alam ini

    disusun dari empat elemen utama yakin

    bumi, api, udara dan air. Yang menurut

    Empedocles disebutnya sebagai risomata

    atau akar dari segala materi.

    Plato

    (428-347 SM)

    Lebih dalam Plato memperdalam gagasan

    tentang elemen-elemen penyusun benda.

    Menurutnya, elemen-elemen pembentuk

    benda memiliki suatu bentuk geometris

    yang sangat khas yang dikenal sebagai

    polihedron termasuk di dalamnya adalah

    kubus, tetrahedron, octahedron, dan

    icosahedron.

    Aristoteles(384-

    322 SM)

    Aristoteles, menyatakan bahwa benda yang

    berat jika dijatuhkan dengan benda yang

    ringan akan bergerak lebih cepat daripada

    benda yang ringan. Pendapat tersebut

  • 11

    tanpa adanya suatu percobaan terlebih

    dahulu sehingga ditantang habis-habisan

    oleh Galileo Galilei.

    Archimedes(287-

    212 SM)

    Archimedes yang memiliki penemuan-

    penemuan yang sangat menakjubkan dalam

    dunia fisika secara khusus dan dunia sains

    secara umum.

    1.4 FISIKA KLASIK

    Fisika klasik adalah fisika yang didasari prinsip-prinsip yang dikembangkan

    sebelum bangkitnya teori kuantum, biasanya termasuk teori relativitas khusus

    dan teori relativitas umum.Cabang-cabang yang termasuk fisika klasik antara lain

    adalah, mekanika klasik (hukum gerak Newton, Lagrangian dan mekanika

    Hamiltonian), Elektrodinamika klasik (persamaan Maxwell), termodinamika klasik

    dan teori Chaos klasik.

    Dibandingkan dengan fisika klasik, fisika modern adalah istilah yanglebih

    longgar, yang dapat merujuk hanya pada fisika kuantum atau secara umumpada

    fisika abad XX dan XXI dan karenanya selalu mengikutsertakan teori kuantum

    dan juga dapat termasuk relativitas.

    Tabel 1.1. Tokoh-tokoh fisika Yunani kuno

  • 12

    1.4.1 Cabang-cabang dalam fisika klasik

    A. Mekanika Klasik

    Dalam Mekanika diformulasikan Persamaan Hamiltonian (yang kemudian dipakai

    dalam Fisika Kuantum), persamaan gerak benda tegar, teori elastisitas,

    hidrodinamika.

    Mekanika klasik di sini menggambarkan dinamika partikel atau sistem partikel.

    Dinamika partikel demikian, ditunjukkan oleh hukum-hukum Newton tentang

    gerak, terutama oleh hukum II Newton.

    Hukum ini menyatakan, Sebuah benda yang memperoleh pengaruh gaya atau

    interaksi akan bergerak sedemikian rupa sehingga laju perubahan waktu dari

    momentum sama dengan gaya tersebut.Sebuah benda bermassa m yang

    bergerak dengan kecepatan v memiliki energi kinetik yang didefinisikan oleh :

    Dan momentum linear p yang didefinisikan oleh :

    Apabila sebuah benda bertumbukan dengan benda lain, maka untuk

    menganalisis tumbukannya dengan menerapkan kedua hukum kekekalan berikut:

    Kekekalan Energi :

    Energi total sebuah sistem terpisah (resultan gaya luar yang bekerja

    padanya nol) selalu konstan. Ini berarti (dalam kasus ini) bahwa energi total

    kedua partikel sebelum tumbukan sama dengan energi total kedua partikel

    setelah tumbukan.

    K= mv2

    P = mv

  • 13

    Kekekalan Momentum Linear:

    Momentum linear total sebuah sistem terpisah selalu konstan. Artinya,

    momentum linear total kedua partikel sebelum tumbukan sama dengan momentum

    linear total kedua setelah tumbukan. Karena momentum linear adalah sebuah

    vektor, maka penerapan hukum ini biasanya memberikan dua buah persamaan,

    satu bagi komponen x dan yang lainnya bagi komponen y.Penerapan lain dari

    kekekalan energi berlaku ketika sebuah partikel bergerak dibawah pengaruh

    sebuah gaya luar F. Terdapat juga energi potensial V yang sedemikian rupa

    sehingga untuk gerak satu dimensi berlaku,

    Prinsip Hamilton

    Jika ditinjau gerak partikel yang terkendala pada suatu permukaan bidang,

    maka diperlukan adanya gaya tertentu yakni gaya konstrain yang berperan

    mempertahankan kontak antara partikel dengan permukaan bidang. Namun

    sayang, tak selamanya gaya konstrain yang beraksi terhadap partikel dapat

    diketahui. Pendekatan Newtonian memerlukan informasi gaya total yang beraksi

    pada partikel. Gaya total ini merupakan keseluruhan gaya yang beraksi pada

    partikel, termasuk juga gaya konstrain. Oleh karena itu, jika dalam kondisi

    khusus terdapat gaya yang tak dapat diketahui, maka pendekatan Newtonian tak

    berlaku. Sehingga diperlukan pendekatan baru dengan meninjau kuantitas fisis

    lain yang merupakan karakteristik partikel, misal energi totalnya. Pendekatan ini

    dilakukan dengan menggunakan prinsip Hamilton, dimana persamaan Lagrange

    yakni persamaan umum dinamika partikel dapat diturunkan dari prinsip

    tersebut.Energi total E adalah jumlah energi kinetik dan potensial,

    Ketika partikel bergerak, K dan V dapat berubah, tetapi E tetap konstan. Bila

    sebuah benda yang bergerak dengan momentum linear p berada pada kedudukan

    r dari titik asal O, maka momentum sudut I nya terhadap titik O didefinisikan :

    F=-dV/dx

    E = K +V

    I = r x p

  • 14

    Persamaan Lagrange

    Persamaan gerak partikel yang dinyatakan oleh persamaan Lagrange dapat

    diperoleh dengan meninjau energi kinetik dan energi potensial partikel tanpa

    perlu meninjau gaya yang beraksi pada partikel. Energi kinetik partikel dalam

    koordinat kartesian adalah fungsi dari kecepatan, energi potensial partikel yang

    bergerak dalam medan gaya konservatif adalah fungsi dari posisi.Jika

    didefinisikan Lagrangian sebagai selisih antara energi kinetik dan energi

    potensial. Dari prinsip Hamilton, dengan mensyaratkan kondisi nilai stasioner

    maka dapat diturunkan persamaan Lagrange. Persamaan Lagrange merupakan

    persamaan gerak partikel sebagai fungsi dari koordinat umum, kecepatan umum,

    dan mungkin waktu.

    Kegayutan Lagrangian terhadap waktu merupakan konsekuensi dari kegayutan

    konstrain terhadap waktu atau dikarenakan persamaan transformasi yang

    menghubungkan koordinat kartesian dan koordinat umum mengandung fungsi

    waktu.

    Hukum-hukum gerak Newton baru memiliki arti fisis, jika hukum-hukum

    tersebut diacukan terhadap suatu kerangka acuan tertentu, yakni kerangka

    acuan inersia (suatu kerangka acuan yang bergerak serba sama tak mengalami

    percepatan). Prinsip Relativitas Newtonian menyatakan, Jika hukum-hukum

    Newton berlaku dalam suatu kerangka acuan maka hukum-hukum tersebut juga

    berlaku dalam kerangka acuan lain yang bergerak serba sama relatif terhadap

    kerangka acuan pertama.Konsep partikel bebas diperkenalkan ketika suatu

    partikel bebas dari pengaruh gaya atau interaksi dari luar sistem fisis yang

    ditinjau (idealisasi fakta fisis yang sebenarnya). Gerak partikel terhadap suatu

    kerangka acuan inersia tak gayut (independen) posisi titik asal sistem koordinat

    dan tak gayut arah gerak sistem koordinat tersebut dalam ruang. Dikatakan,

    dalam kerangka acuan inersia, ruang bersifat homogen dan isotropik. Jika

    partikel bebas bergerak dengan kecepatan konstan dalam suatu sistem koordinat

  • 15

    selama interval waktu tertentu tidak mengalami perubahan kecepatan,

    konsekuensinya adalah waktu bersifat homogen.

    B. Elektrodinamika Klasik

    Persamaan Maxwell adalah himpunan empat persamaan diferensial parsial

    yang mendeskripsikan sifat-sifat medan listrik dan medan magnet dan

    hubungannya dengan sumber-sumbernya, muatan listrik dan arus listrik, menurut

    teori elektrodinamika klasik. Keempat persamaan ini digunakan untuk

    menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

    Secara terpisah, keempat persamaan ini masing-masing disebut sebagai Hukum

    Gauss, Hukum Gauss untuk magnetisme, Hukum induksi Faraday, dan Hukum

    Ampere. Keempat persamaan ini dengan Hukum Lorentz merupakan kumpulan

    hukum lengkap dari elektrodinamika klasik.

    Hukum Gauss menerangkan bagaimana muatan listrik dapat menciptakan

    dan mengubah medan listrik. Medan listrik cenderung untuk bergerak dari

    muatan positif ke muatan negatif. Hukum Gauss adalah penjelasan utama

    mengapa muatan yang berbeda jenis saling tarik-menarik, dan yang sama jenisnya

    tolak-menolak. Muatan-muatan tersebut menciptakan medan listrik, yang

    ditanggapi oleh muatan lain melalui gaya listrik. Hukum Gauss untuk magnetisme

    menyatakan tidak seperti listrik tidak ada partikel "kutub utara" atau "kutub

    selatan". Kutub-kutub utara dan kutub-kutub selatan selalu saling berpasangan.

    Hukum induksi Faraday mendeskripsikan bagaimana mengubah medan

    magnet dapat menciptakan medan listrik. Ini merupakan prinsip operasi banyak

    generator listrik. Gaya mekanik (seperti yang ditimbulkan oleh air pada

    bendungan) memutar sebuah magnet besar, dan perubahan medan magnet ini

    menciptakan medan listrik yang mendorong arus listrik yang kemudian disalurkan

    melalui jala-jala listrik.

    Memori inti magnetik An Wang (1954) adalah penerapan Hukum Ampere.

    Tiap inti magnetik merupakan satu bit. Hukum Ampere menyatakan bahwa medan

  • 16

    magnet dapat ditimbulkan melalui dua cara: yaitu lewat arus listrik (perumusan

    awal Hukum Ampere), dan dengan mengubah medan listrik (tambahan Maxwell).

    Koreksi Maxwell terhadap Hukum Ampere cukup penting: dengan demikian,

    hukum ini menyatakan bahwa perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan

    magnet, dan sebaliknya.

    Dengan demikian, meskipun tidak ada muatan listrik atau arus listrik,

    masih dimungkinkann buat memiliki gelombang osilasi medan magnet dan medan

    listrik yang stabil dan dapat menjalar terus-menerus. Keempat persamaan

    Maxwell ini mendeskripsikan gelombang ini secara kuantitatif, dan lebih lanjut

    lagi meramalkan bahwa gelombang ini mestilah memiliki laju tertentu yang

    universal. Laju ini dapat dihitung cukup dari dua konstanta fisika yang dapat

    diukur (konstanta elektrik dan konstanta magnetik). Laju yang dihitung untuk

    radiasi elektromagnetik tepat sama dengan laju cahaya. Cahaya memang

    merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik (seperti juga sinar X,

    gelombang radio dan lain-lainnya).

    C. Termodinamika Klasik

    Termodinamika adalah cabang ilmu pengetahuan yang membahas antara panas

    dan bentuk bentuk energi lainnya. Michael A Saad dalam bukunya menerangkan

    Termodinamika merupakan sains aksiomatik yang berkenaan dengan transformasi

    energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Energi dan materi sangat berkaitan

    erat, sedemikian eratnya sehingga perpindahan energi akan menyebabkan

    perubahan tingkat keadaan materi tersebut.Hukum pertama dari termodinamika

    menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihilangkan

    namun berubah dari satu bentuk menjadi bentuk yang lainnya.

    Hukum ini mengatur semua perubahan bentuk energi secara kuantitatif dan

    tidak membatasi arah perubahan bentuk itu. Pada kenyataannya tidak ada

    kemungkinan terjadinya proses dimana proses tersebut satu satunya hasil dari

  • 17

    perpindahan bersih panas dari suatu tempat yang suhunya lebih rendah ke suatu

    tempat yang suhunya lebih tinggi. Pernyataan yang mengandung kebenaran

    eksperimental ini dikenal dengan hukum kedua termodinamika.

    Keterbatasan Termodimika Klasik.

    Termodinamika klasik menggarap keadaan sistem dari sudut pandang

    makroskopik dan tidak membuat hipotesa mengenai struktur zat. Untuk membuat

    analisa termodinamika klasik kita perlu menguraikan keadaan suatu sistem

    dengan perincian mengenai karakteristik-karakteristik keseluruhannya seperti

    tekanan, volume dan temperatur yang dapat diukur secara lansung dan tidak

    menyangkut asumsi-asumsi mengenai struktur zat.

    Termodinamika klasik tidak memperhatikan perincian-perincian suatu

    proses tetapi membahas keadaan-keadaan kesetimbangan. Dari sudut pandang

    termodinamika jumlah panas yang dipindahkan selama suatu proses hanyalah

    sama dengan beda antara perubahan energi sistem dan kerja yang dilaksanakan.

    Jelaslah bahwa analisa ini tidak memperhatikan mekanisme aliran panas maupun

    waktu yang diperlukan untuk memindahkan panas tersebut.

    Termodinamika klasik mampu menerangkan mengapa perpindahan panas dapat

    terjadi, namun termodinamika klasik tidak menjelaskan bagaimana cara panas

    dapat berpindah. Kita mengenal bahwa panas dapat berpindah dengan tiga cara

    yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.

    D. Teori Keos (Chaos Theory)

    Chaos Theory merupakan suatu teori yang menjelaskan perubahan yang

    bersifat kompleks dan tak dapat diprediksi atau sistem-sistem dinamik yang

    peka terhadap kondisi awal. Sistem keos secara matematis bersifat

    deterministik (sebagai lawan sifat probabilistik), yakni mengikuti hukum-hukum

    yang persis, tetapi perilaku ketakberaturannya dapat tampak seperti bersifat

    acak bagi pengamat awam. Perilaku keos dapat terjadi pada berbagai sistem

  • 18

    seperti rangkaian listrik, penyebaran penyakit campak, laser, roda bergigi (gir)

    yang meleset, irama denyut jantung, aktivitas elektris otak, irama sirkulasi darah

    dalam tubuh, populasi binatang, dan reaksi kimia. Lebih daripada itu, bahkan

    diyakini bahwa sistem ekonomi, seperti stock exchange, dapat bersifat keos.

    Studi mengenai masalah keos secara cepat berkembang dari kajian teoritis

    matematis ke ilmu-ilmu terapan.

    Hakekat dinamika alam semesta telah mengarahkan berbagai riset ilmiah

    yang ditujukan untuk menganalisis perubahan. Sampai beberapa tahun terakhir

    masih dipercaya bahwa jika perilaku dinamis sebuah sistem tidak dapat

    diprediksi, maka hal itu dikarenakan adanya pengaruh acak dari luar sistem. Oleh

    karena itu, para ilmuwan menyimpulkan bahwa jika pengaruh-pengaruh acak

    tersebut dapat dihilangkan, maka perilaku semua sistem deterministik dapat

    diprediksi untuk jangka panjang. Sekarang ini sudah diketahui bahwa banyak

    sistem dapat menampakkan perilaku jangka panjang yang tak dapat diprediksi

    sekalipun tidak ada pengaruh acak. Sistem-sistem demikian inilah yang disebut

    sistem keos. Sebuah sistem sederhana sekalipun, seperti sebuah pendulum,

    dapat menampakkan keos. Ketidakterprediksikannya sistem-sistem keos muncul

    karena kepekaan sistem-sistem tersebut terhadap kondisi awal, seperti posisi

    dan kecepatan awal. Dua sistem keos identik yang diset untuk bergerak dengan

    kondisi awal yang sedikit berbeda dapat secara cepat menampakkan gerakan-

    gerakan yang sangat berbeda.

    Ahli matematika Perancis Henri Poincar menyimpulkan bahwa ia tidak

    dapat membuktikan bahwa sistem tata surya sepenuhnya dapat diprediksi. Ia

    adalah ilmuwan yang pertama kali menyatakan definisi suatu keadaan mengenai

    apa yang kemudian dikenal sebagai keos (chaos): "Boleh jadi perbedaan kecil

    pada kondisi awal akan menghasilkan perbedaan yang sangat besar pada

    fenomena akhir. Suatu kesalahan kecil yang terjadi sebelumnya akan

    menghasilkan kesalahan yang sangat besar pada akhirnya. Prediksi menjadi tidak

  • 19

    mungkin .". Demikian tulisnya. Penjabaran penemuan Poincar semula tidak

    sepenuhnya dilakukan oleh kebanyakan ilmuwan sampai komputer memungkinkan

    mereka untuk secara mudah memodelkan dan menggambarkan sistem keos.

    Namun sebelumnya para ilmuwan dan insinyur pelopor di NASA (National

    Aeronautics and Space Administration) telah menggunaan penemuan Poincar

    untuk mengirim orang dan satelit ke orbit.

    Edward Lorenz, seorang ahli meteorologi Amerika, di awal tahun 60-an

    menemukan bahwa sebuah model cuaca yang disederhanakan yang dihasilkan oleh

    komputer menunjukkan kepekaan luar biasa terhadap kondisi awal cuaca yang

    terukur.

    Ia menunjukkan secara visual adanya struktur di dalam model cuaca

    keosnya yang apabila digambar secara tiga dimensi, tampak seperti sebuah

    fraktal berbentuk kupu-kupu, yang sekarang dikenal sebagai strange attractor.

    Lorenz menemukan kembali keos dan membuktikan bahwa ramalan cuaca jangka

    panjang merupakan sesuatu yang tidak mungkin dilakukan.

    Menjelang awal 1980-an, berbagai percobaan secara teratur telah

    menunjukkan bahwa banyak sistem fisik dan biologi yang berperilaku secara keos.

    Salah satu sistem demikian yang pertama ditemukan adalah kran air yang

    menetes. Pada kondisi tertentu waktu antar tetesan air dari sebuah kran yang

    bocor menampakkan perilaku keos, yang membuat peramalan jangka panjang

    mengenai waktu tetesan tersebut tidaklah mungkin.

    Berdasarkan bukti terakhir, pengamatan Poincar mengenai

    ketakteramalkannya sistem tata surya tampaknya benar. Beberapa observasi dan

    simulasi komputer terhadap gerakan Hyperionu yang berguling-guling, sebuah

    bulan Saturnus yang berbentuk kentang telah memberikan bukti pertama yang

    kuat bahwa obyek-obyek dalam tata susrya dapat berperilaku secara keos.

    Beberapa simulasi komputer yang dilakukan baru-baru ini juga menunjukkan

    bahwa orbit Pluto, planet paling jauh dalam tata surya juga bersifat keos.

  • 20

    Para ilmuwan sedang mengembangkan berbagai aplikasi keos. Beberapa

    teknik pengendalian yang sadar keos sedang digunakan untuk menstabilkan laser,

    memanipulasi reaksi kimia, mengkode informasi, dan mengubah irama jantung

    keos menjadi irma jantung yang teratur dan sehat.

    Antara Keos dan Fraktal

    Keos (chaos) merupakan bidang kajian dalam mekanika dan matematika dan

    merupakan perilaku yang tampak acak atau tak terprediksi dalam sistem-sistem

    yang dibangun oleh hukum-hukum deterministik. Istilah lain yang lebih akurat

    adalah "keos deterministik", suatu istilah yang bersifat paradoks karena istilah

    tersebut menghubungkan dua makna yang sudah dikenal dan umumnya dianggap

    tidak saling cocok. Istilah pertama mengandung pengertian acak atau tak

    terprediksi, seperti dalam lintasan sebuah molekul di dalam gas atau memilih

    sebuah individu dari sebuah populasi. Dalam analisis konvensional kejadian acak

    dianggap lebih menunjukkan penampakan daripada kenyataan, yang muncul dari

    pengabaian berbagai sebab. Dengan kata lain, sudah diyakini secara umum bahwa

    kejadian di dunia tidak dapat diprediksi karena kekomplekanya. Pengertian kedua

    adalah adanya gerakan deterministik, seperti gerakan sebuah pendulum atau

    planet, yang telah diterima sejak Isaac Newton sebagai contoh sederhana

    keberhasilan ilmu pengetahuan di dalam merumuskan (dalam bentuk persamaan

    matematis) sesuatu yang kemudian dapat diprediksi.

  • 21

    1.4.2 Tokoh-tokoh fisika klasik beserta teori, hukum dan penemuanya

    TOKOH GAMBAR PENEMUAN

    Count Rumford

    (26 Maret 1753 dan

    meninggal pada 21

    Agustus 1814)

    -Tahun 1975, Benjamin Thompson meneliti

    tentang gaya pada bubuk mesiu dan membangun

    sistem sinyal kelautan yang baru bagi tentara

    Inggris.

    -Pada akhir abad ke-18, teori kalori yang

    dipercaya adalah bahwa kalor merupakan fluida

    yang dapat mengalir ke dalam tubuh ketika

    dipanaskan dan mengalir keluar ketika

    didinginkan.

    - Penemuan-penemuan Thompson lainnya adalah

    kompor, oven, ketel ganda, dan pakaian penahan

    panas, sert mengembangkan cerobong asap dan

    tungku perapian yang ada.

    Nicolas Lonard

    Sadi Carnot

    (lahir di Paris, 1 Juni

    1796 dan meninggal

    pada 24 Agustus

    1832)

    - Carnot menemukan dan merumuskan hukum

    kedua termodinamika dan memberikan model

    universal atas mesin panas, sebuah mesin, yang

    mengubah energi panas ke dalam bentuk energi

    lain, misalnyaenergi kinetik (sekarang bernama

    siklus Carnot).

    -Karyanya yang paling utama adalah "Rflexions

    Sur La puissance Motrice du Feu" (Refleksi

    Daya Gerak Api); terbit tahun 1824. Di

    dalamnya termuat sejumlah asas seperti siklus

    Carnot, mesin panas Carnot, teorema Carnot,

    efisiensi termodinamika, dan lain-lain.

  • 22

    Julius Robert von

    Mayer

    (lahir di Jerman, 25

    November 1814

    meninggal di

    Jerman, 20

    Maret1878)

    -Pada tahun 1841, ia mengucapkan pernyataan

    yang terkenal mengenai konservasi energi:

    Energitidak dapat diciptakan maupun

    dimusnahkan.

    -Tahun 1842, Mayer mendeskripsikan proses

    kimia vital yang kini disebut oksidasi sebagai

    sumber utama energi untuk semua makhluk

    hidup.

    James Prescott

    Joule

    (lahir di, Inggris, 24

    Desember 1818

    meninggal di Inggris, 11

    Oktober 1889)

    -Dengan percobaan, ia berhasil membuktkan

    bahwa panas (kalori), tak lain adalah suatu

    bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil

    mematahkan teori kalorik, teori yang

    menyatakan panas sebagai zat alir. Salah satu

    satuan energiJoule

    -Tahun 1847 ia berhasil merumuskan hukum

    kekekalan energi, yang merupakan hukum

    pertama dari hukum termodinamika. Hukum itu

    menyatakan bahwa energi tidak dapat

    diciptakan atau dimusnahkan, tapi dapat

    berubah dari satu bentuk energi ke bentuk

    energi lainnya.

    Herman von

    Helmholtz

    (lahir di Kerajaan

    Prusia, 31 Agustus

    1821 meninggal di

    Kekaisaran Jerman, 8

    September 1894)

    -Dalam rangka untuk lebih memahami fungsi

    mata ia menemukan ophthalmoscope, sebuah

    perangkat yang digunakan untuk mengamati

    retina. Diciptakan pada tahun 1851,

    ophthalmoscope - dalam bentuk yang sedikit

    dimodifikasi - masih digunakan oleh spesialis

    mata modern.

    -Helmholtz juga merancang deviceused untuk

  • 23

    mengukur kelengkungan mata disebut

    ophthalmometer. Menggunakan perangkat ini ia

    mengajukan teori visi tiga warna yang pertama

    kali diusulkan oleh Thomas Young.

    -Tahun 1852 Helmholtz melakukan apa yang

    paling penting selama ia bekerja sebagai dokter:

    pengukuran kecepatan impuls saraf.

    Rudolf Julius

    Emanuel Clausius

    (2 Januari 1822 24

    Agustus 1888)

    -Ia menyempurnakan prinsip Sadi Carnot yang

    dikenal sebagai Siklus Carnot.

    -padatahun 1850, iaadalahilmuan yang pertama

    kali menyatakan konsep dasar hukum kedua

    termodinamika.

    -Tahun 1865 ia memperkenalkan konsep entropi.

    -Tahun 1870, ia memperkenalkan teorema virial

    yang digunakan pada panas. Sebagai ahli ilmu

    fisika teoritis, ia juga yang meneliti fisika

    molekul dan elektrik.

    William Thomson

    (Lord kelvin)

    lahir pada 26 juni

    1824

    -pada tahun 1840, Thomson memenangkan

    hadiah kelas dalam astronomi dan esainya. "Esai

    tentang Sosok Bumi-nya menunjukkan

    kreativitas dan kemampuannya untuk analisis

    matematika. Dengan berbagai karya yang

    diterbitkan dalam fisika dan termodinamika.

    Dengan berbagai karya yang diterbitkan dalam

    fisika dan termodinamika 1847, Thomson telah

    memperoleh reputasi sebagai ilmuwan

    menjanjikan.

  • 24

    - Kelvin dinamakan berdasarkan seorang

    fisikawan dan insinyur Inggris, William

    Thomson, 1st Baron Kelvin (18241907). Tidak

    seperti derajat Fahrenheit dan derajat Celsius,

    kelvin tidak berarti atau ditulis sebagai derajat.

    Christian Doppler

    (1803-1853)

    - Doppler terkenal atas kontribusinya dalam

    menyusun prinsip tentang sebuah fenomena yang

    dinamakan Efek Doppler.

    - Pada tahun 1842, Doppler mempublikasikan

    makalah ilmiah yang berjudul ((Jerman)) ber

    das farbige Licht der Doppelsterne (Tentang

    Cahaya Bewarna yang Dipancarkan oleh Dua

    Buah Bintang).

    Franz Melde

    (11 Maret 1832 -17

    Maret 1901)

    -Percobaan Melde ini mendemonstrasikan

    gelombang berdiri pada string. Percobaan Melde

    ini digunakan untuk mengukur pola gelombang

    berdiri, untuk mengukur kecepatan gelombang

    transversal, danuntuk mengetahui pengaruh

    ketegangan gelombang transversal dalam sebuah

    senar

    August Adolf

    Eduard Eberhard

    Kundt

    - Pada tahun 1866, ia mengembangkan metode

    yang berharga untuk meneliti gelombang udara

    dalam pipa, berdasarkan fakta bahwa bubuk

    halus yang terpisah, lycopodium misalnya, ketika

    membersihkan lebih dari interior sebuah tabung

    yang dibentuk kolom bergetar udara, cenderung

    untuk mengumpulkan di tumpukan pada node,

  • 25

    jarak antara yang demikian dapat dipastikan.

    Perpanjangan metode membuat kemungkinan

    penentuan kecepatan suara dalam gas yang

    berbeda. Peralatan eksperimen ini disebut

    Kundt Tube.

    Thomas Alva

    Edison

    dilahirkan di Milan

    pada tanggal 11

    Februari 1847.

    -dia berhasil membuat sebuah telegraf yang

    meskipun bentuknya primitif tetapi bisa

    berfungsi.

    - Penemuan pertamanya yang bersifat komersial

    adalah pengembangan stock ticker.

    - Tahun 1877 ia menemukan phonograph.

    -Pada tanggal 21 Oktober 1879Iabrhasil

    melahirlah lampu pijar listrik pertama yang

    mampu menyala selama 40 jam.

    - Penemuanlain, Penemuanini jarang disebutkan

    antara lain: telegraf cetak, pulpen elektrik,

    proses penambangan magnetik, torpedo listrik,

    karet sintetis, baterai alkaline, pengaduk

    semen, mikrofon, transmiter telepon karbon dan

    proyektor gambar bergerak.

    Augustin-Jean

    Fresnel

    lahir di Perancis

    1788-1827

    - Dia mungkin paling dikenal sebagai penemu

    lensa Fresnel, pertama kali diadopsi dalam

    mercusuar ketika dia menjadi komisaris Prancis

    mercusuar, dan ditemukan di banyak aplikasi

    saat ini.

  • 26

    Joseph Henry

    - Pada tahun 1831, ia berhasil menemukan bel

    listrik.

    - Di tahun 1835, ia menemukan relay.

    - Penemuan lainnya adalah mesin yang

    menggunakan eletromagnetik untuk gerak. Hal

    ini merupakan cikal bakal lahirnya motor DC

    modern.

    Michael Faraday

    Faraday

    (lahir 22

    September 1791

    25 Agustus 1867

    pada umur 75

    tahun)

    - Dia juga menemukan alat yang nantinya

    menjadi pembakar Bunsen, yang digunakan

    hampir di seluruh laboratorium sains sebagai

    sumber panas yang praktis.

    -HUkum Faraday I

    -Hukum Faraday II

    James Clerk

    Maxwell

    (lahir di Edinburgh,

    13 Juni1831

    meninggal di

    Cambridge, 15

    November 1879

    pada umur 48

    tahun)

    - Nilai terpenting dari pendapat Maxwell yang

    baru itu adalah: banyak persamaan umum yang

    bisa terjadi dalam semua keadaan. Semua

    hukum-hukum listrik dan magnet yang sudah ada

    sebelumnya dapat dianggap berasal dari

    pendapat Maxwell, begitu pula sejumlah besar

    hukum lainnya, yang dulunya merupakan teori

    yang tidak dikenal.

    Tabel 1.2. Tokoh-tokoh fisika klasik

  • 27

    1.5 CONTOH SOAL

    1. Mengapa dalam perkembangan fisika klasik terdapat pembagian antara fisika

    fisika yunani kuno dan fisika klasik?

    2. Kontribusi terbesar apa yang di berikan oleh James Prescott Joule dalam

    perkembangan fisik klasik?

    3. sebutkan 4 cabang ilmu pada era fisika klasik!

    1.6 JAWABAN

    1. Terdapat pembagian karena peda era fisika yunani kuno, teori-teori yang di

    kemukakan, hanya berdasarkan pendapat yang dipelajari dari pengalaman.

    Sedangkan pada perkembangan fisika klasik, teori-teori yang yang dikemukakan,

    merupakan buah dari eksperimen-eksperimen yang dilakukan.

    2. -Dengan percobaan, ia berhasil membuktkan bahwa panas (kalori), tak lain

    adalah suatu bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan teori

    kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir. Salah satu satuan energi

    Joule

    -Tahun 1847 ia berhasil merumuskan hukum kekekalan energi, yang

    merupakan hukum pertama dari hukum termodinamika. Hukum itu menyatakan

    bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tapi dapat berubah dari

    satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya.

    EVALUASI

  • 28

    1.7 KESIMPULAN

    Fisika klasik dimulai dari munculnya fisika yunani kuno, pada era fisika yunani

    kuno, fisika hanya dilahirkan dari pendapat-pendapat para ahli berdasarkan

    pengamatan dan penalaran, tokoh-tokoh yang berperan dalam era fisika yunani

    kuno antara lain

    Thales (624-546 SM)

    Anaximandros (610-540 SM)

    Heraklitos (540-480 SM)

    Parmenides (515-440 SM)

    Phytagoras (582-496 SM)

    Democritus (460-370 SM)

    Empedocles (490-430 SM)

    Plato (428-347 SM)

    Aristoteles (384-322 SM)

    Archimedes (287-212 SM

    ada zaman fisikaklasik, tidak semua materi tentang fisika yang kita

    pelajari saat ini dipelajari pada zaman fisika klasik, meteri-materi tersebut

    merupakan materi yang masih belum sempurna. Materi-materi tersebut

    mencakup:

    Mekanika Klasik

    Elektrodinamika Klasik

    Termodinamika Klasik

    Teori Keos (Chaos Theory)

    Setelah munculnya era fisika yunani kuno, perkembangan ilmu fisika,

    masuk pada era fisika klasik, Fisika klasik adalah fisika yang didasari

    prinsip-prinsip yang dikembangkan sebelum bangkitnya teori kuantum,

    biasanya termasuk teori relativitas khusus dan teori relativitas umum.

    Dimana lahirlah teori-teori dan hukum-hukum berdasarkan Penalaran dan

    analisa yang sistematis, dan eksperimen. tokoh-tokoh yang berperan dalam

    era fisika klasik antara lain;

  • 29

    Count Rumford

    Nicolas Lonard Sadi Carnot

    Julius Robert von Mayer

    James Prescott Joule

    Herman von Helmholtz

    Rudolf Julius Emanuel

    Clausius

    William Thomson (Lord kelvin)

    Christian Doppler

    Franz Melde

    August Adolf Eduard

    Eberhard Kundt

    Thomas Alva Edison

    Augustin-Jean Fresnel

    Joseph Henry

    Michael Faraday

    James Clerk Maxwe

  • 30

    2.1 LATAR BELAKANG

    Pada era fisika klasik, semua teori dan hukum yang ditemukan

    berbicara tentang peristiwa tang terjadi pada benda yang masih dapat di

    tinjau oleh ukuran, namun sebagian besar hukum tersebut tidak berlaku pada

    benda yang bersifat sangt kacil, atau sangat besar. Sehingga munculah

    fisika moden, atau yang lebih akrab dikenal dengan fisika kuantum. Pada

    Bab ini akan dijeaskan kenapa terbentuk fisika modern ini beserta tokoh-

    tokoh yang berperan dalam ilmu fisika kuantum

    2.2 TUJUAN

    1. mahasiswa selaku pembaca dan pelaku pendidikan dapat memahami sejarah

    perkembangan fisika, secara khusus pada fisika modern dan mengenali ilmuwan-ilmuwan

    yang berjasa dibalik perkembangan ilmu fisika modern

    BAB II PERKEMBANGAN FISIKA MODERN

    PENDAHULUAN

  • 31

    2.3 MUNCULNYA FISIKA MODERN

    Kemajuan teori kinetik tidak memuaskan bagi kebanyakan para ahli fisika,

    karena model atom seperti bola kecil itu dianggap masih belum cukup

    kelihatannya menentang anggapan mengenai struktur dibagian dalam atom

    tersebut. Kenyataannya memang demikian, beberapa ilmuwan menolak untuk

    mengakui adanya, sebab atom berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi dan tidak

    mungkin dibentuk atau tersusun dari partikel lain. Pendirian begini tidak dapat

    dirubah lagi dan telah cukup memuaskan pada periode ini. Mekanika, bunyi, panas,

    dan mekanika statistika, elektromagnetik, dan optik semuanya telah mendapat

    perumusan yang baik dan akibat-akibatnya telah dikuatkan dengan bermacam-

    macam cara. Beberapa ahli memperlihatkan bahwa fisika telah selesai sama

    sekali, hanya tinggal cara memberi pengukuran yang lebih teliti dengan

    bermacam-macam konstanta fisika.

    Akan tetapi kepuasan ini belum waktunya, karena praktis tiap-tiap cabang

    ilmu fisika itu diperlihatkan dalam abad ke-20 yang memerlukan peninjauan

    fundamental kembali. Pembatasan-pembatasan yang diberikan ternyata telah

    membukakan jalan kepada seseorang untuk memperoleh fenomena-fenomena

    dalam skala atom yang memberikan indikasi bahwa atom itu lebih kompleks

    daripada yang dipikirkan selama abad ke-19. misalnya spektrum atom

    menunjukkan kebingungan yang kompleks. Garis-garis dalam spektrum itu telah

    dapat diukur dengan teliti. Seperti pada atom hidrogen dan logam-logam alkali,

    Balmer dan Rydberg telah dapat menentukan frekuensi-frekuensi dengan hukum

    empirisnya yang lebih teliti. Tidak seorangpun dalam tahun 1900-an mempunyai

    ide, mengapa atom-atom itu mempunyai spektrum semacam itu, meskipun

    beberapa ahli fisika mencoba tanpa berhasil untuk menerangkannya dengan

    model klasik.

  • 32

    Beberapa observasi selama abad ke-19 menyatakan bahwa atom itu mempunyai

    struktur dalam yang bersifat listrik.

    Percobaan Michelson-Morley, salah satu percobaan paling penting dan

    masyhur dalam sejarah fisika, dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson

    dan Edward Morley di tempat yang sekarang menjadi kampus Case Western

    Reserve University. Percobaan ini dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat

    untuk menyangkal keberadaan eter sebagai medium gelombang cahaya. Percobaan

    ini juga telah disebut sebagai titik tolak untuk aspek teoretis revolusi ilmiah

    kedua. Albert Michelson dianugerahi hadiah Nobel fisika tahun 1907 terutama

    untuk melaksanakan percobaan ini.

    Dalam percobaan ini Michelson dan Morley berusaha mengukur kecepatan

    planet Bumi terhadap eter, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium

    perambatan gelombang cahaya. Analisis terhadap hasil percobaan menunjukkan

    kegagalan pengamatan pergerakan bumi terhadap eter.

    Ekperimen Michelson-Morley yang sangat peka tidak mendapatkan gerak

    bumi terhadap eter. Ini berarti tidak mungkin ada eter dan tidak ada pengertian

    gerak absolut. Setiap gerak adalah relatif terhadap kerangka acuan khusus yang

    bukan merupakan kerangka acuan universal. Dalam eksperimen yang pada

    hakikatnya membandingkan kelajuan cahaya sejajar dengan dan tegak lurus pada

    gerak bumi mengelilingi matahari, juga eksperimen ini memperlihatkan bahwa

    kelajuan cahaya sama bagi setiap pengamat, suatu hal yang tidak benar bagi

    gelombang memerlukan medium material untuk merambat. Eksperimen ini telah

    meletakkan dasar bagi teori relativitas khusus Einstein yang dikemukakan pada

    tahun 1905, suatu teori yang sukar diterima pada waktu itu, bahkan Michelson

    sendiri enggan untuk menerimanya.

    Istilah fisika modern diperkenalkan karena banyaknya fenomena-fenomena

    mikroskopis dan hukum-hukum baru yang ditemukan sejak tahun 1890. Fenomena

  • 33

    mikroskopis yaitu fenomena-fenomena yang tidak dapat dilihat secara langsung,

    seperti elektron, proton, neutron, atom, dan sebagainya. Ahli fisika telah

    mencoba memecahkan persoalan tentang struktur atom, elektron, radiasi dengan

    fisika klasik. Namun, tidak berhasil menerangkan fenomena-fenomena tersebut.

    Karena itu para ahli fisika mencari ilmu dan model-model lain yang baru. Dengan

    didapatnya teori-teori baru yang daat menerangkan fenomena-fenomena

    mikroskopis itu, maka fisika telah memperluas ilmu ke arah yang lebih jauh lagi.

    Meskipun mekanika klasik hampir cocok dengan teori klasik lainnya seperti

    elektrodinamika dan termodinamika klasik, ada beberapa ketidaksamaan

    ditemukan di akhir abad 19 yang hanya bisa diselesaikan dengan fisika modern.

    Khususnya, elektrodinamika klasik tanpa relativitas memperkirakan bahwa

    kecepatan cahaya adalah relatif konstan dengan Luminiferous aether, perkiraan

    yang sulit diselesaikan dengan mekanik klasik dan yang menuju

    kepadapengembangan relativitas khusus. Ketika digabungkan dengan

    termodinamika klasik, mekanika klasik menuju ke paradoks Gibbs yang

    menjelaskan entropi bukan kuantitas yang jelas dan ke penghancuran ultraviolet

    yang memperkirakan benda hitam mengeluarkan energi yang sangat besar. Usaha

    untuk menyelesaikan permasalahan ini menuju ke pengembangan mekanika

    kuantum.

    Seperti kata Newton dalam Makna Fisika Baru dalam Kehidupan:

    Menciptakan teori baru bukan berarti merobohkan gudang tua untuk

    dibangun gedung pencakar langit diatasnya. Ini lebih seperti mendaki gunung,

    makin ke atas makin luas pandangannya, makin menemukan hubungan antara titik

    awal pendakian dengan hal-hal disekelilingnya yang ternyata sangat kaya raya dan

    tak terduga sebelumnya.

    Namun titik awal tersebut tetap ada dan dapat dilihat, meskipun tampak lebih

    kecil dari pemandangan luas yang kita peroleh dari hasil perjuangan mengatasi

    rintangan selama mendaki ke atas

  • 34

    Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat

    dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan

    untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam.

    Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan

    menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut

    foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom

    hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie

    memberikan teorinya tentang gelombang.

    Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak

    ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum

    lama. Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam

    tulisannya Planck's Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck dalam

    cahaya Fisika Modern).

    Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl

    Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrdinger

    menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrdinger. Schrdinger

    beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.

    Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan

    interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada

    1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus.

    Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang

    berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika

    yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.

    Pada 1927, percobaan untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam

    bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja

    awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan

    Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi

    elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian

  • 35

    Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichir pada tahun 1940-an. Elektrodinamika

    kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan elektromagnetik,

    dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.

    Interpretasi banyak dunia diformulasikan oleh Hugh Everett pada tahun

    1956. Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960-an. Teori

    yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada

    tahun 1975. Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-

    lain. Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan

    secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum

    dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah elektro.

    Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan apa yang terjadi di

    level mikroskopik, misalnya elektron di dalam atom. Atom biasanya digambarkan

    sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar

    seputar nukleus (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika kuantum,

    ketika sebuah elektron berpindah dari energi level yang lebih tinggi (misalnya

    n=2) ke energi level yang lebih rendah (misalnya n=1), energi berupa sebuah

    cahaya partikel, foton.

    Dalam spektrometer masa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum

    dari atom yang di-ionisasi tidak kontinu; hanya pada frekuensi/panjang

    gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satu

    bukti dari teori mekanika kuantum.

    Keterangan:

    E = energi (J),

    h = 6,63 x 10-34 (Js)

    v= frekuensi dari cahaya (Hz).

    E = h v

  • 36

    2.4 Fenomena-Fenomena pada Era Fisika Modern

    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 benda lain.Model yang dapat

    digunakan untuk mengamati sifat radiasi benda hitam adalah model rongga

    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

    Gambar 2.1

    Gambar 2.2

  • 37

    Spekrum Cahaya Oleh Atom hydrogen

    Atom hydrogen jika dipanaskan pada suhu tinggi,

    akan mengeluarkan cahaya. Namun cahaya yang

    dipancarkan tidak meliputi semua warna, melinkan

    hanya cahaya dengan frekuensi

    2.5 Hukum-Hukum dan Teori Pada Era Fisika Modern

    Teori Relativitas yang dipelopori oleh Einstein menghasilkan beberapa hal

    diantaranya adalah kesetaraan massa dan energi E=mc2 yang dipakai sebagai

    salah satu prinsip dasar dalam transformasi partikel.

    Pokok bahasan meliputi

    Transformasi Galilei

    Transformasi Lorentz

    Panjang Relativistik

    Waktu Relativistik

    Massa, Energi dan Momentum

    Relativistik

    Hubungan Massa dan Energi

    Hubungan Momentum dan Energi

    Efek Doppler Relativ

    Gambar 2.3

  • 38

    Teori Kuantum, yang diawali oleh karya Planck dan Bohr dan kemudian

    dikembangkan oleh Schroedinger, Pauli , Heisenberg dan lain-lain, melahirkan

    teori-teori tentang atom, inti, partikel sub atomik, molekul, zat padat yang

    sangat besar perannya dalam pengembangan ilmu dan teknologi.

    Gambar 2.3

  • 39

    2.6 Tokoh dan Teori Fisika Modern

    Beberapa tokoh yang kami ungkapkan disini adalah tokoh yang banyak

    pengaruhnya terhadap fisika modern, diantaranya:

    Nama tokoh Gambar Hal penting

    Albert Einstein

    (1879-1955)

    -Makalah yang pertama, mengungkapkan

    sifat cahaya, ia menyatakan bahwa

    cahaya mempunyai sifat dual, yaitu

    partikel dan gelombang.

    -Makalah yang kedua, ialah mengenai

    gerak Brownian, gerak zigzag dari

    sebintik bahan yang terapung dalam

    fluida, misalnya serbuk sari dalam air.

    Einstein mendapatkan rumus yang

    mengaitkan gerak brownian dengan gerak

    partikel yang ditumbuk oleh molekul

    fluida dimana partikel itu terapung..

    -Makalah yang ketiga, memperkenalkan

    teori relativitas. Walaupun sebagian

    besar dunia fisika pada mulanya tidak

    begitu peduli atau skeptis, tetapi segera

    kesimpulan yang ditarik oleh Einstein

    (bahkan yang tidak diharapkanpun)

    terbukti dan perkembangan yang

    sekarang dikenal sebagai fisika modern

    mulai tumbuh. Teori Relativitas Umum

    Einstein yang diterbitkan dalam tahun

    1915, mengaitkan gravitasi dengan

    struktur ruang dan waktu. Dalam teori

    ini, gaya gravitasi dapat dipikirkan

    sebagai ruang-waktu yang melengkung di

    sekitar benda sehingga massa yang

    berdekatan cenderung untuk bergerak ke

    arahnya, sama seperti kelereng yang

    menggelinding ke alas lubang yang

    berbentuk seperti mangkuk.

  • 40

    Max Planck

    (1858 - 1947)

    - Planck mendapatkan bahwa kunci

    pemahaman radiasi benda hitam ialah

    anggapan bahwa pemancaran dan

    penyerapan radiasi terjadi dalam

    kuantum E=hv. Penemuan yang

    menghasilkan hadiah Nobel dalam tahun

    1918 ini, sekarang dianggap sebagai

    tonggak dari fisika modern.

    Arthur Holly

    Compton

    (1892 - 1962)

    -Ia menemukan bahwa panjang gelombng

    sinar-x bertambah jika mengalami

    hamburan, dan pada tahun 1923 ia dapat

    menerangkan hal itu berdasarkan

    kuantum cahaya.

    Louis de Broglie

    (1892 - 1987)

    Pada 1924, tesis doktoralnya

    mengemukakan usulan bahwa benda yang

    bergerak memiliki sifat gelombang yang

    melengkapi sifat partikelnya. 2 tahun

    kemudian Erwin Schrodinger

    menggunakan konsep gelombang de

    Broglie untuk mengembangkan teori

    umum yang dipakai olehnya bersama

    dengan ilmuwan lain untuk menjelaskan

    berbagai gejala atomik. Keberadaan

    gelombang de Broglie dibuktikan dalam

    eksperimen difraksi berkas elektron

    pada 1927 dan pada 1929 ia menerima

    Hadiah Nobel Fisika.

    Max Born

    (1882 - 1970)

    -Ia menjadi warganegara Inggris dan

    anggota Royal Society di London pada

    1939. Pada 1954, Born menerima Hadiah

    Nobel Fisika untuk karyanya pada fungsi

    kepadatan probabilitas dan studinya pada

    fungsi gelombang. Slain memenangkan

    Penghargaan Nobel, Born dianugerahi

    Stokes Medal dari Cambridge University

    dan Hughes Medal (1950).

  • 41

    Werner

    Heisenberg (1901

    - 1976)

    -Pada tahun 1927, Heisenberg

    mengembangkan suatu teori yang

    ditentang Einstein habis-habisan yaitu

    teori ketidakpastian. Menurut teori ini

    makin akurat kita menentukan posisi

    suatu benda, makin tidak akurat

    momentumnya (atau kecepatannya) dan

    sebaliknya. Jadi kita tidak bisa

    menentukan letak benda secara akurat.

    Dengan kata lain benda mempunyai

    kemungkinan berada di mana saja.

    Einstein bilang teori ini tidak masuk akal.

    Ia menentang teori ini hingga akhir

    hayatnya. Mana mungkin kita bisa

    percaya pada teori yang mengatakan

    bahwa posisi bulan tidak menentu, ejek

    Einstein.

    Niels Bohr

    (1885 - 1962)

    -Niels Bohr pernah meraih hadiah Nobel

    Fisika pada tahun 1922. Pada tahun 1913

    Bohr telah menerapkan konsep mekanika

    kuantum untuk model atom yang telah

    dikembangkan oleh Ernest Rutherford,

    yang menggambarkan bahwa atom

    tersusun dari inti atom (nukleus) yang

    dikelilingi oleh orbit elektron.

    Erwin Schrodinger

    (1887 -1961)

    -Schrodinger menggantikan Max Planck

    di Berlin pada 1927, namun pada 1933,

    ketika Nazi berkuasa, ia meninggalkan

    Jerman. Dalam tahun itu ia menerima

    Hadiah Nobel Fisika bersama dengan

    Dirac. Pada 1939 sampai 1956 ia bekerja

    di Institute for Advanced Study di

    Dublin, lalu kembali ke Austria.

  • 42

    Richard P.

    Feynman (1918 -

    1988)

    -Pada tahun 1940 Feynmenn memberikan

    sumbangan pengetahuan yang penting

    dalam elektrodinamika kuantum, teori

    kuantum relativistic yang

    menggambarkan interaksi antarpartikel

    bermuatan. Masalah penting dalam teori

    ini ialah kehadiran kuantitas tak

    berhingga dalam hasilnya, sehingga

    diperlukan prosedur renormalisasi yang

    menyingkirkannya dengan melakukan

    pengurangan dengan kuantitas tak

    terhingga lain.

    Wolfgang Pauli

    (1900 - 1958)

    -Pada tahun 1931 Pauli memecahkan

    masalah kehilangan energi semu dalam

    peluruhan sinar Beta oleh inti dengan

    mengajukan usul yang menyatakan bahwa

    ada partikel tak bermassa yang

    meninggalkan inti bersama dengan

    elektron yang dipancarkan. Dua tahun

    kemudian Fermi mengembangkan teori

    peluruhan Beta dengan pertolongan

    partikel tersebut, yang dikenal sebagai

    neutrino (partikel netral yang kecil).

    Paul A. M. Dirac

    (1902 - 1984)

    Pada tahun 1928 Dirac mempelajari

    gabungan teori relativitas khusus dengan

    teori kuantum sehingga menghasilkan

    teori elektron yang memungkinkan

    penjelasan spin dan momen magnetic

    elektron dan juga meramalkan keadaan

    elektron yang bermuatan positif atau

    positron. Partikel ini ditemukan oleh Carl

    Anderson dari Amerika Serikat pada

    tahun 1932. Dirac memperoleh hadiah

    Nobel fisika bersama dengan

  • 43

    Schrodinger pada tahun 1933. Dirac

    tetap tinggal di Cambridge sampai tahun

    1971 kemudian pindah ke Florida State

    University.

    Enrico Fermi

    (1901 - 1954)

    -Di dunia ini sangat sedikit orang yang

    jago fisika teori dan fisika eksperimen

    sekaligus. Diantara yang sedikit itu, yang

    sangat luar biasa adalah Enrico Fermi.

    Kemampuan dan kehebatannya tidak

    diragukan lagi, sehingga namanya

    diabadikan diberbagai hal seperti: nama

    sebuah laboratorium fisika terkenal di

    Chicago Amerika Serikat, Fermilab

    (Fermi National Accelerator Laboratory)

    yang telah mencetak banyak peraih

    Nobel fisika; nama unsur ke-100,

    Fermium; nama suatu institut yang

    melakukan riset dalam bidang fisika

    nuklir dan fisika partikel, Enrico Fermi

    Institute; dan nama hadiah yang paling

    bergengsi dari pemerintah Amerika

    untuk mereka yang melakukan penemuan

    hebat dalam bidang energi, atom,

    molekul, nuklir dan partikel, The Enrico

    Fermi Award.

    Gambar 2. 1. Tokoh-tokoh fisika Modern

  • 44

    3.3 Dampak Fisika Modern

    Dengan ditemukannya partikel subatom (partikel elementer), yaitu

    elektron, proton, dan neutron) menjadikan penelitian fisika mengarah pada

    fenomena mikroskopis. Kajian partikel inilah yang menyadarkan para

    fisikawan dengan penemuan yang paling menggemparkan (kalangan fisikawan)

    ialah fisika Newton tidak berlaku untuk realitas mikro.

    Pengaruh dari penemuan tersebut telah dan sedang mengubah

    pandangan dunia (World view) kita. Eksperimen mekanika kuantum selalu

    menghasilkan penemuan yang tidak dapat diprediksi atau dijelaskan oleh

    fisika Newton. Tetapi meski fisika Newton tidak mampu menjelaskan

    fenomena realitas mikroskopis, ia tetap dapat menjelaskan fenomena

    makroskopis dengan baik (walalupun sesungguhnya realitas makroskopis

    tersusun oleh realitas mikroskopis). Perbedaan fundamental antara fisika

    klasik dan kontemporer. Fisika klasik berasumsi ada eksternal world yang

    terpisah dari diri kita. Fisika klasik kemudian juga beranggapan bahwa kita

    dapat mengamati, mengkalkulasi, dan mengira-ngira dunia luar tersebut tanpa

    merubahnya. Menurut fisika klasik, dunia luar tersebut tidak berbeda

    dengan diri dan kebutuhan-kebutuhan kita.Kita juga dapat menunjukkan

    bahwa cahaya mirip partikel sekaligus mirip gelombang dengan Hamburan

    Compton.mirip. sebelumnya untuk mengetahui sifat partikel dari cahaya

    digunakan efek fotolistrik, dan menunjukkan cahaya mirip gelombang dengan

    eksperimen celah ganda-ganda.

    Teori relativitas memperkirakan bahwa kecepatan cahaya adalah

    relatif konstan dan setiap gerak adalah relatif terhadap kerangka acuan

    khusus yang bukan merupakan kerangka acuan universal.

  • 45

    3.4 Contoh Soal

    1. Fenomena-fenomena apa saja yang melahirkan, era fisika Modern?

    2. Mengapa Einstei menentang teori ketidakpastian yang dikemukakan

    Heisenberg?

    3. Menurut kamu, siapa tokoh yang paling penting perananya alam era

    fisika modern? Kemukakan pendapat anda!

    2.9 Jawaban

    1. - Fenomena radiasi benda hitam

    - Fenomena Efek foto listrik

    - Fenomena Spekrum Cahaya Oleh Atom hydrogen

    2. Einstein bilang teori ini tidak masuk akal. Ia menentang teori ini hingga akhir

    hayatnya. Mana mungkin kita bisa percaya pada teori yang mengatakan bahwa

    posisi bulan tidak menentu, ejek Einstein.

    3.

    EVALUASI

  • 46

    2.10 Kesimpulan

    Fisika modern merupakan zaman fisika dimana telah muncul masalah

    fisika kuantum yang ditandai dengan munculnya 3 fenomena utama, yakni

    radiasi benda hitam, efek fotolistrik dan spectrum cahaya yang dipancerkan

    atom hydrogen.

    Pada era fisika modern juga muncul teori-teori dan hukum-hukum yang

    menjelaskan tentang fenomena-fenomena yang terjadi pada materi dan

    gelombang yang sangat besar atau sangat-sangat kecil

    Semua hal tersebut tidak terlepas dari peranan tokoh-tokoh pada era

    tersebut, berikut adalah Kronologi perkembangan Fisika Modern :

    Pada tahun 1900, Max Planck

    o Energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau

    kuanta

    Pada tahun 1905, Albert Einstein

    o Efek fotoelektrik

    o Energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut

    foton

    Pada tahun 1913, Niels Bohr

    o Garis spektrum dari atom hidrogen

    Pada tahun 1923, Arthur Holy Compton

    o Gejala tumbukan anatara foton dan elektron

    Pada tahun 1924, Louis de Broglie

    o Gelombang Bneda

  • 47

    Pada tahun 1925, Fermi -Dirac

    o merancang teori yang lebih umum menurut prinsip mekanika

    kuantum merncangg statistic partikel yang memenuhi prinsip

    Pauli,

    Pada tahun 1927, Heisenberg

    o mengembangkan teori ketidakpastian. Menurut teori ini

    makin akurat kita menentukan posisi suatu benda, makin

    tidak akurat momentumnya (atau kecepatannya) dan

    sebaliknya.

    Pada taahu 1933 Erwin Schrodinger

    o Mengembangan teori Brolglie mengatakan elektron lebih

    tepat disebut sebagai gelombang-gelombang.

    Pada tahun 1940, Richard Feynmenn

    o memberikan sumbangan pengetahuan yang penting dalam

    elektrodinamika kuantum, teori kuantum relativistic yang

    menggambarkan interaksi antarpartikel bermuatan.

  • 48

    3.1 Latar Belakang

    Melihat pesawat yang bermanuver di atas langit merupakan suatu

    peristiwa yang menawan, apalagi saat melihat pesawat itu bergerak dengan

    kecepatan tinggi, namun, sebenarnya ada yang lebih menarik dari hal

    tersebut, yaitu mempelajari perkembangan ilmu yang dapat membuat pesawa

    tersebut dapat bergerak.

    Pada bab kali ini, kamu akan mempelajari tentang perkembangan ilmu

    mekanika, atau yang akrab dikenal dengan ilmu yang mempelajari tentang

    gerak dari benda, dalam bab ini kamu akan lebih mengenal lebih dalam

    perkembangan ilmu mekanika, dari dahulu, sampai sekarang. Bab ini

    membahas tentang perkembangan mekanika dari zaman dahulu dan ada juga,

    membahas tentang tokoh-tokoh yang berperan dalam perkembangan ilmu

    mekanika.

    3.2 Tujuan

    1. Dengan mempelajari BAB ini, pembaca mampu memahami perkembangan

    Ilmu Mekanika

    2. Pembaca dapat pengenal tokoh-tokoh yang berperan penting dalam

    perkembengan ilmu mekanika

    BAB III PERKEMBANGAN ILMU MEKANIKA

    PENDAHULUAN

  • 49

    3.3 PERKEMBANGAN MEKANIKA KLASIK

    Perkembangan mekanika klasik didasarkan pada perkembangan sejarah

    fisika,yaitu :

    3.3.1 Periode I ( Pra Sains sampai dengan 1550 M )

    1. Aristoteles ( 384-332 SM )

    Aristoteles dilahirkan di kota Stagira, Macedonia, 384 SM. Ayahnya

    seorang ahli fisika kenamaan. Pada umur tujuh belas tahun

    Aristoteles pergi ke Athena belajar di Akademi Plato. Dia

    menetap di sana selama dua puluh tahun hingga tak lama

    Plato meninggal dunia. Dari ayahnya, Aristoteles mungkin

    memperoleh dorongan minat di bidang biologi dan

    "pengetahuan praktis".A

    Aristoteles merupakan orang pertama pada periode

    ini yang mengemukakan cabang mekanika yang berurusan

    dengan hubungan timbal balik antara gerak dan gaya yaitu bidang dinamika.

    Ia mengemukakan suatu argumen tentang sifat bawaan dari berbagai benda

    yang memberikan alasan untuk berbagai sifat tersebut dalam daya intrinsik

    khusus dari benda itu sendiri.

    Aristoteles membedakan dua jenis gerak yaitu gerak alamiah (pure

    motion) dan gerak paksa (violent motion). Menurutnya tiap unsur memiliki

    tempat alamiah di alam semesta ini seperti di pusat bumi yang dikelilingi

    oleh air udara dan api. Dengan cara serupa, tiap unsur memiliki suatu gerak

    alamiah untuk bergerak kearah tempat alamiahnya jika ia tidak ada di sana.

    Umumnya, bumi dan air memiliki sifat berat, yaitu cenderung bergerak ke

    bawah, sementara udara dan api memiliki sifat levitasi, yaitu cenderung

    bergerak ke atas.

  • 50

    Gerak alamiah ether adalah melingkar, dan ether selalu dalam tempat

    alamiahnya. Gerak paksa disebabkan oleh gaya luar yang dikenakan dan boleh

    ke sembarang arah. Gerak tersebut akan berhenti segera setelah gaya

    dihilangkan.

    Salah satu kekurangan dinamika Aristoteles adalah bahwa kecepatan

    sebuah benda akan menjadi tak hingga jika tak ada resistansi terhadap

    geraknya. Adalah sukar sekali bagi para penganut aliran Aristoteles

    (Aristotelian) untuk membayangkan gerak tanpa resistansi. Memang,

    kenyataan bahwa gerak seperti itu akan menjadi cepat secara tak terhingga

    jika tak ada gesekan dengannya seperti seperti benda yang bergerak di

    ruang kosong.

    Teori Aristoteles bahwa gerak paksa membutuhkan suatu gaya yang

    bekerja secara kontinyu ternyata bisa disangkal dengan memandang gerak

    proyektil. Aristoteles mencontohkan pada sebuah anak panah yang

    ditembakkan dari sebuah busur akan tetap bergerak untuk beberapa jarak

    meskipun jelas-jelas tidak selamanya didorong. busur entah bagaimana

    memberi suatu daya gerak kepada udara, yang kemudian mempertahankan

    anak panah tetap bergerak. Penjelasan ini sangat tidak meyakinkan, dan

    masalah gerak peluru terus berlanjut hinga membuat kesal para Aristotelian

    selama berabad-abad.

  • 51

    2. Archimedes (287-212 SM)

    Archimedes ilmuwan Yunani abad ke-3 SM.

    Archimedes adalah seorang arsitokrat. Archimedes

    adalah anak astronom Pheidias yang lahir di Syracuse,

    koloni Yunani yang sekarang dikenal dengan nama

    Sisilia. Membicarakan Archimedes tidaklah lengkap

    tanpa kisah insiden penemuannya saat dia mandi.

    Archimedes diminta Saat itu dia menemukan bahwa

    hilangnya berat tubuh sama dengan berat air yang

    dipindahkan.

    Cabang lain mekanika adalah statika. Ia merupakan studi benda-benda

    diam karena kombinasi berbagai gaya. Perintis bidang ini adalah

    Archimedes.. Archimedes adalah orang yang mendasarkan penemuannya

    dengan eksperiman. Sehingga, ia dijuluki Bapak IPA Eksperimental.

    4 Eratoshenes (273 192 SM)

    Eratoshenes melakukan penghitungan diameter bumi pada

    tahun 230 SM. Dia menengarai bahwa kota Syene di Mesir

    terletak di equator, dimana matahari bersinar vertikal tepat di

    atas kepala pada hari pertama musim panas. Eratoshenes

    mengamati fenomena ini tidak dari rumahnya, dia menyimpulkan

    bahwa matahari tidak akan pernah mencapai zenith di atas

    rumahnya di Alexandria yang berjarak 7 dari Syene. Jarak

    Alexandria dan Syene adalah 7/360 atau 1/50 dari lingkaran bumi yang

    dianggap lingkaran penuh adalah 360.

  • 52

    4.3.1 Periode II ( Awal Sains 1550-1800 M )

    1. Galileo ( 1564 M - 1642 M)

    Ilmuwan Itali besar ini mungkin lebih bertanggung jawab terhadap

    perkembangan metode ilmiah dari siapa pun juga.

    Aristoteles mengajarkan, benda yang lebih berat

    jatuh lebih cepat ketimbang benda yang lebih ringan,

    dan bergenerasi-generasi kaum cerdik pandai

    menelan pendapat filosof Yunani yang besar

    pengaruh ini. Tetapi, Galileo memutuskan mencoba

    dulu benar-tidaknya, dan lewat serentetan

    eksperimen dia berkesimpulan bahwa Aristoteles

    keliru.

    Yang benar adalah, baik benda berat maupun ringan jatuh pada kecepatan

    yang sama kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat

    pergeseran udara.

    Galileo melakukan eksperimen ini di menara Pisa (Kebetulan, kebiasaan

    Galileo melakukan percobaan melempar benda dari menara Pisa tampaknya

    tanpa sadar). Pada satu sisi benda ringan akan menghambat benda berat dan

    benda berat akan mempercepat benda ringan, dan karena itu kombinasi

    tersebut akan bergerak pada suatu laju pertengahan. Di lain pihak benda-

    benda yang dipadu bahkan akan membentuk benda yang lebih berat, yang

    karena itu harus bergerak lebih cepat dari pada yang pertama atau salah

    satunya.

    Mengetahui hal ini, Galileo mengambil langkah-langkah lebih lanjut.

    Dengan hati-hati dia mengukur jarak jatuhnya benda pada saat yang

  • 53

    ditentukan dan mendapat bukti bahwa jarak yang dilalui oleh benda yang

    jatuh adalah berbanding seimbang dengan jumlah detik kwadrat jatuhnya

    benda. Penemuan ini (yang berarti penyeragaman percepatan) memiliki arti

    penting tersendiri.

    Sumbangan besar Galileo lainnya ialah penemuannya mengenai hukum

    kelembaman (inersia). Sebelumnya, orang percaya bahwa benda bergerak

    dengan sendirinya cenderung menjadi makin pelan dan sepenuhnya berhenti

    kalau saja tidak ada tenaga yang menambah kekuatan agar terus bergerak.

    Tetapi percobaan-percobaan Galileo membuktikan bahwa anggapan itu keliru.

    Bilamana kekuatan melambat seperti misalnya pergeseran, dapat dihilangkan,

    benda bergerak cenderung tetap bergerak tanpa batas.

    Analisis Galileo mencapai resolusi akhir dari masalah gerak peluru. Dia

    juga memperlihatkan bagaimana komponen-komponen horisontal dan vertikal

    dari gerak peluru bergabung menghasilkan lintasan parabolik. Galileo

    menganggap bahwa sebuah benda yang menggelinding ke bawah pada suatu

    bidang miring adalah dipercepat seragam yaitu, kecepatannya bertambah

    dengan besar yang sama dalam tiap interval waktu yang kecil. Dia kemudian

    menunjukkan bahwa asumsi ini dapat diuji dengan mengukur jarak yang

    dilalui, dari pada mencoba mengukur kecepatan secara langsung.

  • 54

    2. Descartes ( 1596 M 1661 M )

    Rene Descartes lahir Di desa La Haye tahun

    1596, filosof, ilmuwan, matematikus Perancis yang

    tersohor abad 17. Waktu mudanya dia sekolah

    Yesuit, College La Fleche.

    Begitu umur dua puluh dia dapat gelar ahli

    hukum dari Universitas Poitiers walau tidak

    pernah mempraktekkan ilmunya samasekali. Meskipun Descartes

    memeperoleh pendidikan baik, tetapi dia yakin betul tak ada ilmu apa pun

    yang bisa dipercaya tanpa matematik. Karena itu, bukannya dia meneruskan

    pendidikan formalnya, melainkan ambil keputusan kelana keliling Eropa dan

    melihat dunia dengan mata kepala sendiri. Hukum Gerak Descartes terdiri

    atas dua bagian, dan memprediksi hasil dari benturan antar dua massa:

    1. bila dua benda memiliki massa dan kecepatan yang sama sebelum

    terjadinya benturan, maka keduanya akan terpantul karena tumbukkan, dan

    akan mendapatkan kecepatan yang sama dengan sebelumnya.

    2. bila dua benda memiliki massa yang sama, maka karena tumbukkan

    tersebut, benda yang memiliki massa yang lebih kecil akan terpantul dan

    menghasilkan kecepatan yang sama dengan yang memiliki massa yang lebih

    besar. Sementara, kecepatan dari benda yang bermassa lebih besar tidak

    akan berubah.

    Descartes telah memunculkan hukum ini berdasarkan pada perhitungan

    simetris dan suatu gagasan bahwa sesuatu harus ditinjau dari proses

    tumbukkan.

    Sayangnya, gagasan Descartes memiliki kekurangan yang sama dengan

    gagasan Aristoteles yaitu masalah diskontinuitas.

    Descartes menerima prinsip Galileo bahwa benda-benda cenderung

    untuk bergerak dalam garis lurus, dia beranggapan bahwa tidak pernah ada

  • 55

    sembarang ruang kosong ke dalam mana sebuah benda dapat bergerak. maka

    konsekuensinya adalah satu-satunya gerak yang mungkin adalah rotasi dari

    suatu kumpulan partikel-partikel..

    Pengaruh besar lain dari konsepsi Descartes adalah tentang fisik alam

    semesta. Dia yakin, seluruh alam kecuali Tuhan dan jiwa manusia bekerja

    secara mekanis, dan karena itu semua peristiwa alami dapat dijelaskan

    secara dan dari sebab-musabab mekanis. Atas dasar ini dia menolak

    anggapan-anggapan astrologi, magis dan lain-lain ketahayulan.

    Descartes menyukai suatu alam dengan suatu mekanisme mesin jam yang

    besar sekali, yaitu alam yang mekanistik, yang diciptakan oleh Tuhan dengan

    suatu pasokan materi dan gerak yang tetap. Agar mesin dunia tidak berhenti

    akhirnya, dia berasumsi bahwa kapanpun dua partikel bertumbukan, daya

    dorong atau momentum total mereka harus tetap tak berubah.

    Descartes mendefinisikan momentum sebagai perkalian massa dan

    kecepatan, mv. Ini tidak sepunuhnya benar kecuali kecepatan diperlakukan

    sebagai sebuah vektor yaitu suatu besaran yang memiliki arah tertentu di

    dalam ruang sehingga kecepatan-kecepatan yang sama dalam arah belawanan

    akan saling menghilangkan.

  • 56

    3. Torricelli (1608 M 1647 M) dan Evangelista Torricelli (1608-

    1647)

    Fisikawan Italia kelahiran Faenza dan belajar di Sapienza College Roma.

    Ia menjadi sekretaris Galileo selama 3 bulan

    sampai Galileo wafat pada tahun 1641. Tahun

    1642 ia menjadi profesor matematika di

    Florence. Pada tahun 1643 ia menetapkan

    tentang tekanan atmosfer dan menemukan alat

    untuk mengukurnya, yaitu barometer.

    Pada tahun 1643, Torricelli membuat

    eksperimen sederhana, yang dinamakan

    Torricelli Experiment, yaitu ia menggunakan sebuah tabung kaca kuat dengan

    panjang kira-kira 1 m dan salah satu ujungnya tertutup. Dengan menggunakan

    sarung menghadap ke atas. Dengan menggunakan corong ia menuangkan raksa

    dari botol ke dalam tabung sampai penuh. Kemudian ia menutup ujung terbuka

    tabung dengan jempolnya, dan segera membaliknya. Dengan cepat ia

    melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh tabung vertikal dalam

    sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam tabung dan

    berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung 76 cm di atas permukaan

    raksa dalam bejana. Ruang vakum terperangkap di atas kolam raksa.

  • 57

    4. Otto von Guericke ( 1602 M 1686 M)

    Otto von Guericke (30 November 1602- 21 Mei 1686)

    adalah seorang ilmuwan Jerman, pencipta, dan politikus.

    Prestasi ilmiah utama nya menjadi penetapan dari ilmu

    fisika ruang hampa.Pada 1650 Guericke menemukan pompa

    udara.

    Guericke menerapkan barometer ke ramalan cuaca

    untuk meteorologi. Kemudiannya bidang kajianya

    dipusatkan pada listrik, tetapi sangat sedikit hasil nya. Ia

    menemukan generator elektrostatik yang pertama, Elektrisiermaschine.

    5. Blaise Pascal ( 1623 M -1662 M )

    Blaise Pascal (19 Juni 1623- 19Agustus 1662)

    adalah ilmuwan Perancis Ahli matematik, ahli ilmu

    fisika, dan ahli filsafat religius. Dalam bidang fisika,

    khususnya mekanika, dia melakukan percobaan

    dengan cara mengukur beda tinggi barometer di

    dasar dan di puncak gunung. Dari keterangan-

    keterangannya itu nantinnya dia mengemukakan

    prinsip hidrostatik yang kita kenal dengan Hukum

    Pascal, yaitu Jika suatu zat cair dikenakan tekanan,

    maka tekanan itu akan merambat ke segala arah sama besar dengan tidak

    bertambah atau berkurang kekuatannya.

  • 58

    6. Isaac Newton ( 1642 M 1727 M )

    Isaac Newton (1642-1727), lahir di

    Woolsthrope, Inggris. Dia lahir di tahun kematian

    Galileo. Penemuan-penemuan Newton yang

    terpenting adalah di bidang mekanika, pengetahuan

    sekitar bergeraknya sesuatu benda didasarkan

    pada tiga hukum fundamental. Hukum pertamanya

    adalah hukum inersia Galileo, Galileo merupakan

    penemu pertama hukum yang melukiskan gerak sesuatu obyek apabila tidak

    dipengaruhi oleh kekuatan luar.

    Tentu saja pada dasarnya semua obyek dipengaruhi oleh kekuatan luar dan

    persoalan yang paling penting dalam ihwal mekanik adalah bagaimana obyek

    bergerak dalam keadaan itu.

    Masalah ini dipecahkan oleh Newton dalam hukum geraknya yang

    kedua dan termasyhur dan dapat dianggap sebagai hukum fisika klasik yang

    paling utama. Hukum kedua (secara matematik dijabarkan dengan persamaan

    F = m.a atau a = F/m) menetapkan bahwa percepatan obyek adalah sama

    dengan gaya netto dibagi massa benda.

    Hukum kedua Newton memiliki bentuk sama seperti hukum dinamika

    Aristoteles, v = kF/R, dengan dua perbedaan penting. Yang satu adalah

    bahwa gaya menghasilkan percepatan dari pada kecepatan, sehingga dalam

    ketidak hadiran gaya, kecepatan tetap konstan (hukum pertama). Perbedaan

    yang lain adalah bahwa hambatan terhadap gerak adalah disebabkan oleh

    massa benda itu sendiri, terhadap medium di mana ia bergerak. hukum

    ketiganya yang masyhur tentang gerak (menegaskan bahwa pada tiap aksi,

    misalnya kekuatan fisik, terdapat reaksi yang sama dengan yang

    bertentangan) serta yang paling termasyhur penemuannya tentang kaidah

    ilmiah hukum gaya berat universal.

  • 59

    Newton juga membedakan antara massa dan berat. Massa adalah sifat

    intrinsik suatu benda yang mengukur resistansinya terhadap percepatan,

    sedangkan berat adalah sesungguhnya suatu gaya, yaitu gaya berat yang

    bekerja pada sebuah benda. Jadi berat W sebuah benda adalah W = mag, di

    mana ag adalah percepatan karena gravitasi. Keempat perangkat hukum ini,

    jika digabungkan, akan membentuk suatu kesatuan sistem yang berlaku buat

    seluruh makro sistem mekanika, mulai dari ayunan pendulum hingga gerak

    planet-planet dalam orbitnya mengelilingi matahari. Diantara banyak

    prestasi Newton, ada satu yang merupakan penemuan terbesar ialah Hukum

    Gravitasi. Pada penemuan ini, Newton menggunakan dengan baik penemuan

    penting sebelumnya tentang pergerakan angkasa yang dibuat oleh Kepler dan

    yang lainnya. Newton menyadari hukum semacam ini pada pertengahan 1660.

    Pada masa kreatif ini, ia menulis hampir satu abad kemudian bahwa,Saya

    menarik kesimpulan bahwa kekuatan yang menjaga planet-planet pada

    orbitnya pasti berbanding terbalik sama dengan kuadrat dari jarak mereka

    dengan pusat dimana mereka berevolusi.

    .

  • 60

    1. Daniel Bernoulli (1700 M 1780 M)

    Daniel Bernoulli ( 8 Pebruari 1700 17 Maret

    1782) adalah ilmuwan swiss Ahli matematik. Keahlian

    matematikanya untuk diaplikasikan ke mekanika,

    terutama ilmu mekanika zat cair (fluida) dan gas.

    Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam

    mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu

    aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida

    akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran

    tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan

    penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang

    menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di

    dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan

    jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama.

    2. Leonhard Euler ( 1707 M 1783 M )

    Leonard Euler lahir tahun 1707 di Basel,

    Swiss. Dia diterima masuk Universitas Basel tahun

    1720 tatkala umurnya baru