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