Fisika Modern Makalah UAS by cumanita

VIEWS: 2,905 PAGES: 9

									       KAJIAN UTAMA FISIKA MODERN




               Disusun oleh:

                Nita Nurtafita

               (107016300115)




    PRODI ILMU PENGETAHUAN ALAM (IPA)

        JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN (FITK)

         UIN SYARIF HIDAYATULLAH

              JAKARTA 2009

              11 Januari 2010
B. Kajian Utama Fisika Modern
    Kajian utama dalam Fisika Modern yaitu:
1) Teori Relatifitas Khusus
    Jauh sebelum Einstein lahir, Galileo Galilei telah membuat pemikiran tentang
relativ itas atau yang lebih dikenal dengan transformasi relativitas Galilean. Bahkan
Isaac Newton pun mengembangkan hukum-hukum tentang gerak dari transformasi.
Galileo berkonsep bahwa tidak ada ruang mutlak, yang ada adalah ruang relatif.
Isaac Newton dengan mengacu pada transformasi Galileo, juga menolak adanya
ruang mutlak. Menurut Newton, sebuah obyek hanya bisa disebut bergerak jika
telah terjadi perubahan jarak dengan obyek lain (sembarang obyek) di dunia ini.
Jadi yang ada hanya ruang relatif. Namun baik Galileo maupun          Newton tetap
meyakini adanya waktu mutlak. Yakni waktu bagi seluruh obyek di alam semesta
ini adalah identik,   tanpa dipengaruhi kedudukan dan kecepatan setiap        obyek.
Anggapan tentang waktu mutlak inilah yang direvisi oleh Einstein dengan relativitas
khususnya.
    Gelombang tali, gelombang buny i, gelombang permukaan air dan gelombang
mekanik lainnya merambat memerlukan medium. Cahaya atau gelombang
elektromagnetik lainnya dapat merambat melalui ruang hampa. Pada abad ke-19,
digunakan suatu hipotesa tentang eter sebagai medium perambatan gelombang
elektromagnetik, yang disebut sebagai teori Huygens.
    Hipotesanya sebagai berikut: Alam semesta di jagad raya ini banyak dipenuhi
eter yang tidak mempunyai wujud, tetapi dapat menghantarkan perambatan
gelombang. Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus
memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya yang
disebut eter.
    Pada tahun 1887 Albert Michelson dan Edward Morley mengadakan
percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena
adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan. Michelson dan Morley, dua
orang sarjana fisika berkebangsaan Amerika Serikat, mencoba membuktikan
keberadaan eter tersebut. Alat yang digunakan dinamakan Interferometer. Ternyata
hasil percobaan Michelson dan Morley menunjukkan kesimpulan bahwa hipotesis
adanya eter yang terdapat di setiap tempat adalah salah, atau tegasnya eter tidak
ada.
       Hasil percobaan Michelson dan Morley dapat disimpulkan sebagai berikut.
1.     Hipotesis tentang keberadaan eter terbukti salah. Eter tidak ada, dan
       perambatan cahaya tidak memerlukan medium.
2.     Kecepatan cahaya sama besar ke segala arah, tidak bergantung pada kerangka
       acuan pengamat.
       Pada tahun 1905, Albert Einstein mengemukakan Relativ itas Khusus atau
Teori Relativ itas Khusus. Teori ini menggantikan pendapat Newton tentang ruang
dan waktu dan gelombang elektromagnetik sebagaimana tertulis oleh persamaan
Maxwell. Teori ini disebut "khusus" karena berlaku terhadap prinsip relativ itas pada
kasus "tertentu" atau "khusus" dari kerangka acuan inersial dalam ruang waktu
datar, di mana efek gravitasi dapat diabaikan 1.
       Dalam teori relativitas khusus, Einstein mengemukakan dua postulat penting
sebagai berikut:
1.     Hukum fisika dapat dinyatakan dengan formulasi yang sama dalam semua
       kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu sama lain (prinsip
       relativ itas).
2.     Laju cahaya dalam ruang hampa adalah c, nilai ini sama untuk semua
       pengamat, tidak bergantung pada keadaan gerak pengamat (laju cahaya
       bersifat invariant).
       Postulat pertama menepis anggapan tentang kerangka acuan universal. Jika
kerangka acuan universal ada, formulasi hukum fisika akan berbeda untuk
pengamat yang berbeda dalam keadaan gerak relatif.
       Postulat kedua muncul karena bukti empiris berdasarkan hasil dari berbagai
eksperimen. Postulat kedua ini sekaligus menyatakan bahwa batas tertinggi
kelajuan objek adalah c.
       Postulat kedua Einstein dalam teori relativ itas itu juga mengakibatkan tak
berlakunya transformasi Galileo (khususnya transformasi kecepatan) untuk benda
yang kelajuannya mendekati laju cahaya.



1
    http://id.wikipedia.org/wiki/ Relativitas_khusus
     Transformasi Lorentz sesuai dengan teori relativ itas khusus dan tetap berlaku
untuk objek dengan kelajuan mendekati c.
     Teori relativ itas khusus memiliki beberapa konsekuensi yaitu kontraksi
(pengerutan) panjang, dilatasi (pembesaran) waktu, massa, dan momentum
relativ istik, serta kesetaraan massa dan energi.
a. Kontraksi Panjang
     Ukuran panjang yang diukur oleh seorang pengamat bergantung dari gerak
relatif benda yang diukur dari pengamat.
     Ukuran panjang dari suatu benda yang bergerak dengan kecepatan tetap
 terhadap pengamat




b. Dilatasi Waktu (Pemuaian waktu)
     Selain kontraksi panjang, akibat lain dari perumusan teori relativ itas khusus
adalah terjadinya dilatasi waktu. Jika ∆       0    adalah selang waktu yang diukur
pengamat yang berada dalam kerangka acuan yang sama dengan peristiwa yang
terjadi, ∆ adalah selang waktu yang diukur oleh pengamat pada kerangka acuan di
luar kerangka acuan tempat peristiwa terjadi, dan            adalah kecepatan relatif
pengamat di luar kerangka acuan tempat terjadinya peristiwa terhadap pengamat
yang berbeda di dalam kerangka acuan tempat peristiwa terjadi, dilatasi waktu
dirumuskan dengan

        ∆ =               atau      ∆ =

c.   Massa Relativistik
     Einstein menyatakan bahwa massa juga merupakan besaran relatif jika
bergerak dengan kelajuan mendekati c. Massa suatu benda ketika diam berbeda
dengan massanya ketika bergerak dengan kecepatan tinggi. Jika            menyatakan
massa suatu benda ketika diam dan m menyatakan massa benda itu ketika
bergerak, hubungan keduanya memenuhi persamaan:

                        atau
d. Kesetaraan Massa dan Energi
    Salah satu hal terpenting yang merupakan konsekuensi dari formulasi teori
relativ itas khusus adalah konsep kesetaraan massa dan energi. Einstein menyatakan
bahwa energi bias dihasilkan dari massa. Artinya, sejumlah massa tertentu dapat
menghasilkan sejumlah tertentu energi.
    Dengan m adalah massa benda, E adalah energy, dan c adalah laju cahaya
dalam ruang hampa, konsep kesetaraan massa dan energi dirumuskan dengan
sebuah persamaan sederhana




e. Momentum Relatifstik
    Kecepatan cahaya c     dalam teori relativ itas menyatakan kecepatan cahaya
dalam ruang hampa, yaitu 3 × 10 8 m/s. Setiap benda bermassa yang bergerak
dengan kecepatan v memiliki momentum linier sebesar



    Jika kecepatan benda v suatu saat mendekati kecepatan cahaya maka massa
benda berubah dan saat itu momentum benda disebut momentum relativ istik.
Dirumuskan:




2) Fisika Kuantum
   Radiasi Benda Hitam
    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.
    Benda hitam adalah benda ideal yang mampu menyerap atau mengabsorbsi
semua radiasi yang mengenainya, serta tidak bergantung pada frekuensi radiasi
tersebut. Bisa dikatakan benda hitam merupakan penyerap dan pemancar yang
sempurna. Benda hitam pada temperatur tertentu meradiasi energi dengan laju
lebih besar dari beanda lain. Model yang dapat digunakan untuk mengamati sifat
radiasi benda hitam adalah model rongga.
       Reyleigh dan Jeans menggunakan pendekatan fisika klasik untuk menjelaskan
spektrum benda hitam, karena pada masa itu fisika kuantum belum diketahui.
Mereka meninjau radiasi dalam rongga bertemperatur T yang dindingnya adalah
pemantul sempurna sebagai sederetan gelombang elektromagnetik berdiri.
       Rumus Rayleigh-Jeans




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



       Konsep paket energi atau energi terkuantisasi ini merupakan hipotesis Max
Planck yang merupakan rumus yang benar tentang kerapatan energi radiasi benda
hitam.
      Teori Foton
       Foton atau kuanta merupakan paket-paket energi diskrit pada radiasi
elektromagnetik. Tiap energi pada foton tergantung pada frekuensi f.
       Sebuah foton akan bergerak dengan kecepatan cahaya, jika foton bergerak
dibawah kecepatan tersebut maka foton tidak ada. Foton hanya memiliki energi
kinetik dan massa diamnya adalah nol. Sedangkan momentumnya:



      Efek Fotolistrik
       Efek fotolistrik adalah pengeluaran elektron dari suatu permukaan (biasanya
logam) ketika dikenai, dan menyerap, radiasi elektromagnetik (seperti cahaya
tampak dan radiasi ultraungu) yang berada di atas frekuensi ambang tergantung
pada jenis permukaan. Istilah lama untuk efek fotolistrik adalah efek Hertz (yang
saat ini tidak digunakan lagi) 2. Cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi


2
    http://id.wikipedia.org/wiki/ Efek_fotolistrik
ambang yang akan menghasilkan arus elektron Foton. Energi maksimum yang
terlepas dari logam akibat peristiwa fotolistrik adalah             .

     Efek fotolistrik dijelaskan secara matematis oleh Albert Einstein yang
memperluas kuanta yang dikembangkan oleh Max Planck.
     Hukum emisi fotolistrik:
1.   Untuk logam dan radiasi tertentu, jumlah fotoelektro yang dikeluarkan
     berbanding lurus dengan intensitas cahaya yg digunakan.
2.   Untuk logam tertentu, terdapat frekuensi minimum radiasi. di bawah frekuensi
     ini fotoelektron tidak bisa dipancarkan.
3.   Di atas frekuensi tersebut, energi kinetik yang dipancarkan fotoelektron tidak
     bergantung pada intensitas cahaya, namun bergantung pada frekuensi cahaya.
4.   Perbedaan waktu dari radiasi dan pemancaran fotoelektron sangat kecil, kurang
     dari      detik.
    Efek Compton
     Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai frekuensi lebih kecil dari
pada radiasi yang datang dan juga tergantung pada sudut hamburan.
     Dari analisis Compton, hamburan radiasi elektromagnetik dari partikel
merupakan suatu tumbukan elastik.




    Gelombang De Broglie
     Louis de Broglie merupakan ilmuwan pertama yang mengajukan hipotesisi
bahwa partikel seperti halnya elektron juga dapat berperilaku sebagai gelombang.
Sebaliknya, partikel (materi) dapat juga bersifat sebagai gelombang dengan
panjang gelombang besar

              atau

     Hipotesa de Broglie diuji kebenarannya oleh Davisson dan Germer. Hasil
eksperimen Davisson dan Germer menunjukkan bahwa partikel e lektron dapat
mengalami difraksi. Sifat difraksi hanya dimiliki oleh gelombang sehingga dapat
disimpulkan bahwa partikel memilki sifat gelombang.
       Postula De Broglie menyatakan dualisme gelombang-materi selain berlaku pada
radiasi elektromagnetik, juga berlaku bagi materi.
      Ketidakpastian Heisenberg
       Prinsip Ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa adalah (hampir) tidak
mungkin untuk mengukur dua besaran secara bersamaan, misalnya posisi dan
momentum suatu partikel. Prinsip ini dicetuskan oleh ilmuwan Jerman bernama
Werner Heisenberg di tahun 1927 3.
       Terdapat hubungan timbal balik antara ketidakpastian kedudukan yang inheren
dari partikel dan ketidapastian momentumnya yang inheren.




Untuk pengukuran energi dan selang waktu




       Persamaan Schrodinger
       Persamaan schrodinger merupakan suatu persamaan yang digunakan untu
mengetahui perilaku gelombang dari partikel.
       Kriteria mendapatkan persamaan yang sesuai dengan fisika kuantum yaitu:
 Taat terhadap asas kekalan energi.
 Taat terhadap Hipotesa De Broglie.
 Persamaannya harus “berperilaku baik” secara matematik.
       Persamaan schrodinger waktu bebas satu dimensi:




3
    http://id.wikipedia.org/wiki/Prinsip_Ketidakpastian_Heisenberg

								
To top