buku lengkap pdf

O

leh

: Yan

uar

ius

Dar

win

To

son

g

20

15

Se

jara

h P

erk

em

ba

ng

an

Ilm

u

Fis

ika

S e j a r a h P e r k e m b a n g a n I l m u F i s i k a

Page 1

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa karena dengan rahmat

dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan buku ini.

Buku ini disusun guna memenuhi salah satu tugas mata kuliah Sejarah Fisika, sebagai

salah satu bentuk tugas seorang mahasiswa dalam rangka mengembanggkan potensis dan

kretivitasnya. Oleh karena itu penulis berterima kasih pula kepada Dosen Pengasuh Mata Kuliah

Sejarah Fisiska, yang telah memberikan tugas dan bimbingan kepada kami selaku mahasiswa,

sehingga menambah wawasan dan pengetahuan kami dalam ilmu fisika terutama dalam

kaitannya sebagai calon pendidik.

Tak ada gading yang tak retak, tak ada gunung yang tak runtuh: demikianlah kata pepatah.

Penulis menyadari dalam penyusunannya buku ini tidak terlepas dari berbagai kekurangan dan

kesalahan, baik secara implisit maupun secara eksplisit penyusunan buku. Oleh karena itu, saran

dan kritik dari pembaca yang bersifat membangun dari pembaca sangat pembaca harapkan demi

perbaikan buku ini.

Semoga bermanfaat!

Kupang, April 2015

Penulis


Page 2

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Sejarah fisika sepanjang yang telah diketahui telah dimulai pada tahun sekitar 2400 SM,

ketika kebudayaan Harappan menggunakan suatu benda untuk memperkirakan dan menghitung

sudut bintang di angkasa. Sejak saat itu fisika terus berkembang sampai ke paradaban dunia

modern yang sekarang ini. Perkembangan ini tidak hanya membawa perubahan di dalam bidang

dunia benda, matematika dan filosofi namun juga, melalui teknologi, membawa perubahan ke

dunia sosial masyarakat. Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi pada sekitar tahun 1600 dapat

dikatakan menjadi batas antara pemikiran purba dan lahirnya fisika klasik. Dan akhirnya

berlanjut ke tahun 1900 yang menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika

modern. Di era ini ilmuwan tidak melihat adanya penyempurnaan di bidang ilmu pengetahuan,

pertanyaan demi pertanyaan terus bermunculan tanpa henti, dari luasnya galaksi, sifat alami dari

kondisi vakum sampai lingkungan subatomik. Daftar persoalan dimana fisikawan harus

pecahkan terus bertambah dari waktu ke waktu.

Ilmu Pengetahuan dan Kontribusi Islam

Saat itu kebudayaan didominasi oleh Kekaisaran Roma, ilmu medik dan fisika

berkembang sangat pesat yang dipimpin oleh ilmuwan dan filsuf dari Yunani. Runtuhnya

Kekaisaran Roma berakibat pada mundurnya perkembangan ilmu pengetahuan di dataran Eropa.

Bagaimanapun juga kebudayaan di timur tengah terus berkembang pesat, banyak ilmuwan dari

Yunani yang mencari dukungan dan bantuan di timur tengah ini. Akhirnya ilmuwan muslim pun

berhasil mengembangkan ilmu astronomi dan matematika, yang akhirnya menemukan bidang

ilmu pengetahuan baru yaitu kimia. Setelah bangsa Arab menaklukkan Persia, ilmu pengetahuan

berkembang dengan cepat di Persia dan ilmuwan terus bermunculan yang akhirnya dengan

giatnya memindahkan ilmu yang telah ada dari kebudayaan Yunani ke timur tengah yang saat itu

sedang mundur dari Eropa yang mulai memasuki abad kegelapan.


Page 3

B. Hakekat dan Tujuan

Sejak zaman dulu, manusia terus memperhatikan bagaimana benda-benda di sekitarnya

berinteraksi, kenapa benda yang tanpa disangga jatuh ke bawah, kenapa benda yang berlainan

memiliki sifat yang berlainan juga, dan sebagainya. Mereka juga memikirkan tentang misteri

alam semesta, bagaimana bentuk dan posisi bumi di tengah alam yang luas ini dan bagaima sifat-

sifat dari matahari dan bulan, dua benda yang memiliki posisi penting dalam kehidupan manusia

purba. Secara umum, untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini mereka secara mudah langsung

mengaitkannya dengan pekerjaan dewa.

Akhirnya, jawaban yang mulai ilmiah namun tentu saja masih terlalu berspekulasi, mulai

berkembang. Tentu saja jawaban ini kebanyakan masih salah karena tidak didasarkan pada

eksperimen, bagaimanapun juga dengan begini ilmu pengetahuan mulai mendapat tempatnya.

Fisika pada masa awal ini kebanyakan berkembang dari dunia filosofi, dan bukan dari

eksperimen yang sistematis.

Buku ini mencoba menyajikan, menganalisis konsep, memetakan metode, menelaah,

menelusuri, serta mengkaji kembali dibalik sejarah perkembangan dan pengembangan ilmu

fisika serta mengkaitkan perkembangan ilmu fisika dengan peradaban dunia modern. Secara

garis besar tujuan yang akan dicapai dalam buku ini yaitu:

o Untuk mengetahui sejarah perkembangan fisika klasik

o Untuk mengetahui sejarah perkembangan fisika modern

o Untuk mengetahui sejarah perkembangan ilmu mekanika

o Untuk mengetahui sejarah perkembangan ilmu panas

o Untuk mengetahui sejarah perkembangan ilmu optik

o Untuk mengetahui sejarah perkembangan ilmu astronomi


Page 4

BAB II

SEJARAH PERKEMBANGAN ILMU FISIKA

A. KELAHIRAN FISIKA KLASIK

1. Sejarah Munculnya Fisika Klasik dan Pengaruhnya Pada Perkembangan Ilmu Fisika

a. Fisika zaman purbakala

Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda: mengapa

objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang

berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk Bumi dan sifat dari

objek celestial seperti Matahari dan Bulan.

Revolusi ilmu yang berlangsung terjadi pada sekitar tahun 1600 dapat dikatakan menjadi

batas antara pemikiran purba dan lahirnya fisika klasik. Dan akhirnya berlanjut ke tahun

1900 yang menandakan mulai berlangsungnya era baru yaitu era fisika modern.

b. Fisika di abad ke-18

Dimulai dari tahun 1800an sampai 1890an. Pada periode ini diformulasikan konsep-

konsep fisika yang mendasar yang sekarang kita kenal dengan sebutan Fisika Klasik. Dalam

periode ini Fisika berkembang dengan pesat terutama dalam mendapatkan formulasi-formulasi

umum dalam Mekanika, Fisika Panas, Listrik-Magnet dan Gelombang, yang masih terpakai

sampai saat ini. Dalam Mekanika diformulasikan Persamaan Hamiltonian (yang kemudian

dipakai dalam Fisika Kuantum), Persamaan gerak benda tegar, teori elastisitas, hidrodinamika.

Persamaan Hamiltonian merupakan bentuk baru dari persamaan gerak. Persamaan Hamiltonian

ini pada periode berikutnya sangat sesuai dengan persamaan gerak mekanika gelombang

Schrodinger yang sangat berguna dalam memecahkan persoaalan teoritis dan dikenal dengan

operator Hamilton.

Dalam Fisika Panas diformulasikan Hukum-hukum termodinamika, teori kinetik gas,

penjalaran panas dan lain-lain. Pada 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi,

dalam bentuk panas dan juga dalam energi mekanika.Dalam Listrik-Magnet diformulasikan

Hukum Ohm, Hukum Faraday, Teori Maxwell dan lain-lain. Sifat listrik dan magnetisme

dipelajari oleh Michael Faraday, George Ohm, dan lainnya. Pada 1855, James Clerk Maxwell


Page 5

menyatukan kedua fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme, dijelaskan oleh persamaan

Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Dalam

Gelombang diformulasikan teori gelombang cahaya, prinsip interferensi , difraksi dan lain-lain.

Periode ini sangat singkat sekitar 90 tahun dari tahun 1800-1890. Pada periode ini

penerapan fisika kedalam teknologi berkembang sangat pesat. Demikian juga dalam bidang

mekanika banyak diterapkan dalam kehidupan manusia sehari-hari. Pada periode ini timbulnya

fisika klasik masih diwarnai hukum-hukum gerak Newton dan transformasi Galileo. Pada

periode ini juga terjadi pengembangan pada bidang optik. Ditandai dengan adanya penerapan

pada teori gelombang terhadap teori emisi Newton. Pada periode ini juga banyak penemuan-

penemuan tentang listrik magnet yang mempunyai peranan dalam kehidupan manusia sehari-

hari.

Penemuan-penemuan tentang listrik magnet pada periode ini adalah :

Galvani

Pengamatannya tentang electricity (kelistrikan).

Volta

Volta menemukan bahwa potensial listrik juga dapat dihasilkan dengan zat-zat

anorganik.

Volta juga menulis tentang baterai pertama yang dapat memberikan arus listrik

yang dalam sejarahnya dikenal dengan elemen volta (tiang volta).

Arus listrik timbul dari effek hubungan dua logam yang beraliran.

Oersted

Bahwa disekitar arus listrik terdapat medan magnet.

Biot Savart

Bahwa ada pengaruh medan magnet dari suatu kawat yang melingkar yang diberi arus

listrik pada acuan tertentu.

Ampere

Menemukan besarnya kuat arus listrik dengan menggunakan alat ukur yang disebut

dengan amperemeter.

Faraday


Page 6

Menemukan adanya arus listrik induksi yang ditimbulkan dari pengaruh perubahan garis-

garis gaya magnet yang masuk atau keluar dari kumparan.

Lorenz

Menemukan adanya gaya yang ditimbulkan dari dua kawat berarus listrik sejajar, yang

terdapat di dalam medan magnet.

c. Perkembangan Sejarah Atom

Timbulnya fisika klasik juga ditandai dengan perkembangan sejarah atom dari para

penemu teori atom. Adapun ahli yang berperan dalam hal ini adalah:

John Dalton

Yang ditemukan dalam teori atomnya. Unsur-unsur terdiri atas partikel-partikel kecil

yang tak dapat dibagi lagi yang disebut dengan atom.

Faraday

Selain dalam perkembangan listrik magnet Faraday juga berperan dalam perkembangan

atom.

James Clerk Maxwel

Menemukan secara teoritis untuk hukum ditribusi kecepatan antar molekul-molekul gas.

d. Perkembangan Fisika Klasik zaman Benjamin Thompson ( 1753-1814)

Benjamin Thompson (sering dikenal sebagai Count Rumford lahir pada tanggal 26

Maret 1753 dan wafat pada tanggal 21 Agustus 1814, pada usia 61 tahun) Benjamin Thompson

adalah penemu, ilmuwan, negarawan, dan tentara terkenal kelahiran Amerika.

Kontribusi Thompson yang terbesar pada dunia fisika adalah pemikirannya tentang teori

kalor. 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.

Saat Benjamin Thompson meneliti tentang peluru meriam, Benjamin Thompson mengajukan

suatu teori baru yang menyatakan bahwa kerja mekanis akan menghasilkan kalor dan kalor

tersebut merupakan suatu bentuk gerak (yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kalori

sebelumnya), lewat sebuah laporannya kepada Royal Society yang berjudul An Experimental

Enquiry concerning the Source of Heat excited by Friction (1798). Teori tersebut berhasil

memberikan penjelasan mengapa panas yang dihasilkan dari gesekan peluru meriam (bubuk


Page 7

mesiu) tidak akan pernah habis. Dalam laporan tersebut terdapat perhitungan jumlah kuantitas

kalor yang diproduksi oleh energi mekanis. Teori yang dikemukakan Thompson berhasil

merumuskan teori kinetic kalor yang dikemukakan James C. Maxwell pada tahun 1871.

Sumbangan Benjamin Thompson dalam sejarah perkembangan kalor pada masa fisika

klasik diantaranya yaitu :

Meletakkan dasar teori kinetik panas modern dan energy.

Membantah bahwa panas itu suatu zat alir ( caloric ).

Menyatakan bahwa panas adalah suatu bentuk gerakan. Dan caloric itu di anggap

keluar bila benda didinginkan.

Menemukan metode perpindahan panas (heat transfer).

Menyatakan bahwa dalam cairan dan gas, panas mengalir dari satu tempat ke

tempat yang lain. Zat alir panas mengalir ke atas dan yang dingin kebawah.

e. Penelitian Thomas Young ( 1773-1829)

Thomas Young adalah seorang dokter Inggris dan ahli fisika. Pada usia empat belas ia

telah berkenalan dengan orang-orang Latin, Yunani, Perancis, Italia, Ibrani, Arab dan Persia.

Begitu besar perhatian dan pengetahuannya yang luas ia dipanggil Fenomena Muda oleh teman-

temannya di Cambridge. Minat awalnya dalam penelitian dan metode ilmiahnya adalah tentang

lensa, dan ia adalah orang pertama yang menyadari bahwa mata memfokuskan dengan

mengubah bentuk lensa. Ia menemukan penyebab astigmatisme, dan inisiator, dengan Helmoltz.

Perobaan Thomas Young terkenal adalah percobaan celah ganda. Yaitu ditetapkan bahwa

cahaya adalah gerakan gelombang, meskipun kesimpulan ini sangat ditentang oleh para ilmuwan

kontemporer, yaitu cahaya adalah sel hidup di alam dari pendapat Newton dan menurut Newton

pendapatnya tidak mungkin salah.

Namun penemuan Thomas Young segera dikonfirmasi oleh para ilmuwan Perancis dan

Fresnel Arago. Ia mengusulkan bahwa cahaya adalah gerakan gelombang transversal (sebagai

lawan longitudinal). Semua gerakan gelombang harus didukung dalam medium materi,

termasuk gelombang cahaya yang diduga melakukan perjalanan melalui medium yang disebut

eter.


Page 8

Thomas Young juga memfokuskan diri dan bekerja di tegangan permukaan, elastisitas

(modulus Young, ukuran kekakuan bahan), dan memberikan salah satu definisi ilmiah energi

mula-mula sebelum berubah menjadi energi bentuk lain.

f. Penelitian Thomas Young tentang gelombang cahaya

Dalam penilaian Thomas Young sendiri, dari sekian banyak prestasi yang paling penting

adalah menetapkan teori gelombang cahaya . Untuk melakukannya, ia harus mengatasi

pandangan Isaac Newton tentang Optik, bahwa cahaya adalah partikel. Namun demikian,

pada awal abad ke-19 Thomas Young mengajukan sejumlah alasan teoritis mendukung teori

gelombang cahaya, dan dia mengembangkan dua demonstrasi untuk mendukung pandangan ini.

Dengan tangki riak ia mendemonstrasikan ide gangguan dalam konteks gelombang air. Dengan

dua-celah, atau eksperimen celah ganda , ia menunjukkan gangguan dalam konteks cahaya

sebagai gelombang.

Dalam sebuah makalah berjudul Percobaan dan Perhitungan Sehubungan dengan Optik

Fisik, diterbitkan pada tahun 1803, Thomas Young menggambarkan suatu eksperimen di mana ia

menempatkan kartu sempit dalam suatu berkas cahaya dari bukaan tunggal di sebuah jendela dan

mengamati pinggiran warna dalam bayangan dan sisi kartu. Hal ini mendukung anggapan bahwa

cahaya terdiri dari gelombang .

g. Modulus Young

Pada tahun 1807, Modulus Young yang mengaitkan stres (tekanan) yang berhubungan

strain nya (perubahan panjang sebagai rasio dari panjang asli). Modulus Young tidak tergantung

pada komponen yang diperiksa, akan tetapi Modulus merujuk pada sebuah asset material yang

melekat. Modulus Young untuk pertama kalinya, memprediksi regangan dalam subjek

komponen tegangan yang diketahui.

Sebelum kontribusi Young, yang diperlukan untuk menerapkan F Hooke dengan

hubungan kx = F ,untuk mengidentifikasi deformasi (x) dari suatu subjek tubuh untuk sebuah

beban yang diketahui (F), di mana (k) konstan adalah fungsi dari kedua geometri dan material di

bawah pertimbangan. Menemukan k diperlukan pengujian fisik untuk setiap komponen baru,

sebagai F = hubungan kx merupakan fungsi dari kedua geometri dan material. Modulus Young

hanya bergantung pada bahan, tidak geometri, sehingga memungkinkan sebuah revolusi dalam

strategi rekayasa.


Page 9

h. Visi Thomas Young dan Teori Warna

Thomas Young juga telah disebut pendiri optik fisiologis . Pada 1793 ia menjelaskan

modus di mana mata mengakomodasi sendiri untuk visi pada jarak yang berbeda tergantung pada

perubahan kelengkungan dari lensa kristal , pada tahun 1801 ia adalah yang pertama untuk

menggambarkan Silindris , kemudian dikembangkan oleh Hermann von Helmholtz , bahwa

persepsi warna tergantung pada kehadiran di retina tiga jenis serabut saraf yang masing-masing

untuk menanggapi, hijau dan violet lampu merah. Hal ini mewarnai pemahaman modern tentang

penglihatan warna , dalam menemukan mata tertentu yang memang memiliki tiga reseptor warna

yang sensitif terhadap rentang panjang gelombang yang berbeda. Yang patut di catat dari

penelitian Thomas Young adalah :

Thomas Young yang menghidupkan kembali teori gelombang cahaya Huygens. Thomas

Young menyatakan bahwa terpecahnya berkas cahaya di bidang batas antara dua

medium, menjadi berkas cahaya refraksi. Yang tidak dapat di jelaskan secara memuaskan

oleh teori emisi Newton.

Thomas Young mengusulkan prinsip interferensi dari dua gelombang sebagai keterangan

dari cincin newton dan warna dari plat-plat tipis.

i. Pengaruh Paradigma Klasik Pada Penerapan Bidang Teknologi Khususnya Bidang

Biologi Biomedis

Proses perkembangan fisika klasik memberikan pemikiran baru dalam penerapan

teknologi. Adapun pengaruh dari paradigma fisika klasik tersebut dalam penerapan bidang

biologi dan biomedis adalah sebagai berikut:

Bidang Biologi

a) Organisme hidup dipandang sebagai sebuah mesin yang terbangun atas bagian

bagian yang terpisah (reduksionisme Cartesian). Giovanni Borelli (murid Galileo),

menjelaskan bahwa aspek dasar aksi otot dengan pengertian mekanika.

b) Wiliam Harvey berpendapat bahwa system peredaran darah adalah fisiologi

mekanistik.

c) Luigini Galvani menunjukkan bahwa transmisi impuls saraf memiliki kaitan dengan

arus listrik.


Page 10

d) Konsep Descartes tentang esensi neurofisiologi yaitu bahwa organism masih

dianggap mesin, hanya saja lebih rumit sebab juga melibatkan fenomena kimia dan

listrik.

e) Generalisasi paling kuat dalam biologi adalah semua organisme tersusun atas sel.

Fungsi-fungsi

f) biologi dipandang sebagai hasil interaksi antara balok-balok sel (reduksionis

Cartesian).

g) Louis Pasteur meneliti tentang korelasi kuman dan penyakit (reduksi Cartesian)

h) Munculnya konsep determinisme genetis, yaitu sifat karakter suatu organisme

ditentukan oleh unsur genetisnya.

Bidang biomedis

a) Pada tubuh manusia dianggap mesin yang dapat dianalisis menurut bagian-bagian

penyakit.

b) Organ-organ tubuh mengalami mal fungsi maka peran dokter adalah campur tangan

untuk membetulkan mal fungsi tersebut.

c) Sebelum Descartes, untuk menyembuhkan penyakit maka perhatian diarahkan pada

saling hubungan antara tubuh dan jiwa, konteks lingkungan dan spiritual pasien. Dan

fisafat Descartes telah mengubah pandangan bahwa dokter memusatkan perhatian

pada tubuh pasien saja dan mengabaikan terhadap aspek-aspek psikologis, social dan

lingkungan.

j. Pengaruh Paradigma Klasik Abad ke 17 Terhadap Pandangan Para Dokter.

a) Gagasan taksonomi Lineaus menuntuk dilakukannya taksonomi penyakit karena

mikroba atau bakteri dengan menerapkan ilmu diagnosis penyakit. Pada tahun 1950

an ditemukan obat psikotik dan obat penenang. Sejak saat itu terjadilah transformasi

besar-besaran dengan metode rawat jalan.

b) Seseorang yang sehat dapat diibaratkan sebagai arloji yang kuat dalam kondisi

mekanis yang sempurna. Sedangkan seseorang yang sakit dapat diibaratkan bagaikan

arloji yang bagian-bagiannya tidak berfungsi sebagai mana mestinya.

c) Akibat dari paradigm Cartesian dalam biomedis, profesi perawatan kesehatan

mengalami perubahan pandangan, bahwa dokter tidak pernah tertarik mempelajari


Page 11

peran stress dan emosi terhadap penyakit, tetapi dokter lebih menyukai analisa atau

diagnose penyakit terhadap kondisi pasien.

B. KEHADIRAN FISIKA MODERN

1. Perkembangan Fisika pada Akhir Abad ke-19

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. 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


Page 12

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.

Pada tahun 1909, Robert Milikan melakukan sebuah percobaan yang sering disebut

percobaan tetes minyak Milikan (atau dikenal pula sebagai Percobaan oil-drop) saat itu

dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron. Rober Millikan melakukan percobaan

tersebut dengan menyimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu

tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui besarnya

medan listrik, muatan pada tetes minyak yang dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan

mengulangi eksperimen ini sampai beberapa kali, ia menemukan bahwa nilai-nilai yang terukur

selalu kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini

adalah muatan dari 1 elektron = 1.602 1019 coulomb (satuan SI untuk muatan listrik).

Tahun 1923, Millikan mendapat sebagian hadiah Nobel bidang fisika akibat

percobaannya ini. Eksperimen ini sejak saat itu sering kali dicoba dari generasi ke generasi dari

siswa-siswa bidang fisika, walaupun demikian agak sulit dan mahal untuk melakukan

eksperimen ini dengan tepat.


Page 13

2. Perkembangan Fisika Modern (1890an-sekarang)

Pada akhir abad ke 19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui

fisika klasik. Hal ini menuntut pengembangan konsep fisika yang lebih mendasar lagi yang

sekarang disebut Fisika Modern. Dalam periode ini dikembangkan teori-teori yang lebih umum

yang dapat mencakup masalah yang berkaitan dengan kecepatan yang sangat tinggi (relativitas)

atau dan yang berkaitan dengan partikel yang sangat kecil (teori kuantum). 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.

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

Schrodinger, 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.

Percobaan Michelson-Morley, salah satu percobaan paling penting dan mahsyur 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 teoritis 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,


Page 14

suatu teori yang sukar diterima pada waktu itu, bahkan Michelson sendiri kurang bisa

menerimanya.

Percobaan Millikan atau dikenal pula sebagai Percobaan oil-drop (1909) saat itu

dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron. Rober Millikan melakukan percobaan

tersebut dengan menyimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu

tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui besarnya

medan listrik, muatan pada tetes minyak yang dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan

mengulangi eksperimen ini sampai beberapa kali, ia menemukan bahwa nilainilai yang terukur

selalu kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini

adalah muatan dari 1 elektron = 1.602 1019 coulomb (satuan SI untuk muatan listrik). Tahun

1923, Millikan mendapat sebagian hadiah Nobel bidang fisika akibat percobaannya ini.

Istilah fisika modern diperkenalkan karena banyaknya fenomena-fenomena mikroskopis

dan hukum-hukum baru yang ditemukan sejak tahun 1890.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 kepada pengembangan 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.

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 benda. Teori-teori tersebut meskipun sukses, tetapi sangat tidak ada penjelasan jelas

untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama.


Page 15

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 Schrodinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan

Schrodinger. Schrodinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebutsama.

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 bracket 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.

Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960-an. Teori yang kita kenal

sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975. 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, dilepaskan E = hv di mana E adalah energi (J), h adalah tetapan

Planck, h = 6,63 x 10-34 (Js), v adalah frekuensi dari cahaya (Hz). Dalam spektrometer massa,

telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang di ionisasi tidak kontinu hanya pada

frekuensi atau panjang gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat.

3. Perkembangan Sains dan Fisika Abad ke-20

Perkembangan science di abad ke-20 sangat pesat. Tahun 1896, terdapat sekitar 50.000

orang yang melaksanakan tradisi sains dan tidak lebih dari 15.000 orang yang bertanggung jawab

terhadap perkembangan pengetahuan dalam bidang sains. Enam puluh enam tahun kemudian

yaitu di abad ke-20 setidaknya ada satu juta orang yang bekerja sebagai peneliti sains. Jumlah

total seluruhnya termasuk yang bekerja di bidang industri, pemerintahan, dan pendidikan tidak


Page 16

dapat ditentukan secara akurat tetapi lebih dari dua juta orang yang terlibat dalam penelitian

sains. (Bernald. 1981:714).

Perkembangan sains bukan hanya dalam jumlah orang yang terlibat, tetapi karakter sains

dalam hubungannya dengan masyarakat pun berubah. Sains dalam pertumbuhannya tergantung

pada industri dan pemerintah. Bahkan mulai memasuki dunia institusi pengajaran dan militer.

Ciri nyata lainnya dari trasnformasi ini adalah lokasi geografis. Tahun 1896 seluruh

praktek sains dunia terpusat di Jerman, Inggris dan Prancis. Sisanya di Amerika dan Eropa dan

hanya sedikit di Asia dan Africa. Tahun 1954, ketika sains di Jerman, Inggris, dan Prancis sangat

berkembang meskipun tidak merata, pertumbuhannya jauh melebihi pertumbuhan sains di

Amerika dan Uni soviet. Jepang dan India membuat kontribusi yang mendasar terhadap

perkembangan sains dunia sejak permulaan abad ke-20. Kemerdekaan China menambah dimensi

baru terhadap bangunan sains. Pola ini kemudian menyebar ke negara-asia lainnya seperti

korean, vietnam, dan Indonesia.

Dari uraian di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa sains abad ke dua puluh berkembang

hampir di seluruh belahan dunia. Sains pada abad dua puluh bukan hanya milik para ilmuwan di

perguruan tinggi dan lembaga penelitian tetapi sudah memasuki dunia ekonomi, sosial,

pemerintahan dan militer. Sains sangat mempengaruhi kehidupan manusia dalam segala hal.

Dalam perkembangan sains dapat dibedakan menjadi:

a. Dari Gravitasi ke Relativitas Khusus

Sampai dengan 300 tahun yang lalu, wajah Bumi dan peradabannya masih sangat kusam,

menyedihkan bahkan menyeramkan. Buta aksara, angka kematian bayi yang sangat tinggi, usia

harapan hidup yang pendek adalah beberapa yang membayangi kehidupan manusia. Perbudakan,

penjajahan, penganiayaan atas sesama demi kepuasan tontonan yang menjadi bagian hiburan

terjadi di bagian dunia yang justru relatif lebih beradab. Yang memiliki martabat hanyalah

segelintir orang yang berada dalam istana dan memegang kekuasaan. Dalam keadaan seperti

itulah, hidup Isaac Newton (1642-1727), meletakkan dasar-dasar penalaran ilmiah dari banyak

disiplin ilmu, dan mempunyai andil yang sangat besar pada perkembangan ilmu serta pemikiran

filsafat.

Teori Gravitasi Newton mempersatukan teori gerakan linear lurus yang dikemukakan

Galileo dengan gerakan linear dalam garis tertutup yang diajukan oleh Keppler. Hukum-hukum

Mekanika Newton memberi inspirasi pada pembuatan alat-alat bantu sederhana dalam kehidupan


Page 17

manusia. Apalagi prinsip-prinsip mekanik Newton dipacu secara spektakuler oleh temuan mesin

Uap oleh James Watt tahun 1765. Dengan dua pilar itu dunia memasuki dunia industri. Selama

dua abad para ilmuwan bersepakat bahwa Newton telah membuat garis besar system of the

world.

Sampai akhir abad ke-19, para ilmuwan telah memiliki gambaran komprehensif tentang

bagaimana kerja dunia. Sejumlah orang besar telah menyelesaikan problem besar. Tugas penerus

hanyalah mengisi detil, untuk menambah angka desimal selanjutnya. Seabad setelah Newton,

matematikawan Perancis Lagrange (1736-1813) mengungkapkan pandangannya bahwa Newton

adalah Jenius terbesar yang pernah ada, kita tak dapat menemukan lebih dari satu tatanan dunia

yang mantap. Aleksander Pope secara khusus membuatkan sebait puisi untuknya. Karena merasa

bisa menjelaskan segala sesuatu, fisika klasik tampaknya sudah tak punya prospek lagi. Tak ada

lagi kejayaan disana. Bahkan guru Max Planck (1858 1947) sempat berujar Fisika sudah tamat

riwayatnya dan sudah menjadi jalan buntu. Itulah sebabnya ia menganjurkan Planck untuk

mendalami musik dan menjadi pianis konser. Tetapi Planck tetap memilih fisika dan dengan

teori kuantumnya serta teori relativitas Einstein, meluluh lantakkan pondasi sistem Newtonian.

Peralihan abad membawa krisis atau revolusi dalam fisika. Kedua teori itu telah

menghadirkan paradigma baru. Menurut Thomas Khun, (Smolicz, 1984) pergeseran paradigma

dibarengi oleh suatu revolusi pengetahuan. Sedemikian luasnya revolusi tersebut sehingga

tampak abadi tidak tergantikan, Sistem Newton tampak menjadi seperti ilusi. Albert Eisnten

memperlihatkan bahwa massa dapat dikonversi menjadi energi. Sehingga untuk Newton baru ini,

Sir John Squire tergoda untuk menambahkan bait baru untuk puisi di atas. Mengingat

perkembangan ilmu pengetahuan alam pada abad ini jauh lebih kompleks dan lebih pesat

daripada perkembangan dalam abad XIX, maka artikel ini hanya membahas teori yang terkenal

pada abad ini yaitu Teori Relativitas Einstein, Teori Kuantum Planck, Kelistrikan, dan

Radioaktivitas Becquerel.

b. Teori Relativitas Einstein.

Cohen dalam Conny Semiawan (1988) berpendapat bahwa, baik untuk ilmuwan maupun

non ilmuwan, relativitas melambangkan revolusi ilmu pada abad ke-20. Teori relativitas khusus

yang dirilis Einstein tahun 1905 memperlihatkan bahwa hanya gerak relatif yang dapat diamati,

bergantung dari gerakan pengamatnya. Teori ini berbicara tentang hukum fisika berlaku sama

untuk semua pengamat selama mereka bergerak dengan kecepatan konstan pada arah yang tetap.


Page 18

Misalkan seseorang berdiri di peron stasiun kereta api dan melihat seseorang menggigit rotinya

dua kali di dalam gerbong kereta yang berjalan. Bagi kita yang ada di peron, kita mengatakan ia

menggigit di dua tempat berbeda. Namun bagi orang-orang yang ada dalam gerbong kereta,

mereka mengatakan bahwa orang tersebut menggigit rotinya ditempat yang sama. Di sinilah

relativitas bekerja.

Teori relativitas khusus tidak cocok dengan teori gravitasi Newton yang menyatakan

bahwa benda-benda tertarik satu sama lain dengan gaya yang bergantung pada jarak benda-benda

itu. Artinya jika kita menggerakkan salah satu benda, maka seketika itu pula gaya yang bekerja

akan berubah. Hal ini berarti bahwa efek gravitasi bergerak dengan kecepatan tak hingga, tidak

seperti yang diperkirakan oleh teori relativitas khusus (yang menyatakan tak ada sesuatu yang

bergerak lebih pesat dari kecepatan cahaya.

Konsekuensi logis dari teori relativitas adalah ditinggalkannya ide-ide yang berkenaan

dengan ruang dan waktu mutlak dan konsep eter yang menyerap ke semua tempat, yang waktu

itu dianggap sebagai medium untuk perambatan cahaya dan semua bentuk radiasi

elektromagnetik lainnya. Sepuluh tahun kemudian (1915), Einstein melengkapinya dengan Teori

Relativitas Umum. Teori ini pada dasarnya berbicara tentang ruang alam semesta yang

melengkung.

Dalam teorinya yang baru ini, Einstein mengatakan bahwa gravitasi bukanlah merupakan

gaya seperti gaya-gaya yang lainnya, namun dia menggambarkan gravitasi sebagai konsekuensi

ruang-waktu yang tidak datar. Distribusi massa dan energi membuat ruang-waktu terpilin atau

melengkung. Benda-benda seperti bumi tidak bergerak dalam orbit melengkung karena gaya

yang disebut gravitasi, namun benda-benda itu mengikuti suatu lintasan dalam ruang

melengkung. Meskipun kedua teori itu sama-sama revolusioner, perhatian dunia lebih tertuju

pada relativitas khusus karena adanya verifikasi ramalan pada teori umum, yaitu bahwa cahaya

bintang yang melintas dekat matahari dibengkokkan oleh gravitasi matahari.

Pada mulanya tidak banyak ahli fisika yang dapat menerima teori relativitas khusus.

Kesukarannya terutama bersifat konseptual meskipun juga terdapat rintangan eksperimental.

Sedikit demi sedikit rintangan eksperimental dapat diatasi melalui Buchener dan Huppka. Sejak

1914-1916 terus menerus ditemukan berbagai bukti eksperimental yang mendukung teori

relativitas.


Page 19

Selain melalui eksperimen, teorinya sendiri mengalami rekonstruksi fundamental di

tangan Hermann Minkowski yang mengajarkan matematika pada Einstein. Minkowski

memperkenalkan konsep kesatuan ruang-waktu empat dimensi yang menggantikan konsep

terpisah dari ruang tiga dimensi dan waktu yang satu dimensi. Ia juga membuktikan bahwa dari

sudut pandang relativitas bahwa teori Gravitasi Newton yang tradisional tidak adekuat.

Kontribusi Minkowski diakui oleh Einstein dengan mengatakan tanpa itu, teori relativitas umum

barangkali tidak akan meninggalkan popoknya. Max Born menjumpai bahwa Teori Einstein baru

dan revolusioner. Einstein memiliki keberanian untuk menantang filsafat Newton yang sudah

mapan.

Mengenai konsep tradisional ruang dan waktu ia memang mengakui kekuatan revolusi

intelektual Einstein dan revolusinya di atas kertas, tetapi itu belumlah suatu revolusi dalam ilmu.

Ide-ide baru dan cara berpikir yang baru itu masih harus dipelajari, diterima, diterapkan dan

dijadikan basis dari keyakinan ilmuwan umumnya. Relativitas umum adalah revolusi Einstein

yang kedua. Sebuah lompatan jauh ke depan yang meninggalkan banyak ahli fisika, justru pada

waktu banyak dari mereka telah memihak kepada relativitas khusus. Sampai-sampai Max Planck

yang merupakan pendukung relativitas khusus yang paling bersemangat, bertanya pada Eintein,

Semuanya sudah hampir beres, mengapa anda mencari masalah lain? Einstein melakukan ini

karena ia mengetahui bahwa relativitas khusus tidak lengkap, bahwa relativitas khusus tidak

membahas percepatan dan gravitasi. Ide utama yang menggerakannya adalah sebuah pikiran

sederhana, Jika orang jatuh bebas, ia tidak akan merasakan beratnya sendiri.

Salah satu ciri intelektual teori relativitas umum yang spektakuler adalah reduksi

kekuatan-kekuatan gravitasi Newton menjadi aspek-aspek lengkungan empat dimensi ruang dan

waktu. Hal ini berarti bahwa relativitas umum menyiratkan terdapatnya kekeliruan atau

kekurangan esensial selama itu. Einstein mendapatkan hadiah Nobel tahun 1921 sebagai

penghargaan atas kerja kerasnya dalam bidang Fisika.


Page 20

C. SEJARAH PERKEMBANGAN ILMU MEKANIKA

1. Latar Belakang

Mekanika merupakan cabang ilmu fisika tertua yang berhubungan dengan materi

(benda), yaitu ilmu yang mempelajari gerak benda, baik benda yang diam (statika) maupun

benda yang bergerak (kinematika dan dinamika). Kinematika merupakan ilmu fisika yang

mempelajari gerak suatu benda tanpa memperhatikan penyebab gerak benda tersebut, sedangkam

dinamika merupakan ilmu fisika yang mempelajari gerak suatu benda dengan memperhatikan

atau memperhitungkan penyebab gerak benda tersebut.

Masalah mekanika merupakan hal yang cukup penting dalam perkembangan ilmu fisika

untuk kita pelajari karena masalah mekanika sangat erat kaitannya dengan peristiwa yang tejadi

dalam kehidupan kita sehari-hari. Sebagaimana kita ketahui bahwa fisika merupakan ilmu yang

mempelajari gejala alam yang dapat diamati dan diukur, dan kasus mekanika merupakan salah

satu gejala alam yang dapat diamati dan diukur.

Dalam perkembangannya, mekanika dibagi dalam menjadi dua yaitu mekanika klasik dan

mekanika kuantum. Mekanika klasik dititik beratkan pada benda-benda yang bergerak dengan

kecepatan jauh dibawah kecepatan cahaya, sedangkan mekanika kuantum dititik beratkan pada

benda-benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya.

2. Perkembangan Ilmu Mekanika

a. Perkembangan Mekanika Klasik

Perkembangan mekanika klasik didasarkan pada perkembangan sejarah fisika, yaitu :

Periode I ( Pra Sains-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


Page 21

dunia. Dari ayahnya, Aristoteles mungkin memperoleh dorongan minat di bidang

biologi dan "pengetahuan praktis".

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. 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.


Page 22

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. 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.

3. 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 sumur 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. Jarak antara Syene sampai Alexandria +/- 5000 stade.

Dengan dasar itu dibut prakiraan bahwa diameter bumi berkisar: 50x5000 stade =

25.000stade = 42.000Km.

Pengukuran tentang diameter bumi diketahui adalah 40.000 km. Ternyata, astronomer

jaman kuno juga tidak kalah cerdasnya, dengan deviasi kurang dari 5%.

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


Page 23

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 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. Bahkan lebih penting lagi Galileo

berkemampuan menghimpun hasil penemuannya dengan formula matematik.

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


Page 24

waktu yang kecil. Dia kemudian menunjukkan bahwa asumsi ini dapat diuji dengan

mengukur jarak yang dilalui, dari pada mencoba mengukur kecepatan secara langsung.

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:

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.

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 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


Page 25

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.

3. Evangelista Torricelli (1608 M 1647 M)

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.

4. Otto von Guericke ( 1602 M 1686 M)


Page 26

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. Kemudian 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.

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)


Page 27

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.

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.

Diungkapkan sebagai sebuah persamaan di mana F gaya gravitasi diantara dua benda

bermassa m1 dan m2, r adalah jarak antara pusat-pusatnya, dan G adalah tetapan

gravitasi . Gerak sebuah planet mengelilingi matahari adalah suatu kombinasi gerak

garis lurus yang ia harus miliki jika tak ada gaya yang bekerja kepadanya dan

percepatannya karena gaya gravitasi matahari.


Page 28

Periode III ( Fisika Klasik 1800 M-1900 M )

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 mencapai tiga belas tahun. Euler khusus ahli

mendemonstrasikan bagaimana hukum-hukum umum mekanika, yang telah

dirumuskan di abad sebelumnya oleh Isaac Newton, dapat digunakan dalam jenis

situasi fisika tertentu yang terjadi berulang kali.

Misalnya, dengan menggunakan hukum Newton dalam hal gerak cairan, Euler sanggup

mengembangkan persamaan hidrodinamika. Juga, melalui analisa yang cermat tentang

kemungkinan gerak dari barang yang kekar, dan dengan penggunaan prinsip-prinsip

Newton. Dan Euler berkemampuan mengembangkan sejumlah pendapat yang

sepenuhnya menentukan gerak dari barang kekar. Dalam praktek, tentu saja, obyek

benda tidak selamanya mesti kekar. Karena itu, Euler juga membuat sumbangan

penting tentang teori elastisitas yang menjabarkan bagaimana benda padat dapat

berubah bentuk lewat penggunaan tenaga luar.

Pengetahuan modern dan teknologi akan jauh tertinggal di belakang, tanpa adanya

formula Euler, rumus-rumusnya, dan metodenya. Sekilas pandangan melirik indeks

textbook matematika dan fisika akan menunjukkan penjelasan-penjelasan ini sudut

Euler (gerak benda keras); kemantapan Euler (deret tak terbatas); keseimbangan Euler

(hydrodinamika); keseimbangan gerak Euler (dinamika benda keras); formula Euler


Page 29

(variabel kompleks); penjumlahan Euler (rentetan tidak ada batasnya), curve polygonal

Eurel (keseimbangan diferensial); pendapat Euler tentang keragaman fungsi

(keseimbangan diferensial sebagian); transformasi Euler (rentetan tak terbatas); hukum

Bernoulli-Euler (teori elastisitis); formula Euler-Fourier (rangkaian trigonometris);

keseimbangan Euler-Lagrange (variasi kalkulus, mekanika); dan formula Euler-

Maclaurin (metode penjumlahan) itu semua menyangkut sebagian yang penting-penting

saja.

3. 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 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.

Prinsip Hamilton mengatakan: Dari seluruh lintasan yang mungkin bagi sistem

dinamis untuk berpindah dari satu titik ke titik lain dalam interval waktu spesifik

(konsisten dengan sembarang konstrain), lintasan nyata yang diikuti sistem dinamis

adalah lintasan yang meminimumkan integral waktu selisih antara energi kinetik

dengan energi potensial.

4. Joseph-Louis Lagrange ( 1736 M 1813 M )

Persamaan gerak partikel yang dinyatakan oleh persamaan Lagrange dapat diperoleh

dengan meninjau energi kinetik dan energi potensial partikel tanpa perlu meninjau gaya


Page 30

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.

Persamaan Lagrange merupakan persamaan gerak partikel sebagai fungsi dari

koordinat umum, kecepatan umum, dan mungkin waktu. Waktu berpengaruh dalam

persaman Lagrange dikarenakan persamaan transformasi yang menghubungkan

koordinat kartesian dan koordinat umum mengandung fungsi waktu. Pada dasarnya,

persamaan Lagrange ekivalen dengan persamaan gerak Newton, jika koordinat yang

digunakan adalah koordinat kartesian.

Dalam mekanika Newtonian, konsep gaya diperlukan sebagai kuantitas fisis yang

berperan dalam aksi terhadap partikel. Dalam dinamika Lagrangian, kuantitas fisis yang

ditinjau adalah energi kinetik dan energi potensial partikel. Keuntungannya, karena

energi adalah besaran skalar, maka energi bersifat invarian terhadap transformasi

koordinat. Dalam kondisi tertentu, tidaklah mungkin atau sulit menyatakan seluruh

gaya yang beraksi terhadap partikel, maka pendekatan Newtonian menjadi rumit atau

bahkan tak mungkin dilakukan.

b. Perkembangan Mekanika Modern

1. Mekanika Kuantum

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 bendah 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 dengan penggunaan kuantisasi. Pada tahun

1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal. Tidak ada

penjelaskan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal teori kuantum lama.

Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg

mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrodinger menemukan mekanika gelombang

dan persamaan Schrodinger. Schrodinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan


Page 31

tersebut sama. Pada tahun 1927, Heinseberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya dan

interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan.

Tahun 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus.

Dia juga menggunakan teori operator, termasuk nota bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun

1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum

sebagai teori operator.

Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London yang

mempublikasikan penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927. Kimia

kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar, termasuk kimiawan

Amerika, Linus Pauling. Berawal pada 1927, percobaan dimulai 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 Schwinger dan Tomonaga pada tahun 1940-an.

Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, proton dan medan elektromagnetik dan

berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.

Teori Kromodinamika Kuantum diformulasikan pada awan 1960an. Teori yang kita kenal

sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross dan Wilzcek pada tahun 1975. Pengembangan

awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain..Sheldon Lee Glashow, Steven

Wienberg, dan Abdus Salam menunjukkan secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan

elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah elektro.

2. Relativitas Umum

Relativitas umum diperkenalkan oleh Albert Einstein pada tahun 1916. Teori ini

merupakan penjelasan gravitasi termutakhir dalam fisika modern. Ia menyatukan teori Einstein

sebelumnya dengan hukum gravitasi Newton.


Page 32

D. SEJARAH PERKEMBANGAN TERMODINAMIKA

A. Sejarah Termodinamika

Pada dasarnya, termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang panas sebagai energi

yang mengalir. Adalah Aristoteles (350 SM) seorang filsuf dan ilmuwan Yunani yang

mengatakan bahwa panas adalah bagian dari materi atau materi tersusun dari panas. Konsep

dan pemikiran Aristoteles tersebut seolah-olah menunjukkan bahwa apapun materi yang ada di

alam ini tersusun atas panas.

Beberapa abad kemudian, penalaran yang dilakukan oleh Aristoteles diteruskan oleh

Galileo Galilei (1593). Galileo berhipotesa bahwa panas adalah sesuatu yang dapat diukur. Hal

itu dapat dibuktikan penemuannya berupa termometer air. Perlu diketahui bahwa konsep dan

pemikiran Aristoteles bukanlah berdasarkan eksperimen namun merupakan teori yang dihasilkan

berdasarkan intuisi dari pemikirannya. Berbeda dengan Aristoteles, Galileo mendasarkan

teorinya dengan eksperimen yang dilakukan (walaupun percobaannya sangat bersifat sederhana)

sehingga antara teori dan eksperimen saling mendukung satu sama lain.

Setelah beberapa abad penemuan Galileo tersebut, Sir Humphrey Davy dan Count

Rumford (1799)berhasil menyimpulkan bahwapanas adalah sesuatu yang mengalir.

Kesimpulan ini mendukung prinsip kerja termometer, tapi membantah pernyataan Aristoteles.

Jika dikaji dengan baik kita dapat menyimpulkan bahwa seharusnya Hukum Ke-Nol

Termodinamikadirumuskan saat itu, tapi karena termodinamika belum berkembang sebagai

ilmu, maka belum terpikirkan oleh para ilmuwan mengenai hukum yang bekerja pada panas

yang mengalir tersebut.

Pada tahun 1756 Joseph Black mengemukakan teorinya tentang panas atau yang lebih

sering dikenal dengan Asas Black pada termodinamika. Eksperimen yang dilakukan Joseph

Black yaitu pada proses pembekuan dan pendidihan air dan campuran air-alkohol yang

mengawalinya pada konsep kalor laten leburan. Dia melakukan penelitian yang sama untuk kalor

laten penguapan, yang merupakan awal dari konsep kapasitas kalor atau kalor spesifik.

Pada tahun 1778, Thomas Alfa Edison memperkenalkan mesin uap pertama yang

mengkonvesi panas menjadi kerja mekanik. Selanjutnya, mesin tersebut disempurnakan oleh

Sardi Carnot (1824). Saat itu, Cranot berupaya menemukan hubungan antara panas yang

digunakan dan kerja mekanik yang dihasilkan. Hasil pemikirannya merupakan titik awal

perkembangan ilmu termodinamika klasik dan beliau dianggap sebagai Bapak Termodinamika.

Pada 1802, Gay-Lussac pertama kali merumuskan hukum bahwa gas berkembang secara

linear dengan tekanan tetap dan suhu yang bertambah (biasanya banyak dikenal sebagai Hukum

Charles).

Pada tahun 1802 Joseph Louis Gay-Lussac menyelidiki pemuaian gas yang dipanaskan.

Dia mengulangi percobaan Alexander Caesar Charles. Gay-Lussac menemukan bahwa bila gas

dipanaskan pada tekanan tetap, volumenya bertambah besar sebanding dengan suhu mutlak. Bila

suhunya dinaikkan dua kali lipat, maka volumenya bertambah dua kali lipat. Hukum ini

ditemukan pada tahun 1787, tetapi Charles tidak mempublikasikannya dalam buku oleh karena

itu,hukum itu kadang-kadang disebut hukum Gay Lussac. Pada 24 Agustus 1804 Gay Lussac dan


Page 33

Jean Baptiste Biot naik balon udara dan mencapai ketinggian 4000 m. Bulan berikutnya Gay

Lussac sendirian naik balon udara dan mencapai ketinggian 7016 m, untuk menyelidiki berbagai

macam tekanan dan suhu udara.

Pada tahun yang sama Julius Robert Mayer untuk pertama kali mengajukan bahwa kalor

atau sering kita ucapkan sebagai panas merupakan salah satu bentuk energi. Mayer

menyimpulkan bahwa di daerah tropis diperlikan lebih sedikit pembakaran makanan untuk

menjaga agar tubuh konstan,dan panas dari pembakaran makanan itu lebih banyak dipakai untuk

melaksanakan kerja dari individu.Jika ternyata kalor dapat diubah menjadi usaha,hal ini berarti

bahwa keduanya merupakan bentuk energi. Mayer mempublikasikan pemikirannya itu tahun

1842.

Pada tahun 1845, James P. Joule merumuskan Hukum Kekekalan Energi, yaitu "Energi

tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan." Dia menyimpulkan bahwa panas dan kerja adalah

dua bentuk energi yang satu sama lain dapat dikonversi. Kesimpulan ini didukung pula oleh

Rudolf Clausius, Lord Kelvin (William Thomson), Helmhozt, dan Robert Mayer.

Selanjutnya, para ilmuwan ini merumuskan hukum pertama termodinamika (1850).

Setahun sebelumnya, Lord Kelvin telah memperkenalkan istilah termodinamika melalui

makalahnya: An Account of Carnots Theory of the Motive Power of Heat.Buku pertama

tentang termodinamika ditulis oleh William Rankine pada tahun 1859, inti dari buku yang ditulis

oleh Rankine perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan

total dari jumlah energi panas yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap

sistem.

Pada tahun 1824 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, misalnya energi kinetik (sekarang bernama siklus Carnot). Untuk

selanjutnya Sadi Carnot melalui teorinya itu meneruskan mesin uap buatan Thomas Alva Edison.

Setelah mempelajari mesin Carnot, Lord Kelvin, Planck, menyimpulkan bahwa pada

suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja,

selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin. Hal ini karena adalah sifat sistem yang selalu menuju

ketidakteraturan, entropi meningkat. Saat itu hukum kedua termodinamika diperkenalkan (1860).

Menurut Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem

tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada temperatur tetap dinyatakan melalui konsep berikut:

total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring

dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Pada volume tetap kesetimbangan dalam sebuah sistem akan cenderung berubah dalam

arah untuk melawan perubahan suhu yang ditentukan pada sistem ini. Penurunan suhu

menyebabkan lepasnya panas dan menaikkan suhu menyebabkan penyerapan panas. Asas

kesetimbangan bergerak ini digeneralisasi 1885 oleh Henri Louis le Chatelier yang memperluas

dengan perubahan volume untuk perubahan tekanan yang dipaksakan; ini dikenal sebagai asas

van 't Hoff-Le Chatelier.


Page 34

Selama tahun 1873-1976, fisikawan matematika Amerika Josiah Willard Gibbs

menerbitkan tiga makalah, salah satunya adalah On the Equilibrium of Heterogeneous

Substances. Makalah tersebut menunjukkan bahwa proses termodinamika dapat dijelaskan secara

matematis, dengan mempelajari energi, entropi, volume, temperatur dan tekanan sistem,

sedemikian rupa untuk menentukan apakah suatu proses akan terjadi secara spontan,

Equilibrium Gibbs menandakan awal termodinamika kimia dengan mengintegrasikan

fenomena kimia, fisika, listrik, dan elektromagnetik menjadi satu sistem yang koheren. Karya

ilmiah ini memperkenalkan konsep-konsep seperti potensi kimia, aturan fase, dan lain-lain, yang

membentuk dasar kimia fisik modern.

On the Equilibrium of Heterogeneous Substances awalnya diterbitkan di sebuah jurnal

Amerika Serikat yang relatif kurang terkenal, yaitu Transactions of the Connecticut Academy,

dalam beberapa bagian pada tahun 1875 sampai 1878 (meski sebagian besar sumber menyebut

"1876" sebagai tahun penerbitannya). Karya ilmiah ini masih belum diketahui publik sampai

akhirnya diterjemahkan ke dalam bahasa Jerman oleh Wilhelm Ostwald dan bahasa Perancis

oleh Henry Louis Le Chatelier.

Pada abad ke-19, James P. Joule mempelajari cara memanaskan air dalam sebuah wadah

menggunakan roda pengaduk dan membandingkan memanasnya air akibat putaran roda

pengaduk dengan memanasnya air dalam wadah yang disentuhkan dengan nyala api atau sumber

listrik. Berdasarkan percobaannya, Joule menyimpulkan bahwa panas atau kalor bukan energi

(kalor bukan suatu jenis energi tertentu, seperti energi kinetik, energi potensial, energi kimia

dll).Panas atau kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu.Jadi ketika panas atau

kalor mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah, sebenarnya

energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah.

Perpindahan energi terhenti setelah benda-benda yang bersentuhan mencapai suhu yang sama

atau keseimbangan termal. Secara umum, proses perpindahan panas dapat diklasifikasikan dalam

3 cara yaitu, secara konduksi, konveksi dan radiasi.

Pada awal abad ke-20, ahli kimia seperti Gilbert N. Lewis, Merle Randall, dan EA

Guggenheim mulai menerapkan metode matematis Gibbs tersebut untuk analisis proses kimia

yang disebut termodinamika kimia. Pada tahun 1885, Boltzman menyatakan bahwa energi dalam

dan entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Pernyataan ini

mengawali berkembangnya termodinamika statistik, yaitu pendekatan mikroskopis tentang sifat

termodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel yang menyusunnya.

Termodinamika statistik merupakan cabang termodinamika yang menyediakan penafsiran

tingkat molekul terhadapbesaran-besaran termodinamika seperti kerja, kalor, dan entropi.

Masalah mendasar dalam termodinamika statistik adalah penentuan distribusi energi E di

antara N sistem identik.Dasar-dasar termodinamika statistik ditetapkan oleh fisikawan seperti

James Clerk Maxwell, W. Nernst, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius dan J.

Willard Gibbs. Pada tahun 1906 Giauque dan W. Nernst merumuskan hukum ketiga

termodinamika yaitu: pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses

akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum


Page 35

Pada tahun 1911, Einstein menyatakan bahwa massa merupakan perwujudan dari energi

(E=mc2). Hal ini kemudian dibenarkan oleh ilmuwan mekanika kuantum (1900-1940) bahwa

radiasi sebagai bentuk energi bisa bersifat sebagai partikel. Pernyataan ini seakan-akan

membenarkan penalaran Aristoteles sebelumnya bahwa materi = energi. Pada tahun 1950, para

ilmuwan, seperti Carl Anderson menemukan adanya partikel antimateri yang bisa memusnahkan

materi.

Berikut adalah tokoh-tokoh yang berperan dalam perkembangan ilmu termodinamika

1. Aristoteles 384 SM-322 SM

Aristoteles dilahirkan di kota Stagira, Macedonia, 384 SM. Nyaris tak terbantahkan,

Aristoteles seorang filosof dan ilmuwan terbesar dalam dunia masa lampau. Dia memelopori

penyelidikan ihwal logika, memperkaya hampir tiap cabang falsafah dan memberi sumbangsih

tak terperikan besarnya terhadap ilmu pengetahuan.

Penting dari apa yang pernah dilakukan Aristoteles adalah pendekatan rasional yang

senantiasa melandasi karyanya. Dalam termodinamika, Aristoteles berpendapat bahwa panas

adalah bagian dari materi.

2. Galileo-Galilei

Galileo Galilei dilahirkan di Pisa, Italia pada tanggal 15 Februari 1564 dan meninggal pada

8 January 1642 (pada umur 77 tahun) di Arcetri, Grand Duchy of Tuscany, Italia. Galileo adalah

seorang fisikawan, matematikawan, insinyur, astronom, dan filsuf yang mempunyai peranan

dalam revolusi Sains selama masa Renaissance. Sumbangannya dalam termodinamika adalah

pada 1593, Galileo berhasil menemukan salah satu alat ukur yang dapat digunakan dalam ilmu

pengetahuan, yaitu thermometer.

Thermometer temuan Galileo ini terdiri dari sebuah gelembung udara yang dapat

membesar atau mengecil karena perubahan temperature sehingga dapat menyebabkan lebel air

naik atau turun.Meskipun alat ini tidak akurat karena tidak menghitung perubahan tekanan udara,

tetapi alat ini menjadi pelopor perkembangan alat-alat canggih.

3. Humphry Davy

Sir Humphry Davy seorang ahli kimia asal Inggris.Dia lahir pada 17 Desember 1778 di

Cornwall, Inggris dan meninggal pada 29 Mei1929 di Geneva. Dia bersama Benjamin Thompson

berkesimpulan bahwa panas adalah sesuatu yang mengalir. Pendapat ini mendukung teori yang

duberikan Galileo.

4. Benjamin Thompson (Count Romford)

Benjamin Thompson atau 'Count Rumford' (1753 1814) adalah penemu, ilmuwan,

negarawan, dan tentara terkenal kelahiran Amerika.


Page 36

Kontribusinya yang terbesar pada dunia Fisika adalah pemikirannya tentang teori kalor.

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.

Saat meneliti tentang bubuk mesiu, Benjamin Thompson menemukan adanya

penyimpangan atau anomali yang tidak dapat dijelaskan dengan teori kalori. Di dalam

laporannya kepada Royal Society yang berjudul "An Experimental Enquiry concerning the

Source of Heat excited by Friction" (1798), Benjamin Thompson mengajukan suatu teori baru

yang menyatakan bahwa kerja mekanis akan menghasilkan kalor dan kalor tersebut merupakan

suatu bentuk gerak. Teori tersebut berhasil memberikan penjelasan mengapa panas yang

dihasilkan dari gesekan peluru meriam (bubuk mesiu) tidak akan pernah habis. Peristiwa itu tak

dapat dijelaskan dengan teori kalori terdahulu. Di dalam laporan tersebut terdapat perhitungan

jumlah kuantitas kalor yang diproduksi oleh energi mekanis. Teori yang dikemukakan Thompson

bertentangan dengan teori kalori yang terdahulu dan banyak orang pada saat itu yang tidak yakin

dengan Thompson hingga James Maxwell mengemukakan teori kinetik kalor pada tahun 1871.

5. Joseph Black

Joseph Black dilahirkan di Bordeaux, Perancis pada tanggal 16 April 1728, dan memiliki

saudara 14 orang. Dalam ilmu termodinamika dia menuangkan idenya lewat tiga asasnya yang

terkenal yaitu asas Black.

6. Thomas Alva Edison

Ia lahir di pada tanggal 11 Februari 1847 di Milan, Ohio, AS dan meninggal pada 18

Oktober 1931 di New Jersey, AS. Ia adalah penemu dan pengusaha yang banyak menemukan

peralatan penting. Hasil dari pemikirannya tentang ilmu panas yang dikombinasi dengan ilmu

termokimia dan electricity adalah ditemukannya Bola lampu pijar. Tahun 1882, ia memasang

lampu-lampu listrik buatannya dijalan-jalan dan rumah-rumah sejauh satu kilometer di kota New

York. Hal ini adalah pertama kalinya di dunia lampu listrik di pakai di jalan-jalan. Pada tahun

1890, ia mendirikan perusahaan General Electric.

7. Nicolas Leonardo Sadi Carnot

Nicolas Lonard Sadi Carnot (lahir di Paris, 1 Juni1796 meninggal di Paris, 24

Agustus1832 pada umur 36 tahun) adalah seorang fisikawan Perancis.

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, misalnya energi 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, dll.

buku lengkap pdf

Documents