Review: Proses Penemuan Hukum Fisika · PDF fileReview: Proses Penemuan Hukum Fisika Rujukan:...

Review: Proses Penemuan Hukum Fisika

Rujukan:Physics, the Human Adventure

From Copernicus to Einstein and BeyondHolton, P. and Brush, S.G.Rutgers Univ. Press, 2001

Penyusun Materi Tayangan:Pekik Nurwantoro

Thursday, 13October, 2011

Unsur Penting Prosedur Saintifik

Kebanyakan temuan berasal dari kejadian yang (pada awalnya) tidak diharapkanNamun: Hanya orang yang memiliki pengalaman, kepakaran atau keahlian yang mencukupilah yang mampu mengubah kejadian tak terduga tersebut menjadi suatu temuan penting



Metode saintifik untuk penemuan penting bisa jadi berbeda untuk individu yang berbedaNamun: Terdapat kesamaan yaitu bahwa hanya orang yang melakukan kajian dan pengecekan terus-meneruslah yang akan mendapatkan temuan penting



Suatu temuan bisa jadi hanyalah sekedar perluasan atau perbaikan dari “common sense”Namun: Hanya orang yang sudah terlatihlah yang mampu menemukan penyelesaian suatu masalah



Metode saintifik tidak dapat dipisahkan dari pengamatan dan percobaanNamun, Hanya pengamatan dan percobaan yang dipandu pada suatu pencarian terhadap “sesuatulah” yang akan memberikan jawaban suatu masalah



Beberapa penemuan berawal dari adanya feeling atau intuisiNamun: Hanya orang yang secara maksimal menggunakan daya pikirlah yang memiliki feeling atau intuisi tersebut hingga mendapatkan suatu temuan


Urutan Perumusan Hukum Fisika

Pengetahuan dasar tentang SainsPemahaman terhadap masalahPerkiraan penyelesaianPercobaan pendahuluanPengamatan dan percobaan lanjutan yang lebih terarahPerumusan penyelesaian, Hukum Fisika


Batasan Hukum Fisika

Berbeda dengan istilah “Hukum” yang biasa dipahami, Hukum Fisika sebenarnya tidak tanpa keterbatasan:

Hukum Fisika bisa jadi tidak benar selamanyaHukum Fisika bisa jadi tidak berlaku secara menyeluruh Hukum Fisika bisa jadi dapat berubah


Materi Pembahasan: Hukum-hukum Kekekalan


Manfaat Hukum Kekekalan

Salah satu petunjuk bahwa alam yang nampaknya rumit dan kompleks, sebenarnya mengikuti suatu aturan yang sederhanaTidak menjadi persoalan tentang bagaimana detail interaksi antar partikel, akan ada jumlahan besaran terukur yang terjamin bernilai konstan


Hukum Kekekalan Massa

Tiga konsep yang melandasi Hukum Kekekalan Massa:

Sistem terisolasi atau sistem tertutup: perilaku obyek tidak dipengaruhi oleh sekitarnyaMassa: mewakili besaran dari materiTotal massa dalam suatu sistem tertutup akan tetap konstan


Apakah Massa benar-benar Kekal?

Hingga sekarang, bukti-bukti eksperimen yang melibatkan sistem yang bereaksi secara kimia menunjukkan bahwa Hukum Kekekalan Massa adalah benarBagaimana yang terjadi pada reaksi nuklir? Selama massa dan energi dipandang sepadan, maka tidak ada yang salah pada Hukum Kekekalan Massa


Latar Belakang

Bukanlah sesuatu yang mengherankan ketika kita melihat ada suatu benda yang bergerak akibat adanya dorongan atau tarikan pada benda tersebutTetapi: Akan muncul sedikit tanda-tanya ketika kita melihat suatu benda tetap bergerak, padahal tidak nampak ada dorongan atau tarikan pada benda tersebut


Pengertian Momentum

Konsep Momentum menjadi jawaban atas pertanyaan tersebut:

Benda tersebut tetap mampu bergerak meskipun tidak ada yang mendorong atau menariknya, karena benda tersebut menyimpan “suatu besaran fisis” yang menjamin gerak benda dapat berlangsung.

Besaran gerak tersebut dikenal sebagai Momentum


Definisi Momentum

Momentum total sejumlah N partikel:

p = mv

pi = p1

i=1

N

∑ ++ pN = m1v1 ++ mNvN = miv ii=1

N

∑


Hukum Kekekalan Momentum

Dalam sistem tertutup, jumlah (vektor) momentum yang dimiliki N partikel sebelum kejadian akan sama dengan jumlah (vektor) momentum yang dimiliki M partikel setelah kejadian

pii=1

N

∑ = ′p jj=1

′N

∑m1v1 ++ mNvN = m1 ′v1 ++ m ′N v ′N


Hukum Newton & Hukum Kekekalan Momentum

Tinjau sistem tertutup yang terdiri atas 2 partikel A dan B saling berinteraksi

FAB = −FBAΔmAvAΔt

= −ΔmBvBΔt

mA ′vA − mAvA = − mB ′vB − mBvB( )mAvA + mBvB = mA ′vA + mB ′vB


Contoh: Tumbukan Dua Peluru

Peluru B diletakkan di atas meja dalam keadaan diam. Peluru A ditembakkan secara mendatar dengan kecepatan tertentu dan menumbuk peluru B. Saat tumbukan, peluru A menjadi terhenti dan peluru B bergerak. Berapa kecepatan peluru B setelah tumbukan tersebut?


Penyelesaian

Karena mA=mB diperoleh hasil

mAvA + mBvB = mA ′vA + mB ′vBmAvA + mB × 0 = mA × 0 + mB ′vB

′vB =mA

mB

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟vA

′vB = vA


Contoh: Tumbukan Dua Bandul

Dua bandul A dan B berayun dari arah yang berlawanan dan bertumbukan pada titik terendahnya secara tak elastik hingga setelah itu keduanya menempel. Berapa kecepatan bandul A dan B setelah tumbukan tersebut?


Penyelesaian

Karena bandul A dan B saling menempel dan bergerak bersama maka:

Mengingat kedua bandul datang dari arah yang berlawanan, maka mengingat operasi vektor, diperoleh:

′vA = ′vB = ′v

mAvA − mBvB = mA ′v + mB ′v = mA + mB( ) ′v

′v =mAvA − mBvBmA + mB

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟


Cahaya Memiliki Momentum?

Sepintas sulit dipahami apabila dikatakan bahwa cahaya memiliki momentum=(massa) x (kecepatan). Umumnya cahaya dipahami hanya terkait dengan aspek gelombang, sehingga bagaimana pengertian massa, termasuk momentum cahaya? Selama aspek materi bagi cahaya belum diperhitungkan, maka momentum yang dimiliki cahaya akan nampak tidak masuk akal


Efek Compton & Hukum Kekekalan Momentum

Tahun 1923, A.H. Compton menunjukkan bahwa berkas sinar-X yang dikenakan pada elektron bebas akan menyebabkan elektron terpental dan berkas sinar-X akan berbelok disertai perubahan panjang gelombang. Efek ini dapat dijelaskan oleh Hukum Kekekalan Momentum


Latar Belakang

Christian Huygens (1629-1695) mengawali perumusan kuantitatif hukum kekekalan tenaga pada masalah tumbukan, dengan memperkenalkan konsep besaran fisis mv2, yang disebut “vis viva” (dari bahasa Latin yang berarti “living force”) dan mengikuti aturan:

Jumlah mv2 dari seluruh benda yang berada pada sistem, setelah mengalami tumbukan elastik sempurna, akan tetap konstan seperti saat sebelum tumbukan


Manfaat?

Tinjau masalah Tumbukan Dua Peluru yang disajikan saat membahas Hukum Kekekalan Momentum. Ketika hanya menerapkan hukum tersebut, penyelesaian hanya diperoleh saat diketahui bahwa Namun dengan menambahkan aturan Huygens dalam bentuk

Diperoleh bahwa , yang berarti Jadi penyelesaian dapat diperoleh semata-mata dari infomasi data sebelum tumbukan saja

′vB = vA′vA = 0

mAv2A + mBv

2B = mA ′v 2

A + mB ′v 2B

0 = 2 ′vA ′vB ′vA = 0, ′vB = vA


Konsep Usaha (Work)

Usaha yang dilakukan gaya F1 pada benda adalah

Pengertian Usaha dalam Fisika bisa jadi berbeda dengan istilah sehari-hari. Ketika seseorang mendorong dengan “sekuat tenaga” suatu dinding yang tegar, maka F1 bernilai besar, tapi s = 0, yang berarti tidak ada Usaha (menurut konsep Usaha dalam Fisika)

F1 × s × cosθ

cosθ = 1


Usaha dan Energi (Energy)

Bayangkan sebuah gaya Fap bekerja pada sebongkah es yang memiliki kecepatan v1, dengan arah yang sejajar dengan arah gerak bongkahan es tersebut. Akibat adanya gaya maka bongkahan es mendapatkan percepatan sehingga kecepatan menjadi v2 saat bergerak sejauh s. Memanfaatkan Hukum Newton II maka

Energi Kinetik (Ek) = Usaha = perubahan energi kinetik =

Fap × s = ma( )s = 12 m v2

2 − v12( ) = 1

2 mv22 − 1

2 mv12

ΔEk

12 mv

2


Energi Potensial

Tinjau saat suatu benda bermassa m, yang pada awalnya berada di lantai, dinaikkan hingga ketinggian h. Gaya yang diberikan saat benda bergerak dari dasar lantai ke ketinggian h:

Maka usaha yang diperlukan:

Usaha yang diperlukan (tanda minus) untuk menahan benda pada ketinggian h sebesar mgh tersebut tidak “hilang”, namun tersimpan pada benda tersebut dalam bentuk energi yang disebut Energi Potensial (Ep)

Fap = mg

Fap s = −mg( )h = −mgh


Sistem Konservatif

Andaikan benda yang menyimpan Ep=mgh tersebut dibiarkan jatuh dari ketinggian h, maka Ep akan diubah menjadi Ek sehingga benda akan berkecepatan v2 di dasar lantai, dengan memenuhi

Nampak dalam sistem tersebut bahwa perubahan energi kinetik ditambah perubahan energi potensial akan nol. Sistem seperti itu disebut Sistem Konservatif

Fap s = 12 mv2

2 − 0 = mgh = −(0 − mgh)ΔEk = −ΔEp atau ΔEk + ΔEp = 0


Hukum Kekekalan Energi

Sistem konservatif dapat juga dipahami sebagai suatu sistem terisolasi, sedemikian hingga tidak ada energi yang dapat diterima atau diberikan ke luar. Karena itu maka tenaga total sistem, sebagai penambahan tenaga kinetik dan tenaga potensial, akan tetap konstan

Ungkapan seperti di atas dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi

ΔEk + ΔEp = E ′k − Ek + E ′p − Ep = 0Ek + Ep = E ′k + E ′p


Contoh: Gerak Bandul

Berbeda dengan Hukum Kekekalan Momentum yang berbentuk vektor, karena Hukum Kekekalan Energi berbentuk skalar maka sangat berguna diterapkan pada gerak benda yang komponen geraknya sulit ditentukan, seperti gerak bandul di atas.


Penyelesaian

Menggunakan Hukum Kekekalan Energi, saat bandul dilepas dari simpangan di titik A, maka kecepatan di titik C menjadi

Dari Hukum Kekelakan Energi juga dapat dipahami bahwa bandul tersebut akan meneruskan geraknya karena masih memiliki tenaga kinetik yang cukup saat di titik terendah C untuk diubah ke tenaga potensial saat menuju titik E. Gerak tersebut akan terus berulang sehingga menjadi gerak osilasi

12 mvc

2 + mghc = 12 mva

2 + mgha12 mvc

2 + 0 = 0 + mghavc = 2gha


Education for Sustainable Development (EfSD)

Dari hukum kekekalan massa, kekekalan momentum serta kekekalan energi memberi pelajaran bahwa ada suatu batasan yang dapat disediakan oleh alam (sistem terisolasi) yaitu jumlah dari beberapa besaran fisis perlu konstan. Apabila nampak ada satu besaran yang bisa dimanfaatkan sekarang, maka mestinya ada bentuk lain dari besaran tersebut yang tidak dapat dimanfaatkan lagi di masa datangHakekat Pendidikan untuk Pengembangan Berkelanjutan (Education for Sustainable Development/EfSD): Perlu kebijaksanaan atau kehati-hatian dari kita semua dalam memanfaatkan alam


Review: Proses Penemuan Hukum Fisika · PDF fileReview: Proses Penemuan Hukum Fisika Rujukan:...

Documents

Transcript of Review: Proses Penemuan Hukum Fisika · PDF fileReview: Proses Penemuan Hukum Fisika Rujukan:...