Friday, January 7, 2011

Sejarah Fisika

Take home exams History of Physics.
1. Anda telah mendapatkan informasi tentang karakteristik sejarah perkembangan fisika yang diungkapkan oleh Richtmeyr (1955) dan Jacob (1966).
(i) Apa persamaan keduanya?
 Periode 1 sampai dengan 3 mempunyai kesamaan paradigma berfikir yang dijabarkan dalam penjelasan dibawah:
 Periode 1 (… sd 1550 M)
Dari periode zaman purba sampai dengan 1500 M mempunyai kesamaan paradigma yaitu sifatnya tidak sistematis dan jauh dari ketelitian, spekulatif dan metafisik. Pengetahuan yang telah dibangun mencangkup astronomi yang dihubungkan dengan astrologi, matematika, teknologi sederhana.
 Periode 2 (1550M-1800M)
Dimulai ketika galileo sebagai pencetus metode ilmiah dimana ilmu dikembangkan berdasarkan pengamatan dan percobaan. Pengembangan sains dititikberatkan pada teori baru gerak planet oleh Newton yang meneruskan kerja Galileo terutama dalam bidang mekanika menghasilkan hukum-hukum gerak yang sampai sekarang masih dipakai, Fisika Panas, Gelombang Cahaya, dan Kelistrikan.
 Periode 3 (1800M – 1890M)
Dimulai dari tahun 1800an sampai 1890an. Kesamaan menurut keduanya bahwa 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.
(ii) Bila ada, perbedaan apa di antara keduanya?
 Jacob menjelaskan di periode tahun 1890 sd sekarang dibagi ke dalam 2 periode lagi yaitu 1890M sd 1925M kemudian 1925M sd sekarang. Dia membagi periode tersebut menjadi dua bagian karena
1. Fenomena fisika modern yang berkembang masih terikat dengan fisika klasik.
2. Perkembangan fisika modern di zaman ini kurang begitu pesat pada saat ini.
 Richtmeyr tidak membagi kedalam 2 periode dalam perkembangan tersebut karena dinilai keduanya sudah termasuk kedalam era fisika modern.
 Disisi lain penjelasan Richtmeyr berdasarkan buku Introduction to Modern Physics, pada periode awal (… sd 1550M), justru dia membagi nya kedalam 4 sub periode:
• 2400000 SM - 599 SM: Di bidang astronomi sudah dihasilkan Kalender Mesir
• 600 SM – 530 M: Perkembangan ilmu dan teknologi sangat terkait dengan perkembangan matematika.
• 530 M – 1450 M: Mundurnya tradisi sains di Eropa dan pesatnya perkembangan sains di Timur Tengah.
• 1450 M- 1550: Ada publikasi teori heliosentris dari Copernicus yang menjadi titik penting dalam revolusi saintifik.
(iii) Berdasarkan apa keduanya membuat periodisasi sejarah disika tersebut?
Periodisasi tersebut didasarkan perubahan paradigma berfikir ilmuwan setiap periodenya.
 Periode 1 (… sd 1550 M) tidak sistematis dan jauh dari ketelitian, spekulatif dan metafisik.
 Periode 2 (1550M-1800M) dikembangkan berdasarkan pengamatan dan percobaan.
 Periode 3 (1800M – 1890M) metode ilmiah dimana ilmu diformulasikan konsep-konsep fisika yang mendasar yang sekarang kita kenal dengan sebutan Fisika Klasik.
 Periode 4 (Richtmeyr)/4&5 (Jacob) karena adanya penemuan fenomena fisis baru yang tidak dapat dijelaskan secara klasik sehingga ternyata fisika tersebut terkuantisasi yang dikenal sebagai fisika modern.
(iv) Bagaimana komentar Anda tentang periodisasi tersebut?
Komentar saya tentang periode tersebut adalah bahwa ternyata ilmuwan
1. Semakin modern ternyata para ilmuwan mengembangkan pengetahuan menuju tataran yang lebih ilmiah dengan pengamatan yang lebih teliti karena resolusi alat ukur yang lebih tinggi.
2. Perubahan periode diawali karena adanya fenomena fisis yang tidak dapat dijelaskan menurut paradigma pada periode sebelumnya. Sebagai salah satu contoh pada peristiwa efek foto listrik yang tidak dapat dijelaskan melalui paradigma fisika klasik.
3. Pengembangan ilmu pengetahuan berkembang kian kemari menuju sesuatu yang sangat kecil seperti atom bahkan quark dan menuju fenomena yang sangat jauh yang tidak dapat dijangkau oleh kemampuan alat yang dibuat sebelumnya seperti penemuan galaksi dan teori pembentukan alam semesta.
4. Perubahan paradigma pun beralih dari pengukuran yang bersifat pasti menuju pengukuran dengan kerangka acuan yang bersifat relatif dan penuh dengan probabilitas. Seperti waktu, massa, energi dll.
5. Jacob menjelaskan lebih rinci pembagian periode sejarah fisika pada periode akhir dengan dibagi kedalam 2 periode lagi dibandingkan dengan richtmeyr sedangkan Richtmeyr membagi lebih rinci pada pembagian di awal periode dengan membaginya kedalam 4 sub kelompok.
*Introduction to Modern Physics& Wikipedia Encyclopaedia 2010
2. Berikan penjelasan singkat tentang perkembangan hukum gravitasi dari awal sampai sekarang?
1. Aristoteles percaya kalau benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat dari yang lebih ringan. Dia beranggapan yang didasarkan pada sebuah bulu di satu tangan dan batu di tangan lainnya dan menjatuhkannya secara serentak dari satu ketinggian, maka batu akan menimpa jari kaki anda lebih dulu.
2. Teori gravitasi dimulai dengan karya Galileo Galilei di akhir abad ke 16 dan awal abad ke17 dalam percobaannya konon ia menjatuhkan bola-bola dari menara pisa, dan kemudian dengan pengukuran yang teliti pada bola yang turun pada sudut tertentu, galileo menunjukkan kalau gravitasi mempercepat semua benda pada tingkat yang sama.
3. Pengamatan Galileo mengenai adanya bulan yang mengitari jupiter dan penemuan Tycho Brahe mengenai analisa data gerak planet tersebut memicu kepler untuk merumuskan hukum kepler dan oleh Newton disempurnakan secara kuantitatif melalui teori gravitasi Newton.
4. Setelah penemuan kalkulus tak hingga di abad ke 17, perkembangan analisis memungkinkan merumuskan hukum gerak dan kesamaan dalam prinsip variasional, berpuncak pada tafsiran variasional persamaan medan Einstein dalam relativitas umum oleh David Hilbert.
5. Sekitar akhir abad 19, Scottish physicist James Clerk Maxwell menjelaskan secara menyeluruh terkait dengan teori medan elektrik dan gaya magnetik yang dikenal dengan konstanta c dimana c merupakan kecepatan cahaya 300.000 km/sec (186,000 mi/sec). Teori tersebut menyebabkan terjadinya krisis terkait fisika klasik di kalangan ilmuwan bahwa ternyata kecepatan cahaya tersebut tidak selalu relatif. Dan kecepatan maksimal yang ada di dunia ini adalah kecepatan cahaya.
6. Albert Einstein menyelesaikan masalah di tahun 1905 dengan teori relativitas khusus. Bagian penting dari teori ini bahwa dalam mekanika newton ada sesuatu yang bukan merupakan partikel dimana dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya. Walaupun informasi mengenai gravitasi berpindah dalam kecepatan terbatas, jika bintang pecah kedalam dua bagian maka grafitasi akan menekan dengan cepat untuk keluar orbit mengelilingi pecahan bintang tersebut, dalam teori einstein gaya tersebut tidak mungkin terjadi. Einstein mampu memecahkan fakta mengenai lubang hitam yang sebelumnya tidak bisa dipecahkan oleh newton. Setelah einstein merumuskan teori relativitas umum dimana jika suatu cahaya melewati bintang yang mempunyai medan gravitasi yang besar, maka cahaya tersebut akan dibelokkan mendekati bintang tersebut. Maka dengan demikian cahaya termasuk kedalam partikel yang dipengaruhi oleh gravitasi. Jika medan gravitasi sangat besar, maka cahaya akan terperangkap dan tidak bisa keluar lagi dan itulah yang dinamakan dengan black hole.
7. Einstein tidak memformulasikan mengenai adanya gravitons. Berkembangnya teori quantum elektromagnet dimana spektrum energi tidak kontinyu tetapi dalam bentuk paket-paket energi. quantum elektromagnet tersebut yang dinamakan dengan photon. Seperti interaksi yang lain, maka gravitasi pun terkuantisasi. Gelombang gravitasi yang ada di bumi dinamakan gravitons. Dalam praktisnya, gelombang gravitasi akan muncul secara kontinyu dalam aliran graviton, dan graviton secara individu tidak akan terdeteksi.
8. Tahun 1970, Stephen Hawking mengenalkan mengenai mekanika kuantum dimana medan gravitasi kuat akan keluar dari black hole akan membuat partikel dan quanta yang akan berpindah dari blackhole dan akan mengambil energi disekelilingnya.
9. Dan penemuan mutakhir dalam fisika teori modern yaitu ditemukannya theory of everything (TOE), dimana 4 gaya penting dalam bentuk dalam aspek yang berbeda namun semuanya termasuk dalam gaya universal tunggal. Ilmuwan menyatukan gaya elektromagnetik, gaya lemah dan digabungkan kedalam satu gaya dengan gaya nuklir kuat. Bagaimanapun, teori gravitasi relativistik dengan geometri dan matematika yang kompleks menjadi tantangan yang sangat sulit. TOE ini sangat sulit untuk dieksperimenkan karena TOE ini jarang digunakan.
*Encharta&Britanica Encyclopaedia 2009
3. Jelaskan apa sumbangan Thomas Young dalam perkembangan teori cahaya?
Thomas Young born June 13, 1773, Milverton, Somerset, England
Teori Gelombang (atau Ray)
Thomas Young pada tahun 1803 dan sebagai fenomena interferensi gelombang cahaya. Dari percobaan yang mengamati pola interferensi pada dua celah kecil yang berdekatan, Thomas Young menyimpulkan bahwa kedua celah tersebut lebih merupakan dua sumber gelombang yang berbeda daripada partikel.
Thomas Young, 1773-1829. Ia mengusulkan sifat gelombang dari cahaya dengan mendemonstrasikan suatu percobaan bersejarah pada tahun 1804. Percobaan ini mengamati interferensi dua cahaya koheren pada layar, berbentuk pita-pita terang dan gelap. Interferensi ini tidak dapat dijelaskan oleh model partikel dari cahaya yang dianjurkan oleh Newton dan diterima secara umum selama abad ke-18.
Pertama Young pada tahun 1802 menunjukkan bukti yang sederhana dari teori gelombang cahaya. Dia memaksa cahaya dari satu sumber cahaya melewati celah sempit dan kemudian memaksa cahaya yang sama melewati dua celah sempit yang ditempatkan dalam sentimeter satu sama lain. Cahaya dari dua celah jatuh pada layar. Young menemukan bahwa sinar cahaya terbuka lebar dan tumpang tindih, dan, di daerah tumpang tindih, band dari cahaya terang berganti-ganti dengan band-band kegelapan.
Dengan demonstrasi campur tangan cahaya, jelas Young didirikan sifat gelombang cahaya. Dia menggunakan teori gelombang baru untuk menjelaskan warna film tipis (seperti gelembung sabun) bahwa cahaya yang dipantulkan dalam film tipis transparan dengan permukaan yang halus akan terjadi interferensi. Warna pelangi diatas air dihasilkan dari interferensi cahaya. Sebuah film atau banyak dengan material yang berbeda dapat digunakan untuk meningkatkan atau mengurangi reflektansi dari permukaan.Dengan demikian ia mengemukakan bahwa ada gelombang yang diteruskan dan ada yang dipantulkan ketika seberkas cahaya melaluinya. dan berkaitan dengan panjang gelombang warna, ia menghitung perkiraan panjang gelombang dari tujuh warna yang diakui oleh Newton. Pada tahun 1817 ia mengusulkan bahwa gelombang cahaya melintang (bergetar pada sudut kanan ke arah perjalanan), daripada longitudinal (bergetar dalam arah perjalanan) sebagaimana telah lama diasumsikan, dan dengan demikian menjelaskan polarisasi, kesesuaian antara gelombang cahaya untuk bergetar pada bidang yang sama. karya-karyanya pada tahun 1803 di Edinburgh Review (sekarang dikenal telah karena Lord Henry Peter Brougham (1778-1868), seorang pendukung teori sel hidup) dilemparkan Young ke limbo ilmiah selama sepuluh tahun.
* Physics for scientists and engineers, Wikipedia Encyclopaedia 2010
Encharta &Britanica Encyclopaedia 2009
4. Berikan penjelasan tentang “metode ilmiah”?
Metode ilmiah merupakan suatu prosedur (urutan langkah) yang harus dilakukan untuk melakukan suatu proyek ilmiah (science project). Secara umum metode ilmiah meliputi langkah-langkah berikut:
1. Observasi awal
Setelah topik yang akan diteliti dalam proyek ilmiah ditentukan, langkah pertama untuk melakukan proyek ilmiah adalah melakukan observasi awal untuk mengumpulkan informasi segala sesuatu yang berhubungan dengan topik tersebut melalui pengalaman, berbagai sumber ilmu pengetahuan, berkonsultasi dengan ahli yang sesuai. Dalam kegiatan ini, gunakan semua referensi: buku, jurnal, majalah, koran, internet, interview, dll. Kumpulkan informasi dari ahli: instruktur, peneliti, insinyur, dll. Lakukan eksplorasi lain yang berhubungan dengan topik yang akan kita teliti..
2. Mengidentifikasi masalah
Permasalahan merupakan pertanyaan ilmiah yang harus diselesaikan. Permasalahan dinyatakan dalam pertanyaan terbuka yaitu pertanyaan dengan jawaban berupa suatu pernyataan, bukan jawaban ya atau tidak. Sebagai catatan penting diantaranya:
• Batasi permasalahan seperlunya agar tidak terlalu luas.
• Pilih permasalahan yang penting dan menarik untuk diteliti.
• Pilih permasalahan yang dapat diselesaikan secara eksperimen.
3. Merumuskan atau menyatakan hipotesis
Hipotesis merupakan suatu ide atau dugaan sementara tentang penyelesaian masalah yang diajukan dalam proyek ilmiah. Hipotesis dirumuskan atau dinyatakan sebelum penelitian yang seksama atas topik proyek ilmiah dilakukan, karenanya kebenaran hipotesis ini perlu diuji lebih lanjut melalui penelitian yang seksama. Yang perlu diingat, jika menurut hasil pengujian ternyata hipotesis tidak benar bukan berarti penelitian yang dilakukan salah. Sebagai catatan penting diantaranya:
• Gunakan pengalaman atau pengamatan lalu sebagai dasar hipotesis
• Rumuskan hipotesis sebelum memulai proyek eksperimen
4. Melakukan eksperimen
Eksperimen dirancang dan dilakukan untuk menguji hipotesis yang diajukan. Perhitungkan semua variabel, yaitu semua yang berpengaruh pada eksperimen. Ada tiga jenis variabel yang perlu diperhatikan pada eksperimen: variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol. Varibel bebas merupakan variabel yang dapat diubah secara bebas. Variabel terikat adalah variabel yang diteliti, yang perubahannya bergantung pada variabel bebas. Variabel kontrol adalah variabel yang selama eksperimen dipertahankan tetap. Sebagai catatan penting diantaranya:
• Usahakan hanya satu variabel bebas selama eksperimen.
• Pertahankan kondisi yang tetap pada variabel-variabel yang diasumsikan konstan.
• Lakukan eksperimen berulang kali untuk memvariasi hasil.
• Catat hasil eksperimen secara lengkap dan seksama.
5. Menyimpulkan hasil eksperimen
Kesimpulan proyek merupakan ringkasan hasil proyek eksperimen dan pernyataan bagaimana hubungan antara hasil eksperimen dengan hipotesis. Alasan-alasan untuk hasil eksperimen yang bertentangan dengan hipotesis termasuk di dalamnya. Jika dapat dilakukan, kesimpulan dapat diakhiri dengan memberikan pemikiran untuk penelitian lebih lanjut.
Jika hasil eksperimen tidak sesuai dengan hipotesis:
• Jangan ubah hipotesis
• Jangan abaikan hasil eksperimen
• Berikan alasan yang masuk akal mengapa tidak sesuai
• Berikan cara-cara yang mungkin dilakukan selanjutnya untuk menemukan penyebab ketidaksesuaian
• Bila cukup waktu lakukan eksperimen sekali lagi atau susun ulang eksperimen.
• Wikipedia Encyclopaedia 2010

No comments:

Post a Comment

Post a Comment