Review: Proses Penemuan Hukum Fisika · PDF fileReview: Proses Penemuan Hukum Fisika Rujukan:...
Transcript of 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
Thursday, 13October, 2011
Unsur Penting Prosedur Saintifik
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
Thursday, 13October, 2011
Unsur Penting Prosedur Saintifik
Suatu temuan bisa jadi hanyalah sekedar perluasan atau perbaikan dari “common sense”Namun: Hanya orang yang sudah terlatihlah yang mampu menemukan penyelesaian suatu masalah
Thursday, 13October, 2011
Unsur Penting Prosedur Saintifik
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
Thursday, 13October, 2011
Unsur Penting Prosedur Saintifik
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
Thursday, 13October, 2011
Urutan Perumusan Hukum Fisika
Pengetahuan dasar tentang SainsPemahaman terhadap masalahPerkiraan penyelesaianPercobaan pendahuluanPengamatan dan percobaan lanjutan yang lebih terarahPerumusan penyelesaian, Hukum Fisika
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
Materi Pembahasan: Hukum-hukum Kekekalan
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
Definisi Momentum
Momentum total sejumlah N partikel:
p = mv
pi = p1
i=1
N
∑ ++ pN = m1v1 ++ mNvN = miv ii=1
N
∑
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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?
Thursday, 13October, 2011
Penyelesaian
Karena mA=mB diperoleh hasil
mAvA + mBvB = mA ′vA + mB ′vBmAvA + mB × 0 = mA × 0 + mB ′vB
′vB =mA
mB
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟vA
′vB = vA
Thursday, 13October, 2011
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?
Thursday, 13October, 2011
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
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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.
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011
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
Thursday, 13October, 2011