Bahan konsep fisika_minggu6

Review:
Proses Penemuan Hukum Fisika
Rujukan:
Physics, the Human Adventure
From Copernicus to Einstein and Beyond
Holton, 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
diharapkan
Namun: 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
berbeda
Namun: 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 percobaan
Namun, Hanya pengamatan dan
percobaan yang dipandu pada suatu
pencarian terhadap “sesuatulah” yang
akan memberikan jawaban suatu
masalah



Beberapa penemuan berawal dari
adanya feeling atau intuisi
Namun: 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 Sains
Pemahaman terhadap masalah
Perkiraan penyelesaian
Percobaan pendahuluan
Pengamatan dan percobaan lanjutan yang
lebih terarah
Perumusan 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
selamanya
Hukum 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
sederhana
Tidak 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
sekitarnya
Massa: mewakili besaran dari materi
Total 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 benar
Bagaimana 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 tersebut
Tetapi: 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

p = mv
Momentum total sejumlah N partikel:
N N

∑p i = p1 +  + p N = m1v1 +  + mN v N = ∑ mi v i
i =1 i =1


Hukum Kekekalan Momentum

N N′

∑ p = ∑ p′
i j
i =1 j =1

m1v1 +  + mN v N = m1v1 +  + mN ′ v N ′
′

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


Hukum Newton & Hukum Kekekalan Momentum

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

FAB = −FBA
ΔmA v A ΔmB v B
=−
Δt Δt
mA v ′A − mA v A = − ( mB v ′B − mB v B )
mA v A + mB v B = mA v ′A + mB v ′B


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

m A vA + m B vB = m A vA + m B vB
′ ′
m A vA + m B × 0 = m A × 0 + m B vB′
⎛ mA ⎞
vB = ⎜
′ ⎟ vA
⎝m ⎠ B

Karena mA=mB diperoleh hasil
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:
vA = vB = v′
′ ′
Mengingat kedua bandul datang dari arah yang
berlawanan, maka mengingat operasi vektor, diperoleh:
m A vA − m B vB = m A v′ + m B v′ = ( m A + m B ) v′
⎛ m A vA − m B vB ⎞
v′ = ⎜ ⎟
⎝ m +m ⎠
A B


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 vB = vA
′
hanya diperoleh saat diketahui bahwa vA = 0
′
Namun dengan menambahkan aturan Huygens dalam
bentuk
m A v A + m B v B = m A v′ + m B v′
2 2 2 2
A B

Diperoleh bahwa 0 = 2 vA vB , yang berarti vA = 0, vB = vA
′ ′ ′ ′
Jadi penyelesaian dapat diperoleh semata-mata dari
infomasi data sebelum tumbukan saja


Konsep Usaha (Work)

Usaha yang dilakukan gaya F1 pada benda adalah

F1 × s × cosθ
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, cosθ = 1 tapi s = 0,
yang berarti tidak ada Usaha (menurut konsep Usaha dalam Fisika)


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
1
2 (
Fap × s = ( ma ) s = m v − v 2
2
2
1 )= 1
2 mv − mv
2
2
1
2
2
1

1 2
Energi Kinetik (Ek) = 2 mv
Usaha = perubahan energi kinetik = Δ Ek


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:
Fap = mg
Maka usaha yang diperlukan:
Fap s = ( −mg ) h = −mgh
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)


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
Fap s = mv − 0 = mgh = −(0 − mgh)
1
2
2
2

Δ Ek = −Δ Ep atau Δ Ek + Δ Ep = 0
Nampak dalam sistem tersebut bahwa perubahan
energi kinetik ditambah perubahan energi potensial
akan nol. Sistem seperti itu disebut Sistem Konservatif


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
Δ Ek + Δ Ep = Ek ′ − Ek + Ep′ − Ep = 0
Ek + Ep = Ek ′ + Ep′
Ungkapan seperti di atas dikenal sebagai Hukum
Kekekalan Energi


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 1
mv 2 + mgh = 1 mv 2 + mgh
2 c c 2 a a
1
2 mvc + 0 = 0 + mgha
2

vc = 2gha
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


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 datang
Hakekat Pendidikan untuk Pengembangan Berkelanjutan
(Education for Sustainable Development/EfSD): Perlu
kebijaksanaan atau kehati-hatian dari kita semua dalam
memanfaatkan alam


Bahan konsep fisika_minggu6

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

Bahan konsep fisika_minggu6