Dokumen tersebut membahas tentang fisika modern yang memberikan pemahaman tentang fenomena alam yang tidak dapat dijelaskan melalui fisika klasik seperti kecepatan tinggi dan kelakuan partikel sangat kecil, serta tujuan instruksional untuk menjelaskan fenomena tersebut melalui teori fisika modern."

1. 1
FISIKA MODERNFISIKA MODERN
 Memberikan pemahaman tentangMemberikan pemahaman tentang
fenomena alam yang tidak dapatfenomena alam yang tidak dapat
dijelaskan melalui fisika klasikdijelaskan melalui fisika klasik
 Fenomena alam yang berkaitan denganFenomena alam yang berkaitan dengan
kecepatan yang sangat tinggikecepatan yang sangat tinggi
 Fenomena alam yang berkaitan denganFenomena alam yang berkaitan dengan
kelakuan cahaya dan partikel yang sangatkelakuan cahaya dan partikel yang sangat
kecil (ukuran mikron dan yang lebih kecil darikecil (ukuran mikron dan yang lebih kecil dari
itu)itu)

2. 2
TUJUAN INSTRUKSIONALTUJUAN INSTRUKSIONAL
 Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswaSetelah mengikuti kuliah ini mahasiswa
diharapkan dapat menjelaskan berbagaidiharapkan dapat menjelaskan berbagai
fenomena alam (yang berkaitan denganfenomena alam (yang berkaitan dengan
kecepatan yang sangat tinggi dankecepatan yang sangat tinggi dan
fenomena alam yang berkaitan denganfenomena alam yang berkaitan dengan
sifat cahaya dan partikel dengan ukuransifat cahaya dan partikel dengan ukuran
sangat kecil) melalui teori fisika modernsangat kecil) melalui teori fisika modern

3. 3
POSTULAT RELATIVITAS KHUSUSPOSTULAT RELATIVITAS KHUSUS
o
A
vA
Secara klasik: vB = vBA + vA
Berlaku juga untuk penjalaran gelombang mekanik yang
menjalar dalam medium yang bergerak:
w = u + v
v : kecepatan gelombang dalam medium
u : kecepatan medium terhadap pengamat
w : kecepatan gel. terhadap pengamat
vBAB

4. 4
Penjalaran Gelombang Mekanik dalamPenjalaran Gelombang Mekanik dalam
Medium yang BergerakMedium yang Bergerak
pemantul
pemantul
Sumber
gelombang
Detektor
u
Kedatangan pulsa gelombang tidak bersamaan

5. 5
Penjalaran Gelombang Mekanik dalamPenjalaran Gelombang Mekanik dalam
Medium yang BergerakMedium yang Bergerak
pemantul
pemantul
Sumber
gelombang
Detektor
u
Kedatangan pulsa gelombang tidak bersamaan

6. 6
Percobaan Michelson-MorleyPercobaan Michelson-Morley
Cermin
Cermin
Setengah cermin
Sumber
cahaya
Layar
u
Kedatangan kedua pulsa cahaya di layar bersamaan!!!

7. 7
POSTULAT RELATIVITAS KHUSUSPOSTULAT RELATIVITAS KHUSUS
Hasil percobaan Michelson-Morley tidak dapatHasil percobaan Michelson-Morley tidak dapat
dijelaskan melalui Fisika Klasik. Maka Einsteindijelaskan melalui Fisika Klasik. Maka Einstein
mengemukakan dua postulat relativitas khusus:mengemukakan dua postulat relativitas khusus:
 Prinsip relativitas: hukum fisika dapat dinyatakanPrinsip relativitas: hukum fisika dapat dinyatakan
dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semuadalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua
kerangka inersial, yaitu kerangka-kerangka yangkerangka inersial, yaitu kerangka-kerangka yang
bergerak dengan kecepatan tetap sama lainbergerak dengan kecepatan tetap sama lain
 Kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama besarKelajuan cahaya dalam ruang hampa sama besar
untuk semua pengamat dan tidak tergantung padauntuk semua pengamat dan tidak tergantung pada
gerak pengamatgerak pengamat

8. 8
Konsekuensi dari Postulat Relativitas KhususKonsekuensi dari Postulat Relativitas Khusus
 Pemuaian waktu: selang waktu yang diamatiPemuaian waktu: selang waktu yang diamati
oleh pengamat yang bergerak terhadapoleh pengamat yang bergerak terhadap
kejadian lebih besar dibandingkan yangkejadian lebih besar dibandingkan yang
diamati pengamat yang diam terhadapdiamati pengamat yang diam terhadap
kejadiankejadian
 Pengerutan panjang: panjang benda yangPengerutan panjang: panjang benda yang
diamati oleh pengamat yang bergerakdiamati oleh pengamat yang bergerak
terhadap benda tsb lebih kecil dibandingkanterhadap benda tsb lebih kecil dibandingkan
yang diamati oleh orang yang diamyang diamati oleh orang yang diam
terhadap benda tersebutterhadap benda tersebut
2
2
0
1
c
v
t
t
−
∆
=∆
2
2
0 1
c
v
LL −=
Contoh Soal: Jarak antara dua titik A dan B di permukaan bumi adalah 600Contoh Soal: Jarak antara dua titik A dan B di permukaan bumi adalah 600
km. Sebuah pesawat super cepat bergerak dengan kelajuan 0,8 c melintasikm. Sebuah pesawat super cepat bergerak dengan kelajuan 0,8 c melintasi
kedua titik tersebut. (a) Tentukan jarak A ke B menurut pilot pesawat.kedua titik tersebut. (a) Tentukan jarak A ke B menurut pilot pesawat.
Tentukan waktu yang diperlukan pesawat untuk melintasi kedua titik tersebutTentukan waktu yang diperlukan pesawat untuk melintasi kedua titik tersebut
(b) menurut orang di bumi dan (c) menurut pilot pesawat.(b) menurut orang di bumi dan (c) menurut pilot pesawat.
Jawab: (a) 360 km; (b) 2,5 x 10Jawab: (a) 360 km; (b) 2,5 x 10-3-3
s; (c) 1,5 x 10s; (c) 1,5 x 10-3-3
ss

9. 9
Penjumlahan KecepatanPenjumlahan Kecepatan
o
A
vA
vBAB 2
1
c
vv
vv
v
ABA
ABA
B
+
+
=
Contoh: Sebuah kereta bergerak dengan kelajuan 18 m/s sementara di dalam
kereta seorang kondektur berjalan dengan kelajuan 1 m/s. Apakah rumus
penjumlahan kecepatan relativistik berlaku untuk persoalan ini? Jelaskan jawaban
anda.
Contoh: Sebuah roket bergerak dengan kelajuan 0,8c menuju bumi. Kemudian roket
mengirimkan sinyal elektromagnetik ke arah bumi. Tunjukkan melalui rumus
penjumlahan relativistik bahwa kelajuan sinyal tersebut bagi orang dibumi adalah c
juga.

10. 10
Kesetaraan Massa dengan EnergiKesetaraan Massa dengan Energi
 Massa relativistik: benda yangMassa relativistik: benda yang
bergerak mempunyai massa yangbergerak mempunyai massa yang
lebih besar dibandingkan jika dialebih besar dibandingkan jika dia
diamdiam
 Kesetaraan massa-energi:Kesetaraan massa-energi: 2
mcE =
2
2
0
1
c
v
m
m
−
=
Contoh soal: Apakah massa 1 mol es sama dengan massa 1 mol air?
Jelaskan jawaban anda!
Tentukan energi total yang terkandung dalam sebongkah batu yang massa
diamnya 1 kg jika dia bergerak dengan kelajuan 0,6 c
(Jawab: 1,125 x 1017
J)

11. 11
Radiasi Benda HitamRadiasi Benda Hitam
 Wien dengan model fungsi tebakannya (kurva merah) mendapatkan hasilWien dengan model fungsi tebakannya (kurva merah) mendapatkan hasil
sesuai dengan untuk panjang-gelombang kecil (frekuensi tinggi)sesuai dengan untuk panjang-gelombang kecil (frekuensi tinggi)
 Rayleigh & Jeans dengan model fisika klasik (kurva kuning) mendapatkanRayleigh & Jeans dengan model fisika klasik (kurva kuning) mendapatkan
hasil sesuai dengan panjang- gelombang besar (frekuensi rendah). Hasilhasil sesuai dengan panjang- gelombang besar (frekuensi rendah). Hasil
ini disebut bencana ultravioletini disebut bencana ultraviolet
 Planck (1900) menemukan rumus dengan menginterpolasikan rumus WienPlanck (1900) menemukan rumus dengan menginterpolasikan rumus Wien
dan rumus Rayleigh-Jeans dengan mengasumsikan bahwa terbentuknyadan rumus Rayleigh-Jeans dengan mengasumsikan bahwa terbentuknya
radiasi benda hitam adalah dalam paket-paket dengan energi per paket :radiasi benda hitam adalah dalam paket-paket dengan energi per paket :
E = hfE = hf
panjang gelombang
rapatenergi
Eksperimen
Wien
Rayleigh-
Jeans

12. 12
EFEK FOTOLISTRIKEFEK FOTOLISTRIK
 Jika logam mengkilat di iradiasi, dia akan memancarkan elektronJika logam mengkilat di iradiasi, dia akan memancarkan elektron
 Ada frekuensi ambang yang bervariasi dari satu logam ke logam yang lain:Ada frekuensi ambang yang bervariasi dari satu logam ke logam yang lain:
hanya cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang yanghanya cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang yang
akan menghasilkan arus elektron fotoakan menghasilkan arus elektron foto
 Einstein: Efek fotolistrik merupakan peristiwa tumbukan antara partikelEinstein: Efek fotolistrik merupakan peristiwa tumbukan antara partikel
radiasi e.m. (foton) dengan elektron.radiasi e.m. (foton) dengan elektron.
 Energi Kinetik Maksimum elektron yang terlepas:Energi Kinetik Maksimum elektron yang terlepas:
K=hf - WK=hf - W
Radiasi e.m
Elektron foto

13. 13
APAKAH CAHAYA ITU?APAKAH CAHAYA ITU?
2
0 EcI ε=
νNhI =
CAHAYA
BERSIFAT
GELOMBAN
G
BERSIFAT
PARTIKEL
20
E
h
c
N
ν
ε
=

14. 14
EFEK COMPTONEFEK COMPTON
 Efek Compton merupakan bukti paling langsung dariEfek Compton merupakan bukti paling langsung dari
sifat partikel dari radiasi e.m.sifat partikel dari radiasi e.m.
θ
Foton
datang
Foton
hambur
Elektron
pental
p
p’
P

15. 15
GELOMBANG DE BROGLIEGELOMBANG DE BROGLIE
 Foton berfrekuensiFoton berfrekuensi νν mempunyai momentum:mempunyai momentum:
 Panjang gelombang foton:Panjang gelombang foton:
 De Broglie mengusulkan agar persamaan panjangDe Broglie mengusulkan agar persamaan panjang
gelombang tersebut berlaku umum, baik bagi fotongelombang tersebut berlaku umum, baik bagi foton
maupun bagi materi. Panjang gelombang de Broglie:maupun bagi materi. Panjang gelombang de Broglie:
mm adalah massa relativistik. Usulan de Broglie iniadalah massa relativistik. Usulan de Broglie ini
dapat dibuktikan dengan percobaan difraksi elektrondapat dibuktikan dengan percobaan difraksi elektron
oleh Davisson & Germeroleh Davisson & Germer
λ
ν h
c
h
p ==
p
h
=λ
mv
h
=λ
Contoh Soal: hitung panjang gelombang de Broglie dari (a)Contoh Soal: hitung panjang gelombang de Broglie dari (a)
kelereng bermassa 10 gram yang bergerak dengan kelajuankelereng bermassa 10 gram yang bergerak dengan kelajuan
10 m/s (b) elektron yang bergerak dengan kelajuan 107 m/s.10 m/s (b) elektron yang bergerak dengan kelajuan 107 m/s.
Berikan ulasan dari hasil perhitungan tersebutBerikan ulasan dari hasil perhitungan tersebut

16. 16
Model AtomModel Atom
 Thompson: model roti kismis. Model ini gagal karena tidak sesuaiThompson: model roti kismis. Model ini gagal karena tidak sesuai
dengan hasil percobaan hamburan Rutherford.dengan hasil percobaan hamburan Rutherford.
 Model Atom hasil percobaan hamburan Rutherford:Model Atom hasil percobaan hamburan Rutherford:
+
−
−
−
−
−
Inti bermuatan positip
elektron
Ruang kosong
Dimensi atom : 10-10
m
Dimensi inti : 10-14
m

17. 17
ORBIT ELEKTRONORBIT ELEKTRON
 Tinjau Atom HidrogenTinjau Atom Hidrogen
 Mekanika: Elektron harus dalamMekanika: Elektron harus dalam
keadaan bergerak mengorbit agarkeadaan bergerak mengorbit agar
tidak jatuh ke inti (model tata surya)tidak jatuh ke inti (model tata surya)
 Listrik Magnet: Muatan yangListrik Magnet: Muatan yang
dipercepat harus memancarkandipercepat harus memancarkan
gelombang elektromagnetikgelombang elektromagnetik
 Jika teori klasik (mekanika danJika teori klasik (mekanika dan
listrik-magnet) harus dipenuhilistrik-magnet) harus dipenuhi
seharusnya tidak terdapat atomseharusnya tidak terdapat atom
yang stabilyang stabil
 Kenyataan:Kenyataan: atom-atom secaraatom-atom secara
umum berada dalam keadaan stabil.umum berada dalam keadaan stabil.
Kalaupun atom memancarkanKalaupun atom memancarkan
gelombang e.m., maka spektrumnyagelombang e.m., maka spektrumnya
adalah spektrum diskritadalah spektrum diskrit
+e
−e
Fe
Fe
v
TEORI KLASIK GAGAL MENJELASKAN FENOMENA
ATOMIK

18. 18
SPEKTRUM ATOMIKSPEKTRUM ATOMIK
 Setiap unsur memiliki spektrum atomik yang unikSetiap unsur memiliki spektrum atomik yang unik
hidrogen
700 nm 600 nm 500 nm 400 nm
helium

19. 19
SPEKTRUM ATOMIK (lanjutan)SPEKTRUM ATOMIK (lanjutan)
 Untuk HidrogenUntuk Hidrogen
hidrogen
Deret Balmer: ...,5,4,3;
1
2
11
22
=





−= n
n
R
λ
R = 1.097 x 107
m-1

20. 20
ATOM BOHRATOM BOHR
 Postulat BohrPostulat Bohr
 Elektron bergerak mengorbit inti dalam orbit mantap berupa lingkaranElektron bergerak mengorbit inti dalam orbit mantap berupa lingkaran
dengan momentum sudut merupakan kelipatan daridengan momentum sudut merupakan kelipatan dari hh/2/2ππ
 Pada keadaan mantap ini elektron tidak memancarkan radiasi e.m.,Pada keadaan mantap ini elektron tidak memancarkan radiasi e.m.,
radiasi baru dipancarkan/diserap jika elektron berpindah dari saturadiasi baru dipancarkan/diserap jika elektron berpindah dari satu
orbit ke orbit yang lain. Pada perpindahan ini foton yang dipancarkanorbit ke orbit yang lain. Pada perpindahan ini foton yang dipancarkan
mempunyai energi:mempunyai energi:
12 nn EEhf −=
dasartingkatenergimerupakaneV6,13
;
1
2
1
−=
=
E
n
E
En
Untuk atom Hidrogen: