Konsep Fisika (MFB 1000)

Konsep Fisika (MFB 1000)
Kelas Kemipaan 3
Dr.Eng. Yusril Yusuf S.Si, M.Eng
Dr.rer.nat. Ade Anggraini S.Si, MSc
Konsep Fisika (MFB 1000)
Minggu -1
Munculnya Kosmologi menurut Sains
(Kosmologi Aristotelian)
2
MFB 1000: H1
MENGAPA KOSMOLOGI?
Usaha memahami kenampakan benda
3
langit sebagai metode sains paling awal
Konsep ruang dan waktu, gaya, dan
gerak.
Perkembangan sistem mendunia dengan
melibatkan banyak ilmuwan
Work to be discussed (hukum gravitasi
universal, susunan tatasurya)
mempunyai dampak besar pada umat
manusia (Eropa) dan mendasari banyak
teori lain
MFB 1000: H1
Rise and fall of physical theory: which
Apakah Yang Dimaksud Dengan
Kosmologi?
Kosmologi  “cosmos” yang berarti
langit dan “logos” yang berarti ilmu
Sejak mulai bisa berpikir, manusia
secara otomatis akan bertanya tentang
posisinya di antara semua mahluk, baik
mati maupun hidup, yang ada di
sekitarnya.
Usaha untuk menjawab pertanyaan di
atas, merupakan kosmologi bagi orang
tersebut.
4
MFB 1000: H1
Apakah Yang Dimaksud
Dengan Kosmologi?
Manusia tidak mungkin hidup sendirian, harus
membentuk komunitas. Terjadi interaksi antara
berbagai kosmologi pribadi sehingga muncul
kosmologi yang mencirikan komunitas itu.
Sekali lagi, kosmologi adalah kumpulan
pengetahuan yang menggambarkan
susunan alam semesta secara umum dan
posisi manusia di dalamnya.
Sejak awal peradaban manusia setiap
komunitas di dunia mempunyai kosmologi
masing-masing.
5
MFB 1000: H1
KOSMOLOGI DAN PERADABAN
AWAL
Nomad di Sahara dan suku asli Amerika
Selatan menggunakan batu untuk
menandai peristiwa angkasa penting.
The Summer Solstice (hari dimana matahari
berada pada posisi puncak di siang hari),
penanda musim tanam atau musim panen
 Mesir kuno, Celtik, Maya membangun
struktur batu kolosal yang menandai musim
maupun susunan matahari, bulan dan
matahari
6
MFB 1000: H1
TIME TO THINK ABOUT…
Pikirkan
beberapa
konsep
kosmologi
dalam
masyarakat
lokal
Indonesia.
7
MFB 1000: H1
Kosmologi
Kuno
Sebelum
Yunani
mpur aduk antara filosofi, keyakinan, dan logi
8
MFB 1000: H1
Yunani Kuno Dan
Perbintangan
The imaginitive mind of Greek thinker
9
MFB 1000: H1
Yunani Kuno dan
Perbintangan
Bintang-bintang berotasi pada
bintang tetap di kutub utara
Rotasi terhadap bintang tetap
dibagi menjadi 12 rasi bintang
10
MFB 1000: H1
Yunani Kuno dan
Perbintangan
 Ada bintang yang disebut Polaris
yang posisinya di dekat kutub
utara yang bergerak lambat bila
diamati di kutub utara.
(sekarang diketahui periode
Polaris mengitari kutub utara
sekiatar 26000 tahun-grak
presesi kutup utara)
 Rasi bintang mengitari matahari
dan kembali ke posisi semula
setelah 365 1/4.
 Adanya gerakan matahari dari
terbit ke tenggelam yang
posisinya bergeser dari utara ke
selatan sehingga ada keadaan
sianglebih lama dari malam dan
MFB 1000: H1
11
sebaliknya
malam
< siang
malam =
malam >
Easter day
Posisi konstelasi bintang
nampak berubah-presesi
equinox
12
MFB 1000: H1
Bintan
g tetap
The Greek World View
Akar Kosmologi Aristotelian
13
MFB 1000: H1
Kosmologi Non-Aristotelian
Secara sederhana bisa dikatakan bahwa
semua kosmologi yang lain (di luar
Aristotelian) adalah berupa narasi, yaitu:
berbagai pernyataan tentang alam semesta
dirangkai menjadi sebuah bentuk narasi;
tidak ada kaitan logis antara pernyataanpernyataan yang menyusun kosmologi
(yang bukan Aristotelian) itu.
14
MFB 1000: H1
Akar Kosmologi Aristotelian
Setiap komunitas di dunia mempunyai
kosmologi masing-masing, termasuk Yunani
Di antara berbagai kosmologi itu kita
meninjau kosmologi yang muncul di Yunani
kuno, yang paling terkenal di antaranya
adalah kosmologi Aristotelian.
Mengapa Aristotelian?
15
MFB 1000: H1
"Aristoteles Louvre" by
After Lysippos - Eric Gaba
Kosmologi Yunani Kuno
16
MFB 1000: H1
PLATO
 Yunani Kuno mengenal kosmologi sperikal dengan
17
mengenalkan pusat jagad raya berbentuk api
(Pytagoras), namun kosmologinya lebih mengarah pada
filsafat pemikiran
 Pertanyaan Plato (questioning beyond what seen)
 Bintang, sebagai benda yang abadi,suci, dan tak
berubah, muncul mengelilingi bumi dalam lintasan
yang sempurna, lingkaran. Tetapi, ada beberapa
bintang yang nampak melanglang melintasi langit
melacak
jejak yang tidak teratur dalam gerak
tahunannya. Pastinya dia juga bergerak uniform
melalui lingkaran. “Bagaimana kita bisa mengenal
geraknya dalam observasi dan menyimpan
penampakannya”.
 Ungkapan Plato mengandung Isyarat adanya “Kaidah
MFB
1000: H1
FisikaTeori”
tentang orbit lingkaran pada gerak bumi dan
planit, dan pengamatannya.
Kosmologi Aristotelian
Dalam
kosmologi
Aristotelian
semua
pernyataan di dalamnya saling terkait
secara logis, tidak disertai unsur “divine”,
dan juga yang penting,
pernyataanpernyataan itu dihubungkan dengan hasil
pengamatan dengan panca indera
Kosmologi Aristotelian bersifat logis dan
empiris.Ini
selaras
dengan
kosmologi
berdasarkan sains modern yang bersifat
logis,
matematis
dan
empirik,
eksperimental.
18
MFB 1000: H1
Kosmologi Aristotelian dan Alam
Semesta
Selanjutnya
kita meninjau kosmologi
Aristotelian yang menempatkan bumi di
pusat
alam
semesta
dan
berbagai lapisan berupa kulit bola,
dimulai lapisan bulan, matahari dan
seterusnya sampai lapisan saturnus dan
lapisan terluar tempat menempelnya
bintang-bintang.
19
MFB 1000: H1
Kosmologi
Aristotelian
Aristotele
s
Geocentric yaitu bumi pusat jagad
raya yang statik.
Benda angkasa mengitari bumi
terdiri dari unsur api, tanah, air,
dan udara.
Alam semesta di luar benda
angkasa terbuat dari eter sebagai
unsur ke 5 yang bergerak melingkar.
Alam semesta terdiri atas bintang
bintang yang sperikal konsentrik
yang bergerak
bumisecara berhingga
makin jauh dari pusat maikn cepat
geraknya
20
MFB 1000: H1
planit
• Penjelasan hasil pengamatan bintang dan
berubahnya posisi matahari atau terjadinya
musim pada era Yunani kuno didominasi oleh
filsafat Plato dan Aristoteles yang menggunakan
pandangan geocentric, yaitu bumi sebagai
pusat jagad raya yang berbentuk bola konsentrik.
• Pengaruh ini kuat karena Plato dan Aristoteles
memiliki kontribusi yang besar filsafat dalam
semua cabang ilmu.
Erathosthenes dengan
astronomi Aristoteles berhasil
menentukan ukuran bumi
berdasarkan pengukuran sudut
sinar matahari jatuh ke bumi
21
MFB 1000: H1
D/c=/360
 D= 5000 stadia
c= 250,000 stadia~25000
miles
PTOLEMY
Ptolemy
Modified geocentric:
Jawaban terhadap persoalan Plato
diterjemahkan oleh Ptolemy.
•Bumi pusat jagad raya yang tetap.
•Jagad raya berbentuk bola konsentrik
•Gerakan matahari mengitari bumi
berpusat di equant sehingga jarak mata
equant
hari berubah-ubah terhadap bumi atau
bumi
bumi merupakan titik eksentrik rotasi
matahari
22
MFB 1000: H1
•Planit mengitari bumi dalam epicycle, di luar
epicycle disebut deferent
Gerak eksentrik matahari
HASIL
•Dapat memprediksi lintasan planit yang
akan datang
•Dapat menghitung radius matahari 1210
jari-jari bumi
•Dapat menerangkan adanya gerakan
retrograde dari planit Mars walaupun belum
betul, yaitu bolak baliknya posisi Mars
terhadap bintang yang tetap bila diamati
dari bumi
23
MFB 1000: H1
Model Ptolemy
 Model Ptolemy yang dikenal sebagai
Almagest, dirumuskan oleh Astronomer
muslim
Jagad berbentuk bola konsentrik yang
berputar
Bumi juga berbentuk bola
Bumi terletak ditengah tengah jagad seperti
di pusatnya
Karena alasan jarak yang tetap terhadap
bintang, bumi dalam hal bola jagad
konsentrik bumi memiliki relasi dengan
MFB 1000: H1
24
suatu titik (equant)
Kelemahan Model
Ptolemy
Bumi,
25
MFB 1000: H1
Merkuri,
Matahari dan
Venus satu
sumbu
sehingga
bergerak
dengan laju
yang sama.
Tidak dapat
menjelaskan
perubahan
Persoalan Heliosentris
 Aristarchus sudah
26
MFB 1000: H1
menjelaskan adanya
gerak heliosentris
tetapi hanya
kualitatif sehingga
tidak dapat
menjelaskan
munculnya paralaks
seandainya
matahari pada pusat
tatasurya dan bumi
mengorbit matahari.
 Bila bumi mengitari
matahari maka
bintang yang
diamati dari bumi
akan bergeser posisi
akibat gerakan
Teori Heliosentrik
Copernicus
 Copernicus melengkapi model
27
MFB 1000: H1
heliosentris yang sebelumnya oleh
Aristarchus dan De Cusa dengan
perhitungan (geometri) yang rinci.
 Copernicus berhasil menjelaskan
alasan bahwa Mercury and Venus
orbitnya dekat dengan matahari
dibanding bumi, adanya g Gerakan
Mars terkadang menjauh dan
mendekat terhadap bumi
(retrograde).
 Perhitungan Copernicus sebenarnya
tidak lebih sederhana dibandingkan
Ptolemy tetapi penjelasannya lebih
Perhitungan Jarak
Bila MBP adalah sudut terkait dengan jarak terjauh planet (yang
orbitnya lebih kecil dari bumi)dari bumi, maka sin( MBP) dapat
digunakan untuk menghitung jarak planet terhadap matahari.
MFB 1000:BH1bumi, dan P planet.
28M matahari,
PERHITUNGAN KALENDER
 Sudah ditetapkan oleh Julius Caesar (Roma)
bahwa satu tahun adalah (365+1/4) hari oleh
sebab itu setiap 4 th harus ditambah 1 hari
untuk menjadi 366 hari, karena Easter telah
ditetapkan setelah waktu siang hari dan malam
hari sama panjang. Pada kenyataannya
ternyata 1 tahun adalah 365.2422 hari. Hari
Easter yang ditetapkan tanggal 21 Maret
ternyata adalah tanggal 11 Maret.
 Walaupun pendapat Copernicus ditentang
29
gereja tetapi perhitungannya telah digunakan
oleh Paus Gregory XII di tahun 1582 hingga
MFB 1000: H1
sekarang.
ARGUMENTASI
COPERNICUS
 memberikan penjelasan bahwa penemuannya
31
mirip dengan Ptolemy
 Menjelaskan bahwa sistem tata surya dan
planit-planit satu kesatuan
 menyiapkan bahasan yang kuantitatif dengan
geometri walaupun tanpa notasi matematik
 menjawab persolaan bumi yang berputar pada
porosnya analog dengan planit yang berputar
pada model Ptolemy
 memberikan penjelasan gerak retrograde Mars
sama baik dengan Ptolemy
 Memberikan penjelasan bahwa efek paralaks
MFB
1000: H1
kecil
karena radius orbit jauh lebih kecil dari
Hasil Copernicus
 Copernicus dapat menjelaskan orbit planit dengan model
heliocentric dengan perhitungan rinci walaupun masih
menggunakan konsep epicycle Ptolemy, dan meniadakan
konsep equant.
 Planit bergerak mengelilingi matahari pada jarak tertentu
sehingga periode revolusinya berbeda
 Copernicus orang pertama yang menghitung jarak planit
walaupun relatip terhadap jarak bumi terhadap matahari.
 menjelaskan gerakan planit mengitari matahari
menggunakan asumsi fisika, perhitungan matematika
dan kosmologi.
 Copernicus percaya bahwa teorinya adalah merupakan
hukum alam.
Tycho Brahe memodifikasi model Copernicus lebih sederhana berdasarkan data
pengamatan bintang menggunakan alat astronomy non optik buatannya tetapi
memakai
konsep epicycle
1000: H1
32masihMFB
Sejarah Kepler
 Kepler seorang Jerman yang berguru ke
Tycho Brahe yang tidak yakin dengan
teori heliosentris Copernicus.
 Kepler diserahi data yang jelek untuk
dianalisa yaitu data pengamatan Mars
yang memiliki jarak Mars yang
berubah-ubah terhadap suatu bintang
tetap yang tidak dapat dijelaskan
dengan teori yang ada.
 Tetapi karena tugas yang sulit itu,
Kepler berhasil menjelaskan persoalan
Mars dan menemukan bahwa tatasurya
adalah sesuai dengan teori Copernicus
MFB 1000: H1
dan Mars memiliki lintasan elips
Alat Tycho Brahe
33
Hukum-hukum Kepler
34
Pengamatan dan perhitungan Kepler selama 10 tahun padaKepler
data planit Mars yang diamati oleh Tycho Brahe dituangkan
dalam Astronomia Nova menunjukkan kesimpulan adanya
orbit planit berbentuk elip dengan matahari sebagai
pusatnya.
Kepler menemukan orbit elips setelah menghitung periode
Mars dengan model Ptolemy yang dibandingkan dengan data
pengamatan Tycho Brahe.
Kepler menemukan juga
bahwa luasan yang
disapu orbit persatuan waktu
tetap.
Kepler juga mengamati
bahwa gerak planit
mengelilingi matahari
MFB 1000:
H1
memiliki
harmonisasi
Brahe
Pencerahan Kepler
 Berhasil memecahkan persoalan eksentrisitas dan lingkaran konsentrik
yang telah diilhamkan oleh Plato dengan konsep orbit elip. Inilah Hukum I
Kepler.
Tetapi dimana planit berada? Kepler telah mengambil asumsi sbb:
 Ada gaya dari matahari yang menolak planit
 Gaya ini terdistribusi seragam sepanjang sekeliling jarak matahari bumi.
 Laju planit sebanding dengan gaya itu sehingga berbanding terbalik
dengan jarak v~1/r
 Jumlah jarak yang disapu saat mengorbit sebanding dengan luasnya,
t~S
 Orbit planit lingkaran
Inilah hukum II- Hukum Kesamaan Luas
Bagaimana menghitung jarak planit? Kepler mengambil inspirasi dari teori
musik. Hukum III dikenal sebagai hukum harmoni karena menyajikan
hubungan yang sederhana antara periode planit dengan jarak setelah 17
tahun bekerja dengan data Tycho Brahe..
35
MFB 1000: H1
Hukum Keppler I: Orbit
Elips
planit
matahari
p=a(1-2)
p
r 
1   cos 
a(1-)
a(1+)
Hanya Mars,
Mercuri dan
Pluto yang
menonjol sifat
elipnya yang
lain mendekati
orbit lingkaran
36
MFB 1000: H1
Hukum Keppler II
dA / dt  kons tan
Luasan yang disapu oleh orbit planit per
satuan waktu, misalnya a, b, c nilainya
konstan
37
MFB 1000: H1
Hukum Keppler III
 Kwadrat periode sebanding dengan pangkat
tiga jarak.
 T2 ~a3 atau a3/T2 =konstan
 Periode (tahun)2 = Jarak (a.u)3
38
MFB 1000: H1
SUMBANGAN KEPLER
39
Meletakkan 3 hukum pertama dengan
dasar model heliosentris, fisika dan hasil
eksperimen
1.Matahari merupakan pusat orbit planit
yang berbentuk elips dengan matahari
sebagai salah satu titik fokusnya.
2.Laju luasan yang disapu oleh planit
selama mengorbit tetap
3.Jarak pangkat tiga planit terhadap
matahari sebanding dengan kwadrat
periodenya
MFB 1000: H1
4.Mengenalkan konsep gaya dalam gerak
GALILEO
 Galileo mahasiswa kedokteran tertarik
41
terhadap fisika karena melihat lampu
yang gantung yang berayun. Dari
pengamatan itu akhirnya dia buat bandul
matematik sebagai alat ukur waktu. Dia
membaca buku Euclid dan Archimedes
dan dikenal sebagai mahasiswa pandai
tapi kemudian dia dropout.
 Tahun 1590, dia eksperimen tentang
jatuh bebas di Pisa tentang benda
dengan komposisi yang sama jatuh
bebas dengan laju yang sama. Tetapi
kelajuannya masih tergantung pada
MFB 1000: H1 medium yang dilalui ketika benda jatuh.
 Galileo mulai bekerja dengan
astronomi sejak di Padua tahun
1597 dan menulis surat kepada
Kepler bahwa dia mendukung teori
Copernicus.
 Praktis di bidang astronomi, Galileo
hanya mendukung Kepler melalui
data eksperimen yautu dengan
pengamatan planit dan bintang
menggunakan teleskop optik,
khusunya untuk planit Jupiter,
Mercury, Venus, dan Mars
42
MFB 1000: H1
Pengamatan Galileo dibukukan dalam The
Sidereal Messenger yang memuat hal berikut:
 Penemuan 4 satelit di Jupiter yang mengelilingi
Yupiter. Dampaknya pada runtuhnya konsep
geosentris.
 Dapat melihat permukaan bulan yang tidak rata
 Bintang tetap posisinya sangat jauh karena tidak
nampak membesar diamati dengan teleskop. Hal
ini berakibat paralaks memang sangat kecil
 Milky Way berisi kumpulan bintang.
Banyak saintis menolak hasil pengamatan ini,
kecuali Kepler. Galileo menulis surat kepada
Kepler:
“You
MFB 1000:
H1 are the first and almost the only
43
person who, after a cursory investigation,
Argumentasi Fisika Geosentris
Salah
 Adanya satelit di Yupiter mengindikasikan yang
orbitnya besar periode revolusinya lama---harmonik.
Dalam sistem Ptolemik ada disharmonisasi terkecil
Bulan, 273 hari, sampai Saturnus,30 tahun, kemudian
24 jam (bumi)
 Adanya presesi equinox jelas menunjukkan bahwa
bumi tidak diam
 Sulit dipahami bintang tetap pada posisinya tetapi
bergerak dengan tetap menjaga jaraknya.
 Sulit dipahami bumi tetap yang kecil itu tetap diam
sementara benda langit yang lain bergerak.
 Eksperimen benda jatuh Galileo tidak hanya mau
MFB 1000: H1
44
menunjukkan
gerak jatuh tidak ditentukan oleh berat
ANTARA SAIN DAN
DOGMA
Hasil pengamatan Galileo telah
45
mengajarkan kembali paham
heliosentris lebih akurat dibandingkan
dengan model geosentris yang telah
dianut oleh Gereja yang mengadopsi
paham Aristoteles pada masa itu.
Galileo telah dinilai sesat dan dihukum
serta disiksa untuk meninggalkan
paham heliosentris. Pernyataan bahwa
Galileo sesat akhirnya dihapus oleh
Gereja pada tahun 1992.
MFB 1000: H1
Gereja telah mengabadikan pandangan
SAIN DAN DOGMA
 Kebebasan
berpikir saat itu terbatasi oleh
dogma / “divine”. Itali, tempat Galileo berasal,
adalah negara penghasil saintis terkecil
dibandingkan negara Eropa lainnya sampai 200
tahun setelah Galileo.
 50 tahun setelah kematian Galileo, Newton
muncul
untuk
merangkum
penemuan
Copernicus, Kepler dan Galileo dalam Principia
menunjukkan bahwa idea mereka cemerlang
46
MFB 1000: H1
RINGKASAN
Yang
terindera oleh kita tidak selalu
mengarahkan pada kaidah yang benar.
Adalah
sulit
keluar
dari
suatu
kesalahpahaman bila itu didukung oleh
penampakan
melalui
indera
kita,
sebagaimana sulitnya keluar dari paham
geosentris ke paham heliosentris atau dari
paham orbit lingkaran menuju orbit elips.
Perlu ratusan tahun untuk mengubah
kesalahpahaman yang telah menjadi
keyakinan atau dogma .
MFB 1000: H1
47
“Lebih mudah memecah atom daripada
48
MFB 1000: H1