Artikel Fisika - Purnomo Satria

Nama
: Purnomo Satria
NIM
: 1133467162
Artikel Fisika
Astronut dan bumi mengalami kaidah jatuh bebas akibat gaya gravitasi
Fisika (bahasa Yunani: φυσικός (fysikós), "alamiah", dan φύσις (fýsis), "alam") adalah sains
atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak
hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika
mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel
submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam
semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem
materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai
hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam
lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang
mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang
dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang
dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan
elektromagnetika.
Fisika juga berkaitan erat dengan matematika. Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi
matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih rumit daripada matematika yang
digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika
berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola
abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun, perbedaan ini tidak
selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang beririsan antara fisika dan matematika,
yakni fisika matematis, yang mengembangkan struktur matematis bagi teori-teori fisika.
Mekanika kuantum
Densitas kebolehjadian dari fungsi gelombang sebuah elektron atom hidrogen dalam
mekanika kwantum
Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada
tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang
fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum,
fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum
dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar
fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi
diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan
dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.
Sejarah
Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi
beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran
intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein
menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam
bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum
dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie
memberikan teorinya tentang gelombang benda.
Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan
jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama.
Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's
Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).
Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg
mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika
gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa
kedua pendekatan tersebut sama.
Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi
Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac
menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga membuka
penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun 1932,
Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai
teori operator.
Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London, yang mempublikasikan
penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927. Kimia kuantum beberapa
kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar, termasuk kimiawan Amerika Linus
Pauling.
Berawal pada 1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam
bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam
bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang
riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard
Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō pada tahun 1940-an.
Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan
elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.
Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960an. Teori yang kita kenal
sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975.
Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain. Sheldon Lee
Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan secara independen bagaimana
gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah
elektro.
Eksperimen penemuan
•
Eksperimen celah-ganda royan membuktikan sifat gelombang dari cahaya. (sekitar
2012)
•
Henri Becquerel menemukan radioaktivitas (1896)
•
Joseph John Thomson - eksperimen tabung sinar kathoda (menemukan elektron dan
muatan negatifnya) (1897)
•
Penelitian radiasi benda hitam antara 1850 dan 1900, yang tidak dapat dijelaskan
tanpa konsep kuantum.
•
Robert Millikan - eksperimen tetesan oli, membuktikan bahwa muatan listrik terjadi
dalam kuanta (seluruh unit), (1909)
•
Ernest Rutherford - eksperimen lembaran emas menggagalkan model puding plum
atom yang menyarankan bahwa muatan positif dan masa atom tersebar dengan rata.
(1911)
•
Otto Stern dan Walter Gerlach melakukan eksperimen Stern-Gerlach, yang
menunjukkan sifat kuantisasi partikel spin (1920)
•
Clyde L. Cowan dan Frederick Reines meyakinkan keberadaan neutrino dalam
eksperimen neutrino (1955)
Bukti dari mekanika kuantum
Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan perilaku atom dan partikel subatomik
seperti proton, neutron dan elektron yang tidak mematuhi hukum-hukum fisika klasik. Atom
biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik
negatif) beredar seputar nukleus atom (yang bermuatan listrik positif). Menurut mekanika
kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi (misalnya
dari n=2 atau kulit atom ke-2 ) ke tingkat energi yang lebih rendah (misalnya n=1 atau kulit
atom tingkat ke-1), energi berupa sebuah partikel cahaya yang disebut foton, dilepaskan.
Energi yang dilepaskan dapat dirumuskan sbb:
keterangan:
•
adalah energi (J)
•
adalah tetapan Planck,
•
adalah frekuensi dari cahaya (Hz)
(Js), dan
Dalam spektrometer massa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang diionisasi tidak kontinyu, hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu garis-garis
spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.
Termodinamika
Sebuah sistem termodinamika
Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika
energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat
dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.
Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika
klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung).
Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada
termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah
proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantungwaktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa
termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung
kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke
sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud
di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi
spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Konsep dasar dalam termodinamika
Pengabstrakkan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi
oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan
digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin
terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem
dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa
parameter !
Sistem termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan
yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan.
Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan
perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan
lingkungan:
•
sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan.
Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
•
sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi
pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup
di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan
lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya
biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
•
o
pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
o
pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan
lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut
permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena
pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan
gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi
yang keluar dari sistem.
Keadaan termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam
keadaan pasti (atau keadaan sistem).
Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti
yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut
fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan
properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem
tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti
sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan.
Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.
Hukum-hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
•
Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga,
maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
•
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam
dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang
disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
•
Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total
entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan
meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
•
Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan
bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti
dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa
entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Sekilas Tentang Riset Fisika
Fisika teoretis dan eksperimental
Budaya penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan teori dan
eksperimen. Sejak abad kedua puluh, kebanyakan fisikawan perseorangan mengkhususkan
diri meneliti dalam fisika teoretis atau fisika eksperimental saja, dan pada abad kedua puluh,
sedikit saja yang berhasil dalam kedua bidang tersebut. Sebaliknya, hampir semua teoris
dalam biologi dan kimia juga merupakan eksperimentalis yang sukses.
Gampangnya, teoris berusaha mengembangkan teori yang dapat menjelaskan hasil
eksperimen yang telah dicoba dan dapat memperkirakan hasil eksperimen yang akan datang.
Sementara itu, eksperimentalis menyusun dan melaksanakan eksperimen untuk menguji
perkiraan teoretis. Meskipun teori dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, mereka
saling bergantung. Kemajuan dalam fisika biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat
penemuan yang tak dapat dijelaskan dari teori yang ada, sehingga mengharuskan
dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoretis sering berjalan ke arah
yang salah; salah satu contohnya adalah teori-M, teori populer dalam fisika energi-tinggi,
karena eksperimen untuk mengujinya belum pernah disusun.
Teori fisika utama
Meskipun fisika membahas beraneka ragam sistem, ada beberapa teori yang digunakan secara
keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap teori ini diyakini benar adanya,
dalam wilayah kesahihan tertentu. Contohnya, teori mekanika klasik dapat menjelaskan
pergerakan benda dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak
dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya.
Teori-teori ini masih terus diteliti; contohnya, aspek mengagumkan dari mekanika klasik
yang dikenal sebagai teori chaos ditemukan pada abad kedua puluh, tiga abad setelah
dirumuskan oleh Isaac Newton. Namun, hanya sedikit fisikawan yang menganggap teori-teori
dasar ini menyimpang. Oleh karena itu, teori-teori tersebut digunakan sebagai dasar
penelitian menuju topik yang lebih khusus, dan semua pelaku fisika, apa pun spesialisasinya,
diharapkan memahami teori-teori tersebut.
Teori
Subtopik utama
Konsep
Mekanika klasik
Hukum
gerak
Newton,
Mekanika
Lagrangian,
Mekanika Hamiltonian, Teori
chaos,
Dinamika
fluida,
Mekanika kontinuum
Dimensi, Ruang, Waktu, Gerak, Panjang,
Kecepatan, Massa, Momentum, Gaya,
Energi, Momentum sudut, Torsi, Hukum
kekekalan,
Oscilator
harmonis,
Gelombang, Usaha, Daya
Elektromagnetik
Elektrostatik,
Magnetisitas,
Maxwell
Muatan listrik, Arus, Medan listrik,
Listrik,
Medan magnet, Medan elektromagnetik,
Persamaan
Radiasi
elektromagnetis,
Monopol
magnetik
Termodinamika
dan
Mekanika Mesin panas, Teori kinetis
statistik
Konstanta Boltzmann, Entropi, Energi
bebas, Panas, Fungsi partisi, Suhu
Hamiltonian, Partikel identik Konstanta
Path integral formulation,
Planck, Pengikatan kuantum, Oscilator
Mekanika kuantum Persamaan
Schrödinger,
harmonik kuantum, Fungsi gelombang,
Teori medan kuantum
Energi titik-nol
Teori relativitas
Prinsip ekuivalensi, Empat-momentum,
Relativitas khusus, Relativitas
Kerangka
referensi,
Waktu-ruang,
umum
Kecepatan cahaya
Bidang utama dalam fisika
Riset dalam fisika dibagi beberapa bidang yang mempelajari aspek yang berbeda dari dunia
materi. Fisika benda kondensi, diperkirakan sebagai bidang fisika terbesar, mempelajari
properti benda besar, seperti benda padat dan cairan yang kita temui setiap hari, yang berasal
dari properti dan interaksi mutual dari atom.
Bidang Fisika atomik, molekul, dan optik berhadapan dengan individual atom dan molekul,
dan cara mereka menyerap dan mengeluarkan cahaya. Bidang Fisika partikel, juga dikenal
sebagai "Fisika energi-tinggi", mempelajari properti partikel super kecil yang jauh lebih kecil
dari atom, termasuk partikel dasar yang membentuk benda lainnya.
Terakhir, bidang Astrofisika menerapkan hukum fisika untuk menjelaskan fenomena
astronomi, berkisar dari matahari dan objek lainnya dalam tata surya ke jagad raya secara
keseluruhan.
Bidang
Sub-bidang
Teori utama
Astrofisika
Big Bang, Inflasi
Kosmologi, Ilmu
Lubang hitam, Latar belakang radiasi
kosmik, Relativitas
planet,
Fisika
kosmik, Galaksi, Gravitasi, Radiasi
umum,
Hukum
plasma
Gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang
gravitasi universal
Fisika
Fisika atom, Fisika
atomik,
molekul,
optik, Optik quantum
molekul, dan
Photonik
optik
Fisika
partikel
Konsep
Difraksi, Radiasi elektromagnetik,
Laser, Polarisasi, Garis spectral
Gaya
Fundamental
(gravitasi,
Model
standar, elektromagnetik,
lemah,
kuat),
Fisika akselerator,
Teori
penyatuan Partikel elemen, Antimatter, Putar,
Fisika nuklir
besar, teori-M
Pengereman simetri spontan, Teori
keseluruhan Energi vakum
Fisika
benda Teori
BCS,
padat,
Fisika Gelombang Bloch,
Fisika benda
material,
Fisika Gas Fermi, Cairan
kondensi
polimer, Material Fermi,
Teori
butiran
banyak-tubuh
Fase (gas, cair, padat, Kondensat
Bose-Einstein,
superkonduktor,
superfluid),
Konduksi
listrik,
Magnetism,
Pengorganisasian
sendiri, Putar, Pengereman simetri
spontan
Bidang yang berhubungan
Ada banyak area riset yang mencampur fisika dengan bidang lainnya. Contohnya, bidang
biofisika yang mengkhususkan ke peranan prinsip fisika dalam sistem biologi, dan bidang
kimia kuantum yang mempelajari bagaimana teori kuantum mekanik memberi peningkatan
terhadap sifat kimia dari atom dan molekul. Beberapa didata di bawah:
Akustik - Astronomi - Biofisika - Fisika penghitungan - Elektronik - Teknik - Geofisika Ilmu material - Fisika matematika - Fisika medis - Kimia Fisika - Dinamika kendaraan Fisika Pendidikan.