Perkembangan Fisika

Seratus tahun perkembangan Fisika (1889-1989)

Tahun	Penemuan Fisika
1896-1898	Penemuan Radio Aktif oleh Henri Becquerel, Marie, dan Piere Curie.
1895	Penemuan sinar-x oleh Wilhelm C. Rontgen
1897	Penemuan elektron oleh J.J. Thompson
1900-1916	Max Planck berhasil merumuskan energi kuantum
1901	Guglielmo Marconi menemukan gelombang elektromagnetik di atas laut
1905	Albert Einstein memperkenalkan teori relativitas. E = m.c2
1914	Eksperimen mengunakan roket oleh Robert Goddard
1915	Albert Einstein memperkenalkan teori gravitasi bumi
1917	Hubble berasil membuat teleskop untuk melihat planet-planet lain.
1919	Edwin Amstrong mempopulerkan penerima gelombang radio
1923	Louis de Broglie dapat menjelaskan sifat gelombang dari materi l= h/mv
1925	Ditemukan pondasi baru unuk mekanika kuantum oleh Werner Heisenberg
1926	Erwin Schrodinger menemukan persamaan gelombang materi
1927	Postulat alam semesta dan asal mula teori Big Bang oleh Georges Lemaitre
1928	Chandra Sekhara Venkata Raman dapat mengetahui adanaya interaksi antara cahaya dan materi melalui Hamburan Raman
1932	Teori mekanisme runtuhnya bintang-bintang berhasil dikemukakan oleh Karl Schwarzchild dan Subrahmanyan Chandra Sekhar
1933	Masalah benda gelap dikemukakan oleh Fritz Zwiky
1935	Teori gaya nuklir dapat dijelaskan oleh Hideki Yukawa
1942	Pembuatan bom atom oleh Robert Oppenheimer
1956-1957	Prinsip dasar fisika partikel elementer yang baru oleh Tsung-Dao Lee, Ning Yang, dan Shung-wu.
1963	Teori Chaos dalam sistem yang dinamik
1964	Ide tentang adanya partikel Quark oleh Murray Gellmann & George Zulig
1967	Penyatuan gaya-gaya fundamental oleh stephen wienberg, sheldon Glashows, dan Abdus Salam.
1971-1980	Usulan tentang Theory of Everything oleh Michael Green.
1982	Daniel Tsui , Horst Stormer & Robert Betts Laughlin menemukan muatan listrik fraksional
1986	Penemuan Superkonduktor dengan temperatur tinggi
1989	Penyelidikan radiasi latar belakang kosmik.

Hukum ilmiah

Hukum sains biasanya adalah suatu pernyataan di dalam dunia ilmu pengetahuan yang biasanya berupa hipotesis yang sebelumnya telah didukung oleh percobaan-percobaan dan menyangkut teori-teori sebelumnya yang dapat mendukung teori dan hukum tersebut.

Dalam sejarahnya, hukum sains dapat diilhami berdasarkan suatu percobaan secara ilmiah, ada juga hukum tersebut dibuat atas dasar pemikiran yang kritis atau dengan sesuatu keadaan coba-coba bahkan atas sesuatu ketidak-sengajaan.

Hukum Sains berdasarkan huruf alfabet

Hukum Archimedes (+250 sebelum Masehi)

"Jika suatu benda dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang terdesak oleh benda tersebut".

Hukum Avogadro (1811)

"Jika dua macam gas (atau lebih) sama volumenya, maka gas-gas tersebut sama banyak pula jumlah molekul-molekulnya masing-masing, asal temperatur dan tekanannya sama pula".

 Hukum Bernoulli (1738)

"Bagi zat-zat cair, yang tidak dapat dimampatkan dan yang mengalir secara stasioner, jumlah tenaga gerak, tenaga tempat dan tenaga tekanan adalah konstanHukum Boyle (1662)
"Jika suatu kuantitas dari sesuatu gas ideal (yakni kuantitas menurut beratnya) mempunyai temperatur yang konstan, maka juga hasil kali volume dan tekanannya merupakan bilangan konstan".

Hukum Boyle-Gay Lussac (1802)

"Bagi suatu kuantitas dari suatu gas ideal (yakni kuantitas menurut beratnya) hasil kali dari volume dan tekanannya dibagi dengan temperatur mutlaknya adalah konstan".

 Hukum Coulomb (1785)

• Gaya, yang dilakukan oleh dua kutub magnet yang satu pada yang lain, adalah sebanding-lurus dengan kuatnya mekanitisme kutub-kutub tersebut dan sebanding balik dengan kuadrat jarak antara kedua kutub tersebut.
• Gaya, yang dilakukan oleh dua benda (yang masing-masing bermuatan listrik) yang satu pada yang lain, adalah sebanding-laras dengan kuatnya muatan listrik dari benda-benda tersebut dan sebanding-balik dengan kuadrat jarak antara kedua benda itu.

Hukum Gay Lussac (1802)

"Jika suatu kuantitas dari sesuatu gas ideal (yakni kuantitas menurut beratnya) mempunyai tekanan yang konstan, maka juga hasil bagi volume dan temperaturnya merupakan bilangan konstan" "gas berkembang secara linear dengan tekanan tetap dan suhu yang bertambah"

Hukum Dalton (1802)

"Tekanan dari suatu campuran yang terdiri atas beberapa macam gas (yang tidak bereaksi kimiawi yang satu dengan yang lain) adalah sama dengan jumlah dari tekanan-tekanan dari setiap gas tersebut, jelasnya tekanan dari setiap gas tersebut, jika ia masing-masing ada sendirian dalam ruang campuran tadi".] Hukum Dulong dan Petit (1819)
"Kalori jenis dari zat-zat padat adalah kira-kira 6 (enam) kalori per grammolecule".

Hukum-hukum (ayunan) Galilei (1596)

• Tempo ayunan tidak bergantung dari besarnya amplitudo (jarak ayunan), asal amplitudo tersebut tidak terlalu besar.
• Tempo ayunan tidak bergantung dari beratnya bandulan ayunan.
• Tempo ayunan adalah sebanding laras dengan akar dari panjangnya bandulan ayunan.
• Tempo ayunan adalah sebanding-balik dengan akar dari percepatan yang disebabkan oleh gaya berat.

 Hukum Kirchoff (1875)

• Jika berbagai arus listrik bertepatan di suatu titik, maka jumlah aljabar dari kekuatan arus-arus tersebut adalah 0 (nol) di titik pertepatan tadi.
• Dalam suatu edaran arus listrik yang tertutup berlaku persamaan berikut: "Jumlah aljabar dari hasilkali-hasilkali kekuatan arus dan tahanan disetiap bagian (dari edaran tersebut) adalah sama dengan jumlah aljabar dari gaya-gaya gerak listriknya".

• Besar Arus listrik yang mengalir menuju titik percabangan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari titik percabangan

Hukum Lenz (1878)

"Jika suatu pengantar listrik digerakkan dalam suatu medan magnet, maka arus listrik yang diinduksikan berarah sedemikian rupa, sehingga gerak pengantar listrik yang mengakibatkan induksi tadi terhambat olehnya.

Hukum Newton (1687)

"Dua benda saling menarik dengan suatu gaya yang sebanding-laras dengan massa-massa dari kedua benda tersebut dan sebanding-balik dengan kuadrat dari jarak antara kedua benda itu.

Hukum Ohm (1825)

"Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-laras dengan tegangan listrik yang terdapat di antara kedua ujung penghantar tadi". Hukum Ohm menyatakan bahwa besar arus yang mengalir pada suatu konduktor pada suhu tetap sebanding dengan beda potensial antara kedua ujung-ujung konduktor

Hukum Pascal (1658)

"Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya".

rumusnya :
F1 = (F2xA1):A2 F2 = (F1xA2):A1 A1 = (F1xA2):F2 A2 = (F2xA1):F1

 Hukum Snellius (1621)

• Jika suatu sinar cahaya melalui perbatasan dua jenis zat cair, maka garis semula dari sinar tersebut, garis sesudah sinar itu membias dan garis normal dititik-biasnya, ketiga-tiga garis tersebut terletak dalam satu bidang datar.
• Perbandingan antara sinus-sinur dari sudut masuk dan sudut bias adalah konstan.] Hukum Stefan - Boltzmann (1898)

"Jika suatu benda hitam memancarkan kalor, maka intensitas pemancaran kalor tersebut sebanding-laras dengan pangkat empat dari temperatur absolut".

Hukum Wiedemann - Franz (1853)

"Bagi segala macam logam murni adalah perbandingan antara daya-penghantar-kalor spesifik dan daya penghantar-listrik spesifik suatu bilangan yang konstan, jika temperaturnya sama".

Hukum Gauss Gauss

"Jumlah garis-garis gaya listrik yang menembus atau menambah suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut dan sebagainya"

Hukum Maxwell (percobaan Maxwell) James Clerk Maxwell [1864]

"Oleh karena perubahan medan magnet dapat menimbulkan medan listrik,sebaliknya perubahan medan listrik dapat menimbulkan perubahan medan magnet.

Jarak dan Kecepatan Gerak Bintang

a.) Jarak Bintang

Di dalam astronomi, metode yang digunakan dalam penentuan jarak adalah metode paralaks. Paralaks merupakan metode yang digunakan dengan melihat pada pergeseran dua titik tetap relatif satu terhadap yang lain dilihat dari sudut pandang pengamat.

1.) Paralaks Trigonometri
Penentuan jarak bintang baru berhasil dilakukan pada abad ke-19 dengan menggunakan metode paralaks trigonometri. Akibat dari gerak edar bumi, bintang dekat akan terlihat bergeser terhadap bintang jauh. Dan bintang tersebut seolah bergerak menempuh lintasan ellips relatif terhadap latar belakang bintang yang jauh. Gerak ellips tersebut merupakan pencerminan gerak bumi. Sudut yang dibentuk oleh bumi dan matahari ke bintang inilah yang disebut paralaks bintang. Semakin jauh letak bintang, lintasan ellipsnya makin kecil, paralaksnya juga makin kecil.

Dengan mengetahui jarak bumi – matahari, serta paralaks bintang, jarak bintang bisa diketahui dari hubungan :

Metode paralaks trigonometri hanya bisa digunakan untuk mendapatkan jarak bintang-bintang terdekat (untuk jarak ratusan parsec).

2.) Paralaks Spektroskopik
Dalam pengamatan, terang suatu bintang diukur dalam satuan magnitudo. Dari pengamatan magnitudo semu bintang serta kelas spektrum bintang juga bisa diketahui. Dengan mendefinisikan magnitudo mutlak bintang sebagai magnitudo bintang yang diandaikan diamati pada jarak yang sama, yaitu 10 parsec. Untuk bintang-bintang jauh, dengan membandingkan kelas spektrum bintang dari hasil pengamatan dengan bintang yang kelas spektrumnya sama dan sudah diketahui jaraknya, magnitudo mutlak bintang bisa diketahui dari hubungan pada temperatur (kelas spektrum dengan M). Selisih magnitudo semu dan magnitudo mutlak akan memberikan harga jarak bintang dari pengamat setelah dikoreksi terhadap serapan antar bintang :

Kondisi tanpa adanya debu akan mempermudah penentuan magnitudo absolut bintang. Untuk bintang dekat, efek debu kecil dan bisa diabaikan.

3.) Paralaks Rata-Rata
Perhitungan jarak bintang dengan paralaks rata-rata dilakukan untuk bintang-bintang yang sangat jauh. Penentuan paraks rata-rata melibatkan sejumlah bintang yang memiliki kelas spektrum dan kelas luminositas yang sama sehingga diharapkan magnitudo mutlak semua bintang dalam gugus akan sama.

Untuk menentukan paralaks rata-rata, diamati gerak bintang yang akan memberi informasi jaraknya. Gerak sejati bintang bisa diuraikan dalam 2 komponen yakni komponen yang searah dengan arah apex-antapex dan komponen yang tegak lurus arah apex – antapex dan tidak terpengaruh gerak matahari. Bila merupakan komponen kecepatan tangensial pada arah , maka : , yang digunakan adalah harga rata-rata untuk semua bintang. Paralaks rata-rata sekelompok bintang itu akan memenuhi persamaan : dimana . Dari pengamatan terhadap dan masing-masing bintang, harga magnitudo mutlak bintang kelompok itu bisa ditentukan dari hubungan :

Dari sini harga paralaks masing-masing bintang bisa ditentukan dan jarak bisa diketahui.

4.) Paralaks Gerak Gugus
Penentuan jarak berdasarkan gerak bintang juga bisa dilakukan dengan mengamati gerak sejati bintang dalam gugus bintang. Untuk gugus yang tidak terlampau jauh, lintasan bintang dalam gugus terlihat memusat pada suatu titik. Titik temu vektor gerak sejati inilah yang disebut titik vertex. Jika A merupakan sudut yang dibentuk oleh gugus bintang dan titik vertex dan V merupakan kecepatan gugus dalam ruang dimana V_r merupakan kecepatan radialnya, maka kecepatan tangensialnya gugus adalah : Dengan mengetahui kecepatan tangensial, jarak bisa diketahui dari hubungan : , merupakan gerak sejati bintang.

5.) Paralaks Dinamik
Dalam pengamatan bintang ganda visual, parameter orbit yang dapat ditentukan adalah sudut inklinasi , sudut setengah sumbu besar , eksentrisitas orbit , periode orbit . Hubungan antara sudut setengah sumbu besar dan setengah sumbu besar adalah : atau dengan jarak dinyatakan dalam AU sehingga hubungan jarak dan paralaks yang berlaku adalah ; paralaks dalam detik busur.

Dari hubungan Hukum Keppler Ketiga didapat :

Jika sudut setengah sumbu besar orbit masing-masing bintang adalah dan maka :

atau , Dan massa bintang memenuhi : .

Pada sistem bintang ganda visual, magnitudo mutlak bolometrik setiap komponen dapat ditentukan, dan luminositasnya dapat diketahui : , dan dari hubungan empirik massa-luminositas :

             atau :

Dari hubungan-hubungan ini dapat diketahui jarak bintang jika pada pengamatan bintang ganda visual telah diketahui dengan langkah sebagai berikut :

• Langkah 1 : Pendekatan pertama, anggap massa total
• Langkah 2 : Tentukan paralaks dari hubungan
• Langkah 3 : Tentukan magnitudo mutlak bolometrik untuk masing-masing komponen
• Langkah 4 : Tentukan massa masing-masing bintang dari hubungan massa-luminositas
• Langkah 5 : Ulangi langkah 2
• Langkah 6 : Ulangi langkah 3

Langkah-langkah ini diulang sampai mendapat beda harga p, M₁ dan M₂ yang cukup kecil. Jarak bisa didapat dari hubungan paralaks dan jarak :

b.) Kecepatan Gerak Bintang

Bila diamati, bintang selalu bergerak di langit malam, baik itu tiap jam maupun tiap hari akibat pergerakan Bumi relatif terhadap bintang (rotasi dan revolusi Bumi). Walaupun begitu, bintang sebenarnya benar-benar bergerak, sebagian besar karena mengitari pusat galaksi, namun pergerakannya itu sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat dalam pengamatan berabad-abad. Gerak semacam inilah yang disebut gerak sejati bintang.

Gerak sejati bintang dibedakan menjadi tiga berdasarkan arah geraknya, yaitu:

Ø  Kecepatan radial       :  kecepatan bintang menjauhi atau mendekati pengamat (sejajar garis pandang).

Ø  kecepatan tangensial :  kecepatan bintang bergerak di bola langit (pada bidang pandang).

Ø  Kecepatan total adalah kecepatan gerak sejati bintang yang sebenarnya (semua komponen).

1.) Kecepatan Radial

Kecepatan radial, seperti telah dijelaskan sebelumnya, adalah kecepatan bintang menjauhi atau mendekati pengamat. Kecepatan ini biasanya cukup besar, sehingga terjadi peristiwa pergeseran panjang gelombang. Kecepatan radial bintang dapat diukur dengan metode Efek Doppler.

atau dengan pendekatan untuk v_r<<c dapat digunakan versi nonrelativistik yaitu:

Kebanyakan gerak bintang-bintang yang dapat diaamati geraknya memiliki kelajuan yang jauh di bawah kelajuan cahaya, sehinggi kita gunakan saja persamaan yang kedua. Penting untuk mengetahui kecepatan bintang dan galaksi umumnya dinyatakan dalam km/s.

2.) Kecepatan Tangensial

Kecepatan tangensial adalah kecepatan gerak bintang pada bola langit. Misalkan pada suatu tahun, bintang tersebut berada pada α,δ sekian, namun pada tahun berikutnya posisinya berubah. Perubahan koordinat dalam tiap tahun ini disebut proper motion (μ) yang merupakan kecepatan sudut bintang (perubahan sudut per perubahan waktu). Kecepatan liniernya dinyatakan dalam satuan kilometer per detik. Kecepatan linier inilah yang dikatakan kecepatan tangensial, yang dapat dicari dengan menggunakan rumus keliling lingkaran. Misal perubahan posisi bintang dari x ke x’, yaitu sebesar  μ (detik busur) setiap tahunnya.

Perhatikan gambar:

d (parsec) dan μ (“)

kita juga memiliki hubungan d = 1/p untuk d dalam parsec dan p dalam detik busur

Keliling = 360 º = 1296000”

Keliling = 2πd = 2π/p

dan mengingat definisi kecepatan sudut, v = ω d, maka:

3.) Kecepatan Total

Di atas kita telah membahas kecepatan bintang dalam arah radial dan tangensial, sekarang kita akan mencari kecepatan total bintang, v. Karena arah sumbu radial dan tangensial tegak lurus, maka dengan mudah kita dapat menyelesaikannya menggunakan dalil Pythagoras atau trigonometri. Ingatlah sudut yang dibentuk antara sumbu radial dan vektor kecepatan bintang disebut sudut β.

v² = v_r² + v_t²

v_r = v cos β

v_t = v sin β