NEWTON, KOMPOSISI
CAHAYA, DAN GRAVITASI
DISUSUN
OLEH:
LUSI
RIZKI AULIA (06111011023)
BHUSTAN
HIDAYAT A.R (06111011033)
DEPI
OKTASARI (06111011040)
DERIS
DEI DAELI (06111011041)
JOVI
SAFITRI EKA P (06111011045)
DOSEN
PENGAMPU:
Drs.
ABIDIN PARASIBU, M.M
MUHAMMAD
YUSUP, S.Pd, M.Pd
FAKULTAS
KEGURUAN DAN ILMU PENGETAHUAN
UNIVERSITAS
SRIWIJAYA
2012
NEWTON, KOMPOSISI CAHAYA, DAN GRAVITASI
A. Isaac Newton
A. Isaac Newton
Isaac Newton adalah ahli fisika, matematika,
astronomi, kimia, dan ahli filsafat yang berasal dari Inggris. Newton lahir pada 4 Januari 1643 di
Wolllstrope, Lincolnshire. Ayahnya
adalah seorang petani dan meninggal tiga bulan sebelum Newton lahir. Dua tahun
kemudian ibunya menikah lagi dan meninggalkan Newton bersama neneknya.
Newton adalah anak yang pintar. Awalnya Newton bersekolah di sekolah desa ,
namun kemudian ia pindah ke sekolah yang lebih baik di Grantham dimana disana
ia menjadi murid dengan peringkat atas. Sejak
usia 12 hingga 17 tahun dia mengenyam
pendididkan di sekolah The Kings School yang terletak di Gratham. Keluarganya sempat mengeluarkan Newton dari
sekolah dengan alasan agar dia menjadi petani saja, bagaimanapun Newton
terlihat tidak menyukai pekerjaan barunya dan pada akhirnya setelah meyakinkan
keluarganya dan ibunya dengan bantuan paman dan gurunya, Newton dapat
menamatkan sekolah pada usia 18 tahun dengan nilai yang memuaskan.
Pada tahun 1661 Newton melanjutkan pendidikannya ke
Cambridge University. Namun pada bulan
Oktober 1665, sebuah epidemic wabah universitas dipaksa untuk menutup dan
Newton kembali ke Woolsthrope. Dua tahun
ia menghabiskan waktunya untuk optic dan matematika dan akhirnya ia kembali ke
Cambridge dan bergabung dengan Trinity College.
Dua tahun kemudian ia diangkat sebagai guru besar matematika Lucasian.
Pada tahun 1670 sampai 1672, Newton memberikan
pelajaran tentang optic. Selama masa ini
dia sendiri menyelidiki refraksi cahaya dan memberikan demonstrasi bahwa sebuah
prisma dapar memecah cahaya putih menjadi berbagai macam spectrum warna dan
sebuah lensa pada prisma yang kedua dapat membentuk spectrum warna tersebut
menjadi satu cahaya putih kembali.
Pada tahun 1687 dengan bantuan temannya Edmond
Halley, newton menerbitkan karya tunggal terbesarnya, “Philosophiae Naturalis
Principia Mathematical” (Prinsip Matematika Filsafat Alam). Buku ini dikatakan sebagai buku yang paling
berpengaruh dalam sejarah perkembangan ilmu pengetahuan. Karyanya ini menjelaskan tentang hukum gravitasi
dan tiga asas pergerakan, yang mengubah pandangan orang terhadap hukum fisika
alam selama tiga abad kedepan dan menjadi dasr dari ilmu pengetahuan
modern.
Pada tahun 1689, Newton terpilih menjadi anggota
parlemen Universitas Cambridge (1689-1690 dan 1701-1702). Pada 1696, Newton diangkat sipir di Royal
mint dan menetap di London. Dia
mengambil tugas Mint yang sangat serius dan berkampanye melawan korupsi dan
inefisiensi dalam organisasi. Pada 1703
ia terpilih sebagai presiden Royal Society, sebuah kantor yang dipegangnya
hingga kematiannya. Newton meninggal
pada 31 Maret 1727 dan dimakamkan di Westminster Abbey. Berikut ini daftar karya Newton:
1. Method
of Fluxion (1671)
2. De
Motu Corporum (1684)
3. Philosophiae
Naturalis Principa Mathematica (1687)
4. Opticks
(1704)
5. Reports
as Master of the Mint (1701-1725)
6. Arithmetica
Universalis (1707)
7. An
Historical Account of Two Notable Coruptions of Scripture (1754)
B. Komposisi Cahaya
a. Cahaya: Gelombang
atau partikel?
Cahaya termasuk unsr
fisik yang penting. Upaya untuk memahami
cahay tidak hanya dimulai dari abad ke 19.
Orang Yunani kuno percaya bahwa mata manusia memancarkan seberkas sinar
sewaktu melihat.
Ilmuwan Abu Ali Hasab Ibn Al-Haithan (965-sekitar
1040) menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari cahaya,
mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah, namun hanya satu sinar dari setiap
titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat. Sedangkan cahaya lain yang mengenai mata
tidak secara tegak lurus tidak dapat dilihat.
Huygens dalam bukunya Traite de la Lumiere (telaah
cahaya) yang terbit pada tahun 1690 membayangkan cahaya seperti gelombang. Inilah pernyataan tentang cahya yang
pertama. Hipotesa gelombang ini hanya
bertujuan untuk mencati penjelasan geometris tabiat cahaya (miisalnya memantul
dan membias). Gelombang yang dibayangkan
Huygens adalah gelombang longitudinal bukan gelombang transversal. Selain itu, gelombang Huygens tidak periodic,
Huygens sengaja membuatnya demikian untuk menghindari gangguan diantara dua
sinar yang menyilang. Gagasan ini
disusun tanpa data hasil eksperimen sama sekali. Walaupun demikian Huygens telah menggalang
kubu yang cukup berpengaruh dalam perdebatan tentang cahaya.
Descatres mengangkat kembali gagasan Huygens di
Perancis. Ia membayangkan chaya sebagai
getaran dalam eter. Descartes tidak
banyak menguji dugaannya dan ia tidak tahu perbedaan antara fakta dan dugaan
kontras dengan Newton yang dapat membedakan keduanya dengan jernih.
Cahaya pertama kali dibahas secara rinci oleh
Newton. Pendirian Newton yang oleh
pengikutnya ditafsirkan sebagai teori partikel, kemudian menjadi dogma selama
seabad lamanya. Pengertian partikel
nantinya diserang oleh teori gelombang Young dan Fresnel pada awal abad ke-19.
b. Partikel Cahaya
Newton
Ketika muda Newton sudah mengasah lensa. Pada umur 23 tahun ia membeli prisma dan
meneliti cahaya warna warni yang dihasilkannya.
Cahaya putih menurutnya bukan murni melainkan campuran berbagai
warna. Jika berbagai warna itu
digabungkan akan didapat cahaya putih.
Hal ini dibeberkan ke siding Royal Society. Pengamatan Newton dikecam habis-habisan oleh
Robert Hooke.
Pada tahun 1704 Newton menerbitkan Opticks, pada
bagian akhir opticks edisi pertama yang terbit setahun setelah Hooke meninggal,
Newton kembali mengajukan beberapa spekulasi secra lebih hati-hati tentang
sifat cahaya. Ia menguraikan secra
terperinci teori tentang cahaya. Dia
menganggap cahaya terbuat partikel-partikel (corpuscles) yang sangat halus,
bahwa materi biasa terdiri dari partikel yang lebih kasar, dan berspekulasi
bahwa melalui sejenis transmutasi alkimia “mungkinkah benda kasar dan cahya
dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, dan mungkinkah benda-benda
menerima aktivitasnya dari partikel cahaya yang memasuli komposisinya?”.
Spekulasi tentang cahya ia tuangkan dalam bentuk sejumlah pertanyaan. Satu diantaranya mengungkapkan keyakinannya
bahwa cahaya bersifat seperti partikel
Pemahaman tentang cahaya dan warna dimulai oleh
Isaac Newton (1642-1726) dan serangkaian percobaan yang diterbitkan pada
tahun1672. Dia adalah orang pertama yang mempelajari pelangi. Ia membiaskan
cahaya putih dengan sebuah prisma, sehingga menjadi warna komponennya: merah,
oranye, kuning, hijau, biru, dan ungu.
Di akhir tahun 1660, Newton mulai bereksperimen
dengna cahaya. Pada saat itu orang mengira bahwa warna adalah campuran cahaya
dan kegelapan, dan bahwa prisma adalah cahaya berwarna. Newton menyadari teori
ini adalah palsu. Perhatikan gambar 1.1.
Gambar
1.1. Cahaya memasuki prisma dari kanan atas, dan dibiaskan oleh kaca.
Newton membuat sebuah prisma di dekat jendela dan
diproyeksikan spectrum yang indah 22 kaki ke dinding. Selanjutnya, untuk membuktikan bahwa prisma
tidak mewarnai cahaya, ia dibiaskan cahaya kembali.
Gambar
1.2. Diagram warna di sekeliling lingkaran
Artis terpesona oleh demonstrasi yang jelas oleh
Newton bahwa cahaya sendiri bertanggung jawab untuk warna. Idenya yang paling berguna bagi seniman
adalah pengaturan konseptual tentang warna di sekitar keliling lingkaran (kanan
gambar 1.2), yang memungkinkan pemilihan pendahuuan para pelukis (merah,
kuning, biru) yang akan diatur berlawana warna komplementer (misalnya hijau
berlawanan merah), sebagai cara yang menunjukkan bahwa setiap komplementer akan
meningkatkan efek lain atau melalui kontras optik.
Gambar
1.3. Diagram lingkaran menjadi model untuk system warna banyak dari abad 18 dan
19.
Newton bersikukuh menolak ide Huygens bahwa cahay
bersifat gelombang. Menurut Newton
gelombang akan melebar dan mengisi seluruh ruang seperti gelombang air mengisi
ceruk kolam, padahal dalam praktik cahaya mengikuti garis lurus dan tidak
mengisi ruang bayangan. Pada kesempatan
lain Newton menyatakan lebih suka langit tetap kosong daripada diisi eter.
C. Gravitasi
a.
Sejarah
Gravitasi
Aristoteles percaya kalau benda yang lebih berat
akan jatuh lebih cepat dari yang lebih ringan.
Ini tentu anggapan yang masuk akal bila memegang sebuah bulu di satu
tangan dan batu di tangan lainnya dan menjatuhkan secara serentak dari satu
ketinggian, maka batu akan menimpa jari-jari kaki terlebih dahulu. Ini tentu saja karena hambatan udara, namun
bagi Aristoteles itu jelas kalau benda berat jatuh lebih cepat.
Karya modern pada teori gravitasi dimulai dengan
karya Galileo Galilei di akhir abad ke 16 dan awal abad ke 17. Dalam percobaan terkenalnya ia menjatuhkan
bola-bola dari menara pisa, dan kemudian dengan pengukuran yang teliti pada
bola yang turun pada sudut tertentu, Galileo menunjukkan kalau gravitasi mempercepat
semua benda pada tingkat yang sama. Ini
adalah kemajuan besar dibandingkan keyakina Aristoteles kalau benda berat jatuh
lebih cepat. Galileo dengan benar
mengatakan bahwa hambatan udara adalah alas an mengapa benda yang ringan jatuh
lebih lambat dalam sebuah atmosfer.
Karya Galileo memacu perumusan teori gravitasi Newton.
Banyak kisah yang menceritakan bahwa Newton
mendapatkan rumus tentang teori gravitasi dari sebuah apel yang jatuh dari
pohon. Dikisahkan bahwa suatu hari
Newton duduk dan belajar di bawah pohon apel dan saat itu sebuah apel jatuh
dari pohon tersebut. Dengan mengamati
apel yang jatuh, Newton mengambil kesimpulan bahwa ada sesuatu kekuatan yang
menarik apel tersebut jatuh ke bawah, dan kekuatan itu yang kita kenal sekarang
dengan nama gravitasi.
b.
Hukum
Gerak Newton
Isaac Newton menyadari bahwa matematika adalah cara
untuk menjelaskan hukum-hukum alam seperti gravitasi, dan membuat beberapa
rumus untuk menghitung “pergerakan benda” dan “gravitasi bumi”. Gravitai adalah
kekuatan yang membuat suatu benda selalu bergerak jatuh ke bawah. Dengan tiga
prinsip dari dasar hukum pergerakan, Newton dapat menjelaskan dan memebuktikan
bahwa planet beredar mengelilingi matahari da;am orbit yang berbentuk oval dan
tidak bulat penuh. Kemudian Newton menggunakan tiga prinsip dasar pergerakan
yang sekarang ini dikenal sebagai Hukum Newton untuk menjelaskan bagimana benda
bergerak.
Hukum gerak Newton adalah tiga hukum fisika yang
menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya
yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum ini telah
dituliskan dengan pembahasan yang berbeda-beda setelah hampir 3 abad, dan dapat
di rangkum sebagai berikut:
1. Hukum
pertama: setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya
yang resultannya tidak nol bekerja pada beda tersebt. Berarti jika resultan
gaya nol, maka pusat massa dari suatu beda tetap diam, atau bergerak dengan
kecepatan konstan (tidak mengalami percepatan).
2. Hukum
kedua: sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan
mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya, dding lurus dan
besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap M. atau
F=Ma. Bias juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama
dengan turunan dari momentum linier benda tersebut terhadap waktu.
3. Hukum
ketiga: gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang sama, dengan
arha terbalik, dan segaris. Artinya jika ada beda A yag member gaya sebesar F
pada benda B, maka benda B akan member gaya sebesar –F kepada benda A. F dan –F
memiliki besar yang sama namun arahnya berbeda. Hukum ini juga terkanal sebagai
hukum aksi-reaksi, dengan F disebut sebgai aksi dan –F adalah reaksinya.
Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Isaac
Newton dalam karyanya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, dan pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687.
Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meneliti gerak dari
bermacam-macam benda fisik maupun sistem. Contohnya dalam jilid tiga dari
naskah tersebut, Newton menunjukkan bahwa dengan menggabungkan antara hukum
gerak dengan hukum gravitasi umum ia dapat menjelaskan hukum pergerakan planet
milik Kepler.
Hukum Newton diterapkan pada benda yang dianggap
sebagai partikel, dalam evaluasi pergerakan misalnya, panjang benda tidak
dihiraukan, karena obyek yang dihitung dapat dianggap kecil, relatif tehadap
jarak yang ditempuh. Perubahan betuk deformasi dan rotasi dari suatu obyek juga
tidak diperhitungkan dalam analisisnya. Maka sebuah planet dapat dianggap
sebagai suatu titik atau partikel untuk dianalisa gerakan orbitnya mengelilingi
sebuah bintang.
Dalam bentuk aslinya, hukum gerak Newtonn tidaklah
cukup untuk meghitung gerakan dari obyek yang bisa berubah bentuk ( benda tidak
padat). Leonard Euler pada tahun 1750
memperkenalkan generalisasi hukum gerak Newton untuk benda padat yang disebut
Hukum gerak Euler,yang dalam perkembangannya juga dapat digunakan untuk benda
tidak padat. Jika setiap benda dapat di presentasikan sebagai sekumpulan
partikel-partikel yang berbeda, dan tiap-tiap partikel mengikuti gerak Newton,
maka hukum-hukum Euler dapat diturunkan dari hukum-hukum Newton. Hukum Euler
juga dapat dianggap sebgai aksimoa dalam menjelaskan gerakan dari benda yang memiliki
demensi.
Ketika kecepatan mendekati kecepatan cahaya, efek
dari relativitas harus diperhitungkan.
Lex 1: corpus omne
perseverare in statu suo quiescendi vl movendi uniformeter in directum, nisi
quatenus a viribus impressis cogitur statum illim mutare.
Hukum 1: setiap benda
akan mempertahankan keadaan diam atau bergerak lurus beraturan, kecuali ada
gaya yang bekerja untuk mengubahnya.
Hukum
ini menyatakan bahwa jika resultan gaya (jumlah vector dari semua gaya yang
bekerja pada benda) bernilai nol, maka kecepatan benda tersebut konstan. Dirumuskan secara matematis menjadi:
Artinya:
·
Sebuah benda yang
sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang tidak nol bekerja
padanya
·
Sebuah benda yang
sedang bergerak tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada resultan gaya yang
tidak nol bekerja padanya.
Hukum pertama Newton adalah penjelasan kembali dari
hukum inersia yang sudah pernah dideskripseikan oleh Galileo. Dalam hukumnya
Newton memeberikan penghargaan pada Galileo untuk hukum ini. Aristoteles
berpendapat bahwa setiaop benda memiliki tempat asal di alam semesta: benda
barat seperti batu akan berada dia tas tanah dan benda ringan seperti asap
berada di langit. Bintang-bintang akan tetap berada di surga. Ia mengira bahwa
sebuah benda sedang berada pada kondisi alamiahnya jika tidak bergerak, dan
untuk satu benda bergerak pada garis lurus dengan kecepatan konstan diperlukan
sesuatu dari luar benda tersebut yang trus mendorongnya, kalau tidak benda
tersebut akan berhenti bergerak. Tetapi Galileo menyadari bahwa gaya diperlukan
untuk mengubah kecepatan benda tersebut (percepatan), tetapi untuk memepertahankan
kecepatan tidak diperlukan gaya. Sama dengan hukum pertama Newton: tanpa gaya
berarti tidak ada percepatan, maka benda berada pada percepatan konstan.
Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi
motrici impressae, et fiery secundum lineam rectam qua vis illa imprimatur.
Diterjemahkan
oleh Motte pada tahun 1729:
Law II: The alteration
of motion is ever proportional to the motive force impressed, and id made in
the direction of the right line in which that force is impressed.
Yang
dalam bahasa Indonesia berarti:
Hukum Kedua: Perubahan
dari gerak selalu berbanding lurus terhadap gaya yang dihasilkan/bekerja, dan
memiliki arah yang sama dengan garis normal dari titik singgung gaya dan benda.
Hukum kedua menyatakan bahwa total gaya pada sebuah
partikel sama dengan banyaknya perubahan momentum liner P terhadap waktu:
Karena hukumnya hanya berlaku untuk sistem dengan
massa konstan, variable massa (sebuah konstan) dapat di keluarkan dari operator
deferensial dengan menggunakan aturan diferensiasi. Maka:
Dengan
F adalah total gaya yang bekerja, m adalah massa benda, dan a adalah percepatan
benda. Maka total gaya yang bekerja pada
suatu benda menghasilkan percepatan yang berbanding lurus.
Massa yang bertambah atau berkurang dari suatu
system akan mengakibatkan perubahan dalam momentum. Perubahan momentum ini
bukanlah akibat dari gaya. Untuk menghitung system dengan masa yang bias
berubah-ubah, diperlukan persamaan yang berbeda.
Sesuai dengan hukum pertama, turunan momentum
terhadap waktu tidak nol ketika terjadi perubahan arah, walaupun tidak terjadi
perubahan besaran. Contohnya adalah gerakan melingkar beratura. Hubungan ini
juga secara tidak langsung menyatakan kekekalan momentum: ketika result nda
nol, momentu gaya yang bekerja pada benda nol, momentum benda tersebut konstan.
Setiap perubahan gaya berbanding lurus dengan prubahan momentum tiap satuan
waktu.
Hukum kedua ini perlu prubahan jika relativitas
khusus diperhitungkan, karena dalam kecepatan sangat tinggi hasil kali masa dengan kecepatan tidak
mendekati momentum sebenarnya.
Sistem dengan masa
berubah
Sistem dengan masa berubah, seperti roket yang bahan
bakarnya digunakan dan mengeluarkan gas sisa termasuk dalam system tertutup dan
tidak dapat dihitung dengan hanya mengubah masa menjadi sebuah fungsi dari
waktu di hukum kedua. Alasannya, seperti yang tertulis dalam An Introduction to
Mechanics karya Kleppner dan Kolenkow, adalah bahwa hukum kedua Newton berlaku
terhadap partikel-partikel secara mendasar. Pada mekanika klasik, partikel
memiliki masa yang constant. Dalam kasus partikel-partikel dalam suatu system
yang terdefinisikan dengan jelas, maka hukum Newton dapat digunakan dengan
menjumlahkan semua partikel dalam system:
Ftotal
= M.apm
Dengan Ftotal adalah total gaya yang
bekerja pada system, M adalah total massa dari system, dan apm
adalah percepatan dari pusat massa system.
Sistem dengan masa yang berubah-ubah seperti roket
atau ember yang berlubang biasanya tidak dapat dihitung seperti system
partikel, maka hukum kedua Newton tidak dapat digunakan langsung. Persamaan baru digunakan untuk menyelesaikan
soal seperti itu dengan cara menata ulang hukum kedua dan menghitung momentum
yang dibawa oleh massa yang masuk atau keluar dari sistem:
Dengan u adalah kecepatan dari massa yang masuk atau
keluar relative terhadap pusat massa dari obyek utama. Dalam beberapa konveksi, besar (u dm/dt) di
sebelah kiri persamaan, yang juga disebut dorongan, didefinisikan sebagai gaya
(gaya yang dikeluarkan oleh suatu benda sesuai dengan berubahnya massa, seperti
dorongan roket) dan dimasukkan dalam besarnya F. maka dengan mengubah definisi percepatan,
persamaan tadi menjadi:
F
= m.a
Lex III: actono
contrariam simper et aequalemesse reactionem: sive corporum duorum actions in
se mutuo simper esse aequales et in partes contrarias dirigi.
Hukum ketiga: untuk
setiap aksi selalau ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah: atau gaya
dari dua benda pada satu sama lain selalu sama besar dan berlawanan arah.
Benda apapun yang menekan atau menarik benda lain
mengalami tekanan atau tarikan yang sam adari benda yang ditekan atau ditarik.
Kalau anda menekan sebuah batu dengan jari anda, jari ada juga ditekan oleh
batu. Jika seekor kuda menarik sebuah batu dengna menggunakan tali, maka kuda
tersebut juga “tertarik” kea rah batu: untuk tali yang digunakan, juga akan
menarik sang kuda kea rah batu sebesar ia menarik sang batu kea rah kuda.
Hukum ketiga ini menjelaskan bahwa semua gaya adalah
interaksi antar abenda-benda yang berbeda, maka tidak ada gaya yang berkerja
hanyapada satu benda. Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B, benda B
secara bersamaan akan mengerjakan gaya dengan besar yang sama pada benda A dan
kedua gaya segaris. Seperti yang ditunjukkan di diagram, pada peluncur es (ice
skater) memeberikan gaya satu sama lain dengan besar yang sama, tetapi arah
yang berlawanan. walaupun gaya yang diberikan sama,percepatan yang terjadi tidaklah
sama. Peluncur yang masanya lebih kecil akan mendapat percepatan yagn lebih
besar karena hukum kedua Newton. Dari gaya yang bekerja pada hukum ketiga ini
adala gaya yang bertipe sama. Misalnya antara roda dengan jalan sama-sama
memberikan gaya gesek.
Secara sederhana, sebuah gaya selalu bekerja pada
sepasang benda, dan tidak pernah hanya pada sebuah benda. Jadi untuk setiap
gaya selalu memiliki dua ujung. Setiap ujung gaya ini sama kecuali arahnya yang
berlawanan. Atau sebuah ujung gaya adalah cerminan dari ujung lainnya.
Secara matematis, hukum ketiga ini berupa persamaan
vector satu dimensi, yang bias dituliskan sebagai berikut. Asumsikan benda A
dan benda B memberikan gaya terhadap satu sama lain.
∑Fa,b
= - ∑Fb,a
Dengan Fa,b adalah gaya-gaya yang bekerja pada A
oleh B, dan Fb,a adalah gaya-gaya yang bekerja pada B oleh A
Newton menggunakan hukum ketiga untuk menurunkan
hukum kekekalan momentum, namun dengan pengamatan yang lebih dalam, kekekalan
momentum adalah ide yang lebih mendasar (diturunkan melalui teorema Noether
dari relativirtas Gaileo dibandingkan hukum ketiga, dan tetep berlaku pada
kasus yang membuat hukum ketiga Newton seakan-akan tidak berlaku. Misalnya
ketika medan gaya memiliki momentum, dan dalam mekanika kuantum.
Pentingnya hukum Newton
dan jangkauan validitasnya
Hukum-hukum Newton sudah di verifikasi dengan
eksperimen dan pengamatan selama lebih dari 200 tahun, dan hukum-hukum ini
adalah pendekatan yang sangat baik untuk perhitungan dalam skala dan kecepatan
yang dialami oleh manusia sehari-hari. Hukum gerak Newtond an hukum gravitasi
umum dan kalkulus, (untuk pertama kalinya) dapat memfasilitasi penjelasan
kuantitatif tentang berbagai fenomena-fenomena fisis.
Ketiga hkum ini juga merupakan pendekatan yang baik
untuk benda-benda makroskopis dalam kondisi sehari-hari. Namun hukum Newton
(digabungkan dengan hukum gravitasi umum dan elektrodinamika klasik) tidak
tepat untuk di gunakan dalam kondisi tertentu, terutama dalam skala yang amat
kecil, kecepatan yang sangant tinggi (dalam relativitas khusus, factor Lorentz,
massa diam, dan kecepatan hatus diperhitungkan dalam perumusan momentum) atau
medan gravitasi yang sangat kuat. Maka hukum-hukum ini tidak dapat digunakan
untuk menjelaskan fenomena-fenomena seperti konduksi listrik pada sebuah
semikonduktor, sifat-sifat optic dari sebuah bahan, kesalahan pada GPS system
yang tidak pernah diperbaiki secara relavistik, dan superkonduktivitas.
Penjelasan dari fenomena-fenomena ini menbutuhkan teori fisika yagn lebih
kompleks, termasuk relativitas umum dan teori medan kuantum.
Dalam mekanika kuantum konsep seperti gaya,momentum,
dan posisi didefinisikan oleh operator-operator linier yang beroperasi dalam
kondisi kuantum, pada kecepatan yang jauh lebih rndah dari kecepatan cahaya,
hukum-hukum Newton sama tepatnya dengan operator-operator ini bekerja pada
benda-benda klasik. Padakecepatan yagn mendekati kecepatan cahaya, hukum kedua
tetap berlaku seperti bentuk aslinya F=dpdt, yang menjelaskan bahwa gaya adalah
turunan dari momentum suatu benda terhadap waktu, namum beberapa terbaru dari
hukum kedua tidak berlaku pada kcepatan relativistic.
c.
Hukum
Gravitasi Newton
Kita sudah tahu bahwa hukum Newton dibedakan menjadi
tiga jenis, yaitu hukum Newton I, II, III.
Untuk hukum Newton I digunakan untuk kasus benda diam atau bergerak
lurus beraturan, hukum Newton II digunakan untuk kasus benda bergerak dengan
percepatan tetap, hukum Newton III( F aksi=-F reaksi).
Disamping menemukan ketiga hukum tentang gerak,
Newton juga menyelidiki gerakan benda-benda angkasa, yaitu planet dan bulan, ia
mengetahui dari hukum pertamanya bahwa harus ada gaya yang bekerja pada bulan,
sehingga bulan tetap pada orbit lingkarannya mengitari bumi. Jika gaya ini
tidak ada, maka tentulah bulan akan bergerak pada lintasan garis lurus.
Pada saat ini juga Newton berpikir tentang persoalan
gaya tarik yang tampaknya tidak berhubungan dengan permukaan bumi akan selalu
jatuh bebas ke permukaan bumi (tanah). Hal ini tentu saja disebabkan pada benda
itu bekrja sebuah gaya tarik, yang disebut gaya gravitasi. Jika pada suatu
benda bekrja gaya, maka tentu saja gaya itu disebabkan oleh benda lainnya
(hukum Newton III). Oleh sebab itu setiap benda yang dilepas selalu jatuh bebas
ke permukaan bumi, maka Newton menyimpulkan bahwa pusat bumi lah yang
mengerjakan gaya pada benda itu, yang yang arahnya selalu menuju pusat bumi.
Menurut cerita, ketika Newton sedang duduk santai di
taman rumahnya dan memperhatikan sebuah apel yang jartuh dari pucuk pohon, dan
bahkan pada puncak gunung, maka gaya gravitasi bumi tentulah dapat bekerja pada
bulan. Berdasarkan ide gravitasi bumi inilah Newton dengan bantuan dan dorongan
sahabatnya Robert Hooke, menyusun hukum gravitasi umumnya yang sangat terkenal.
Dalam perkerjaannya, Newton membandingkan antara
besar gaya gravitasi bumi yang menarik bulan dan menarik benda-benda pada
permukaan bumi. Percepatan gravitasi yang dialami setiap benda di permukaan
bumi adalah 9,8 m/s2. Jarak bulan dari pusat bumi atau jari-jari
orbit bulan = 3,84x108 m, dan jarak permukaan bumi dari pusat bumi
atau jari-jari bumi = 6,4x106 m. ini berarti jarak bulan dari pusat
bumi adalah 60 x jarak permukaan bumi dari pusat bumi. Akhirnya Newton menyimpukan
bahwa besarnya gravitrasi bumi pada suatu benda F, berkurang dengan kuadrat
jaraknya r, dari pusat bumi.
Newton menyadari bahwa gaya gravitasi tidak hanya
tergantung pada jarak, tetapi juga tergantung pada masa benda. Hukum III Newton
menyatakan bahwa ketika bumi mengerjakan gaya gravitasi pada suatu benda
(misalnya bulan), maka benda itu akan mengerjakan gaya pada bumi yang besarnya
sama tetapi arahnya berlawanan. Newton terus berlanjut dalam menganalisis
gravitasi. Dia meneliti data-data yang telah dikumpulkan tentang orbit-orbit
planet mengelilingi matahari. Dari kumpulan data ini dia mendapatkan bahwa gaya
gravitasi yang dikerjakan matahari pada planet yang menjga planet tetap pada
orbitnya mengitari matahari ternyata juga berkurang secara kuadrat terbalik
terhadap jarak planet-planet itu dari matahari.
Oleh karena kesebandingan kuadrat terbalik ini, maka Newton menyimpulkan
bahwa gaya gravitasi matahari pada planetlah yang menjaga planet-planet
tersebut tetap pada orbitnya mengitari matahari. Selanjutnya Newton mengajukan hukum gravitasi
umum Newton yang berbunyi : Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya
tarik menarik yang besarnay berbanding lurus dengan massa masing-masing benda
dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
Besarnya gaya gravitasi dapat ditulis dengan
persamaan matematis:
F12=F21=F= G.m1.m2/r2
Dengan F12=F21=F= besar gaya
tarik-menarik antara kedua benda (N), G= ketetapan umum gravitasi, m1=
massa benda 1 (kg), m2= massa benda 2 (kg), r= jarak antara kedua
benda (m).
Newton juga memodifikasi hukum gerak planet Keppler
ketiga dengan teori gravitasinya, sehingga hukum ketiga menjadi:
(m1+m2)P2 = 3 (d1+d2)
= 3R
Hasil modifikasi ini ternyata lebih
benar.
Pertanyaan :
1. Berapakali Newton melakukan percobaan untuk menemukan hukum
Newton tersebut ?
Jawab : Ada 3 kali percobaan.
2. Dalam hipotesis of Light 1675 Isaac Newton
mengemukakan bahwa cahaya terdiri dari partikel yang memancarkan ke semua arah
dari sumbernya.Apa yang melatar belakangi hipotesis itu dan Jika ada,percobaan
apa yang dilakukan dalam mengemukakan hipotesis itu ?
Jawab :
Dia adalah orang pertama yang mempelajari pelangi. Ia membiaskan
cahaya putih dengan sebuah prisma, sehingga menjadi warna komponennya: merah,
oranye, kuning, hijau, biru, dan ungu.
Di akhir tahun 1660, Newton mulai bereksperimen dengna cahaya. Pada
saat itu orang mengira bahwa warna adalah campuran cahaya dan kegelapan, dan
bahwa prisma adalah cahaya berwarna. Newton menyadari teori ini adalah palsu.
Newton membuat sebuah prisma di dekat jendela dan diproyeksikan spectrum yang
indah 22 kaki ke dinding. Selanjutnya,
untuk membuktikan bahwa prisma tidak mewarnai cahaya, ia dibiaskan cahaya
kembali.
3. Teori grafitasi mempercepat semua benda pada
tingkat yang sama.Hambatan udara adalah alasan mengapa benda ringan jatuh lebih
lambat dalam sebuah atmosfer.Eksperimen apa yang dilakukannya ?
Jawab :
Newton tidak melakukan eksperimen lebih lanjut, dikarenakan galileo
sudah membuktikan teori tersebut degan eksperimennya berupa dua bola meriam
yang berbeda massa dan ditembakkan secara bersamaan jatuh dari menara pissa.
4. Adakah percobaan yg dilakukan Descrates untuk mengangkat /
membuktikan kembali gagasan hugesns ?
Jawab:
Descatres mengangkat kembali gagasan Huygens di Perancis. Ia membayangkan chaya sebagai getaran dalam
eter. Descartes tidak banyak menguji
dugaannya dan ia tidak tahu perbedaan antara fakta dan dugaan kontras dengan
Newton yang dapat membedakan keduanya dengan jernih.
5. Bagaimana hubungan ketiga hukum newton yang sudah ada ?
Jawab : Hubungan nya yaitu, Hukum I ewton
untuk benda yang tidak bergerak atau bergerak dalam kelajuan tetap, Hukum II
newton untuk benda bergerak dengan kecepatan berubah-ubah ,hukum III newton
untuk dua benda yang bersentuhan.
6. Apakah hukum newton III
hanya berlaku untuk benda yang tidak bergerak saja ?
Jawab : Tidak,berlaku setiap benda yang
bersentuhan.
7. Siapakah orang yang pertama kali mengemukakan teori tentang cahaya
dan sebutkan teorinya?
Jawab
:
Ilmuwan Abu Ali Hasab Ibn Al-Haithan
(965-sekitar 1040) menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari
cahaya, mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah, namun hanya satu sinar dari
setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat. Sedangkan cahaya lain yang mengenai mata
tidak secara tegak lurus tidak dapat dilihat.
8. Eksperimen apa yang dlakukan newton dalam
membuktikan teori gravitasinya pada planet?
Jawab:
Tidak ada eksperimen lebih lanjut ,newton
hanya mengamati apa yang terjadi pada tat surya.
9. Bagaimana
Newton bisa menemukan hukum gravitasi?
Jawab:
Dikisahkan bahwa suatu hari Newton duduk dan belajar di
bawah pohon apel dan saat itu sebuah apel jatuh dari pohon tersebut. Dengan mengamati
apel yang jatuh, Newton mengambil kesimpulan bahwa ada sesuatu kekuatan yang
menarik apel tersebut jatuh ke bawah, dan kekuatan itu yang kita kenal sekarang
dengan nama gravitasi.
10. Pernah disebutkan Newton menjadi presien Royal
Sociaty,apa itu?
Jawab: Royal Sociaty merupakan perkumpulan
para Saintis yang mengadakan penelitian berdasarkan eksperimen
No comments:
Post a Comment