Unsur Penting Prosedur Saintifik

Review:

Proses Penemuan Hukum Fisika

Rujukan: Physics, the Human Adventure From Copernicus to Einstein and Beyond Holton, P. and Brush, S.G. Rutgers Univ. Press, 2001

Unsur Penting Prosedur Saintifik

Kebanyakan temuan berasal dari

kejadian yang (pada awalnya) tidak

diharapkan

Namun: Hanya orang yang memiliki

pengalaman, kepakaran atau keahlian

yang mencukupilah yang mampu

Unsur Penting Prosedur Saintifik

Metode saintifik untuk penemuan penting

bisa jadi berbeda untuk individu yang

berbeda

Unsur Penting Prosedur Saintifik

Suatu temuan bisa jadi hanyalah sekedar

perluasan atau perbaikan dari “common

sense”

Namun: Hanya orang yang sudah

Unsur Penting Prosedur Saintifik

Metode saintifik tidak dapat dipisahkan

dari pengamatan dan percobaan

Namun, Hanya pengamatan dan

percobaan yang dipandu pada suatu

pencarian terhadap “sesuatulah” yang

akan memberikan jawaban suatu

Unsur Penting Prosedur Saintifik

Beberapa penemuan berawal dari

adanya feeling atau intuisi

Namun: Hanya orang yang secara

maksimal menggunakan daya pikirlah

yang memiliki feeling atau intuisi

Urutan Perumusan Hukum Fisika

Pengetahuan dasar tentang Sains

Pemahaman terhadap masalah

Perkiraan penyelesaian

Percobaan pendahuluan

Pengamatan dan percobaan lanjutan yang

lebih terarah

Batasan Hukum Fisika

Berbeda dengan istilah “Hukum” yang biasa

dipahami, Hukum Fisika sebenarnya tidak

tanpa keterbatasan:

Hukum Fisika bisa jadi tidak benar

selamanya

Hukum Fisika bisa jadi tidak berlaku

secara menyeluruh

Manfaat Hukum Kekekalan

Salah satu petunjuk bahwa alam yang

nampaknya rumit dan kompleks,

sebenarnya mengikuti suatu aturan yang

sederhana

Tidak menjadi persoalan tentang

Hukum Kekekalan Massa

Tiga konsep yang melandasi Hukum

Kekekalan Massa:

Sistem terisolasi atau sistem tertutup:

perilaku obyek tidak dipengaruhi oleh

sekitarnya

Massa: mewakili besaran dari materi

Apakah Massa benar-benar Kekal?

Hingga sekarang, bukti-bukti eksperimen

yang melibatkan sistem yang bereaksi

secara kimia menunjukkan bahwa Hukum

Kekekalan Massa adalah benar

Bagaimana yang terjadi pada reaksi

nuklir? Selama massa dan energi

Latar Belakang

Bukanlah sesuatu yang mengherankan

ketika kita melihat ada suatu benda yang

bergerak akibat adanya dorongan atau

tarikan pada benda tersebut

Tetapi: Akan muncul sedikit tanda-tanya

ketika kita melihat suatu benda tetap

bergerak, padahal tidak nampak ada

Pengertian Momentum

Konsep Momentum menjadi jawaban atas

pertanyaan tersebut:

Benda tersebut tetap mampu bergerak

meskipun tidak ada yang mendorong atau

menariknya, karena benda tersebut

menyimpan “suatu besaran fisis” yang

menjamin gerak benda dapat berlangsung.

Besaran gerak tersebut dikenal sebagai

Definisi Momentum

Momentum total sejumlah N partikel:

p

₌

m

v

p

_i

₌

p

₁

i₌₁ N

∑

+



₊

_p

_N

₌

m

1

v

1

+



+

m

N

v

N

=

m

i

v

i i₌₁

N

Hukum Kekekalan Momentum

Dalam sistem tertutup, jumlah (vektor) momentum

yang dimiliki N partikel sebelum kejadian akan

sama dengan jumlah (vektor) momentum yang

dimiliki M partikel setelah kejadian

Hukum Newton & Hukum Kekekalan Momentum

Tinjau sistem tertutup yang terdiri atas 2

partikel A dan B saling berinteraksi

Contoh: Tumbukan Dua Peluru

Peluru B diletakkan di atas meja dalam keadaan diam.

Peluru A ditembakkan secara mendatar dengan kecepatan

tertentu dan menumbuk peluru B. Saat tumbukan, peluru

A menjadi terhenti dan peluru B bergerak. Berapa

Penyelesaian

Karena m

A

=m

B

diperoleh hasil

Contoh: Tumbukan Dua Bandul

Dua bandul A dan B berayun dari arah yang berlawanan

dan bertumbukan pada titik terendahnya secara tak

Penyelesaian

Karena bandul A dan B saling menempel dan bergerak

bersama maka:

Mengingat kedua bandul datang dari arah yang

berlawanan, maka mengingat operasi vektor, diperoleh:

Cahaya Memiliki Momentum?

Sepintas sulit dipahami apabila dikatakan

bahwa cahaya memiliki momentum=(massa)

x

(kecepatan). Umumnya cahaya dipahami

hanya terkait dengan aspek gelombang,

sehingga bagaimana pengertian massa,

termasuk momentum cahaya?

Selama aspek materi bagi cahaya belum

Efek Compton & Hukum Kekekalan Momentum

Tahun 1923, A.H. Compton menunjukkan bahwa berkas

sinar-X yang dikenakan pada elektron bebas akan

menyebabkan elektron terpental dan berkas sinar-X akan

berbelok disertai perubahan panjang gelombang. Efek

Latar Belakang

Christian Huygens (1629-1695) mengawali

perumusan kuantitatif hukum kekekalan tenaga

pada masalah tumbukan, dengan memperkenalkan

konsep besaran fisis mv

2

_{, yang disebut “vis}

viva” (dari bahasa Latin yang berarti “living

force”) dan mengikuti aturan:

Jumlah mv

2

_{dari seluruh benda yang berada}

Manfaat?

Tinjau masalah Tumbukan Dua Peluru yang disajikan saat

membahas Hukum Kekekalan Momentum. Ketika hanya

menerapkan hukum tersebut, penyelesaian

hanya diperoleh saat diketahui bahwa

Namun dengan menambahkan aturan Huygens dalam

bentuk

Diperoleh bahwa , yang berarti

Jadi penyelesaian dapat diperoleh semata-mata dari

infomasi data sebelum tumbukan saja

Konsep Usaha (

Work

)

Usaha yang dilakukan gaya F1 pada benda adalah

Pengertian Usaha dalam Fisika bisa jadi berbeda dengan istilah sehari-hari. Ketika seseorang mendorong dengan “sekuat tenaga” suatu dinding yang tegar, maka F1 bernilai besar, tapi s = 0,

yang berarti tidak ada Usaha (menurut konsep Usaha dalam Fisika)

F

1

×

s

×

cos

θ

Usaha dan Energi (

Energy

)

Bayangkan sebuah gaya F

ap

bekerja pada sebongkah es

yang memiliki kecepatan v

1

, dengan arah yang sejajar

dengan arah gerak bongkahan es tersebut. Akibat adanya

gaya maka bongkahan es mendapatkan percepatan

sehingga kecepatan menjadi v

2

saat bergerak sejauh s.

Memanfaatkan Hukum Newton II maka

Energi Kinetik

(Ek) =

Usaha = perubahan energi kinetik =

F

_ap

_×

s

=

(

ma

)

s

=

1₂

m v

(

₂2

₋

v

₁2

)

=

1₂

mv

₂2

₋

1₂

mv

₁2

Δ

Ek

1

Energi Potensial

Tinjau saat suatu benda bermassa m, yang pada awalnya berada di lantai, dinaikkan hingga ketinggian h. Gaya yang diberikan saat benda bergerak dari dasar lantai ke

ketinggian h:

Maka usaha yang diperlukan:

Usaha yang diperlukan (tanda minus) untuk menahan benda pada ketinggian h sebesar mgh tersebut tidak “hilang”,

namun tersimpan pada benda tersebut dalam bentuk energi yang disebut Energi Potensial (Ep)

F

_ap

₌

mg

Sistem Konservatif

Andaikan benda yang menyimpan Ep=mgh tersebut

dibiarkan jatuh dari ketinggian h, maka Ep akan

diubah menjadi Ek sehingga benda akan berkecepatan

v

2

di dasar lantai, dengan memenuhi

Nampak dalam sistem tersebut bahwa perubahan

energi kinetik ditambah perubahan energi potensial

akan nol. Sistem seperti itu disebut Sistem Konservatif

F_ap s ₌ 1₂ mv₂2 ₋ 0 ₌ mgh _{= −}(0 ₋ mgh)

Hukum Kekekalan Energi

Sistem konservatif dapat juga dipahami sebagai suatu

sistem terisolasi, sedemikian hingga tidak ada energi

yang dapat diterima atau diberikan ke luar. Karena itu

maka tenaga total sistem, sebagai penambahan tenaga

kinetik dan tenaga potensial, akan tetap konstan

Ungkapan seperti di atas dikenal sebagai Hukum

Kekekalan Energi

Δ

Ek

₊

Δ

Ep

₌

E

k

′

−

Ek

₊

E

p

′

−

Ep

₌

0

Contoh: Gerak Bandul

Berbeda dengan Hukum Kekekalan Momentum yang

berbentuk vektor, karena Hukum Kekekalan Energi

Penyelesaian

Menggunakan Hukum Kekekalan Energi, saat bandul

dilepas dari simpangan di titik A, maka kecepatan di titik C menjadi

Dari Hukum Kekelakan Energi juga dapat dipahami bahwa bandul tersebut akan meneruskan geraknya karena masih memiliki tenaga kinetik yang cukup saat di titik terendah C untuk diubah ke tenaga potensial saat menuju titik E. Gerak tersebut akan terus berulang sehingga menjadi gerak osilasi

Education for Sustainable Development (EfSD)

Dari hukum kekekalan massa, kekekalan momentum serta kekekalan energi memberi pelajaran bahwa ada suatu

batasan yang dapat disediakan oleh alam (sistem terisolasi) yaitu jumlah dari beberapa besaran fisis perlu konstan.

Apabila nampak ada satu besaran yang bisa dimanfaatkan sekarang, maka mestinya ada bentuk lain dari besaran

tersebut yang tidak dapat dimanfaatkan lagi di masa datang

Hakekat Pendidikan untuk Pengembangan Berkelanjutan (Education for Sustainable Development/EfSD): Perlu