Perkembangan Sejarah

Fisika

• Pra Sains

• Berkembangnya Eksperimen

• Fisika Klasik

• Fisika Modern

Periode 1: Pra Sains

• Pembahasan dikhususkan pada masa

Babylonia, Mesir Kuno dan Yunani Kuno.

• Di zaman ini belum terlihat perkembangan

fisika yang khusus.

• Perkembangan yang tercatat sejarah

terkait dengan matematika, astronomi,

serta pengukuran dan skala.

Babylonia dan Mesir dianggap sebagai tanahkelahiran peradaban

Di Babylonia dan Mesir belum banyak benih-benih sains (Physical Sciences)

Sumbangan penting orang Babylonia adalahsistem numerik:

Sistem desimal (manusia mempunyai 10 jari)

Sistem DuoDesimal (Dasar 12), karena dapat dibagi dengan2,3,4, dan 6.

Sistem sexagesimal (Dasar 60) karena dapat dibagi dengan2,3,4,5,6,10,12,15,20, dan 30

Dalam menuliskan bilangan mengikuti kaidah posisi angkaseperti sekarang.

Babylonia

Babylonia juga sudah mengenal standarisasi

ukuran. Dasarnya dengan banyak

menggunakan organ tubuh sebagai satuan:Panjang: Jari kira-kira 1,65 cm;

Kaki kira-kira 20 jari

Cubit kira-kira 30 jari

Berat: Grain = 0,046 gr;

Shekel = 8,416 gr

Talen = 30,5 kg

Pengukuran waktu sudah dimulai:Satuan Hari

Bulan Setiap Melihat Bulan Baru

Kalender disesuaikan pula dengan musim, terutama dalam

hubungan dengan pertanian

Pengamatan astronomi sudah dimulai. Mereka memandang alam semesta ini sebagai kubus dengan langit datar dan alasnya bumi yang juga datar

Astrologi juga sudah ada waktu itu. Orang Babylonia percaya bintang dapat mempengaruhi kejadian-kejadian yang menyangkut manusia. Sistem zodiak dimulai di Babylonia

Geometri dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan hidup sehari-hari seperti pengukuran tanah

Mesir Kuno

Ada hubungan perdagangan yang kuat

antara Babylonia dan Mesir banyak

persamaannya

Sistem bilangan menggunakan “sistem

desimal”. Bangsa Mesir kurang berhasil

dalam pecahan:

dan4

1

2

1

4

3

776

1

679

1

56

1

97

2

7

Contoh perkalian Bangsa Mesir Kuno:

13 117

[6 234] x

3 468

1 936

------------------------ +

1521

Geometri: Dapat menghitung volume piramidaterpancung.

8

Astronomi: Mesir Kuno agak tertinggalbila dibandingkan dengan Babylonia. Bangsa Mesir Kuno juga menganggapalam semesta sebagai suatu kubusdengan langit datar dan alas bumi yang agak cekung. Bintang dianggap lampuyang tergantung pada langit.

Sistem Kalender didasarkan pada Bulan(Lunar = qomariyah)

9

Paling maju di Mesir Kuno adalah

Ilmu Kedokteran

• Kedokteran di Mesir lebih rasional

dibandingkan dengan Babylonia

• Sudah melakukan pembedahan

• Mempelajari anatomi tubuh manusia

walaupun masih terbatas

• Ada cara pembuatan obat yang tertulis

dalam pairus

Yunani Kuno

Sumbangan Yunani Kuno pada IPA lebih sedikit

dibandingkan dengan sumbangannya pada Matematika,

Seni, Kesusateraan, dan Metafisika.

Upaya memahami fenomena alam, banyak dilakukan

dengan berfilsafat dan tidak mengadakan eksperimen

Dari segi pengetahuan fisika sampai tahun 1400,

sumbangan Yunani pada fisika dapat dikatakan paling

banyak. Benih fisika telah banyak diletakkan (dibangun)

seperti hukum kekekalan materi, inersia, teori atom, dan

bahwa laju cahaya itu mempunyai harga tertentu.

Thales of Miletus (624-547 BC)

• Telah mengenal kekuatan magnet dan batu ambar

• Menemukan inklinasi bumi

• Bumi berbentuk bola

Catatan:

Menurut ARISTOTELES: Bumiberbetuk silinder yang terletak diatas air.

Pythagoras (580-500 BC)

• Salah seorang filosof terbesar Yunani dan

pendiri dari Pythagorean School.

• Berpendapat bahwa bumi berbentuk bola

(walaupun tidak jelas apa dasarnya, mungkin

karena bola dianggap bentuk paling sempurna

– “mathematico-esthetic”).

• Dia juga yakin bahwa alam semesta juga

berbentuk bola dengan bumi sebagai pusatnya.

Matahari, bulan, dan planet lainnya berputar

sendiri-sendiri mengelilingi Bumi sebagai pusat.

Anaxagoras (500-428 BC)

• Dikisahkan oleh PLATO, bahwa

Anaxagoras adalah seorang

bangsawan yang melupakan hartanya

demi untuk mengabdi pada ilmu

pengetahuan

• Anaxagoras berpendapat bahwa Bulan

tidak mengeluarkan sinar, tetapi

Matahari-lah yang “meletakkan”

terangnya pada bulan dan bulan

membaginya kepada bumi.30

• Bulan mengalami gerhana kalaudihalangi oleh bumi, demikian pula matahari akan mengalami gerhanakalau dihalangi oleh bulan.

• Ia juga telah meletakkan bibit teoriatom yang dikemudian haridikembangkan oleh DEMOCRITUS (generasi setelah Anaxagoras).

• Tidak menerima pendapat Yunanisebelumnya tentang “penciptaan” dan “pemusnahan” materi, yang antara lain sebagai bibit hukumkekekalan materi.

Democritus (460-370 BC)

• Memberi bentuk terhadap teori atom yang dikemukakan oleh Anaxagoras

• Postulatnya: “Jagat raya ini terdiri dari ruang hampa dan sejumlah besar partikel yang tidak terlihat dan tidak dapat dibagi lagi. Partikel-partikel itu berbeda satu sama lain dalam hal bentuk, posisi, dan susunannya.”

• Untuk mendukung postulatnya ia berpendapat bahwa materi itu tidak dapat diciptakan karena tidak ada materi yang berasal dari sesuatu yang tidak ada, demikian pula sesuatu itu juga tidak dapat dimusnahkan.

Aristoteles (384-332 BC)

• Salah seorang murid PLATO tercerdas.

• Banyak memberi sumbangan pemikiran pada berbagai cabang pengetahuan seperti Logika, Retorika, Etika, Metafisika, Psikologi, dan Pengetahuan Alam.

• Karena kecerdasannya, pengaruh pemikirannya meluas pada berbagai disiplin ilmu, termasuk dalam fisika. Walaupun dalam kacamata fisika modern, pendapat Aristoteles terlihat hanya sebagai dugaan biasa saja (common sense only), dan bukan didasarkan pada hasil observasi dan verifikasi.

Aristrachus (± 310-230 BC)

• Ia mengajukan teori tentang susunan Tata

Surya dan Bintang-Bintang mirip dengan

dengan teori Heliosentris yang

dikemukakan oleh COPERNICUS 2000

tahun kemudian.

• Menurutnya “Bintang-bintang tetap dan

Matahari tidak bergerak. Bumi bergerak

mengelilingi matahari dalam lintasan

berbentuk lingkaran, dan matahari di titik

pusat lingkaran itu.”

Archimedes (287-212 BC)

• Terkenal dengan hukum hidrostatikanya

dan ungkapan “Eureika” yang melegenda.

• Mendukung teori heliosentris dalam

memahami tatasurya dan posisi bumi kita.

PERIODE 2

Berkembangnya Metode

Eksperimen

Ada perubahan Paradigma bahwa

fisika tidak cukup hanya Teori,

tapi harus didukung dengan

eksperimen.

Galileo Galilee [1564 – 1642]

Dianggap sebagai Bapak Metode Eksperimen

Menciptakan “PULSOMETER” yang pada dasarnya

adalah ayunan sederhana untuk mengukur detak

jantung

Melalui berbagai percobaan Galileo membantah ajaran

Aristoteles yang mengatakan di antaranya bahwa benda

berat akan lebih cepat sampai di tanah.

Ada cerita bahwa Galileo mengadakan demonstrasi

dengan naik ke atas menara PISA yang miring dan

kemudian menjatuhkan benda yang berat dan benda

yang ringan di depan banyak orang. Namun cerita ini

diragukan kebenarannya.

Diilhami oleh penemuan Lipperhey (Belanda), Galileo

berhasil membuat teropong bintang.

Dengan teropong itu Galileo mendapatkan bahwa

jumlah bintang tetap selalu lebih banyak dari yang

diketahui orang sampai saat itu.

Galileo juga mengamati planet-planet dan menemukan

satelit jupiter

Berdasarkan temuan-temuan itu, Galileo menjawab

beberapa teka-teki tentang “milky way”. Galileo juga

mendukung paham HELIOSENTRIS.

Bukunya yang diterbitkan pada akhir hidupnya

berjudul “Dialogue on The Great World System”. Buku

tersebut mengisahkan dialog antara tiga tokoh, yaitu

SALVIATI (mewakili paham Copernicus), SIMPLICO

(mewakili paham Aristoteles), dan SAGREDO (sebagai

moderator).

Tycho Brahe [1546 – 1601]Tycho Brahe ditugaskan oleh Raja Frederick II dari Denmark di Observatorium Uraniborg. Tugasnya meramal nasib kerajaan berdasarkanastrologi. Selama 20 tahun bekerja diObservatorium itu Tycho melakukan observasidan mengumpulkan data secara teliti.

Johannes Kepler adalah asistennya yang bekerjadi Observatorium yang sama. Setelah Tychomeninggal, Kepler menganalisis data yang dikumpulkan oleh Tycho, sehingga dapatmerumuskan tiga hukumnya. Kepler pendukungpaham Heliosentris, sedangkan Tychosebenarnya adalah pendukung pahamGeosentris.

Hukum Kepler

1. Semua planet berputar mengelilingi

matahari dengan lintasan berbentuk elips

dan matahari terletak di salah satu fokus

elips.

2. Jari-jari vektor dari matahari ke tiap

planet menyapu daerah yang sama luas

dalam waktu yang sama.

3. Kuadrat waktu keliling planet mengelilingi

matahari sebanding dengan jarak rerata

planet ke matahari pangkat tiga.

Pekerjaan dua orang tersebut (Tycho Brahe

dan Johannes Kepler) mencontohkan

pekerjaan seorang eksperimentalis dan

seorang teoritikus di dalam pengembangan

sains-fisika. Sehingga lahirlah pemaknaan

akan hakekat fisika sebagai proses dan

sebagai produk.

Hakekat sains dewasa ini meliputi Proses,

Produk, dan Nilai.

Kepler meninggalkan beberapa pertanyaan

yang kemudian di jawab oleh Newton.

Isaac Newton [1642 – 1727]

Menciptakan jam-air, kincir atau roda air, sundials,

model kincir air

Menemukan teorema binomial, mengembangkan

teori tentang deret tak berhingga, dan

mengembangkan kalkulus.

Menemukan hukum gravitasi (inverse square law)

Di Bidang optika melakukan penyempurnaan pada

konsep tentang lensa dan spektrum cahaya.

Diilhami oleh keberhasilan Galileo, Tycho, dan

Kepler dalam bidang eksperimen, Newton ikut andil

dalam penyebarluasan metode eksperimen di

dalam sains-fisika.

Penyebaran Metode Eksperimen

Karena keberhasilan beberapa ilmuwan seperti

Galileo, Tycho Brahe, dan Kepler, maka cukup

untuk meningkatkan minat peneliti dan penemu

untuk menggunakan metode eksperimen dalam

menjawab permasalahan yang ditemui di alam

ini.

Di Eropa lahir beberapa masyarakat ilmiah

antara lain seperti (i) Lincean Siciety (Italia-

1603), (ii) The Royal Academy of Science

(Perancis-1666), dan (iii) The Royal Society for

The Advancement of Learning (Inggris-1662).

Periode 3: Fisika Klasik

• Merupakan kelanjutan dari periode II dantidak ada perubahan dalam paradigma.

• Yang dipelajari adalah benda-bendadalam ukuran besar, yang dijumpai dalamkehidupan sehari-hari.

• Laju benda yang dipelajari juga lebih kecilbila dibandingkan dengan laju cahaya.

MEKANIKA

Umumnya penurunan ketiga Hukum Newton yang dianggap sebagai hukum dasar menjadi prinsip-prinsip sekunder yang berlaku untuk keadaan khusus, seperti:

• Hukum-Hukum Hidrodinamik oleh Daniel Bernoulli (1700-1782)

• Tentang arus zat alir kental, maka baru masalah-masalah sederhana saja yang dapat diselesaikan. Hal-hal yang lebih kompleks baru dapat dipecahkan pada abad 20 setelah diciptakan pesawat terbang.

• Hukum Kekekalan momentum anguler

oleh EULER (1707-1782).

• Persamaan Lagrange yang berlaku

umum untuk menyelesaikan masalah

gerak benda-benda dengan

menggunakan sistem koordinat umum.

• Persamaan Hamilton yang banyak

bermanfaat untuk menyelesaikan

masalah-masalah teoritis.

• Teori matematis tentang elastisitas.

PANAS DAN ENERGI• Galileo menciptakan termometer udara (1597).

Termometer raksa pertama diciptakan oleh Kircher tahun 1643.

• Tahun 1724 Fahrenheit mengusulkan skala suhu, yaitu skala Fahrenheit, diikuti oleh Reamur dan Celcius (1742).

• James Black (1728-1799) mengukur panas peleburan dan panas penguapan. Azas Black menyatakan bahwa “panas yang diberikan sama dengan panas yang diterima” yang sebenarnya sudah tercakup dalam hukum kekekalan energi.

• Untuk menjawab “apakah panas itu” Newton mengatakan bahwa panas itu ada hubungannya dengan gerak benda-benda kecil yang menyusun benda itu

• Tetapi dalam periode ini terjadi kemunduran. Di

awal abad 18 orang kembali pada teori

“Caloric.” Teori ini menyatakan bahwa panas itu

adalah sejenis “cairan” yang dapat

dipindahkan dari satu benda ke benda lain.

Pemuaian benda karena dipanaskan

diterangkan bahwa karena “memakan banyak

caloric maka benda itu menjadi lebih “gemuk”.

Black menjelaskan panas peleburan dan

panas jenis berdasarkan teori caloric ini. Pada

akhir abad 18, teori ini diterima secara umum.

Berdasarkan teori ini, maka satuan panas

disebut “kalori”. Orang juga belum

membedakan antara panas (heat) dan suhu

(temperature).

• Percobaan pertama yang mengantarkan orang untuk menolak teori “caloric” dilakukan oleh COUNT RUMFORD (1775) yang menyimpulkan bahwa panas itu tidak mungkin berupa materi melainkan berupa sejenis gerakan.

• HUMPHRY DEVY menggosokkan dua potong es di ruang hampa pada suhu di bawah titik beku.

• Penggosokkan tersebut dilakukan di ruang yang tersekat dari pertukaran panas dengan lingkungannya. Ternyata es itu juga meleleh. Namun demikian banyak orang yang masih bertahan pada teori caloric. CARNOT (1796-1832) menjelaskan “CARNOT’S CYCLE” dalam tahun 1824 masih berdasarkan teori caloric.

• R.J. MAYER (1814-1878) melakukan percobaan yang menunjukkan kesetaraan antara panas dan energi mekanik. Berdasarkan percobaannya, dia menghitung harga kesetaraan panas dan energi mekanik.

• Tanpa mengetahui percobaan Mayer, JOULE melakukan percobaan untuk mengubah energi yang dimiliki oleh benda yang jatuh menjadi panas. Di Jerman juga melakukan hal yang sama dan menunjukkan bahwa gerak abadi itu tidak mungkin terjadi. Dia mengumumkan hukum kekekalan energi.

• Berdasarkan temuan-temuan itu, maka teori caloric di tolak orang.

OPTIKA

Banyak ditemukan gejala-gejalayang berhubungan dengan cahaya

yang dapat diterangkanberdasarkan teori gelombang.

Namun ada juga peristiwa optis yang tidak bisa dijelaskan dengan

konsep gelombang.

• THOMAS YOUNG (1773-1829)

menemukan gejala interferensi.

Dari cincin Newton, Young berhasilmengukur panjang gelombang cahaya.

• Young dapat menunjukkan gejalainterferensi cahaya dengan meletakkan

rambut atau benang sutera di sebuahcelah sempit dan diterangi dari

belakang.

• YOUNG juga dapat menerangkan gejala difraksi cahaya dengan

interferensi dan dapat mengukur panjang gelombang cahaya.

• Hasilnya sama, sehingga disimpulkan bahwa kedua gejala itu tentunya

ditimbulkan oleh hal penyebab yang sama. Pendapat Young ini

menimbulkan protes termasuk dari Gereja.

• Pada tahun 1815, FRESNEL (1788-

1827) menemukan gejala interferensi

dalam percobaan dengan menggunakan

dua cermin datar.

• Dia juga dapat menerangkan gejala

polarisasi cahaya.

• Pada tahun 1850 FOUCOULT berhasil

mengukur laju cahaya. Dia menemukan

bahwa laju cahaya dalam air lebih kecil

dibandingkan dalam ruang hampa.

• Dengan penemuan-penemuan itu, maka

orang cenderung menerima teori

gelombang dari

MASALAHNYA ADALAH GELOMBANG APA

SEBENARNYA CAHAYA ITU??

LISTRIK &

MAGNET

Dalam periode ini pengetahuantentang kelistrikan dan

kemagnetan berkembang denganpesat.

• Kajian Elektrostatika dimulai: LAPLACE,

GREEN, dan POISSON

mengembangkan persamaan matematik

• Ada penemuan-penemuan dasar yang

menyangkut arus listrik. GALVANI pada

tahun 1786 mempelajari “kelistrikan pada

hewan” yang menunjukkan bahwa saraf

katak itu merupakan sumber listrik.

• VOLTA berhasil membuat sumber listrik

pertama yang dikenal dengan elemen

volta.

• Orang juga mulai meneliti gejala-gejala yang

berkaitan dengan elektrolisis.

• Penelitian dalam elektrolisis ini diteruskan

oleh FARADAY yang menemukan Hukum-

Hukum Elektrolisis

• Hubungan antara kelistrikan dan

kemagnetan mulai dipelajari sejak

OERSTED dalam tahun 1820

menemukan secara tidak sengaja

(mengamati) bahwa jarum kompas

terpengaruh kalau ada arus listrik

didekatnya.

• BIOT dan SAVART berhasil menemukan

“hukum biot-savart” yang menyatakan

besarnya kuat medan listrik di sekitar

konduktor berarus listrik.

• Dari banyak eksperimen AMPERE

menemukan bahwa sirkuit tertutup

berarus listrik dapat mempengaruhi

magnet batang.

• FARADAY berpikir kalau arus listrikdapat menghasilkan medan magnet,

apakah medan magnet dapatmenghasilkan listrik.

• Dari percobaan-percobaan yang dialakukan, FARADAY dapat

menemukan hukum-hukum tentangarus induksi.

• Berdasarkan temuan-temuan FARADAY, OERSTED, BIOT dan SAVART, lalu

MAXWELL mengembangkan teoriElektromagnetis.

• MAXWELL menurunkan empatpersamaan (dikenal dengan Persamaan

Maxwell) dan menunjukkan bahwa cahayaitu sebenarnya adalah gelombang

elektromagnet.

DENGAN DEMIKIAN, KESIMPULAN MAXWELL DAPAT MENJAWAB PERTANYAAN TENTANG

HAKEKAT CAHAYA

Pada waktu memasuki setengah kedua abad (era fisika klasik), dimana orang

mengembangkan fisika dengan pola pemikiran Galileo dan Newton, orang

menyangka bahwa pola pikir dasarnya sudah ditemukan dan penelitian

selanjutnya hanya bersifat penyempurnaan atau melengkapi.

Periode 4: Fisika Modern

Menjelang akhir abad 19, banyak penemuan-penemuan gejala alam

yang sukar atau tidak dapat diterangkan dengan paradigma

lama.

• Wilhelm Konrad Rontgen (1895) di Munich

menemukan sinar X.

• Becquerel dan Suami Istri Curie (1896)

menemukan zat radioaktif.

• 1897 Thomson menemukan bahwa sinar

katoda itu adalah sinar elektron dan berhasil

menentukan muatan spesifiknya

• Millikan menemukan muatan listrik elektron

Penemuan-Penemuan itu

di antaranya:

• Kegagalan untuk menerangkan radiasi

termis dari benda hitam. Kemudian

PLANCK berhasil menjelaskan radiasi

termis benda hitam dengan postulat

bahwa radiasi benda hitam itu diskrit

(1900)

• Kegagalan menjelaskan gejala-gejala

keatoman

• Kegagalan menjelaskan efek fotolistrik

• Hasil percobaan Michelson-Morley

Menghasilkan fisika modern dengan dua

pilar utama:

• Relativitas Khusus

• Mekanika Kuantum

PR individu:

• Mengapa nama periode terakhir R.

Meyer muncul Fisika Modern?

• Mengapa Fisika Modern hanya

didukung atau didasari oleh dua teori

besar, yaitu teori relativitas dan teori

kuantum cahaya?

Fisika klasik menelaah keadaan khususuntuk benda besar dan dengan

kecepatan rendah. Tidak sesuai dengan prinsip teori relativitas dan teori

kuantum cahaya.

FISIKA KLASIK FISIKA MODERNKontinu Diskrit/Terkuantisasi

Deterministik Probabilistik

Waktu Universal Waktu Tidak Universal

Cabang Ilmu Fisika

• Mekanika

• Optika

• Panas dan Energi

• Listrik Magnet

• Sains Kebumian

• Astronomi

• Teori Atom

• Mekanika Kuantum