Amateur-Physics

PEMBAGIAN KELOMPOK MAHASISWA DEPAG

2012-01-19T19:42:00.007+08:00

Daftar pembagian kelompok untuk mahasiswa Depag yang mengikuti
kuliah Fisika Modern dapat diunduh di sini.

GRAPHENE, MATERIAL BARU YANG LUAR BIASA

2010-12-27T20:24:00.008+08:00

Tahun 2010, nobel fisika diberikan kepada Andre Geim dan Konstantin Novoselov. Keduanya adalah profesor fisika dari University of Manchester, Inggris. Penghargaan nobel ini diberikan atas keberhasilan mereka untuk pertama kalinya memisahkan selembar tipis lapisan karbon dari grafit. Lapisan tipis karbon ini disebut graphene.

Graphene merupakan salah satu jenis material baru yang terdiri atas atom-atom karbon dengan bentuk konfigurasi kisi yang datar, dengan jarak antar atom-atom karbon sebesar 0,142 nm. Konfigurasi ini menyerupai struktur sarang lebah dengan ketebalan yang sangat kecil, yaitu dalam orde ukuran atom. Sedemikian tipisnya lapisan graphene ini sehingga merupakan salah satu contoh dari material berdimensi dua. Dibandingkan dengan grafit dengan ketebalan 1 mm, graphene tentu jauh lebih tipis. Dapat dibayangkan, dalam 1 mm grafit, terdapat sekitar tiga ribu lapisan graphene yang menyusun grafit tersebut.

Sebagai sebuah material yang benar-benar baru, graphene tidak hanya luar biasa dalam hal ketipisannya, tetapi juga kekuatan yang dimilikinya. Graphene memiliki daya tahan terhadap tekanan sebesar 42 N/m. Jika dibandingkan dengan kekuatan baja yang memiliki kekuatan terhadap tekanan berkisar antara 0,25 – 1,2 x 10⁹ N/m² (jika kita anggap terdapat baja dengan ketebalan yang sama dengan ketebalan graphene, maka kekuatan baja tersebut setara dengan 0,084 – 0,40 N/m) maka graphene 100 kali lebih kuat daripada baja yang paling kuat sekalipun!

Graphene merupakan material yang bersifat konduktor listrik (dapat menghantarkan listrik), dengan konduktivitas yang sama dengan konduktivitas tembaga. Selain itu, juga bersifat sebagai konduktor panas, dengan kemampuan konduksi yang berada di atas material-material lainnya yang telah dikenal. Graphene juga bersifat transparan meskipun tetap memiliki kerapatan yang cukup tinggi, yaitu sebesar 0,77 mg/m².

Pensil, Kertas dan pita perekat

Keberadaan struktur karbon seperti graphene sebenarnya telah diprediksi sejak dulu, khususnya pada tahun 1960-an. Tetapi para peneliti ketika itu mengalami kesulitan dalam mengisolasi lapisan tunggal karbon dua dimensi ini. Bahkan para ilmuwan pada masa itu meragukan bahwa pemisahalan lembaran tunggal itu dapat dilakukan. Mereka percaya bahwa memisahkan lembaran tipis graphene dari grafit tidak mungkin dilakukan sebab lapisan tipis itu akan segera mengerut atau melengkung pada temperatur ruang. Bahkan kemungkinan besar struktur karbon lapisan itu akan runtuh dan menghilang.

Padahal, ditinjau dari bahan dasar untuk mendapatkan lembaran graphene ini, sangat mudah didapat. Grafit merupakan bahan yang terdapat dalam sebuah pinsil! Bahkan bagi kita yang pernah menggunakan pensil saat menulis mungkin saja telah menghasilkan lapisan graphene tanpa kita sadari pada lembaran kertas yang kita tulisi.

Pemisahan graphene dari grafit serta analisis sifat-sifatnya untuk pertama kali dilakukan oleh Andre Geim dan Konstantin Novoselov. Geim dan Novoselov menggunakan pita perekat untuk melepas selembaran tipis karbon dari sebuah grafit dengan cara yang lebih metodis. Dari proses ini, pada awalnya mereka memperoleh lembaran-lembaran yang masih mengandung banyak lapisan-lapisan graphene, tetapi dengan mengulang-ulangi prosedur tersebut sebanyak sepuluh sampa dua puluh kali, akhirnya diperoleh lambaran yang semakin tipis. Langkah berikutnya dalam upaya menganalisis lapisan graphene ini adalah mengambil fragmen kecil graphene di antara lapisan-lapisan tipis grafit dan sisa-sisa karbon lainnya yang telah mereka peroleh.

Untuk dapat menganalisis sifat-sifat material hasil pemisahan mereka dengan cermat, kedua ilmuwan dari Manchester ini melekatkan lembaran-lembaran graphene yang mereka peroleh pada pelat silikon teroksidasi, sebuah pelat material kerja standar dalam industri semikonduktor.

Saat pelat itu diamati di bawah mikroskop standar, maka akan tampak pelangi warna seperti yang terlihat jika lapisan minyak tumpah di atas air. Dari pengamatan warna-warna ini, mereka kemudian menentukan jumlah lembaran graphenee yang terkandung dalam lapisan tersebut. Dari pengamatan ini juga mereka dapat memprediksi ketebalan lapisan yang terdapat pada dioksida silikon ini yang pada gilirannya sangat penting dalam mengungkap keberadaan graphenee.

Pada pengamatan di bawah mikroskop, graphenee tampak berupa material kristaline berdimensi dua pada suhu kamar. Graphenee memperlihatkan struktur jaringan karbon yang benar-benar teratur dalam dua dimensi, yaitu dimensi panjang dan lebar. Unit dasar struktur ini hanya terdiri atas enam atom karbon yang saling bergabung secara kimiawi. Graphenee, seperti halnya bentuk-bentuk lain dari karbon yang kita ketahui, tersusun atas jutaan atom-atom karbon yang bersama-sama membentuk pola heksagonal.

Sebuah lembaran graphene. Jika lembaran graphene ini dibentuk menjadi bangun ruang bola maka akan diperoleh struktur fullerene. Jika lembaran grapene ini dibuat menjadi seperti bentuk tabung, maka diperoleh struktur nanotubes.
(Sumber: http://static.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/sciback_phy_10.pdf)

Sifat-sifat Menarik dari Graphene dan Potensi Penerapannya

Dari hasil pekerjaan Andre Geim dan Konstantin Novoselov, mereka dapat diamati dua karakteristik yang sangat penting yang dimiliki oleh graphenee, yang keduanya sangat mempengaruhi sifat-sifat listriknya.

Karakteristik yang pertama adalah keteraturan susunan struktur atom karbon yang membentuk graphene hampir sempurna. Keteraturan atom-atom yang sangat tinggi ini, bahkan tanpa cacat, timbul sebagai akibat ikatan atom-atom karbon yang kuat. Dan di saat yang bersamaan ikatan ini juga sangat fleksibel yang memungkinkan jaringannya dapat meregang hingga 20% dari ukuran awalnya. Kisi-kisinya juga memungkinkan elektron untuk dapat menempuh jarak yang jauh dalam graphenee tanpa gangguan. Pada konduktor yang normal, elektron biasanya mengalami pantulan berkali-kali selama gerakannya. Pantulan ini melemahkan daya kerja konduktor. Hal ini tidak terjadi pada graphenee.

Ciri-ciri unik lainnya dari graphenee adalah elektron-elektronnya berperilaku sebagai partikel cahaya, foton-foton tanpa massa, yang dalam keadaan vakum dapat bergerak dengan kecepatan 300 juta meter per sekon. Hal yang sama terjadi pada electron dalam graphenee karena tdak memiliki massa dan bergerak dengan kecepatan yang konstan sebesar satu juta meter per sekon. Sifat ini membuka peluang bagi para ilmuwan untuk dapat mempelajari fenomena-fenomena tertentu secara mudah pada skala kecil tanpa menggunakan akselerator partikel yang besar.

Dengan sifatnya yang transparan (hampir 98%) sementara graphenee mampu menghantarkan arus listrik, maka material ini sangat berpeluang untuk diaplikasikan pada pembuatan lapisan sentuh yang transparan, panel listrik, dan bahkan sel surya. Bahan plastik malahan dapat dibuat bersifat menghantar hanya dengan mencampurkan 1 % graphene ke dalamnya. Dengan pencampuran graphene ini juga, resistansi panas plastik akan meningkat sampai 30^oC bersamaan dengan peningkatan kekuatan mekanisnya. Hal ini memberi peluang untuk menghasilkan material baru yang sangat kuat, tipis, elastis, dan tembus pandang.

Graphene juga memungkinkan para fisikawan untuk dapat memeriksa sejumlah fenomena-fenomena menarik dalam fisika kuantum yang hingga sekarang hanya bisa dibahas secara teoritis. Salah satunya adalah varian dari fenomena Klein tunneling, yang pertama kali dirumuskan oleh seorang fisikawan Swedia Oskar Klein pada tahun 1929. Dalam fisika kuantum kita mengenal istilah penerowongan (tunneling) yang menggambarkan bagaimana sebuah partikel kadang-kadang dapat melewati sebuah perintang yang pada keadaan normalnya akan menghalangi mereka. Semakin tebal penghalang, maka semakin kecil kemungkinan sebuah partikel dapat melewati penghalang itu. Namun demikian, hal ini ternyata tidak berlaku bagi sebuah elektron yang bergerak dalam graphene. Dalam beberapa situasi, elektron dalam graphene bahkan dapat melintasi penghalang ini begitu saja seolah-olah penghalang itu tidak ada sama sekali!

Benar-benar luar biasa dan mengagumkan! Karbon, dengan struktur graphene, kembali mengejutkan kita dengan karakteristiknya yang unik.

(Artikel ini diolah dari berbagai sumber)

Efek Fotolistrik

2010-06-09T20:14:00.006+08:00

Permukaan logam tertentu disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang 0,35 µm dan 0,54 µm. Pada tiap penyinaran dengan cahaya tersebut, diperoleh bahwa kecepatan maksimum elektron foto yang dihasilkan untuk tiap panjang gelombang yang bersesuaian berbeda sebesar faktor η = 2. Carilah fungsi kerja logam tersebut!

Penjelasan

Untuk tiap panjang gelombang cahaya yang digunakan akan menghasilkan energi kinetik elektron foto yang berbeda pula. Hal ini terlihat dari persamaan Einstein untuk efek fotolistrik sebagai berikut (persamaan 1):Dimana adalah panjang gelombang cahaya yang digunakan, W adalah fungsi kerja logam, dan E_kinetik adalah energi kinetik elektron foto yang dilepaskan.

Fungsi kerja logam (W) merupakan karakteristik tertentu dari sebuah logam yang bernilai unik (satu nilai untuk satu jenis logam) yang menyatakan energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron logam tersebut dari permukaannya.

Persamaan 1 di atas menyatakan bahwa energi foton yang dibawa oleh cahaya yang digunakan untuk menyinari logam harus sama dengan jumlah antara fungsi kerja logam (fungsi kerja logam bisa juga dinyatakan dengan energi ambang) dengan energi kinetik elektron foto yang dihasilkan. Jika energi foton cahaya yang digunakan di bawah nilai ini, maka tidak terjadi efek fotolistrik.

Dari pernyataan soal jelas tersirat bahwa untuk kedua jenis panjang gelombang cahaya yang digunakan menyebabkan terjadinya efek fotolistrik.
Misalkan untuk panjang gelombang cahaya yang pertama kita nyatakan dengan dan panjang gelombang kedua kita nyatakan dengan . Karena masing-masing panjang gelombang ini menghasilkan efek fotolistrik, maka kita dapat menuliskan persamaan efek fotolistrik Einstein untuk kedua panjang gelombang ini sebagai berikut (Kita telah menggantikan Ekinetik dengan persamaan untuk energi kinetik yang telah kita kenal) (persamaan 2) :

Dan (persamaan 3)
Karena kecepatan maksimum elektron untuk tiap panjang gelombang berbeda sebesar faktor η, maka kita dapat menuliskan persamaan berikut yang menghubungkan antara v1 dan v2 (persamaan 4):

Masukkan persamaan di atas ke dalam persamaan 2 sehingga diperoleh (persamaan 5):

Kurangkan persamaan (5) dengan persamaan (3) sehingga diperoleh persamaan 6 berikut :

Faktor dalam persamaan (6) di atas dapat dihilangkan dengan menggunakan persamaan (3). Akan diperoleh hasil sebagai berikut (persamaan 7):

Dari persamaan (7) di atas, terlihat bahwa dengan memasukkan persamaan (3) tidak hanya menghilangkan faktor energi kinetik, tetapi sekaligus juga memasukkan variabel W (fungsi kerja) yang merupakan besaran yang akan dicari.

Dengan menyelesaikan persamaan (7) di atas untuk W, akan diperoleh persamaan terakhir :

Masukkan nilai-nilai yang diberikan dalam soal, dengan h adalah konstanta Planck dan c adalah kecepatan gelombang elektromagnetik (3 x 10⁸ m/s) maka akan diperoleh fungsi kerja logam yang digunakan adalah sebesar 1,9 eV.

Segitiga Terbang

2010-04-29T19:45:00.020+08:00

Sebuah segitiga sama sisi memiliki panjang sisi-sisi a_o yang diukur pada kerangka acuan O’ yang diam terhadap segitiga tersebut. Hitunglah keliling segitiga menurut pengamat lain O jika segitiga tersebut bergerak dengan kecepatan V sepanjang salah satu sisinya relatif terhadap pengamat O.

Penjelasan :

Soal ini merupakan soal tentang kontraksi panjang yang merupakan efek dari teori relativitas khusus Einstein.

Jika keliling segitiga diukur dalam kerangka acuan O’ (kerangka acuan yang diam relatif terhadap segitiga), maka Keliling K = 3a_o.

Sekarang bagaimana jika segitiganya bergerak dengan kecepatan V? Asumsikan bahwa V sangat besar mendekati orde kecepatan cahaya, sehingga kita harus mempertimbangkan efek kontraksi panjang.

Perhatikan segitiga yang dimaksud menurut pengukuran O’ dan O.

Gambar (a) merupakan keadaan segitiga dalam kerangka acuan O' yang diam relatif terhadap segitiga. Pada gambar (b) segitiga berubah bentuknya akibat efek kontraksi panjang. Perubahan ini hanya pada sisi panjang yang searah dengan arah geraknya. Tinggi segitiga tetap tak berubah. Karena itu, sisi bagian bawah akan berubah panjangnya (berkontraksi) memenuhi persamaan kontraksi panjang yaitu:

dimana

Karena sisi bawah memendek, akibatnya mempengaruhi panjang sisi-sisi yang lainnya (agar tetap membentuk segitiga dengan tinggi yang tetap sama dengan tinggi segitiga awal). Oleh karena itu untuk dapat menghitung keliling segitiga sekarang, kita harus menghitung panjang sisi yang lainnya dulu.

Perhatikan segitiga yang belum mengalami kontraksi panjang sisi bawahnya seperti gambar berikut.

Sekarang kita bisa menghitung sisi segitiga setelah mengalami kontraksi panjang dengan menggunakan konstruksi segitiga pada gambar berikut ini.

Sisi miring segitiga di atas sekarang dapat dihitung, sebagai berikut:

Misalkan sisi miring itu kita simbol m, maka:

Setelah mengetahui nilai sisi miringnya (nilai sisi segitiga yang lain akan sama besarnya karena simetri), sekarang kita dapat menghitung keliling segitiga yang mengalami kontraksi ini dengan mudah.

atau

Bagaimana jika kecepatan V sangat kecil?

Ingat bahwa adalah V/c. Sehingga jika V sangat kecil, maka akan menjadi nol. Jika kita masukkan ini ke hasil yang diperoleh di atas maka akan kita dapatkan :

Hasil ini sama dengan keliling yang diperoleh jika keliling segitiga itu diukur dalam keadaan diam. Jelaslah bahwa efek kontraksi panjang hanya akan tampak jika kecepatan sangat besar mendekati orde kecepatan cahaya.

ERATOSTHENES DAN MATEMATIKA SEDERHANA MENENTUKAN KELILING BUMI

2010-01-03T20:39:00.006+08:00

Kadangkala kita tertarik untuk mengetahui bagaimana dan siapa yang pertama kali mengukur beberapa data-data astronomis yang diketahui sekarang ini. Misalnya berapa ukuran keliling bumi, berapa jari-jarinya, berapa massa bumi, berapa jarak bumi ke matahari, dan sebagainya. Menariknya, data-data ini umumnya telah diketahui oleh orang-orang yang hidup bahkan sebelum masehi. Ini berarti pengukuran itu tentu saja dilakukan oleh orang-orang pada zaman itu atau sebelumnya dan alat-alat yang mereka gunakan jauh lebih sederhana ketimbang alat-alat modern yang digunakan sekarang. Yang lebih menarik lagi, hasil pengukuran mereka cukup akurat dan cocok dengan hasil pengukuran yang dilakukan dengan instrumen canggih seperti sekarang.

Sebagai contoh, siapakah yang pertama kali mengukur keliling bumi dan berapa nilai yang diperolehnya?

Adalah seorang ahli geografi dan matematikawan bernama Eratosthenes yang hidup sekitar abad 235 sebelum masehi yang pertama kali melakukannya.

Siapakah Eratosthenes?

Dia adalah orang kedua setelah Zenodotos yang menjabat sebagai kepala perpustakaan di Universitas Alexandria, Mesir yang dibangun oleh Alexander Agung. Eratosthenes yang berteman dengan Archimedes merupakan salah seorang pelajar yang pandai pada masa itu. Dia banyak menulis tentang filsafat dan sains. Sebagai seorang matematikawan, Eratosthenes menemukan sebuah metode untuk menemukan bilangan-bilangan prima. Sebagai seorang geograf, dia menulis tentang Geografi, buku geografi pertama yang memberikan basis matematika pada geografi dan memperlakukan bumi sebagai sebuah globe yang terbagi menjadi zona-zona Frigid, Temperate, dan Torrid.

Bagaimana Erastothenes mengukur keliling bumi ini?

Sebagai seorang pustakawan, Eratosthenes mengetahui dari banyak buku-buku bahwa matahari berada pada titik tertingginya di langit pada siang hari tanggal 22 Juni, titik tertingginya pada musim panas. Pada saat ini, sebuah tongkat yang ditegakkan vertikal akan membentuk bayangan yang terpendek di antara bayangan yang dibentuk pada hari-hari lainnya. Jika matahari tepat berada di atas kepala, tongkat yang dipancang ditanah secara tegak, tidak akan membentuk bayangan! (Bayangannya jatuh pada titik dimana tongkat itu dipancang, jadi tidak ada bayangan). Peristiwa ini akan terjadi di Syene (sekarang daerah Libya), sebuah kota di utara Alexandria.

Eratosthenes mengetahui bahwa matahari berada langsung tepat di atas Syene dari informasi buku-buku perpustakaan yang melaporkan bahwa pada titik balik (titik tertinggi) matahari pada musim panas, sinar matahari akan memancar secara langsung lurus ke bawah dan dipantulkan kembali ke atas lewat jalan yang sama. Eratosthenes kemudian bernalar bahwa jika sinar matahari diteruskan ke dalam bumi pada titik ini, maka sinar ini akan melewati titik tengah bumi.

Pada siang hari di tanggal 22 Juni Eratosthenes mengukur bayangan yang dihasilkan oleh sebuah pilar vertikal di Alexandria dan menemukan bahwa tinggi bayangan yang terbentuk adalah 1/8 kali tinggi pilar sebenarnya. Ini berkenaan dengan sudut sebesar 7,2^o antara cahaya matahari dan pilar vertikal (lihat gambar).

Karena 7,2^o adalah 7,2/360, atau 1/50 kali sebuah lingkaran, Eratosthenes bernalar bahwa jarak antara Alexandria dan Syene adalah 1/50 kali keliling bumi. Dengan demikian keliling bumi akan sama dengan 50 kali jarak antara kedua kota ini: Alexandria ke Syene. Jarak antara kedua kota ini, cukup datar dan telah sering dilalui oleh orang-orang pada masa itu. Surveyor pada masa itu telah mengukur jarak kedua kota tersebut sebesar 5000 stadia (1 stadia = 0,16 km).
Berdasarkan data ini, Eratosthenes kemudian menghitung keliling bumi sebesar 50 x 5000 stadia atau sama dengan 250.000 stadia. Jika nilai stadia ini dikonversi menjadi kilometer maka diperoleh 0,16 x 250.000 = 40.000 km.

Jika dibandingkan dengan nilai keliling bumi yang diterima dewasa ini yaitu sekitar 40.075 km (ekuator), maka nilai yang diperoleh Eratosthenes cukup akurat dengan tingkat kesalahan 5%. Nah, ini tak kalah mengagumkannya, ternyata alat yang dipakai oleh Eratosthenes menentukan keliling bumi ini adalah matematika sederhana: perbandingan segitiga! Pelajaran yang telah kita dapat di SMP.

(sumber: Conceptual Physics oleh P. Hewitt)

Kinematika: Kapan Ketemu Lagi?...

2009-11-07T17:05:00.015+08:00

Dua buah mobil bergerak saling mendekati satu sama lain secara bersamaan pada sebuah jalan yang lurus. Mobil 1 bergerak dari titik A dengan kelajuan v1, sedangkan mobil 2 bergerak dari titik B dengan kelajuan v2. Percepatan mobil 1 adalah a1, arahnya ke titik A. Percepatan mobil 2 adalah a2 arahnya ke titik B. Selama geraknya, kedua mobil ini bertemu dua kali, dan selang waktu antara kedua pertemuan tersebut adalah t. Carilah jarak antara titik A dan titik B.

Penjelasan

Mula-mula kedua mobil bergerak saling mendekati satu sama lain berarti arah kecepatan masing-masing mobil berlawanan. Sementara itu, masing-masing mobil memiliki percepatan yang arahnya berlawanan dengan arah kecepatan masing-masing. Setelah mobil bertemu untuk pertama kalinya, keduanya kemudian akan saling menjauhi. Setelah beberapa saat, kedua mobil akan mengubah arah kecepatannya menjadi searah dengan arah percepatannya (abaikan waktu yang diperlukan untuk mengubah gerakannya) sehingga kedua mobil kembali akan bertemu untuk kedua kalinya setelah waktu t. Sketsanya ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini.

Untuk memecahkan soal ini, akan lebih mudah jika kita menetapkan salah satu mobil sebagai titik acuan. Misalkan mobil 1 adalah titik acuan. Maka kecepatan mobil 2 relatif terhadap titik acuan ini adalah

Percepatan mobil 2 relatif terhadap titik acuan adalah

Dengan menyubstitusikan kedua persamaan di atas ke dalam persamaan berikut ini,

Akan diperoleh

Kedua mobil akan bertemu jika x = 0, dan misalkan bahwa jarak mula-mula kedua mobil adalah D sehingga persamaan di atas dapat dituliskan menjadi

Persamaan di atas adalah sebuah persamaan kuadrat yang dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus ABC sebagai berikut.

Dari persamaan di atas, kita peroleh dua nilai waktu t1 dan t2. Waktu t1 adalah waktu mobil bertemu untuk yang pertama kalinya sedangkan t2 adalah waktu mobil bertemu untuk yang kedua kalinya. Dengan demikian, selang waktu kedua mobil saat bertemu untuk kedua kalinya adalah

Dengan menguadratkan persamaan di atas kemudian menyelesaikannya untuk D diperoleh

Atau

Jadi jarak kedua mobil mula-mula adalah

Osilasi Sistem Pegas-Massa

2009-11-05T17:27:00.017+08:00

Sebuah balok bermassa M diikatkan pada sebuah pegas yang juga bermassa M. Konstanta pegas adalah k. Balok ditempatkan pada sebuah permukaan yang licin tanpa gesekan (lihat gambar). Carilah periode gerak osilasi sistem dengan menganggap amplitudo osilasinya kecil!

Penjelasan

Umumnya, sistem yang kita pelajari adalah sistem massa-pegas yang ideal; yaitu sebuah massa yang diikatkan di ujung sebuah pegas yang tak bermassa dan terletak di atas bidang yang licin tanpa gesekan. Pegas pada sistem ini selain tak bermassa, juga dianggap memenuhi hukum Hooke dengan konstanta pegas k. Periode osilasi untuk sistem ini adalah

Dalam keadaan sesungguhnya, kita tidak pernah bisa menemukan sebuah pegas ideal seperti di atas karena : semua pegas pasti memiliki massa. Selain itu hukum Hooke hanya dapat berlaku untuk amplitudo yang sangat kecil. Walaupun demikian, sistem ideal ini tetap merupakan model yang sangat bermanfaat karena untuk amplitudo getaran yang cukup kecil, hampir semua pegas akan memenuhi hukum Hooke. Selain itu, pada umumnya massa pegas selalu cukup kecil dibandingkan dengan massa balok yang dilekatkan.

Tetapi dalam soal ini, massa pegas tidak dapat diabaikan karena memiliki nilai yang sama dengan massa balok. Untuk menyelesaikan soal ini, kita tetap harus membuat sejumlah asumsi :

Pegas memenuhi hukum Hooke. Hal ini benar karena kita diminta untuk mencari periode osilasi untuk amplitudo yang cukup kecil.
Tidak terjadi gelombang pada pegas.
Permukaan bidang licin seperti dikemukakan dalam soal.

Andaikan bahwa periode sistem ini sama dengan periode sistem pegas-massa yang ideal. Oleh karena itu kita harus mengganti nilai massa pada persamaan sistem pegas-massa ideal dengan massa yang ekuivalen untuk sistem kita yang massa pegasnya tidak bisa diabaikan.

Massa ekuivalen ini dapat dihitung dengan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik. dengan m adalah massa ekuivalen.

Pertama, kita hitung dulu energi potensial pegas.

Misalkan L adalah panjang awal pegas, dan x adalah pertambahan panjang pegas, maka energi potensial elastis pegas adalah
Energi potensial balok adalah nol.

Selanjutnya, kita hitung energi kinetik balok dan pegas.

Energi kinetik balok adalah
Bagaimana dengan energi kinetik pegas? Tentu saja pegas juga memiliki energi kinetik, dan menentukan energi kinetik untuk pegas inilah yang menjadi bagian yang paling menantang dalam soal ini.

Untuk mencari energi kinetik pegas, kita asumsikan bahwa regangan pada pegas bersifat konstan terhadap keseluruhan panjang pegas. Ini berarti bahwa pertambahan panjang sebarang segmen pegas sebanding dengan panjang mula-mula segmen pegas tersebut.

Pandang pegas sebelum diregangkan seperti pada gambar berikut.

Misalkan titik A adalah sebuah titik sebarang pada pegas yang letaknya sejauh p dari sebuah titik tetap yang dijadikan acuan (titik dimana ujung pegas diikatkan secara tetap).

Setelah pegas teregang dengan pertambahan panjang sebesar x, seperti pada gambar di bawah ini, panjang pegas berubah dari L menjadi L + x.

Pada keadaan ini, maka posisi dari titik A ke ujung titik tetap juga akan berubah dari p menjadi p + p(x/L). Kecepatan titik A ini tentu saja sebesar Sekarang, bayangkan sebuah segmen pegas sepanjang dp di sekitar titik A. Massa segmen pegas ini adalah

Sehingga energi kinetik keseluruhan pegas ini adalah

Atau

Oleh karena itu energi mekanik total sistem adalah

Atau

Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa massa ekuivalen sistem kita adalah (4/3)M.
Dengan demikian periode osilasi sistem ini adalah

atau dengan T0 adalah periode sistem pegas-massa ideal. Jadi periode osilasi sistem kita adalah kali periode osilasi sistem yang ideal.

Secara fisis, manakah yang lebih lama periodenya sistem pegas-massa ideal atau sistem pegas-massa dalam soal di atas?

MENULIS DENGAN “TINTA” ATOM MENGGUNAKAN MIKROSKOP AFM

2009-01-27T10:37:00.004+08:00

Sekelompok ilmuwan internasional, beberapa di antara mereka adalah peneliti dari departemen Fisika Teoritis Zat Padat Universidad Autónoma de Madrid (UAM), telah menemukan sebuah metode baru bagaimana memanipulasi atom-atom.

Nanoteknologi merupakan teknologi yang memanfaatkan sifat-sifat material dalam skala nanometer. Hasil tertinggi yang telah dicapai dalam teknologi ini adalah pengembangan divais yang memiliki struktur atomik yang secara artifisial dibuat sesuai dengan tujuan tertentu yang diinginkan.

Alat yang memungkinkan untuk melakukan visualisasi dan manipulasi atom-atom tersebut disebut mikroskop proximitas. Contoh alat seperti ini adalah Scanning Tunneling Microscope (STM), yang pengembangannya dilakukan oleh G. Binning dan H. Rohrer pada tahun 1986 dan telah mengantarkan keduanya meraih hadiah nobel dalam bidang fisika. Alat yang lebih baru lagi adalah alat yang disebut Atomic Force Microscope (AFM).

Dalam sebuah penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal sains, sekelompok ilmuwan peneliti, yang di antaranya terdiri atas peneliti dari departemen Fisika Teoritis Zat Padat Universidad Autónoma de Madrid, menyajikan sebuah metode baru untuk memanipulasi atom-atom dengan menggunakan AFM. Metode baru ini memungkinkan kita untuk membuat sebuah struktur atomik yang stabil pada temperatur ruangan.

Berbeda halnya dengan metode rekayasa atomik yang telah dikembangkan sebelumnya yang melibatkan proses “pendorongan” atau “penarikan” atom-atom dari permukaan sebuah material dengan menggunakan ujung mikroskop dan membutuhkan temperatur yang sangat rendah, metode baru ini dilakukan melalui mekanisme pertukaran atom yang dilakukan secara terkontrol antara atom pada ujung mikroskop dengan sebuah atom pada permukaan material pada saat jarak antara keduanya cukup dekat. Dengan menggunakan atom-atom di ujung mikroskop sebagai “tinta” (yang secara kimiawi berbeda dengan atom permukaan), maka akan memungkinkan untuk “menulis” atau “menggambar” dengan menggunakan mikroskop tersebut. Proses pertukaran atom ini dapat diulang-ulangi dalam posisi yang berbeda-beda di atas permukaan untuk membentuk struktur-struktur kompleks yang sangat efisien. Secara istimewa, kelompok peneliti ini telah “menuliskan” simbol kimia untuk “Si” (yang unsur kimianya digunakan sebagai “tinta”) di atas sebuah permukaan yang ditutupi oleh atom-atom timah.

Keberhasilan ini tak lain merupakan sumbangan dari kemajuan metode simulasi numerik yang didasarkan pada mekanika kuantum yang memerlukan penggunaan superkomputer. Keberhasilan ini juga memungkinkan untuk menjelaskan mekanisme atomik dasar yang melandasinya serta menentukan syarat-syarat yang memungkinkan untuk terjadinya proses ini.
Dengan metode manipulasi baru ini, secara drastis akan mengurangi waktu yang diperlukan untuk dapat merealisasikan struktur atomik yang kompleks. Metode ini bahkan dapat digunakan pada temperatur ruangan dan telah terbukti dapat bekerja pada berbagai macam permukaan semikonduktor. Oleh karena itu, metode ini membuka perspektif baru dalam bidang-bidang: sains material, nanoteknologi, dan elektronika molekuler. Khususnya penggabungan antara kemampuan AFM untuk memanipulasi atom-atom individual pada permukaan material dengan kemungkinan pengidentifikasian unsur-unsur kimiawinya. Hal ini telah ditunjukkan oleh kelompok peneliti yang sama dalam sebuah artikel yang dipublikasikan tahun lalu dan akan memungkinkan pembentukan nanostruktur dengan karakteristik dan fungsionalitas yang dikhususkan untuk meningkatkan kemampuan alat-alat elektronik.

Sebagai contoh, dengan menempatkan unsur-unsur dopan tertentu pada posisi yang terbaiknya dalam permukaan yang bersifat setengah menghantar (semi-konduktif) untuk meningkatkan efisiensi transistor nanometrik atau atom-atom magnetik akan membuka kemungkinan pengembangan divais yang didasarkan pada pengontrolan spin sebuah elektron. Teknik ini juga akan membuka peluang untuk melakukan “nano-facturing” qbits yang merupakan komponen dasar dari sebuah komputer kuantum.

(sumber : Science Daily, 9 Januari 2009)

TEORI EINSTEIN HARUS DI-UPDATE ?

2009-01-18T19:40:00.006+08:00

Pada tahun 1905, Albert Einstein melakukan perubahan besar terhadap hukum-hukum fisika saat dia mengemukakan teori relativitasnya. Kini, Teori Einstein kemungkinan juga akan mengalami perubahan yang penting.

(Science Direct – Februari, 2007) Dimitri Nanopoulos, yang menjabat sebagai Profesor Tamu dalam bidang Fisika di Texas A&M University dan kepala Houston Advanced Research Center’s Group untuk Fisika Astropartikel, mengemukakan, bersama dengan sejumlah fisikawan lainnya, bahwa kecepatan cahaya yang merupakan sebuah bilangan konstan sebesar 3 x 10⁸ m/s kemungkinan tidak benar lagi.

Pada tahun 1905, Einstein mengatakan bahwa cahaya merupakan satu-satunya objek yang memiliki kecepatan yang konstan dalam semua kerangka acuan. Ide ini merupakan batu fondasi teori relativitasnya, termasuk hukum-hukum fisika lainnya setelah saat itu.

“Jika terbukti bahwa kecepatan cahaya ternyata tidak konstan lagi, meskipun perubahan kecepatan cahaya itu sangat kecil, maka hukum-hukum fisika –termasuk relativitas itu sendiri– akan mengalami perubahan yang mendasar,” kata Nanopoulos. Nanopoulos yang juga merupakan Kepala Divisi Fisika Teoritis di Akademi Athena, adalah salah seorang di antara para fisikawan yang sedang berupaya membangun teori kuantum gravitasi, sebuah teori yang telah menjadi impian para fisikawan sejak tahun 1920-an.

Ketika sedang melakukan perhitungan-perhitungan matematis, Nanopoulos dan fisikawan Nikolaos Mavromatos dari King’s College di London serta John Ellis dari European Center for Particle Physics (CERN) di Geneva, menemukan sebuah persamaan baru untuk kecepatan cahaya, yang bergantung pada frekuensi.

“Melalui perhitungan-perhitungan kami, kami menemukan bahwa kecepatan cahaya adalah bergantung pada frekuensi,” Kata Nanopoulos. “Tetapi perubahan ini, dari nilai yang diketahui sekarang sebesar 3 x 108 m/s, hanya dapat teramati untuk cahaya yang berasal dari benda-benda astronomis yang letaknya sangat jauh dari bumi, sehingga kebergantungan terhadap frekuensi tidak teramati selama ini.”

Fisikawan saat ini sedang berupaya membangun teori kuantum gravitasi untuk menyatukan dua penemuan besar fisika dalam abad ke-20: Teori Relativitas dan Fisika Kuantum. Teori relativitas menjelaskan bagaimana ruang dan waktu saling berkaitan satu sama lain seta bagaimana gravitasi itu bekerja. Sedangkan Fisika kuantum memberikan pemerian terhadap kerja dunia mikroskopis, dimana hukum-hukum probabilitas menggantikan pandangan deterministik yang digunakan dalam menjelaskan dunia keseharian kita.

Hingga sekarang ini, fisikawan sedang mempertimbangkan sejumlah skenario untuk teori kuantum gravitasi. Namun demikian, skenario-skenario ini belum sekalipun dikonfirmasi secara eksperimen.

Hipotesis yang dikemukakan oleh Nanopoulos dan para kolaboratornya bahwa kecepatan cahaya bergantung pada frekuensinya, telah diperiksa secara eksperimental dengan teliti, dan hasil yang tealah didapatkannya beberapa waktu yang lalu memberikan sedikit harapan.

“Salah satu cara untuk menguji secara eksperimen hipotesis kami adalah dengan mempertimbangkan galaksi-galaksi atau objek-objek langit lainnya yang berada sangat jauh dari kita.” Kata Nanopoulos. “Kami lalu mengumpulkan foton-foton yang dipancarkan secara simultan dari sumber-sumber ini, kemudian kami mengamati perbedaan waktu kedatangan foton-foton ini pada sebuah detektor di bumi antara foton-foton yang memiliki frekuensi yang berbeda-beda. Foton dengan frekuensi yang lebih tinggi seharusnya datang lebih belakangan.”

Persamaan kecepatan cahaya yang bergantung pada frekuensinya ternyata juga bergantung pada konstanta gravitasional, yaitu kuantitas yang telah diketahui sejak Newton mengemukakan teori gravitasinya. Dengan menggunakan data perbedaan waktu kedatangan foton-foton dari enam sumber astronomis yang digunakan, Nanopoulos dan kolaboratornya memperkirakan batas atas untuk nilai konstanta gravitasi dari data-data tersebut, kemudian membandingkan hasilnya dengan nilai yang diharapkan.

“Kami sangat terkejut menemukan bahwa jika kita menggunakan semua data-data astronomis ini, kita akan memperoleh nilai yang sangat rasional untuk konstanta Gravitasi.” Ungkap Nanopoulos. “Itu merupakan kekagetan kami yang pertama: fakta bahwa sekumpulan data yang tampaknya tidak memiliki pengaruh apapun terhadap konstanta gravitasi, ternyata memberikan nilai yang sangat dekat dengan nilai yang kami harapkan.”

Eksperimen kedua yang memberikan harapan atas kebenaran hipotesis kebergantungan kecepatan cahaya terhadap frekuensi diberikan oleh eksperimen HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy), yang sedang mendeteksi foton dari luar angkasa, dan berlokasi di La Palma, Canary Island.

Persamaan kecepatan cahaya yang bergantung pada frekuensi telah digunakan untuk memecahkan masalah yang dihadapi oleh tiga fisikawan: Tadashi Kifune, dari Universitas Tokyo di Jepang, Ray Protheroe, dari Universitas Adelaide di Australia, dan Heinrich Meyer, dari Universitas Wuppertal di Jerman. Masalah ini terjadi saat fisikawan HEGRA tersebut mendeteksi foton yang sangat energitik yang dipancarkan dari galaksi Markarian 501.

“Foton-foton yang sangat energitik ini diharapkan berinteraksi dengan foton-foton lainnya yang berenergi sangat rendah yang berasal dari radiasi latar belakang inframerah, yang merupakan radiasi yang telah ada sejak awal jagad raya ini.” Kata Nanopoulos. “Jika sebuah foton yang sangat energitik berinteraksi dengan sebuah foton yang berenergi sangat rendah ini, mereka akan memiliki jumlah energi yang cukup untuk menghasilkan sebuah pasangan elektron-antielektron.” Tetapi para fisikawan di HEGRA tidak menemukan pasangan elektron-antielektron ini, malahan mereka menemukan foton-foton yang sangat energitik. “Dengan menggunakan persamaan kecepatan cahaya yang bergantung pada frekuensi, Kifune, Protheroe, dan Meyer menemukan bahwa energi kombinasi dari masing-masing tipe foton tidak cukup untuk menghasilkan sebuah pasangan elektron-antielektron.” Tambah Nanopoulos. “Itulah sebabnya tidak terdapat pasangan elektron-antielektron yang teramati.”

Jika melalui pengamatan foton-foton yang lebih energitik, HEGRA tidak pernah mendeteksi pasangan elektron-antielektron yang diharapkan, maka ini seharusnya akan memberikan dukungan yang lebih jauh terhadap hipotesis baru yang dikemukakan oleh Nanopoulos beserta kolaboratornya ini.

“Kecepatan cahaya yang bergantung frekuensi mengubah secara drastis pandangan kita terhadap teori relativitas”, Kata Nanopoulos. “Ini juga berarti bahwa untuk pertama kalinya kita memiliki sebuah jendela kemungkinan untuk mempelajari kuantum gravitasi, dan selanjutnya berarti terbukanya studi ilmiah tentang asal-usul semesta ini. Sangat menakjubkan bahwa kami dapat memperbesar secara eksperimental efek yang sedemikian kecil ini.”

Nanopoulos selanjutnya mengatakan bahwa jika kecepatan cahaya yang bergantung frekuensi dikonfirmasi lebih jauh oleh eksperimen-eksperimen lainnya, maka teori relativitas masih tetap akan valid di bawah kondisi-kondisi tertentu.

“Tidak ada yang salah dari teori relativitas Einstein. Jika energi sebuah benda jauh lebih kecil dari 1019 massa foton atau jika jarak antara dua buah benda lebih kecil daripada jutaan tahun cahaya, persamaan Einstein masih valid.” Katanya.

(Sumber: Science Direct)

Hikayat Ilmiah Si Lampu Pijar

2008-12-23T17:03:00.005+08:00

Dulu, sewaktu aku masih kecil, kampungku: Manipi, belum punya listrik. Jika petang sudah masuk, dan alam mulai remang-remang, maka Bapakku akan duduk di lantai dengan sebuah lampu petromaks di depannya. Dinyalakannya lampu itu dengan cara menyulut bagian tengah lampu tempat dimana terikat apa yang di kampungku di sebut “kos lampu”. Maka seketika api menyala, menyambar-nyambar. Seperti obor. Jika maksud Bapakku dengan lampu petromaks itu adalah untuk penerangan, maka bagiku tak perlu lampu petromaks. Cukup pakai obor saja. Sebatang bambu beruas, diisi minyak tanah, lalu bagian atasnya disumpal dengan perca-perca kain atau serabut kelapa lantas disulut api. Hasilnya sama.

Tapi apa yang dilakukan oleh Bapakku tidak sampai di situ. Kedua kakinya menjepit lampu petromaks itu. Kemudian dengan tangannya, sebuah batangan di badan lampu itu ditariknya lalu didorongnya berulang-ulang. Bapak mengocok minyak lampu petromaks itu berkali-kali. Pekerjaan mengocok-ocok ini cukup lama dilakukan. Cukup membuat Bapakku bersimbah peluh. Tapi tak berselang lama kemudian, nyala api pun padam. Yang tersisa kini adalah sinar putih terang yang menyinari ruangan rumah kami sekeluarga. Maka jadilah lampu petromaks itu pengganti sementara sumber cahaya matahari yang sudah beristirahat di peraduannya. Sumber cahaya yang hanya mampu menyinari sebagian kecil ruangan rumah.

Cerita di atas adalah sepenggal kecil fragmen masa kecilku. Sekarang listrik bukan hal baru lagi di Manipi. Bahkan sudah usang. Untuk urusan penerangan di dalam rumah, sekarang kita tinggal menekan sebuah saklar di dinding dan seketika sebuah perkakas teknologi yang menggantung di langit-langit rumah, yang disebut lampu pijar listrik, akan memancarkan cahaya terang benderang menyinari ruangan. Lampu pijar listrik ini menggantikan peran lampu petromaks yang memerlukan tenaga dan waktu ekstra untuk menyalakannya. Atau peran obor yang meninggalkan jelaga di langit-langit rumah.

Sungguh hebat lampu jenis ini. Praktis dan mudah. Salah satu bukti prestasi teknologi umat manusia. Siapa yang telah begitu berjasa memikirkan dan membuatnya? Bagaimana bisa alat semacam itu dapat memancarkan cahaya?

Adalah dua orang Inggris, Sir Joseph Swan dan Sir Thomas Alpha Edison merupakan pemegang hak paten atas alat semacam itu pada tahun yang hampir bersamaan (masing-masing pada tahun 1878 dan 1879), dan dalam kurun waktu 25 tahun selanjutnya, ribuan orang di seluruh dunia telah menggunakan lampu ini di rumah-rumah mereka. Kampungku, Manipi, jauh—bahkan sangat jauh—lebih belakangan menikmatinya.

Bagaimana lampu pijar ini dapat menerangi ruangan di rumah-rumah kita? Ini adalah bagian dari ilmu fisika.

Fisika Cahaya

Cahaya adalah sebuah bentuk energi yang dapat dilepaskan oleh sebuah atom. Cahaya terdiri atas paket-paket energi yang mirip partikel karena memiliki momentum dan energi namun tidak memiliki massa. Paket-paket energi ini disebut foton cahaya dan merupakan unit paling dasar dari cahaya.

Atom akan melepaskan foton cahaya ketika elektron-elektronnya berada dalam keadaan tereksitasi. Sebagaimana kita sudah tahu bahwa elektron merupakan sebuah partikel yang bermuatan negatif yang bergerak di seputar inti atom. Inti atom ini bermuatan positif. Sebuah elektron atom memiliki tingkat-tingkat energi yang berbeda-beda, yang bergantung pada sejumlah faktor, di antaranya kecepatan dan jaraknya dari inti atom. Elektron-elektron yang memiliki energi yang berbeda-beda menempati orbital yang berbeda-beda pula. Secara umum, elektron yang memiliki energi yang lebih tinggi dapat berpindah ke orbital yang semakin jauh dari inti atom. Saat atom menerima atau kehilangan sejumlah energi, maka perubahan energi ini akan memicu terjadinya perpindahan elektron. Jika sejumlah energi diterima oleh atom, elektron akan berpindah ke tingkat orbital yang lebih tinggi (orbital yang semakin jauh dari inti atom). Elektron ini hanya dapat bertahan selama beberapa saat di orbital baru itu, hanya sepersekian detik, bahkan hampir hanya seketika, lalu kemudian elektron tersebut akan kembali ke orbital awalnya. Saat elektron kembali ke orbital awalnya, maka elektron ini akan melepaskan energi dalam bentuk foton, dalam sejumlah kasus berupa foton cahaya.
Agar Anda sedikit lebih jelas membayangkan bagaimana peristiwa demikian ini terjadi, Anda dapat melihat animasi (visualisasi) tentang perpindahan elektron saat sebuah partikel lain (misalnya : elektron) menumbuk sebuah atom di www.bugishq.blogspot.com atau Anda dapat mengkliknya di sini.

Panjang gelombang cahaya yang dipancarkannya (panjang gelombang ini menentukan warna cahayanya) bergantung pada seberapa besar energi yang dilepaskan, yang bergantung pada posisi tertentu elektron tersebut. Akibatnya, perbedaan susunan atom akan melepaskan susunan foton cahaya yang berbeda juga. Kata lainnya, warna dari cahaya yang dipancarkan ditentukan oleh jenis atom yang mengalami eksitasi.

Inilah mekanisme dasar pada hampir semua sumber cahaya sehingga dapat memancarkan cahaya. Perbedaan utama antara sumber-sumber cahaya tersebut hanyalah terletak pada proses mengeksitasikan atom-atomnya.

Cara Kerja Lampu Pijar

Lampu pijar sebenarnya memiliki susunan yang sederhana, seperti tampak pada gambar di bawah ini.

Pada bagian dasarnya terdapat dua buah kontak logam, yang dihubungkan ke terminal-terminal sumber listrik. Kontak logam ini dihubungkan dengan dua kawat tipis, yang selanjutnya menjadi tempat untuk mengikatkan sebuah logam tipis yang disebut filamen. Filamen ini terletak di tengah-tengah bohlam lampu yang ditegakkan dengan menggunakan semacam batang penyangga yang terbuat dari kaca. Kawat tipis dan filamen lampu ini ditempatkan dalam sebuah wadah tabung kaca yang diisi dengan gas yang bersifat inert misalnya argon.

Saat dihubungkan dengan sumber tegangan, arus listrik akan mengalir dari titik persambungan satu ke titik persambungan lain melalui kawat dan filamen. Pada sebuah konduktor padat, arus listrik ini ditimbulkan oleh pergerakan elektron-elektron bebas (yaitu elektron-elektron yang tidak terikat kuat dengan atomnya) dari daerah yang bermuatan positif ke daerah yang bermuatan negatif.

Ketika elektron-elektron ini bergerak melalui filamen, elektron-elektron ini akan menabrak atom-atom penyusun filamen. Tiap tumbukan yang terjadi saat elektron menabrak atom akan menimbulkan energi. Energi ini menyebabkan atom-atom filamen bergetar. Akibat getaran ini, maka atom-atom filamen akan menjadi panas. Semakin tipis filamennya akan semakin mudah panas.

Energi panas akan menyebabkan elektron yang terikat pada atom filamen terdorong untuk melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Saat elektron ini kembali ke kedudukan awalnya, maka elektron akan melepaskan energi dalam bentuk foton. Atom-atom sebuah logam umumnya akan melepaskan foton cahaya inframerah, yang tidak terlihat secara kasat mata. Tetapi apabila atomnya dipanaskan hingga temperatur tertentu (sekitar 2.200 derajat Celcius seperti yang terjadi pada filamen lampu pijar), maka foton cahaya yang dipancarkannya akan berupa foton cahaya tampak.

Filamen dalam sebuah lampu pijar terbuat dari logam tungsten yang cukup panjang tetapi sangat tipis. Untuk sebuah lampu pijar 60 watt, panjang filamen tungstennya sekitar 2 meter dengan ketebalan seperseratusan inci. Tungsten ini digulung menjadi sebuah koil. Selanjutnya koil ini digulung lagi membentuk koil yang lebih besar sehingga terbentuk koil ganda. Dengan cara ini, filamen yang panjangnya kurang lebih 2 meter dapat dimasukkan ke dalam wadah bohlam yang sempit. Pada lampu pijar 60 watt panjang koil ini lebih kecil dari satu inci.

Tungsten merupakan pilihan bahan filamen yang paling banyak digunakan pada hampir semua lampu pijar. Mengapa?

Seperti diketahui, sebuah logam harus dipanaskan hingga pada temperatur yang sangat tinggi agar dapat memancarkan foton cahaya tampak. Pada temperatur yang sangat tinggi ini, hampir semua logam akan meleleh. Hal ini terjadi karena getaran dalam atom-atom logam akan merusak struktur ikatan padat antara atom-atom logam sehingga logam mencair. Pemakaian tungsten sebagai bahan filamen lampu pijar tak lain karena tungsten memiliki temperatur titik leleh yang luar biasa tingginya.

Walaupun demikian tetap ada masalah mengenai pemakaian tungsten ini. Saat mencapai temperatur yang sangat tinggi dan kondisi tertentu terpenuhi, logam tungsten akan menimbulkan percikan bunga-bunga api. Ini berpotensi menimbulkan kebakaran jika bereaksi dengan oksigen. Oleh karena itu, untuk menghindari hal yang tidak diinginkan ini, maka filamen lampu pijar diletakkan dalam sebuah wadah kaca yang divakumkan.

Pemvakuman ini sebenarnya punya efek buruk terhadap usia lampu. Hal ini ditimbulkan oleh peristiwa evaporasi atom tungsten. Pada temperatur yang sangat tinggi, getaran atom-atom tungsten cukup kuat sehingga dapat menyebabkan beberapa atomnya terlepas dari ikatan antar atom-atomnya. Atom yang terlepas ini akan melayang-layang di udara. Pada keadaan vakum, atom tungsten yang terlepas akan terlontar ke bawah dan berkumpul mengendap di dasar kaca lampu. Semakin banyak atom tungsten yang mengalami evaporasi maka filamen tungsten akan menjadi rusak. Di sisi lain endapan atom tungsten di dasar lampu akan semakin banyak sehingga akan menjadi hitam. Hal ini tentu mengurangi usia lampu pijar. Oleh karena itu, wadah kaca lampu pijar sesungguhnya tidak vakum tetapi diisi dengan gas yang bersifat inert seperti gas argon. Dengan adanya gas ini, maka pada saat atom tungsten mengalami evaporasi, atom tersebut akan bertumbukan dengan atom argon sehingga terpental kembali ke arah filamen dan bergabung kembali membentuk struktur padat seperti semula. Karena gas yang bersifat inert ini tidak dapat bereaksi dengan unsur-unsur lainnya, maka tetap tidak ada kemungkinan terjadi kebakaran.

Nah, demikianlah hikayat bagaimana lampu pijar ini dapat bekerja. Sebuah sumber cahaya yang murah, efektif, dan mudah digunakan. Walaupun demikian, tampaknya lampu ini tidaklah terlalu efisien. Hampir sebagian besar energi yang dihasilkannya dilepaskan dalam bentuk panas. Panas ini melepaskan foton-foton cahaya inframerah. Hanya sekitar 10 persen dari foton cahaya yang dihasilkannya yang berada dalam spektrum cahaya tampak. Tentu saja ini berarti pemborosan energi listrik.

Apakah ada jenis sumber cahaya lain, yang murah, efektif, dan mudah dipakai, yang dapat kita gunakan untuk menerangi rumah-rumah kita tanpa pemborosan energi listrik yang terlalu besar seperti lampu pijar?

Jawabnya: Ada! Tetapi tunggulah. Suatu saat kita akan mengulas lampu jenis ini. Tetaplah bertandang ke blog ini!

G a y a

2008-12-15T22:11:00.004+08:00

Salah satu hal mendasar dalam fisika adalah keberadaan gaya yang berperan dalam mengikat materi. Misalnya, gaya yang menyebabkan sel-sel tubuh kita dapat bersatu dan membangun tubuh manusia, gaya yang membuat kaki kita dapat tetap menjejak ke bumi, serta menyebabkan bulan, bumi, dan benda-benda planet lain tetap berputar mengelilingi orbitnya. Kita juga dapat membuat diri kita mengalami gaya dengan mendorong suatu benda, kita melakukan gaya pada benda tersebut dan benda itu balik mengerjakan gaya terhadap kita. Bagi seorang insinyur, mereka dapat memperoleh sejumlah energi yang terkandung dalam minyak dan mengubahnya menjadi gaya pada roda yang membuat kendaraan dapat bergerak.

Dari perspektif makroskopis, kita dapat membayangkan berbagai jenis gaya, baik gaya yang timbul sebagai reaksi langsung atas interaksi benda-benda, maupun gaya yang bekerja terhadap sebuah jarak seperti gaya gravitasi. Interaksi pada suatu jarak, istilah Newton.

Fisika senantiasa berupaya melakukan sistematisasi serta menemukan sejumlah konsep-konsep dasar. Salah satu bentuk upaya sistematisasi ini adalah mencari bagian paling terkecil yang membangun suatu benda. Upaya lainnya adalah mencari gaya-gaya apa yang bekerja di antara benda-benda tersebut.

Pada upaya pertama, kita dapat mengurai materi menjadi susunan atom-atom, dan atom-atom tersusun atas elektron dan inti atom, kemudian inti atom terdiri atas proton-proton dan neutron-neutron. Dengan menumbukkan antara proton dengan proton atau antara proton dengan elektron, fisikawan partikel selanjutnya menemukan sesuatu yang baru bahwa semua materi dapat terbentuk dari sejumlah quark dan leptons (elektron-elektron dan neutron-neutron serta sepupu mereka yang lebih berat). Konsep quark pertama kali diperkenalkan oleh Murray Gell-Mann pada tahun 1960-an.

Dengan cara yang sama fisikawan pun telah menemukan adanya empat jenis gaya yang bekerja antara partikel-partikel penyusun materi itu. Keempat gaya ini adalah gravitasi, elektromagnetisme, gaya nuklir lemah, dan gaya nuklir kuat. Hanya gaya pertama dan kedua yang dapat teramati langsung dalam dunia makroskopis kita, sedangkan yang lainnya bekerja dalam dunia mikroskopis.

Mari kita bincangkan tentang keempat gaya ini. Kita mulai dengan gaya gravitasi. Gaya-gaya lainnya kita bicarakan pada tulisan selanjutnya.

Gaya Gravitasi

Teori gravitasi pertama kali diformulasi oleh fisikawan Sir Isaac Newton pada tahun 1687 yang dituangkan dalam bukunya yang terkenal Principia. Perumusan teorinya didasarkan pada hasil observasi yang dilakukannya selama bertahun-tahun serta hasil data-data observasi fisikawan sebelumnya. Dalam buku itu Sang Maestro Fisikawan ini menuliskan bahwa gaya gravitasi yang bekerja pada matahari dan planet-planet sistem tata surya bergantung pada kandungan materinya masing-masing. Kandungan materi ini secara teknis disebut massa. Gaya gravitasi ini dapat merambat melewati sebuah jarak yang sangat luar biasa jauhnya dan semakin berkurang besarnya dengan pengurangan yang sebanding dengan pangkat dua dari jarak tersebut.

Secara matematis gaya gravitasi yang bekerja antara dua benda dengan massa m1 dan m2 yang terpisah sejarak r dituliskan dalam bentuk persamaan:

Dengan G adalah konstanta gravitasi.

Sesungguhnya, Newton kurang berkenan dengan teorinya ini sendiri sebab teori ini menggambarkan sebuah interaksi pada sebuah jarak. Namun pada akhirnya keberatan ini terpecahkan juga saat konsep tentang medan gravitasi dikenalkan, sebuah medan yang dapat merambati ruang. Teori gravitasi Newton ini sangat berhasil dalam penerapannya pada mekanika benda-benda langit selama abad ke-18 hingga awal abad ke-19. Salah satu penerapannya dilakukan oleh J. C. Adams dan U. J. J. Leverrier yang menggunakan teori ini untuk memprediksikan keberadaan planet di luar Uranus karena ketidakteraturan orbitnya. Pada gilirannya, planet tersebut ditemukan, Planet Neptunus. Namun demikian, tetap tersisa masalah bagi Leverrier.

Pada tahun 1845, Leverrier menghitung bahwa orbit Mercurius mengalami penyimpangan dari orbitnya sebesar 35 inci per seratus tahun. Hitungan ini bertentangan dengan teori Newton yang meramalkan harga nol untuk nilai tersebut. Pengukuran terakhir menunjukkan penyimpangan sebesar 43 inci. (Pengukuran sebenarnya memberikan harga 5270 inci per seratus tahun, namun pengukuran yang saksama dengan memperhitungkan pengaruh dari planet-planet lain memberikan nilai 43 inci). Teka-teki ini tidak terjawab hingga kemudian pada tahun 1915 Albert Einstein memecahkannya dengan menggunakan teori relativitas umum yang dikemukakannya.

Galileo adalah orang pertama yang mengamati bahwa benda-benda nampaknya jatuh dengan mengalami kecepatan yang sama tanpa bergantung pada massanya. Dalam persamaan Newton, konsep massa muncul dalam dua persamaan yang berbeda. Hukum kedua Newton tentang gerak mengatakan bahwa sebuah gaya F yang bekerja pada sebuah benda dengan massa m akan menghasilkan percepatan menurut persamaan
F = m.a. Sementara pada hukum Gravitasinya, gaya gravitasi memenuhi persamaan F = m.g, dimana g bergantung pada benda lain yang menimbulkan gaya pada benda tersebut (biasanya benda lain ini adalah bumi jika kita berbicara tentang gaya gravitasi). Dalam kedua persamaan tersebut, m merupakan faktor kesebandingan (massa inersia dan massa gravitasi) dan tidak ada alasan yang jelas bahwa keduanya harus sama untuk dua benda yang berbeda. Namun demikian, semua eksperimen mengindikasikan bahwa ternyata kedua jenis massa ini sama.

Fakta ini digunakan oleh Einstein sebagai titik awal teori gravitasinya. Jika seseorang tidak dapat membedakan antara massa inersia dengan massa gravitasinya, maka kita juga tidak dapat membedakan antara gravitasi dan percepatan. Sebuah eksperimen yang dilakukan pada sebuah medan gravitasi seharusnya dapat pula dilakukan dalam sebuah elevator yang mengalami percepatan yang berada dalam ketiadaan medan gravitasi. Manakala seorang astronot dalam sebuah roket dipercepat menjauhi bumi maka sang astronot akan merasakan sebuah gaya gravitasi yang besarnya beberapa kali lebih besar dibandingkan dengan gaya gravitasi yang dialami di permukaan bumi. Gaya gravitasi yang dialaminya ini hampir semuanya disebabkan karena percepatan. Jika seseorang tidak dapat membedakan antara percepatan dan gravitasi, maka kita selalu dapat menggantikan gaya gravitasi dengan mengatakannya berada dalam sebuah kerangka acuan yang dipercepat. Sebuah kerangka acuan dimana percepatan meniadakan gaya gravitasi disebut sebuah kerangka acuan inersial. Dengan demikian bulan yang sedang mengorbit mengelilingi matahari dapat dianggap berada dalam sebuah kerangka acuan yang dipercepat. Namun demikian kerangka acuan ini akan berubah-ubah di setiap titik karena medan gravitasinya juga berubah-ubah. Dalam contoh kita ini, medan gravitasi berubah-ubah arahnya dari satu titik ke titik yang lain.

Prinsip bahwa seseorang dapat selalu mendapatkan sebuah kerangka inersial pada setiap titik dalam ruang dan waktu dimana hukum-hukum fisika dapat berlaku dengan ketiadaan medan gravitasi disebut prinsip ekuivalensi.

Fakta bahwa gaya gravitasi dapat dianggap sebagai sebuah sistem koordinat yang berbeda dari satu titik ke titik yang lain berarti bahwa gravitasi merupakan sebuah teori geometris. Sistem koordinat yang sebenarnya yang mencakup seluruh ruang dan waktu sesungguhnya jauh lebih rumit dari sekedar sistem koordinat yang mendatar seperti yang digunakan pada geometri klasik yang dipakai selama ini. Jenis geometri ini disebut geometri tak-Euclid atau Geometri Non-Euclidean. Gaya yang kita saksikan tak lain adalah sebuah karakteristik dari ruang-waktu. Kita katakan bahwa ruang-waktu itu terlengkungkan.

Bayangkan sebuah bola yang berada di atas permukaan yang mendatar. Maka bola ini tidak akan bergerak, atau jika tidak terdapat gesekan, maka bola ini akan bergerak dengan kecepatan yang seragam apabila tidak terdapat gaya yang bekerja padanya. Jika permukaan tempat bola ini melengkung, maka bola ini akan bergerak ke arah bawah ke titik yang terendah dengan melalui lintasan terpendek yang dapat dilewatinya. Einstein menunjukkan bahwa medan gravitasi adalah sebuah besaran geometris yang mendefinisikan apa yang disebut waktu-proper, yang merupakan sebuah konsep yang memiliki nilai yang sama dalam semua sistem koordinat yang identik dengan jarak dalam ruang datar. Einstein juga memandu penyusunan persamaan untuk medan gravitasi, sebuah persamaan Einstein, dimana dengan persamaan ini dia dapat menghitung dengan tepat pergeseran orbit merkurius yang menjadi teka-teki bagi Leverrier.

Persamaan ini juga memprediksikan nilai hasil pengukuran penyimpangan berkas cahaya saat melewati matahari dan tidak ada keraguan pun bahwa persamaan ini memberikan hasil yang benar untuk gravitasi tingkat makroskopis. Teori gravitasi Einstein, atau Relativitas Umum, seperti yang dikemukakannya sendiri merupakan salah satu keberhasilan tertinggi bagi ilmu sains modern.

Belajar Fisika Lewat Tarik Tambang

2008-11-23T15:10:00.011+08:00

Tarik tambang adalah permainan sederhana yang sangat digemari oleh hampir semua masyarakat. Di samping karena permainan ini tidak memerlukan tempat dan peralatan khusus, juga aturan permainannya sangat praktis dan sederhana. Asalkan tersedia sebuah tanah lapang yang kosong seukuran lapangan bulu tangkis atau bahkan lebih sempit dari itu beserta seutas tambang yang kuat, permainan ini pun bisa dimainkan. Tidak ada aturan berapa jumlah pemainnya asalkan jumlahnya untuk tiap tim berimbang. Aturan mainnya pun sederhana, masing-masing tim memegang ujung-ujung tambang, menunggu aba-aba dari wasit untuk mulai menarik tim lawan yang berada di ujung tambang yang lain. Tim yang berhasil menarik tim lawan sampai melewati suatu garis batas tertentu yang telah ditetapkan dinyatakan sebagai pemenang.

Karena kesederhanaan dan kemeriahan permainan ini, hampir di setiap tempat permainan ini akan menjadi permainan yang pasti digelar dalam perayaan tujuh-belas-agustusan. Nah, meskipun tujuh-belas-agustusan masih sangat jauh mari kita mengulas tentang permainan ini dengan menggunakan fisika. Dengan pemahaman ini kita dapat menentukan strategi atau trik-trik tertentu untuk dapat memenangkannya jika kelak kita terlibat dalam permainan ini. Tidak ada salahnya bukan? Mari kita mulai.

Tarik Tambang dan Hukum-Hukum Gerak Newton
Benarkah fisika dapat membahas tentang tarik tambang? Tentu saja jawabannya adalah: ya!

Pembicaraan mengenai tarik tambang ini melibatkan hukum-hukum gerak yang dirumuskan oleh Newton. Dalam pelajaran fisika yang telah dipelajari di sekolah, tentu kita semua sudah akrab tentang hukum-hukum ini. Hukum pertama mengatakan bahwa benda akan selalu mempertahankan keadaan awalnya. Jika pada awalnya benda itu diam, maka dia akan terus diam kecuali diberikan pengaruh dari luar. Demikian pula jika dia sedang dalam keadaan bergerak, maka dia akan terus bergerak kecuali diberikan pengaruh yang menyebabkannya berhenti. Hukum ini disebut juga hukum kelembaman. Hukum keduanya mengatakan bahwa gerakan sebuah benda bergantung pada pengaruh yang diberikan pada benda itu dan massa benda itu sendiri. Semakin besar pengaruh yang diberikan, semakin cepat pula geraknya. Semakin besar massa benda itu, akan semakin lambat geraknya. Dalam istilah fisika pengaruh ini disebut gaya. Hukum ketiga mengatakan bahwa jika sebuah aksi diberikan kepada benda, maka benda tersebut akan balik melakukan reaksi yang besarnya sama dengan aksi yang diberikan, tetapi reaksi ini bekerja benda yang melakukan aksi.

Seperti yang telah kita ketahui, dalam lomba tarik tambang masing-masing anggota tim harus berusaha menarik tim lawannya yang berada di ujung seberang tambang dengan cara menarik sekuat mungkin talinya. Tarikan yang diberikan ini disebut gaya. Jika kita menganggap tali tidak bermassa, maka tarikan yang dilakukan pada tali ini akan diteruskan sepanjang tali sampai pada bagian tali yang dipegang oleh tim lawan.
Pada saat menarik tambang, peserta tim melakukannya dengan mencari posisi tumpuan kaki yang sekuat mungkin, memiringkan tubuhnya sedikit ke belakang lalu menarik tambangnya sekuat mungkin. Tumpuan kaki yang kuat diperlukan agar pada saat seseorang menarik tali, ia tidak ikut terseret. Mengapa orang tersebut akan terseret? Ini sesuai dengan hukum ketiga Newton. Karena kita menarik tali, maka tali akan memberikan reaksi yaitu balik menarik kita.

Selain itu, pada saat menarik, anggota tim juga harus memiringkan (mencondongkan) tubuhnya ke arah belakang. Hal ini perlu untuk menjaga keseimbangan akibat tarikan tali sebagai reaksi dari tarikan yang dilakukan ditambah gaya tarikan yang diberikan oleh lawan. Jika badan tidak dicondongkan, dapat dipastikan tubuh kita akan terjungkal ke depan.
Dengan mencondongkan tubuh ke belakang berarti kita memindahkan berat tubuh kita sehingga melawan tarikan tali yang bekerja terhadap kita. Dengan demikian akan mempertahankan tubuh kita sehingga tidak terjerembab ke depan pada saat kita dan lawan menarik. Di samping itu, apabila tubuh tidak dimiringkan, kita terpaksa harus mempertahankan keseimbangan kita dengan cara memindahkan titik tumpu kita ke depan. Dan ini berarti kita harus bergerak maju mendekati garis batas yang akan membuat kita dinyatakan kalah.

Apabila tarikan yang diberikan oleh salah satu tim sama dengan tarikan yang diberikan oleh tim yang lainnya, maka kekuatan tarikan masing-masing tim akan saling mengimbangi. Oleh karena itu masing-masing tim akan tetap pada posisi tempatnya bertumpu masing-masing. Ini menunjukkan bahwa permainan berimbang. Tak satu tim pun yang tertarik mendekati garis batas. Namun, apabila salah satu tim melakukan tarikan yang lebih besar dibandingkan tim lain, maka tim yang memberikan tarikan yang lebih kecil akan terseret mengikuti tarikan yang dikerahkan oleh tim yang satunya. Sekali tim dengan tarikan yang lebih kecil telah tertarik, maka tim yang satunya lagi tinggal mengerahkan tenaga secukupnya untuk mengimbangi tarikan yang diberikan oleh tim lawannya. Inilah sebabnya sehingga dalam permainan tarik tambang ini lawan rasanya sangat sulit ditarik ketika masih di awal-awal pertandingan (lawan masih bertumpu kuat pada tumpuannya). Tetapi manakala lawan telah mulai tertarik, rasanya sudah enteng untuk menarik mereka lebih jauh lagi melewati garis batas.

Bagaimana Memenangkan Perlombaan Tarik Tambang
Di atas telah kita pahami bahwa untuk dapat memenangkan perlombaan tarik tambang ini kita harus mengganggu keseimbangan lawan pada titik tumpunya. Selain itu, tentu saja kita harus mengerahkan gaya tarik yang lebih kuat daripada tim lawan.
Untuk mengganggu keseimbangan lawan, bisa dilakukan dengan melakukan tarik-ulur tambang. Awalnya tambang kita tarik kuat-kuat, lalu kita lepaskan (ulur) pada saat yang tepat. Ini akan mengganggu keseimbangan lawan sebab mereka harus memperbaiki posisi tumpuannya. Pada saat mereka bergerak memperbaiki posisi tumpuannya, saat itulah waktu yang tepat untuk kembali menarik. Ingat bahwa benda yang sedang bergerak lebih mudah untuk membuatnya lebih bergerak. Sedangkan benda yang sedang dalam keadaan diam akan sangat sulit membuatnya bergerak.

Selanjutnya, untuk mendapatkan gaya tarikan yang kuat, kita harus mengupayakan agar anggota tim kita adalah orang yang gendut. Tentu saja tidak sekedar gendut, tetapi juga harus kuat menarik. Orang yang gendut berarti orang yang memiliki massa yang besar. Menurut hukum Newton, benda yang memiliki massa yang besar akan memiliki kelembaman yang lebih besar pula. Kelembaman ini merupakan sifat benda yang akan melawan sesuatu yang akan membuatnya bergerak. Jadi, semakin gendut seseorang, maka akan semakin sulit untuk ditarik. Apabila dalam sebuah tim terdiri atas campuran orang yang gendut dan yang berpostur biasa-biasa saja, malahan mungkin ada yang kerempeng, maka sebaiknya orang gendut ini ditempatkan paling depan agar dia yang pertama kali merasakan tarikan yang dilakukan oleh lawan. Dengan modal massa tubuh yang besar, lawan akan kesulitan menariknya.

Hal lain yang juga harus diperhatikan adalah semua anggota tim harus mengambil posisi berbaris ke belakang sepanjang tali. Posisi seperti ini akan menghasilkan tarikan yang lebih efektif dibandingkan jika tiap pemain berkumpul hanya pada satu titik pegangan di tambang (bergerombol pada satu titik).
Jika semua pemain bergerombol hanya pada satu titik pegangan di tambang, maka hanya satu pemain yang memiliki kekuatan tarikan yang maksimal; yaitu hanya pemain yang persis berada di titik pegangan yang searah dengan arah tambang itu. Tarikan pemain yang lainnya akan membentuk sudut tertentu dari titik pegangan ini. Hal ini berarti kekuatan tarikannya tidak akan maksimal. Dalam bahasa fisikanya, gaya tarikan orang ini akan terbagi menjadi dua komponen. Satu sejajar searah tambang, dan sisanya tegak lurus dengan arah tambang. Komponen yang sejajar dengan arah tambang inilah yang mempunyai kontribusi terhadap tarikan kepada lawan sedangkan yang tegak lurus tidak memberikan kontribusi apa-apa. Semakin besar sudut yang dibentuk oleh pemain dari titik pegangan di tambang (hal ini terjadi pada anggota tim yang berada di pinggir-pinggir gerombolan) maka semakin kecil kekuatan tariknya.

Nah, sekarang apakah sudah percaya bahwa fisika dapat berbicara gamblang tentang tarik tambang? Tentu saja peserta yang memahami tentang konsep fisika akan mudah menyusun strategi, teknik dan taktik dalam memenangkan perlombaan tarik tambang ini. Selamat berlomba.

Dilema Penganugerahan Nobel Fisika Pertama Kali

2008-11-02T10:28:00.002+08:00

Fisika dianggap sebagai cabang ilmu alam yang paling mendasar. Fisika mempelajari tentang bagian terkecil dari suatu materi beserta interaksi antar bagian-bagiannya, tentang atom-atom, serta seluruh benda-benda yang tersusun atas atom-atom. Fisika juga memberikan gambaran yang komprehensif tentang perilaku materi dan radiasi, yang mencakup sebanyak mungkin fenomena-fenomena. Dalam beberapa penerapannya, fisika sangat dekat dengan wilayah kerja kimia klasik, dan dalam hal yang lain fisika berhubungan dengan gejala-gejala yang dipelajari oleh para astronom klasik. Dewasa ini, fisika malah cenderung mendekati wilayah kerja mikrobiologi.
Meskipun kimia dan astronomi secara jelas merupakan disiplin ilmu sains yang tidak saling bergantung satu sama lain, keduanya menggunakan fisika sebagai dasar perlakuan terhadap persoalan yang akan dipecahkan dalam wilayah kerja masing-masing. Tepatnya, kimia dan astronomi menggunakan konsep-konsep dan alat-alat analitis yang digunakan fisika.

Dari Fisika Klasik Hingga Fisika Kuantum
Pada tahun 1901, pada saat pertama kalinya akan diadakan penganugerahan nobel, area fisika klasik tampaknya telah stagnan di atas dasar-dasar fisika yang dibangun oleh fisikawan-fisikawan besar dan ahli kimia abad IX. Sulit menemukan hasil penemuan dalam bidang fisika yang memenuhi kriteria untuk menerima penghargaan nobel. Hamilton telah memformulasi deskripsi tentang dinamika benda tegar yang berlaku umum sedini tahun 1830-an. Carnot, Joule, Kelvin, dan Gibbs telah mengembangkan termodinamika hingga mencapai sebuah derajat kesempurnaan yang cukup tinggi selama paruh kedua abad tersebut.
Rumusan terkenal dari Maxwell telah diterima sebagai sebuah penggambaran umum mengenai fenomena elektromagnetik dan diketahui juga dapat digunakan untuk menjelaskan persoalan tentang radiasi optik serta gelombang radio yang baru saja ditemukan oleh Hertz.

Segala sesuatunya, termasuk fenomena gelombang, kelihatannya cukup sesuai dan dapat digambarkan dengan menggunakan landasan gerak mekanik bagian-bagian terkecil dari suatu materi yang mewujudkan dirinya dalam berbagai fenomena. Sejumlah fisikawan eksperimen di akhir abad IX mengemukakan komentarnya bahwa apa yang kini tersisa untuk para fisikawan pada saat itu adalah hanya tinggal melengkapi celah-celah kecil bangunan pengetahuan yang tampaknya telah terbangun secara lengkap.

Menjelang tahun-tahun terakhir abad IX, sebuah fenomena dalam bidang fisika yang sebelumnya tidak dapat diperkirakan akan terjadi adalah penemuan sinar-X oleh Wilhelm Conrad Rontgen pada tahun 1895. Penemuan inilah yang pertama kali menerima penghargaan nobel dalam bidang fisika pada tahun 1901. Yang lainnya adalah penemuan Radioaktivitas oleh Antoine Henri Becquerel pada tahun 1896, dan studi lanjutan mengenai sifat-sifat radiasi ini oleh Marie dan Pierre Curie. Asal usul sinar-X yang ditemukan oleh Rontgen pada saat itu tidak segera dapat dipahami oleh kalangan fisikawan, tetapi diyakini bahwa sinar ini mengindikasikan keberadaan sebuah dunia tersembunyi dari fenomena. Dari hasil pekerjaan tentang radioaktivitas oleh Becquerel dan Curie yang dilakukan pada tahun 1903, ditambah dengan hasil kerja dari Ernest Rutherford (peraih nobel kimia pada tahun 1908), akhirnya memberikan gambaran bahwa atom-atom, yang pada awalnya dianggap sebagai objek yang tidak terbagi lagi, pada akhirnya diketahui terdiri atas sebuah inti yang padat namun sangat kecil. Sejumlah inti atom diketahui bersifat tidak stabil dan dapat memancarkan sinar-sinar alpha, beta, dan gamma yang dapat diamati. Ini merupakan sebuah hasil penemuan yang revolusioner pada masa itu, dan menjadi titik awal penemuan gambaran tentang struktur atom yang pertama melalui hasil kerja paralel sejumlah ilmuwan-ilmuwan fisika.
(Bersambung)