Dimensi Besaran

Dimensi besaran diwakili dengan simbol, misalnya M, L, T yang mewakili massa (mass), panjang (length) dan waktu (time). Ada dua macam dimensi yaitu Dimensi Primer dan Dimensi Sekunder. Dimensi Primer meliputi M (untuk satuan massa), L (untuk satuan panjang) dan T (untuk satuan waktu). Dimensi Sekunder adalah dimensi dari semua Besaran Turunan yang dinyatakan dalam Dimensi Primer. Contoh : Dimensi Gaya : M L T^-2 atau dimensi Percepatan : L T^-2Catatan :

Semua besaran dalam mekanika dapat dinyatakan dengan tiga besaran pokok (Dimensi Primer) yaitu panjang, massa dan waktu. Sebagaimana terdapat Satuan Besaran Turunan yang diturunkan dari Satuan Besaran Pokok, demikian juga terdapat Dimensi Primer dan Dimensi Sekunder yang diturunkan dari Dimensi Primer.

Berikut adalah tabel yang menunjukkan dimensi dan satuan tujuh besaran dasar dalam sistem SI.

Manfaat Dimensi dalam Fisika antara lain : (1) dapat digunakan untuk membuktikan dua besaran sama atau tidak. Dua besaran sama jika keduanya memiliki dimensi yang sama atau keduanya termasuk besaran vektor atau skalar, (2) dapat digunakan untuk menentukan persamaan yang pasti salah atau mungkin benar, (3) dapat digunakan untuk menurunkan persamaan suatu besaran fisis jika kesebandingan besaran fisis tersebut dengan besaran-besaran fisis lainnya diketahui.

Satuan dan dimensi suatu variabel fisika adalah dua hal berbeda. Satuan besaran fisis didefinisikan dengan perjanjian, berhubungan dengan standar tertentu (contohnya, besaran panjang dapat memiliki satuan meter, kaki, inci, mil, atau mikrometer), namun dimensi besaran panjang hanya satu, yaitu L. Dua satuan yang berbeda dapat dikonversikan satu sama lain (contohnya: 1 m = 39,37 in; angka 39,37 ini disebut sebagai faktor konversi), sementara tidak ada faktor konversi antarlambang dimensi.

ANALISIS DIMENSI

Analisis dimensi adalah cara yang sering dipakai dalam fisika, kimia dan teknik untuk memahami keadaan fisis yang melibatkan besaran yang berbeda-beda. Analisis dimensi selalu digunakan untuk memeriksa ketepatan penurunan persamaan. Misalnya, jika suatu besaran fisis memiliki satuan massa dibagi satuan volume namun persamaan hasil penurunan hanya memuat satuan massa, persamaan tersebut tidak tepat. Hanya besaran-besaran berdimensi sama yang dapat saling ditambahkan, dikurangkan atau disamakan. Jika besaran-besaran berbeda dimensi terdapat di dalam persamaan dan satu sama lain dibatasi tanda “+” atau “-” atau “=”, persamaan tersebut harus dikoreksi terlebih dahulu sebelum digunakan. Jika besaran-besaran berdimensi sama maupun berbeda dikalikan atau dibagi, dimensi besaran-besaran tersebut juga terkalikan atau terbagi. Jika besaran berdimensi dipangkatkan, dimensi besaran tersebut juga dipangkatkan.

Seringkali kita dapat menentukan bahwa suatu rumus salah hanya dengan melihat dimensi atau satuan dari kedua ruas persamaan. Sebagai contoh, ketika kita menggunakan rumus A= 2.Phi.r untuk menghitung luas. Dengan melihat dimensi kedua ruas persamaan, yaitu [A] = L² dan [2.phi.r] = L kita dengan cepat dapat menyatakan bahwa rumus tersebut salah karena dimensi kedua ruasnya tidak sama. Tetapi perlu diingat, jika kedua ruas memiliki dimensi yang sama, itu tidak berarti bahwa rumus tersebut benar. Hal ini disebabkan pada rumus tersebut mungkin terdapat suatu angka atau konstanta yang tidak memiliki dimensi, misalnya Ek = 1/2 mv² , di mana 1/2 tidak bisa diperoleh dari analisis dimensi.

Anda harus ingat karena dalam suatu persamaan mungkin muncul angka tanpa dimensi, maka angka tersebut diwakili dengan suatu konstanta tanpa dimensi, misalnya konstanta k.

Contoh Soal : menentukan dimensi suatu besaran

Tentukan dimensi dari besaran-besaran berikut ini : (a) volum, (b) massa jenis, (c) percepatan, (d) usaha

Anda harus menulis rumus dari besaran turunan yang akan ditentukan dimensinya terlebih dahulu. Selanjutnya rumus tersebut diuraikan sampai hanya terdiri dari besaran pokok.

Jawaban :

(a) Persamaan Volum adalah hasil kali panjang, lebar dan tinggi di mana ketiganya memiliki dimensi 

panjang, yakni [L]. Dengan demikian, Dimensi Volume :

(b) Persamaan Massa Jenis adalah hasil bagi massa dan volum. Massa memiliki dimensi [M] dan volum memiliki dimensi [L]³. Dengan demikian Dimensi massa jenis :

(c) Persamaan Percepatan adalah hasil bagi Kecepatan (besaran turunan) dengan Waktu, di mana Kecepatan adalah hasil bagi Perpindahan dengan Waktu. Oleh karena itu, kita terlebih dahulu menentukan dimensi Kecepatan, kemudian dimensi Percepatan.

(d) Persamaan Usaha adalah hasil kali Gaya (besaran Turunan) dan Perpindahan (dimensi = [L]), sedang Gaya adalah hasil kali massa (dimensi = [M]) dengan percepatan (besaran turunan). Karena itu kita tentukan dahulu dimensi Percepatan (lihat (c)), kemudian dimensi Gaya dan terakhir dimensi Usaha.

Osilasi paksa

Sebelumnya sudah dijelaskan mengenai osilasi teredam. Kali ini kita akan mempelajari osilasi paksa. Namanya aneh-aneh ya Btw, penjelasan mengenai osilasi paksa tidak sangat mendetail. Hanya dijelaskan secara singkat apa yang dimaksudkan dengan osilasi paksa. Konsep osilasi paksa berkaitan dengan resonansi yang akan dibahas, karenanya alangkah tidak baiknya jika dirimu berkenalan terlebih dahulu dengan osilasi paksa.

Pernah bermain ayunan ? Wah, jadi ingat permainan masa kecil… Agar kita bisa berayun ria di atas ayunan maka ayunan dan penunggangnya harus didorong terlebih dahulu. Masa ayunan bergerak sendiri Jika ayunan hanya didorong sekali lalu dibiarkan maka ayunan akan berayun ke depan dan ke belakang, ke depan lagi lalu ke belakang lagi… he2..  Istilah kerennya, ayunan tersebut berosilasi. Ayunan tersebut berosilasi dengan frekuensi alaminya… Yang dimaksudkan dengan frekuensi alami adalah frekuensi osilasi di mana tidak ada redaman maupun gaya luar yang bekerja pada sistem yang berosilasi.  Untuk kasus ini, sistem yang berosilasi adalah ayunan.

Frekuensi alami ayunan dinyatakan melalui persamaan :

Ini adalah persamaan frekuensi pendulum sederhana yang sudah diturunkan dalam pokok bahasan pendulum sederhana. Persamaan ini bisa ditulis dalam bentuk frekuensi sudut :

 keterangan :

Apabila ayunan hanya didorong sekali saja dan tidak didorong lagi maka suatu saat ayunan akan berhenti bergerak. Agar selalu bergerak maka ayunan harus selalu didorong… terdapat dua situasi yang berbeda jika ayunan didorong lagi.

Ketika ayunan tersebut didorong lagi (baik ketika frekuensi dorongan sama dengan frekuensi alami ayunan maupun ketika frekuensi dorongan tidak sama dengan frekuensi alami ayunan), maka ayunan tersebut dikatakan mengalami osilasi paksa. Disebut osilasi paksa karena ketika ayunan berosilasi dengan frekuensi alaminya, ada gaya luar yang memaksa ayunan untuk berosilasi…

 

Contoh lain… misalnya dirimu memegang sebuah pegas lalu mendorong pegas tersebut sehingga pegas berayun atau berosilasi, seperti tampak pada gambar di samping. Perhatikan bahwa pegas sedang berosilasi dengan frekuensi alaminya…

Frekuensi alami osilasi sistem pegas-benda  dinyatakan melalui persamaan :

Ini adalah persamaan frekuensi gerak harmonik sederhana yang sudah diturunkan dalam pokok bahasan gerak harmonik sederhana. Pesamaan ini bisa ditulis dalam bentuk frekuensi sudut :

keterangan :

Apabila ketika pegas berosilasi dengan frekuensi alaminya, pegas tersebut didorong lagi maka sistem-pegas benda tersebut mengalami osilasi paksa. Disebut osilasi paksa karena ketika sistem pegas-benda berosilasi dengan frekuensi alaminya, ada gaya luar yang memaksa sistem pegas-benda untuk berosilasi…

Sekian ya.. selengkapnya akan dibahas dalam postingan mengenai resonansi. Punya contoh lain ? masukkan melalui kolom komentar ya…  Persamaan osilasi paksa belum bisa diturunkan sekarang (lihat komentar).

Sumber animasi

Referensi :
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga
Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I (Terjemahan) Jakarta : Penerbit Erlangga
Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga
Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Penemuan-Penemuan Hebat Dalam Bidang Fisika

Jika kita urutkan berdasarkan tahun penemuan para ilmuwan dahulu dalam menemukan hukum-hukum alam, mulai dari penemuan oleh Galileo hingga terungkapnya empat gaya fundamental alam. Tak perlu menunggu lama, mari kita langsung melihatnya:

1. Hukum Falling Bodies (1604). Galileo Galilei menjungkirbalikkan hampir 2.000 tahun Aristoteles keyakinan bahwa benda lebih berat jatuh lebih cepat daripada yang lebih ringan dengan membuktikan bahwa semua benda jatuh dengan kecepatan yang sama.
2. Universal Gravitation (1666). Isaac Newton sampai pada kesimpulan bahwa semua benda di alam semesta, dari apel ke planet, mengerahkan gaya tarik gravitasi satu sama lain.
3. Laws of Motion (1687). Isaac Newton perubahan pemahaman kita tentang alam semesta dengan merumuskan tiga hukum untuk menjelaskan gerakan benda. 1) Sebuah benda yang bergerak tetap bergerak, kecuali jika gaya eksternal diberikan kepadanya. 2) Hubungan antara massa sebuah benda (m), percepatan (a) dan diterapkan gaya (F) adalah F = ma. 3) Untuk setiap aksi ada reaksi sama dan berlawanan.
4. Hukum Kedua Termodinamika (1824 - 1850). Ilmuwan yang bekerja untuk meningkatkan efisiensi mesin uap mengembangkan pemahaman tentang konversi panas menjadi kerja. Mereka belajar bahwa aliran panas dari yang lebih tinggi ke temperatur yang lebih rendah adalah apa yang mendorong sebuah mesin uap, menyerupakan proses aliran air yang mengubah roda penggilingan. Pekerjaan mereka mengarah pada tiga prinsip: panas mengalir secara spontan dari panas ke dingin tubuh; panas tidak bisa sepenuhnya dikonversi menjadi bentuk lain energi; dan sistem menjadi lebih teratur dari waktu ke waktu.
5. Elektromagnetisme (1807 - 1873). Percobaan perintis mengungkap hubungan antara listrik dan magnet dan mengarah pada satu set persamaan yang menyatakan hukum dasar yang mengatur mereka. Salah satu hasil hasil eksperimen secara tak terduga dalam kelas. Pada 1820, fisikawan Denmark Hans Christian Oersted sedang berbicara kepada siswa tentang kemungkinan bahwa listrik dan magnet saling berhubungan. Selama kuliah, sebuah eksperimen menunjukkan kebenaran teori-nya di depan seluruh kelas.
6. Relativitas Khusus (1905). Albert Einstein menggulingkan asumsi-asumsi dasar tentang waktu dan ruang dengan menjelaskan bagaimana jam berdetak lebih lambat dan jarak muncul untuk meregangkan sebagai objek mendekati kecepatan cahaya.
7. E = mc ^ 2 (1905). Atau energi adalah sama dengan massa kali kecepatan cahaya kuadrat. Albert Einstein rumus terkenal membuktikan bahwa massa dan energi adalah manifestasi yang berbeda dari hal yang sama, dan bahwa jumlah yang sangat kecil massa dapat dikonversi menjadi jumlah yang sangat besar energi. Salah satu implikasi mendalam penemuan adalah bahwa tidak ada objek dengan massa yang bisa pergi lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
8. The Quantum Leap (1900 - 1935). Untuk menggambarkan perilaku partikel-partikel subatomik, satu set hukum-hukum alam yang dikembangkan oleh Max Planck, Albert Einstein, Werner Heisenberg dan Erwin Schrödinger. Sebuah lompatan kuantum didefinisikan sebagai perubahan dari sebuah elektron dalam sebuah atom dari satu keadaan energi yang lain. Perubahan ini terjadi sekaligus, tidak secara bertahap.
9. The Nature of Light (1704 - 1905). Pemikiran dan eksperimentasi oleh Isaac Newton, Thomas Young dan Albert Einstein mengarah pada pemahaman tentang apa cahaya, bagaimana berperilaku, dan bagaimana ditularkan. Menggunakan prisma Newton untuk memecah cahaya putih menjadi warna dan konstituennya prisma lain untuk mencampur warna dalam cahaya putih, membuktikan bahwa cahaya berwarna putih dicampur bersama-sama membuat cahaya. Young menetapkan bahwa cahaya adalah gelombang dan menentukan panjang gelombang warna. Akhirnya, Einstein mengakui bahwa cahaya selalu bergerak pada kecepatan konstan, tidak peduli kecepatan pengukur.
10. Neutron (1935). James Chadwick menemukan neutron, yang, bersama-sama dengan proton dan elektron terdiri dari atom. Temuan ini secara dramatis mengubah model atom dan mempercepat penemuan dalam fisika atom.
11. Superkonduktor (1911 - 1986). Penemuan yang tidak terduga bahwa beberapa material tidak memiliki perlawanan terhadap aliran listrik janji untuk merevolusi industri dan teknologi. Superkonduktivitas terjadi dalam berbagai material, termasuk unsur sederhana seperti timah dan alumunium, berbagai logam paduan dan senyawa keramik tertentu.
12. Quark (1962). Murray Gell-Mann mengusulkan keberadaan partikel dasar yang menggabungkan komposit membentuk objek seperti proton dan neutron. Proton dan neutron masing-masing mengandung tiga quark.
13. Nuclear Forces (1666 - 1957). Penemuan kekuatan dasar di tempat kerja pada tingkat subatomik menimbulkan kesadaran bahwa semua interaksi di alam semesta adalah hasil dari empat gaya fundamental alam - yang kuat dan gaya nuklir lemah, gaya elektromagnetik dan gravitasi.

J.J Thomson Ilmuwan Fisika Penemu Elektron

Sir Joseph John Thomson atau lebih dikenal sebagai J.J Thomson (1856-1940) adalah seorang ilmuwan yang lahir di Creetham Hill, pinggiran kota Manchester pada tanggal 18 Desember 1856, di mana ia diangkat sebagai profesor fisika eksperimental sejak 1884. Penelitiannya membuahkan penemuan elektron. Thomson mengetahui bahwa gas mampu menghantar listrik. Ia menjadi perintis ilmu fisika nuklir. Dia mendaftar di Owens College, Manchester tahun 1870, dan tahun 1876 mendaftar di Trinity College, Cambridge sebagai pelajar biasa. Dia menjadi anggota Trinity College tahun 1880, ketika dia menjadi penerima Penghargaan Wrangler dan Smith (ke-2). Dia tetap menjadi anggota Trinity College seumur hidupnya. Dia menjadi penceramah tahun 1883, dan menjadi profesor tahun 1918. Dia adalah professor fisika eksperimental di laboratorium Cavendish, Cambridge, dimana dia menggantikan John Strutt, 3rd Baron Rayleigh, dari tahun 1884 sampai tahun 1918 dan menjadi profesor fisika terhormat di Cambridge dan Royal Institution, London. 

Thomson baru-baru itu tertarik pada struktur atom yang direfleksikan dalam bukunya, yang berjudul Treatise on the Motion of Vortex Rings yang membuatnya memenangkan Adams Prize tahun 1884. Bukunya yang berjudul Application of Dynamics to Physics and Chemistry terbit tahun 1886, dan di tahun 1892 dia menerbitkan buku berjudul Notes on Recent Researches in Electricity and Magnetism. Pekerjaan belakangan ini membungkus hasil-hasil yang didapat berikutnya sampai pada kemunculan risalat James Clerk Maxwell yang terkenal dan sering disebut sebagai jilid ketiga Maxwell. Thomson bekerja sama dengan Professor J.H. Poynting untuk menulis buku fisika dalam empat jilid, berjudul Properties of Matter dan tahun 1895, dia menghasilkan buku Elements of the Mathematical Theory of Electricity and Magnetism, edisi kelima yang terbit di tahun 1921. 

Tahun 1896, Thomson mengunjungi Amerika Serikat untuk memberikan kursus dari empat ceramah, yang meringkaskan penelitian-penelitian barunya di Universitas Princeton. Ceramahnya ini berikutnya diterbitkan dengan judul Discharge of Electricity through Gases (1897). Sekembalinya dari Amerika Serikat, dia memperoleh pekerjaan paling brilian dalam hidupnya, yaitu mempelajari memuncaknya sinar katode pada penemuan elektron, yang dibicarakan selama kursus pada ceramah malamnya sampai Royal Instution pada hari Jumat, 30 April 1897. Bukunya Conduction of Electricity through Gases terbit tahun 1903, diceritakan oleh Lord Rayleigh sebagai sebuah tinjauan atas "hari-hari hebatnya di Laboratorium Cavendish". Edisi berikutnya, ditulis dengan kolaborasi dengan anaknya, George, dalam dua jilid (1928 dan 1933). 

Thomson kembali ke Amerika tahun 1904, untuk menyampaikan enam ceramahnya tentang kelistrikan dan zat di Universitas Yale. Ceramah itu memuat beberapa pernyataan penting tentang struktur atom. Dia menemukan sebuah metode untuk memisahkan jenis atom-atom dan molekul-molekul yang berbeda, dengan menggunakan sinar positif, sebuah ide yang dikembangkan oleh Francis Aston, Dempster dan lainnya, yang menuju pada banyak penemuan isotop. Dan lagi, untuk itu hanya disebutkan dan dia menulis buku-buku, seperti The Structure of Light (1907), The Corpuscular Theory of Matter (1907), Rays of Positive Electricity (1913), The Electron in Chemistry (1923) dan otobiografinya, dan buku Recollections and Reflections (1936), di antara banyak terbitan lainnya. Thomson, seorang penerima perintah atas jasa, dilantik tahun 1908. 

Dia dipilih menjadi anggota Royal Society tahun 1884 dan menjadi presiden selama 1916-1920; dia memperoleh medali Royal and Hughes pada tahun 1894 dan 1902, dan memperoleh Medali Copley tahun 1914. Dia dianugerahi Medali Hodgkins (Smithsonian Institute, Washington) tahun 1902; Medali Franklin dan Medali Scott (Philadelphia), 1923; Medali Mascart (Paris), 1927; Medali Dalton (Manchester), 1931; dan Medali Faraday (Institute of Civil Engineers) pada tahun 1938. Dia adalah Presiden British Association tahun 1909 (dan dari bagian A tahun 1896 dan 1931) dan dia memegang gelar Doktor Kehormatan dari Universitas Oxford, Dublin, London, Victoria, Columbia, Cambridge, Durham, Birmingham, Göttingen, Leeds, Oslo, Sorbonne, Edinburgh, Reading, Princeton, Glasgow, Johns Hopkins, Aberdeen, Kraków, dan Philadelphia. 

Dalam penelitiannya dia mempelajari bahwa tabung katoda pada kondisi vakum parsial (hampir vakum) yang diberi tegangan tinggi akan mengeluarkan "berkas sinar" dimana Thomson menyebut sinar ini sebagai "berkas sinar katoda" disebabkan berkas sinar ini berasal dari katoda (elektroda negative). Berkas sinar katoda ini apabila didekatkan dengan medan listrik negative maka akan dibelokan (berkas sinar katoda ini tertolak oleh medan negative), berdasarkan hal ini maka Thomson menyatakan bahwa berkas sinar katoda itu adalah partikel-partikel yang bermuatan negative yang ia sebut sebagai "corpuscle". 

Dia juga meyakini bahwa corpuscle itu berasal dari atom-atom logam yang dipakai sebagai elektroda pada tabung katoda. Dengan menggunakan jenis logam yang berbeda-beda sebagai elektroda yang dia gunakan pada tabung katoda maka percobaan Thomson tetap menghasilkan berkas sinar katoda yang sama. Akhirnya Thomson menyimpulkan bahwa setiap atom pasti tersusun atas corpuscle. Corpuscle yang ditemukan oleh Thomson ini kemudian disebut sebagai "electron" oleh G. Johnstone Stoney. Dari asumsi tersebut dia akhirnya meyakini bahwa atom sebenarnya tidak berbentuk masiv (berbentuk bulatan yang pejal) akan tetapi tersusun atas komponen-komponen penyususn atom. 

Di alam atom berada dalam keadaan yang stabil dan memiliki muatan yang netral, dengan demikian Thomson lebih lanjut mengasumsikan bahwa didalam atom itu sendiri pasti terdapat bagian yang bermuatan positif. Dari asumsi tersebut maka Thomson mengajukan struktur atom sebagai bulatan awan bermuatan posistif dengan elektron yang terdistribusi random di dalamnya. Model atom Thomson ini lebih dikenal sebagai "plum pudding model" atau dalam bahasa Indonesia dikenal sebagai "model roti kismis". Untuk memudahkan membayangkan model atom ini maka Anda harus membayangkan sebuah roti dalam bentuk bola yang didalamnya terdapat kismis yang menyebar merata secara random. 

Fisikawan Inggris ini telah berhasil memperoleh hadiah Nobel Fisika pada tahun 1906 atas penemuan elektron. Pada tahun 1890, dia menikahi Rose Elisabeth, putir Sir George E. Paget, K.C.B. Mereka dianugerahi seorang putera, sekarang Sir George Paget Thomson, profesor emeritus untuk fisika di Universitas London, yang juga dianugerahi Nobel Fisika tahun 1937, dan seorang puteri. Sir Joseph John Thomson meninggal dunia pada tanggal 30 Agustus 1940. 

Sumber : Blog Tokoh Ilmuwan Penemu, 15 Februari 2010

Penemuan Neutrino Bermassa dan Dampak bagi Ilmu Fisika

Jeffrey Rufinus
Universitas Wisconsin
——————————————————————————–
* Artikel ini telah dimuat di Waspada Online
Belum lama berselang, tepatnya tanggal 5 Juni yang lalu, suatu berita besar iptek muncul dari sebuah konperensi fisika “Neutrino 98″ yang berlangsung di Jepang. Neutrino, salah satu partikel dasar yang jauh lebih kecil daripada elektron, ternyata memiliki massa, demikian laporan dari suatu tim internasional yang tergabung dalam eksperimen Super-Kamiokande. Tim ahli-ahli fisika yang terdiri dari kurang lebih 120 orang dari berbagai negara termasuk AS, Jepang, Jerman, dan Polandia tersebut melakukan penelitian terhadap data-data yang dikumpulkan selama setahun oleh sebuah laboratorium penelitian neutrino bawah tanah di Jepang. Jika laporan ini terbukti benar dan dapat dikonfirmasi kembali oleh tim lainnya maka akan membawa dampak yang sangat luas terhadap beberapa teori fisika, terutama pembahasan mengenai interaksi partikel dasar, teori asal mula daripada alam semesta ini serta problema kehilangan massa (missing mass problem) maupun teori neutrino matahari. Neutrino, atau neutron kecil, adalah suatu nama yang diberikan oleh fisikawan dan pemenang hadiah Nobel terkenal dari Jerman: Wolfgang Pauli. Neutrino adalah partikel yang sangat menarik perhatian para fisikawan karena kemisteriusannya. Neutrino juga merupakan salah satu bangunan dasar daripada alam semesta yang bersama-sama dengan elektron, muon, dan tau, termasuk dalam suatu kelas partikel yang disebut lepton. Lepton bersama-sama dengan enam jenis partikel quark adalah pembentuk dasar semua benda di alam semesta ini. Ditemukan secara eksperimental pada tahun 1956 (dalam bentuk anti
partikel) oleh Fred Reines (pemenang Nobel fisika tahun 1995) dan Clyde Cowan, neutrino terdiri dari 3 rasa (flavor), yakni: neutrino elektron, neutrino mu dan neutrino tau. Neutrino tidak memiliki muatan listrik dan selama ini dianggap tidak memiliki berat, namun neutrino memiliki antipartikel yang disebut antineutrino. 

Partikel ini memiliki keunikan karena sangat enggan untuk berinteraksi. Sebagai akibatnya, neutrino dengan mudah dapat melewati apapun, termasuk bumi kita ini, dan amat sulit untuk dideteksi. Diperkirakan neutrino dalam jumlah banyak terlepas dari hasil reaksi inti pada matahari kita dan karenanya diharapkan dapat dideteksi pada laboratorium di bumi. Untuk mengurangi pengaruh distorsi dari sinar kosmis, detektor neutrino perlu ditaruh di bawah tanah. Dengan mempergunakan tangki air sebanyak 50 ribu ton dan dilengkapi dengan tabung foto (photomultiplier tube) sebanyak 13 ribu buah, tim Kamiokande ini menemukan bahwa neutrino dapat berosilasi atau berganti rasa. Karena bisa berosilasi maka disimpulkan bahwa neutrino sebenarnya memiliki massa. Penemuan ini sangat kontroversial karena teori fisika yang selama ini kerap dipandang sebagai teori dasar interaksi partikel, yakni disebut teori model standard, meramalkan bahwa neutrino sama sekali tidak bermassa. Jika penemuan neutrino bermassa terbukti benar maka boleh jadi akan membuat teori model standard tersebut harus dikoreksi. 

Penemuan neutrino bermassa juga mengusik bidang fisika lainnya yakni kosmologi. Penemuan ini diduga dapat menyelesaikan problem kehilangan massa pada alam semesta kita ini (missing mass problem). Telah sejak lama para ahli fisika selalu dihantui dengan pertanyaan: Mengapa terdapat perbedaan teori dan pengamatan massa alam semesta? Jika berat daripada bintang-bintang, planet-planet, beserta benda-benda alam lainnya dijumlahkan semua maka hasilnya ternyata tetap lebih ringan daripada berat keseluruhan alam semesta. Para ahli fisika menganggap bahwa terdapat massa yang hilang atau tidak kelihatan. Selama ini para ahli tersebut berteori bahwa ada partikel unik yang menyebabkan selisih massa pada alam semesta. Namun teori semacam ini memiliki kelemahan karena partikel unik yang diteorikan tersebut belum pernah berhasil ditemukan. Dari hasil penemuan tim Kamiokande ini dapat disimpulkan bahwa ternyata partikel unik tersebut tidak lain daripada neutrino yang bermassa. Menurut teori dentuman besar (Big Bang) alam semesta kita ini bermula dari suatu titik panas luar biasa yang meledak dan terus berekspansi hingga saat ini. Fisikawan Arno Penzias dan Robert Wilson (keduanya kemudian memenangkan hadiah Nobel fisika tahun 1978) pada tahun 1965 menemukan sisa-sisa gelombang mikro peninggalan dentuman besar yang sekarang telah mendingin hingga suhu sekitar 3 Kelvin. Namun salah satu hal yang masih diperdebatkan adalah masalah ekspansi alam semesta itu sendiri. Apakah hal ini akan terus menerus terjadi tanpa akhir? Penemuan neutrino bermassa diharapkan akan bisa menjawab pertanyaan yang sulit ini. Bayangkan suatu neutrino yang sama sekali tidak bermassa, seperti yang diperkirakan selama ini. Gaya gravitasi tentu tidak akan berpengaruh sama sekali pada partikel yang tidak memiliki berat. Namun apa yang terjadi jika neutrino ternyata memiliki berat? Dalam jumlah yang amat sangat banyak neutrino-neutrino ini tentu akan bisa mempengaruhi ekspansi alam semesta. Tampaknya ada kemungkinan ekspansi alam semesta suatu saat akan terhenti dan terjadi kontraksi atau penciutan kembali jika ternyata neutrino memiliki massa. 

Terakhir masih ada satu lagi problem fisika yang akan diusik oleh hasil penemuan ini yaitu problem neutrino matahari, dimana terjadi selisih jumlah perhitungan dan pengamatan neutrino yang dihasilkan oleh matahari kita. Untuk keabsahan penemuan ini tim internasional dari eksperimen super Kamiokande dalam laporannya juga mengajak tim-tim saintis lainnya untuk mengkonfirmasi penemuan mereka. Namun menurut pengalaman di masa lalu, laporan osilasi neutrino dan neutrino bermassa selalu kontroversi dan jarang bisa dikonfirmasi kembali. Untuk sementara ini para ahli harus sabar menunggu karena eksperimen semacam ini hanya bisa dilakukan oleh segelintir eksperimen saja di seluruh dunia. Yang pasti jika hasil penemuan ini memang nantinya terbukti benar maka jelas dampaknya akan sangat terasa pada beberapa teori fisika modern.

Pemuaian

Pengertian Pemuaian

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.

Pemuaian terjadi pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas.

Pemuaian pada zat gas ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273.

Pemuaian panjang

adalah bertambahnya ukuran panjang suatu benda karena menerima kalor. Pada pemuaian panjang nilai lebar dan tebal sangat kecil dibandingkan dengan nilai panjang benda tersebut. Sehingga lebar dan tebal dianggap tidak ada. Contoh benda yang hanya mengalami pemuaian panjang saja adalah kawat kecil yang panjang sekali.

Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu panjang awal benda, koefisien muai panjang dan besar perubahan suhu. Koefisien muai panjang suatu benda sendiri dipengaruhi oleh jenis benda atau jenis bahan.

Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah

Bila ingin menentukan panjang akhir setelah pemanasan maka digunakan persamaan sebagai berikut :

Yang perlu diperhatikan adalah didala rumus tersebut banyak sekali menggunakan lambang sehingga menyulitkan dalam menghapal. Disarankan untuk sering menggunakan rumus tersebut dalam mengerjakan soal dan tidak perlu dihapal.

Pemuaian luas

adalah pertambahan ukuran luas suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian luas terjadi pada benda yang mempunyai ukuran panjang dan lebar, sedangkan tebalnya sangat kecil dan dianggap tidak ada. Contoh benda yang mempunyai pemuaian luas adalah lempeng besi yang lebar sekali dan tipis.

Seperti halnya pada pemuian luas faktor yang mempengaruhi pemuaian luas adalah luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu. Karena sebenarnya pemuaian luas itu merupakan pemuian panjang yang ditinjau dari dua dimensi maka koefisien muai luas besarnya sama dengan 2 kali koefisien muai panjang. Pada perguruan tinggi nanti akan dibahas bagaimana perumusan sehingga diperoleh bahwa koefisien muai luas sama dengan 2 kali koefisien muai panjang.

Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai berikut :

Pemuaian volume

adalah pertambahan ukuran volume suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian volume terjadi benda yang mempunyai ukuran panjang, lebar dan tebal. Contoh benda yang mempunyai pemuaian volume adalah kubus, air dan udara. Volume merupakan bentuk lain dari panjang dalam 3 dimensi karena itu untuk menentukan koefisien muai volume sama dengan 3 kali koefisien muai panjang. Sebagaimana yang telah dijelskan diatas bahwa khusus gas koefisien muai volumenya sama dengan 1/273

Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya adalah

Kesetimbangan

Syarat-syarat kesetimbangan statis

Pengantar

Seperti manusia yang kadang suka jalan-jalan, kadang tidur alias diam, demikian juga benda. Benda juga suka jalan-jalan alias bergerak, kadang lagi malas, benda juga pingin diam ;D Bedanya, manusia bisa bergerak sendiri, kalau benda harus digerakkan. Demikian juga benda yang bergerak bisa berhenti kalau dihentikan, sedangkan manusia semaunya saja. Pada kesempatan ini kita akan mengulas faktor-faktor apa saja yang menyebabkan benda menjadi malas bergerak alias tetap diam. Istilah kerennya benda berada dalam keseimbangan statis (statis = diam). Selamat belajar ya, semoga dirimu tidak ikut2an malas bergerak alias pingin diam terus, repot juga… nanti dikirain… kaburrrrr ;D

Statika

Sebelum melangkah lebih jauh, alangkah baiknya jika kita bahas statika terlebih dahulu. Statika tuh ilmu fisika yang mempelajari gaya yang bekerja pada sebuah benda yang diam (Benda berada dalam kesetimbangan statis). Misalnya batu yang diam di atas permukaan tanah, mobil yang lagi parkir di jalan atau garasi, kereta api yang lagi mangkal di stasiun, pesawat yang lagi baring-baring di bandara dll.

Ketika sebuah benda diam, tidak berarti tidak ada gaya yang bekerja pada benda itu. Minimal ada gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda tersebut (arah gaya gravitasi menuju pusat bumi alias ke bawah). Jika ada gaya gravitasi, seharusnya benda bergerak dunk…. Kok bisa diam ya ? eyang Newton dalam hukum II Newton mengatakan bahwa jika terdapat gaya total yang bekerja pada sebuah benda maka benda itu akan mengalami percepatan alias bergerak lurus. Ketika sebuah benda diam, gaya total = 0. Pasti ada gaya lain yang mengimbangi gaya gravitasi, sehingga gaya total = 0. Gaya apakah itu ? wah gawat kalau dirimu sudah melupakannya… musuh bebuyutan gaya gravitasi adalah gaya normal. Untuk memudahkan pemahamanmu, gurumuda pakai gambar saja ya…

Misalnya terdapat sebuah benda yang terletak di atas permukaan meja. Benda ini sedang diam. Pada benda bekerja gaya berat (w) yang arahnya tegak lurus ke bawah alias menuju pusat bumi. Gaya berat tuh gaya gravitasi yang bekerja pada benda. Gaya yang mengimbangi gaya gravitasi adalah gaya Normal (N). Arah gaya normal tegak lurus ke atas, berlawanan dengan arah gaya gravitasi. Besar gaya normal = besar gaya gravitasi, sehingga gaya total = 0. Ingat ya, kedua gaya ini bukan aksi reaksi karena gaya gravitasi dan gaya normal bekerja pada benda yang sama. Dua gaya disebut aksi reaksi jika bekerja pada benda yang berbeda.

Benda dalam ilustrasi di atas dikatakan berada dalam keseimbangan statis. Pemahaman dan perhitungan mengenai gaya-gaya yang bekerja pada benda yang berada dalam keadaan seimbang sangat penting, khususnya bagi para ahli perteknikan (arsitek dan insinyur). Dalam merancang sesuatu, baik gedung, jembatan, kendaraan, dll, para arsitek dan insinyur juga memperhitungkan secara saksama, apakah struktur suatu bangunan, kendaraan, dll, mampu menahan gaya-gaya tersebut. Benda sekuat apapun bisa mengalami perubahan bentuk (bengkok) atau bahkan bisa patah jika gaya yang bekerja pada benda terlalu besar.

Syarat-syarat keseimbangan

Sekarang mari kita melangkah lebih jauh. Kali ini kita mencoba melihat faktor-faktor apa saja yang membuat benda tetap dalam keadaan diam.

Syarat pertama

Dalam hukum II Newton, kita belajar bahwa jika terdapat gaya total yang bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai partikel tunggal), maka benda akan bergerak lurus, di mana arah gerakan benda = arah gaya total. Kita bisa menyimpulkan bahwa untuk membuat sebuah benda diam, maka gaya total harus = 0. Gaya total = Jumlah semua gaya yang bekerja pada benda.

Secara matematis bisa kita tulis seperti ini :

Persamaan Hukum II Newton :

Ketika sebuah benda diam, benda tidak punya percepatan (a). Karena percepatan (a) = 0, maka persamaan di atas berubah menjadi :

Jika gaya-gaya bekerja pada arah horisontal saja (satu dimensi), maka kita cukup menggunakan persamaan 1. Huruf x menunjuk sumbu horisontal pada koordinat kartesius (koordinat x, y, z). Jika gaya-gaya bekerja pada arah vertikal saja (satu dimensi), maka kita cukup menggunakan persamaan 2. Huruf y menunjuk sumbu vertikal pada koordinat kartesius.

Apabila gaya-gaya bekerja pada bidang (dua dimensi), maka kita menggunakan persamaan 1 dan persamaan 2. Sebaliknya jika gaya-gaya bekerja dalam ruang (tiga dimensi), maka kita menggunakan persamaan 1, 2 dan 3.

Ingat ya, gaya itu besaran vektor (besaran yang punya nilai dan arah). Dengan berpedoman pada koordinat kartesius (x, y, z) dan sesuai dengan kesepakatan bersama, jika arah gaya menuju sumbu x negatif (ke kiri) atau sumbu y negatif (ke bawah), maka gaya tersebut bernilai negatif. Kita cukup menulis tanda negatif di depan angka yang menyatakan besar gaya.

Contoh :

Amati gambar di bawah

Keterangan gambar :

F = gaya tarik

Fg = gaya gesek

N = gaya normal

w = gaya berat

m = massa

g = percepatan gravitasi

Benda ini dikatakan berada dalam keadaan diam, karena jumlah semua gaya yang bekerja pada-nya = 0. Sekarang coba kita tinjau setiap gaya yang bekerja pada benda.

Gaya yang bekerja pada komponen horisontal (sumbu x) :

Gaya tarik (F) dan gaya gesek (fg) mempunyai besar yang sama. Arah kedua gaya ini berlawanan. Arah gaya tarik ke kanan atau menuju sumbu x positif (bernilai positif), sebaliknya arah gaya gesekan ke kiri atau menuju sumbu x negatif (bernilai negatif). Karena besar kedua gaya sama (ditandai dengan panjang panah) dan arahnya berlawanan, maka jumlah kedua gaya ini = 0.

Gaya yang bekerja pada komponen vertikal (sumbu y) :

 Pada komponen vertikal (sumbu y), terdapat gaya berat (w) dan gaya normal (N). Arah gaya berat tegak lurus menuju pusat bumi atau menuju sumbu y negatif (bernilai negatif), sedangkan arah gaya normal berlawanan dengan arah gaya berat atau menuju sumbu y positif (bernilai positif) . Karena besar kedua gaya ini sama sedangkan arahnya berlawanan maka kedua gaya saling melenyapkan.

Benda pada contoh di atas berada dalam keadaan seimbang alias diam, karena gaya total atau jumlah semua gaya yang bekerja pada benda, baik pada sumbu horisontal maupun sumbu vertikal = 0.

Contoh 2 :

Amati gambar di bawah

Pada benda ini juga bekerja gaya berat dan gaya normal, seperti benda pada contoh 1. Tapi gurumuda tidak menggambar komponen gaya berat dan gaya normal, karena kedua gaya itu saling melenyapkan. Pada kedua sisi benda dikerjakan gaya seperti yang tampak pada gambar. Besar kedua gaya sama, tetapi berlawanan arah. Apakah benda akan tetap dalam keadaaan seimbang alias diam ? tentu saja tidak… benda akan berotasi.

Untuk membantumu memahami hal ini, coba letakkan sebuah buku di atas meja. Selanjutnya, berikan gaya pada kedua sisi buku itu, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Ketika kita memberikan gaya pada kedua sisi buku, itu sama saja dengan kita memutar buku. Tentu saja buku akan berputar alias berotasi. Dalam hal ini buku tidak berada dalam keadaan seimbang lagi.

Berdasarkan contoh 2 ini, bisa dikatakan bahwa untuk membuat sebuah benda tetap diam, syarat 1 saja belum cukup. Kita masih membutuhkan syarat tambahan.

Catatan :

Pada contoh 2 di atas, sebenarnya pada benda itu dikerjakan torsi. Torsi = gaya (F) x lengan gaya (l). Panjang lengan gaya (l) diukur dari sumbu rotasi benda tersebut. Dalam hal ini, yang membuat benda berputar adalah torsi total. Jika kita menganggap tidak ada gaya gesekan pada benda di atas, maka torsi total adalah jumlah torsi yang ditimbulkan oleh kedua gaya itu. Arah rotasi benda searah dengan putaran jarum jam, sehingga kedua torsi bernilai negatif (tidak saling melenyapkan).

Syarat Kedua

Dalam dinamika rotasi, kita belajar bahwa jika terdapat torsi total yang bekerja pada sebuah benda (benda dianggap sebagai benda tegar), maka benda akan melakukan gerak rotasi. Dengan demikian, agar benda tidak berotasi (baca : tidak bergerak), maka torsi total harus = 0. Torsi total = jumlah semua torsi yang bekerja pada benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Persamaan Hukum II Newton untuk gerak rotasi :

 Ketika sebuah benda diam (tidak berotasi), benda tidak punya percepatan sudut (alfa). Karena percepatan sudut = 0, maka persamaan di atas berubah menjadi :

Contoh 1 :

Amati gambar di bawah. Dua benda, masing-masing bermassa m₁ dan m₂ diletakkan di atas papan jungkat-jungkit (m₁ = m₂). Lengan gaya untuk gaya berat m₁ = l₁, sedangkan lengan gaya untuk gaya berat m₂ = l₂ (l₁ = l₂). Papan jungkat-jungkit tidak bergerak alias berada dalam keadaan seimbang, karena m₁ = m₂ dan l₁ = l₂. Arah rotasi itu sengaja gurumuda gambar, untuk menunjukkan kepada dirimu bahwa jungkat-jungkit juga bisa berotasi.

Gambar di atas disederhanakan sehingga yang kita tinjau hanya komponen gaya, lengan gaya dan torsi yang bekerja pada benda.

 Sekarang kita tinjau torsi yang bekerja pada papan jungkat-jungkit di atas. Jika kita menganggap gaya F₁ bisa menyebabkan papan jungkat jungkit bergerak ke bawah, maka arah putaran papan (sebelah kiri) berlawanan dengan arah gerakan jarum jam. Karena arah putaran berlawanan dengan jarum jam, maka Torsi 1 (bagian kiri) bernilai positif.

Demikian juga, apabila kita menganggap gaya F₂ bisa menyebabkan papan berputar maka arah putaran papan (bagian kanan) searah dengan putaran jarum jam. Karena arah putaran papan searah dengan gerakan jarum jam, maka torsi 2 bernilai negatif. Tanda positif dan negatif ini cuma kesepakatan saja…

Catatan :

Gaya yang diakibatkan oleh benda bermassa pada papan jungkat-jungkit sebenarnya merupakan gaya berat (w). Gurumuda menulis F saja biar dirimu bisa langsung nyambung dengan persamaan torsi.

Torsi 1 dan torsi 2 sudah kita kupas tuntas. Kita oprek persamaan syarat kedua agar benda tetap dalam keadaan seimbang :

 Selesai… ini cuma gambaran kasar. Dirimu bisa menggunakan contoh itu untuk mengoprek soal2 lainnya yang berkaitan dengan syarat 2…..

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga