Besaran dan Satuan

Dalam fisika, segala sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka dinyatakan dengan besaran. Sesuatu yang dapat digunakan sebagai pembanding disebut sebagai satuan. Besaran dan satuan memiliki keterkaitan dalam pengukuran. Setiap melakukan pengukuran kita menggunakan besaran serta satuan sebagai pembandingnya. Sebagai contoh: Terdapat pernyataan “ketika kita melakukan pengukuran massa 1 kg gula pasir dengan menggunakan neraca”. Pada pernyataan tersebut massa merupakan besaran dan satuan besaran tersebut adalah kg. Besaran-besaran dalam Fisika jumlahnya sangat banyak jumlahnya, dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Perbedaan kedua besaran ini dapat Anda lihat pada penjelasan berikut ini:

Besaran Pokok

Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu. Besaran pokok digunakan untuk menetapkan satuan-satuan besaran yang lain. Di Indonesia biasanya orang mengukur panjang dengan satuan meter, tetapi untuk negara-negara yang lain terkadang menggunakan satuan mil, kaki bahkan jengkal. Untuk melakukan penyeragaman satuan, maka dibuatlah standar satuan yang telah memenuhi beberapa syarat penting yaitu; bersifat internasional,bersifat tetap, mudah ditiru setiap orang yang memerlukannya.
Besaran-besaran yang sudah diresmikan menjadi besaran standar dinamakan dengan Sistem Internasional (SI). Dalam sistem SI terdapat tujuh besaran beserta satuannya, yaitu:

Besaran Panjang

Satuan panjang standar disebut meter standar. Berdasarkan penelitian dan penetapan para ahli, mula-mula satu meter standar didefinisikan sebagai 1/10.000.000 kali jarak ekuator ke kutub utara melalui kota paris. Dengan penelitian lebih lanjut dikemukakan para ahli bahwa satu meter standar merupakan jarak antara dua garis/goresan batang platina-iridium yang bersuhu 00C, yang disimpan di Sevres (prancis).
Karena adanya perkembangan teknologi maka para ahli mengadakan penelitian menggunakan alat yang lebih canggih, sehingga diperoleh kesimpulan bahwa satu meter standar adalah jarak yang sama dengan 1.650.763,73 kali panjang gelombang cahaya merah jingga yang dipancarkan oleh atom-atom gas kripton-86 di dalam ruang hampa pada suatu lucutan listrik. Selanjutnya, pada tahun 1983 definisi satu meter standar kembali diperbaharui. Pada tahun tersebut ditetapkan bahwa satu meter standar adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam vakum dalam waktu 1/299.792.458 sekon. Selain kita kenal satuan besaran panjang dalam SI yaitu meter. Besaran panjang juga memiliki satuan yang lain, misalnya km, hm, inchi dan sebagainya. Dari beberapa satuan tersebut dapat dikonversikan ke meter. Konversi satuan panjang dapat kamu pelajari pada tangga urutan satuan berikut:

Sedangkan konversi satuan besaran panjang yang lain:

1 inchi = 2, 45 cm

1 yard = 91, 44 cm

1 mil = 1 609, 34 m

1 feet = 30, 48 cm

Besaran Massa

Besaran massa merupakan besaran yang dikenal sebagai “berat” dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya ketika kamu ditanya, berapa “berat” badanmu? Secara spontan kamu akan jawab 40 kg, 38 kg atau 39 kg, padahal dalam Fisika pertanyaan ini adalah pertanyaan yang salah. Mengapa demikian? Karena kata berat bukanlah besaran yang tepat untuk pertanyaan dan jawaban tersebut. Seharusnya kata berat tersebut diganti dengan kata massa, karena yang memiliki satuan kg adalah besaran massa. Jadi, dapat dikatakan bahwa berat dan massa adalah dua besaran yang berbeda. Satuan besaran massa dalam SI adalah kilogram. Satu kilogram standar didefinisikan sebagai massa sebuah silinder platina iridium yang disimpan di Lembaga berat dan Ukuran Internasional. Kemudian definisi tersebut diperbaharui, bahwa masa satu kilogram sama dengan massa satu liter air murni yag bersuhu 40C. Konversi satuan dari besaran massa disajikan sebagai berikut:

1 ton = 1000 kg

1 kuintal = 100 kg

1 pound = 0,454 kg

 

Besaran Waktu

Satuan besaran waktu dalam SI adalah sekon. Pada awalnya sekon standar ditetapkan berdasarkan perputaran bumi pada porosnya. Kemudian satu sekon atau detik didefinisikan 1/86.400 hari matahari rata-rata. Dan pada akhirnya satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh atom Cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770″.

Satuan besaran waktu yang lain

1 menit = 60 sekon

1 jam = 3 600 sekon

1 hari = 86 400 sekon

 

Besaran Suhu

 
 

Besaran Arus Listrik

Besaran Jumlah Zat

Besaran Intensitas Cahaya

   
 

Untuk mempermudah penulisan besaran-besaran fisika dalam SI yang merupakan kelipatan factor 10 n, dapat digunakan satu awalan pada satuan, sehingga diperoleh satuan yang lebih     kecil atau lebih besar. Dalam satuan SI dikenal awalan-awalan, berikut ini adalah nama awalan-awalan dari satuan SI

Eksa (E) = 1 000 000 000 000 000 000 = 1018

Peta (P) = 1 000 000 000 000 000 = 1015

Tera (T) = 1 000 000 000 000 = 1012

   
 

Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari satuan besaran pokok. Sedangkan satuan besaran turunan adalah satuan yang diturunkan dari satuan besaran pokok.

Contoh besaran turunan seperti pada tabel berikut ini:

No 

Besaran turunan 

Diturunkan dari besaran pokok 

Lambang Satuan 

1 

Luas  

Panjang 

m2

2

Massa jenis 

Massa, panjang 

kgm-3

3

Kecepatan 

Panjang, waktu 

Ms-1

4

Gaya 

Massa, panjang, waktu 

kgms-2 (newton)

5

Energi 

Massa, panjang, waktu  

kgm2s-2 (joule)

6

Daya  

Massa, panjang, waktu 

Kgm2s-3(watt)

7

Tekanan  

Massa, panjang, waktu 

Kgm-1s-2 (pascal)

Soal Latihan

  1. Sebutkan tujuh besaran pokok beserta satuannya!
  2. Apakah perbedaan antara besaran pokok dan besaran turunan?
  3. Setarakan satuan berikut ini:
    1. 20 000 mm     = …     m
    2. 40 nm         = …     km
    3. 103 kg         = …     g
  4. Massa jenis suatu zat 1 g/cm3. Nyatakan dalam kilogram per meter kubik!

Kecepatan sebuah kendaraan 120 m/s. Nyatakan dalam satuan km/jam!

Hukum Grafitasi Newton

  1. Gaya Gravitasi

Gaya adalah tarikan atau dorongan yang dapat menyebabkan perubahan gerak dan bentuk benda. Sebuah benda jika dikenai gaya akan menyebabkan benda berubah bentuk, arah gerak. Gaya digolongkan menjadi dua, yaitu gaya sentuh dan gaya tak sentuh. Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda melalui sentuhan. Contohnya: gaya otot dan gaya pegas. Adapun gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja pada benda tanpa melalui sentuhan. Contohnya: gaya gravitasi, gaya magnet, dan gaya listrik.

Gaya bisa membuat sebuah benda diam menjadi bergerak, membuat sebuah benda mengalami percepatan dan perlambatan dan juga membuat sebuah benda dapat bergerak melingkar. Gaya juga akan menyebabkan perubahan bentuk atau biasa disebut dengan deformasi.

Seorang ilmuwan yang bernama Sir Isaac Newton melakukan percobaan dan penelitian mengenai kecenderungan gerak benda di angkasa. Kemudian beliau menyimpulkan bahwa planet-planet tetap berputar mengelilingi matahari karena kedua benda itu saling tarik menarik. Tarikan demikian dalam suatu jarak tertentu disebut sebagai gravitasi.

Kemudian Newton mengemukakan Hukum Gravitasi Umum yang berbunyi “Setiap partikel di alam ini menarik setiap partikel lain dengan gaya yang sebanding dengan massa partikel dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara partikel tersebut”.

Secara matematis Hukum Gravitasi Newton dinyatakan dengan persamaan


Keterangan:    

m1 =     massa benda pertama (kg)

m2 =     massa benda kedua (kg)

r =     jarak antara kedua benda (meter)

G =     Konstanta gravitasi Umum (G = 6,673 x 10-11Nm2/kg2)

F =     gaya gravitasi antara kedua benda (N)

Gaya gravitasi yang bekerja antara antara dua buah benda merupakan gaya aksi-reaksi.


Benda A menarik benda B dan sebagai reaksinya benda B menarik benda A. Sesuai dengan hukum III Newton maka kedua gaya tarik ini sama besar tetapi berlawanan arah.

Konstanta gravitasi pertama kali diukur oleh Sir Henry Cavendish dengan menggunakan alat yang terdiri dari dua bola kecil yang bermassa m. Kedua bola tersebut dihubungkan oleh sebatang tongkat kecil mendatar. Tongkat digantung dengan seutas kawat logam kecil. Dua benda yang massanya lebih besar didekatkan pada kedua benda. Gaya tarik antara massa besar dan massa kecil akan memutar tongkat tersebut. Sudut simpangan tongkat diukur dengan mengukur besarnya sudut simpangan sinar yang dipantulan oleh cermin.

Dengan menentukan sudut simpangan maka Cavendish mampu menentukan nilai konstanta gravitasi yang besarnya 6,67259 x 10-11 Nm2/kg2

Contoh Soal

Seorang astronot di bumi memiliki berat 800 N. Kemudian astronot itu naik pesawat meninggalkan bumi hingga mengorbit pada ketinggian R (R = jari-jari bumi = 6.380 km). G = 6,67.10-11 Nm2kg-2. Berapakah berat astronot tersebut pada orbit tersebut?

Penyelesaian

Diketahui:     R1 = R = 6.380 km = 6,38.106 m

        F1 = 800 N

        R2 = R + R = 2 x 6,38.106 = 1,276×107 m

Ditanya:    F2 = ?

Jawab:

Berat astronot merupakan gaya gravitasi bumi. Sehingga sebanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua.

F2 = 200 N

Tugas Mandiri

  1. Hitunglah gaya gravitasi antara m1 = 50 kg dan m2 = 80 kg yang berjarak 1 m, G = 6,7 x 10-11Nm2kg-2
  2. Sebuah pesawat angkasa yang massanya 3000 kg mengorbit bumi yang jari-jarinya 1,3 x 107 m. Jika massa bumi adalah 6 x 1024 kg, tentukan besar gaya gravitasi yang bekerja pada pesawat!(G = 6,67 x 10-11 Nm2/kg2).
  3. Dua buah netron terpisah pada jarak 10-15 m. Hitung gaya tarik menarik kedua netron tersebut, jika massa netron 1,7 x 10-27 kg. Tetapan umum gravitasi G = 6,7 x 10-11 Nm2/kg! 1,9 x 10-34 N

 

  1. Percepatan Gravitasi

Gravitasi bumi merupakan sifat bumi yang menarik semua benda ke arah pusat bumi. Gaya tarik bumi terhadap benda-benda ini dinamakan gaya gravitasi bumi. Percepatan gravitasi atau kuat medan gravitasi adalah gaya gravitasi per satuan massa. Percepatan gravitasi dapat ditulis dengan:


Keterangan:

M = Massa bumi ( kg)

r = jarak titik ke pusat bumi (m)

g = percepatan gravitasi di permukaan bumi (m/s2)

R = jari-jari bumi (m)

Percepatan akibat gravitasi tidak tergantung pada bentuk, ukuran, sifat dan massa benda yang ditarik. Tetapi percepatan benda bergantung pada:

  1. ketinggian

    Percepatan gravitasi bumi pada ketinggian h dari permukaan bumi adalah


    jika percepatan gravitasi di permukaan bumi adalah g0 maka berlaku persamaan


    Jika h bernilai kecil misalnya 10 km maka akan berlaku persamaan


    Dari kedua persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa percepatan gravitasi bumi berkurang jika seseorang naik dari permukaan bumi.

    Percepatan gravitasi dari planet-planet dapat dilihat pada tabel berikut:

    Tabel Percepatan Gravitasi Planet-Planet

No 

Planet 

Percepatan Gravitasi (N/kg)

Merkurius

0,38

Venus

0,9

Bumi

1

Mars

0,38

Yupiter

2,87

Saturnus

1,32

Uranus

0.93

Neptunus

1,23

 

  1. kedalaman

    Percepatan akibat gravitasi bumi pada kedalaman h adalah


    persamaan di atas menunjukkan bahwa semakin dalam suatu tempat maka akan semakin kecil percepatan gravitasinya

  2. letak lintang.

    Bentuk bumi tidaklah bulat, akan tetapi pepat. Jari-jari bumi pada kutub bumi lebih kecil dibanding jari-jari di katulistiwa. Dengan fakta sedemikian rupa maka percepatan gravitasi di kutub lebih besar daripada percepatan gravitasi pada ekuator.

    Tabel Percepatan gravitasi di berbagai tempat

No 

Tempat 

Lintang 

Gravitasi (m/s2)

Kutub utara

90°

9,832

Greenland

70°

9,825

Stockholm

59°

9,818

Brussels

51°

9,811

Banff

51°

9,808

New York

41°

9,803

Chicago

42°

9,803

Denver

40°

9,796

San Fransisco

38°

9,800

10 

Canal Zone

9,782

11 

Jawa

9,782

Selain ketiga besaran di atas percepatan gravitasi juga dipengaruhi oleh rotasi bumi, tarikan planet, bintang dan benda angkasa lain serta gaya hambat udara. Meskipun besaran-besaran tersebut tidak berpengaruh besar pada percepatan gravitasi.

Contoh Soal

Dua buah benda A dan B masing-masing bermassa 2 kg dan 4,5 kg terpisah sejauh 5 meter, titik C berada diantara garis hubung benda A dan B, jika kuat medan di titik C adalah nol, tentukanlah jarak AC


Penyelesaian

Diketahui:     mA = 2 kg

        mB = 4,5 kg

        AB = 5 m

        EC = 0

Ditanya:     AC = … ?

Jawab:










m

Hukum gravitasi dapat digunakan untuk menghitung massa bumi dan kecepatan satelit

  1. menghitung massa bumi

    Massa bumi dapat ditentukan menggunakan nilai konstanta gravitasi yang telah ditentukan oleh Cavendish. Jika massa bumi M dan jari-jari bumi R = 6,37 x 106 m dan bumi dianggap bulat sempurna. Dengan menggunakan rumus percepatan akibat gravitasi bumi, maka besarnya massa bumi ditentukan dengan persamaan



  2. menghitung kecepatan satelit

    satelit merupakan benda yang bergerak mengelilingi benda lain yang bermassa lebih besar. Banyak sekali satelit yang diluncurkan untuk kepentingan komunikasi, militer dan riset teknologi. Hukum gravitasi newton dapat digunakan untuk menentukan kecepatan satelit. Gaya yang digunakan untuk mengeliligi benda lain disebut dengan gaya sentrifugal. Sehingga besarnya kecepatan satelit ditentukan dengan persamaan



    Contoh Soal

    Sebuah satelit berputar mengorbit bumi dengan ketinggian 3600 km, jika jari-jari bumi adalah 6400 km dan percepatan grafitasi di permukaan bumi adalah 10 m/s2. Tentukanlah kelajuan linier satelit mengorbit bumi

Penyelesaian

Diketahui    h = 3600 km = 3,6.106 m

        r = 6400 km =6,4.106 m

        g = 10 m/s2

Ditanya;     v = … ?

Jawab:



m/s

Tugas Mandiri

  1. Percepatan grafitasi pada permukaan bumi adalah 10 m/s2, jika planet Mars memiliki jari-jari ½ dari jari-jari bumi, dan massa planet Mars 1/5 massa bumi, tentukan percepatan grafitasi di permukaan planet Mars!
  2. Dua benda A dan B masing-masing bermassa 25 kg dan 4 kg. Keduanya berjarak 7 m. Tentukan letak titik P yang kuat medannya nol! Jarak titik P ke A adalah 5 m
  3. Percepatan akibat gravitasi di planet jupiter 25,9 m/s2. Hitung jari-jari planet jika massa jenis planet 1,33 gr/cm3! 6,97 x 107 m

 

  1. Energi Potensial dan Potensial gravitasi

Energi potensial gravitasi yang dimiliki benda m jika dipengaruhi oleh medan gravitasi besarnya:

Keterangan :

Ep = energi potensial gravitasi (J)

M = massa benda yang menimbulkan medan gravitasi ( kg)

m = massa benda yang berada di dalam medan gravitasi (kg)

r = jarak antara m dengan m (m)

Contoh Soal

Sebuah pesawat antariksa bermassa 1 ton akan diluncurkan dari permukaan bumi. Jari-jari bumi R = 6,38.106 m dan massa bumi 5,98.1024kg. Tentukan energi potensial pesawat saat di permukaan bumi,

Penyelesaian

Diketahui:    m = 1 ton = 103 kg

        R = 6,38.106 m

        M = 5,98.1024 kg

Ditanya:     Ep = …?

Jawab:

Energi potensial pesawat sebesar:

Energi potensial gravitasi per satuan massa disebut dengan potensial gravitasi. Besarnya potensial gravitasi dapat dinyatakan dengan

    

Potensial gravitasi merupakan besaran skalar, jadi jika ada beberapa titik yang ditimbulkan oleh dua pusat massa atau lebih dihitung dengan cara menjumlahkan potensial gravitasi masing-masing.

Tugas Mandiri

  1. Tentukan energi yang diperlukan untuk mengangkat benda yang bermassa 16 kg ke angkasa luar jika massa bumi 6,0 x1024 kg, percepatan gravitasi 6,7 x 10 -11 Nm2/kg dan jari-jari bumi 6,4 x 106 m!
  2. Sebuah benda bermassa 40 kg diluncurkan dari permukaan bumi. Jika massa bumi 6,0 x 1024 kg dan jari-jari 6,4 x 106 m, tentukan energi potensial gravitasi pada ketinggian setengah jari-jari bumi!
  3. Tiga buah partikel bermassa masing-masing 5,0 gram terletak di titik-titik sudut sebuah segitiga sama sisi yang memiliki panjang sisi 30 cm. Hitunglah potensial gravitasi di titik pusat segitiga! -33,5 x 10-13 J/kg

 

  1. Hukum Keppler

Hukum I Kepler menyatakan bahwa:

Semua planet bergerak dalam lintasan elips mengitari matahari dengan matahari berada pada salah satu titik fokusnya

Gambar lintasan ellips

 

Dengan a menyatakan setengah sumbu panjang dan b menyatakan setengah sumbu pendek. Jika e menyatakan eksentrisitas elips maka

Titik Perihelium merupakan titik terdekat dari matahari yang dapat ditentukan dengan persamaan

Titik aphelium meyatakan titik terjauh dari matahari yang dapat ditentukan dengan persamaan

Hukum II Kepler menyatakan bahwa garis khayal yang menghubungkan matahari dengan planet menyapu luas juring yang sama dalam waktu yang sama.

Gambar. hukum II Kepler

Hukum III Kepler menyatakan bahwa perbandingan kuadrat periode T terhadap pangkat tiga dari setengah sumbu panjang elips R, adalah sama untuk semua planet

    atau    

Keterangan :

T = Periode revolusi planet

R = jarak antara planet dan matahari

G = Tetapan gravitasi umum

M = Massa planet

Contoh Soal

Sebuah planet A yang berada di tata surya berjarak 4.1011 m dari matahari dan periode revolusi plante tersebut adalah 1000 hari, jika planet B terletak sejauh 1011 m dari matahari, maka berapakah periode revolusi planet B

Penyelesaian

Diketahui;     R1 = 4.1011 m

        T1 = 1000 hari

        R2 = 1011 m

Ditanya;     T2 = … ?

Jawab

hari

Tugas Mandiri

  1. Planet jupiter memiliki jarak orbit ke matahari yang diperkirakan sama dengan empat kali jarak orbit bumi ke matahari. Periode revolusi bumi mengelilingi matahari 1 tahun. Berapakah periode jupiter tersebut mengelilingi matahari?
  2. Dua planet P dan Q mengorbit Matahari. Perbandingan antara jarak planet P dan planet Q ke matahari adalah 4 : 9. Apabila periode planet P mengelilingi matahari adalah 24 hari, tentukan periode planet Q! 81 hari
  3. Jarak rata-rata Mars dan Matahari adalah 1,52 kali jarak rata-rata Bumi dan Matahari. Dari hukum Keppler, hitung berapa tahun diperlukan Mars untuk membuat satu putaran mengitari Matahari! 1,87 tahun

 

Soal Ulangan Harian Hukum Grafitasi Newton

USAHA DAN PANAS DALAM PROSES TERMODINAMIKA

Dalam pendekatan makroskopis untuk termodinamika, gambarkan keadaan sistem menggunakan variabel seperti tekanan, volume, suhu, dan energi internal. Jumlah variabel makroskopik diperlukan untuk menandai sebuah sistem tergantung pada sifat sistem. Untuk sistem homogen, seperti gas hanya mengandung satu jenis molekul, biasanya hanya dua variabel yang dibutuhkan. Namun, penting untuk dicatat bahwa keadaan makroskopik dari suatu sistem yang terisolasi dapat ditentukan hanya jika sistem dalam kesetimbangan termal internal. Dalam kasus gas dalam ruang tertutup, kesetimbangan termal mengharuskan setiap bagian dari gas berada pada tekanan dan suhu yang sama.


Perhatikan gas yang berada dalam silinder yang dilengkapi dengan piston bergerak. Pada kesetimbangan, gas menempati volume V dan memberikan suatu tekanan seragam P pada dinding silinder dan pada piston. Jika piston mempunyai luas penampang A, Gaya yang diberikan oleh gas pada piston adalah F = P.A. Sekarang mari kita asumsikan bahwa gas mengembang kuasi-statis, yaitu, perlahan-lahan cukup untuk memungkinkan sistim untuk tetap dasarnya dalam kesetimbangan termal setiap saat. Saat piston bergerak naik sebuah dy jarak, kerja yang dilakukan oleh gas pada piston adalah


 

Materi fluida yang bukan benda cair, mungkinkah ?

L.T. Handoko (GFTK LIPI)

Secara kasat mata, dan umumnya awam memandang, benda (materi) bisa dibedakan menjadi 3 jenis : padat, cair dan gas. Pandangan ini jelas tidak salah dan merupakan salah satu hukum fisika paling dasar yang telah dikenal sejak awal peradaban manusia.

Tetapi tahukah Anda bahwa hukum-hukum fisika yang dipakai untuk menjelaskan aneka fenomena, khususnya yang berskala makro, dari ketiga jenis materi diatas adalah sama. Ketiganya dijelaskan dan direpresentasikan memakai hukum mekanika klasik Newton ! Secara fisika ini berarti ketiga jenis materi diatas bukan merupakan materi elementer, alias pada hakekatnya merupakan materi yang sama…

Pembedaan pada ketiga jenis benda diatas hanya pada jenis gaya yang bekerja pada masing-masing jenis sesuai skala fisika yang mendasari fenomena yang dikaji. Misal, untuk fenomena benda cair dalam kapiler dikenakan gaya viskositas dan tekanan sehingga diperoleh persamaan gerak Navier-Stokes. Untuk benda padat yang jatuh bebas, gaya yang bekerja didominasi oleh gravitasi bumi sehingga diperoleh persamaan gerak gravitas dan seterusnya. Demikian juga dengan aneka fenomena terkait aliran udara makro, iklim dan sebagainya yang sebagian besar dikaji dengan memakai gaya-gaya fluida. Karena secara kasat mata, dinamika aliran udara bisa dianggap sama dengan aliran cairan.

Tetapi fokus utama tulisan ini bukan membahas gaya-gaya klasik dan aneka persamaan gerak yang muncul di aneka fenomena makroskopik seperti diatas. Tulisan ini akan mengungkap “kemungkinan” penjelasan “fenomena fluida” di level mendekati partikel elementer yang dikenal sebagai quark-gluon-plasma (QGP) memakai teori partikel elementer berbasis interaksi materi elementer “padat”.

Fenomena partikel jumlah banyak sebagai dinamika fluida

Seringkali awam menganggap kemampuan manusia menciptakan teori untuk menjelaskan fenomena alam sudah sangat maju, terlebih dengan aneka terobosan teknologi aplikatif yang telah dinikmati dan menjadi ikon peradaban manusia modern dewasa ini. Tetapi yang terjadi sebenarnya adalah seluruh teknologi aplikatif yang ada merupakan efek pencapaian teori sampai awal abad XX, alias sebelum era Einstein ! Teknologi yang dikembangkan masih berkutat seputar aplikasi teori mekanika klasik Newton (untuk semua teknologi mekanis) dan teori Maxwell (untuk teknologi elektronik). Itulah sebabnya era teknologi saat ini disebut sebagai “elektron”-ika, karena semuanya berbasis aliran elektron yang merupakan dasar dari teori Maxwell untuk menjelaskan gaya listrik dan magnet (elektromagnetik).

Kembali ke masalah QGP, QGP merupakan fenomena dimana tumbukan dari dua hadron yang dipercepat menghasilkan suatu keadaan fisis yang disebut plasma sebelum menjadi hadron lain yang bisa diobservasi eksperimen. Fenomena ini terjadi di semua tumbukan partikel, tetapi selama ini tidak terlihat karena keterbatasan kemampuan detektor. Detektor modern dengan resolusi waktu yang tinggi memungkinkan manusia untuk “memotret” fenomena yang terjadi segera setelah hadron bertumbukan namun sebelum menghasilkan partikel hadron akhir. Eksperimen tercanggih untuk melihat fenomena ini dilakukan oleh kolaborasi ALICE di LHC CERN (lihat tulisan dengan judul Large Hadron Collider – LHC : Awal dari sebuah Akhir ?).

Berlawanan dengan kemajuan eksperimen, penjelasan teoritis untuk QGP masih sangat prematur. Secara garis besar ada 2 penjelasan umum, yaitu yang berdasarkan teori fluida relativistik (seperti mekanika fluida klasik tetapi memiliki sifat relativistik), serta kalkulasi berbasis QCD (quantum chromodynamics / teori gaya kuat). Karena produksi plasma merupakan hasil interaksi kuat (antar hadron), maka dipercaya interaksi yang dominan adalah interaksi kuat dengan mediasi partikel gluon. Tetapi karena plasma berisi banyak partikel gluon dan kuark, tidak bisa dilakukan kalkulasi standar di fisika partikel. Untuk itu dilakukan kalkulasi secara numerik dengan lattice QCD.

Dilain pihak, pendekatan ala dinamika fluida dimotivasi oleh kondisi plasma yang berupa campuran gluon dan kuark yang membentuk “awan” seperti layaknya fluida. Meski pendekatan ini lebih mudah dikalkulasi, secara teori kurang “menjual” karena bersifat ad-hoc, yaitu sekedar menjelaskan fenomena eksperimen dan bukan menjelaskan “apa dan mengapa” hal tersebut terjadi…

Untuk itulah grup kami melakukan kajian diantara kedua “mashab” diatas. Pendekatan kami adalah memulai semuanya dari teori interaksi kuat berbasis QCD. Karena QCD bersama dengan teori Glashow-Weinberg-Salam, disebut Model Standar, telah diverifikasi kebenarannya melalui ribuan eksperimen fisika partikel selama 6 dekade terakhir. Tetapi jelas QCD tidak dapat begitu saja dipakai akibat jumlah partikel berinteraksi yang sangat besar. Sebagai gambaran, kalkulasi analitik yang bisa dilakukan umumnya hanya mencakup 3 atau 4 partikel saja, sedangkan di dalam sebuah sistem QGP bisa meliputi 103 sampai 104 partikel baik gluon maupun kuark dan anti-kuark !

Pendekatan kedua adalah, dari teori QCD yang direpresentasikan dalam bentuk lagrangian seperti gambar diatas, kami membangun teori efektif fluida relativistik. Karena lagrangian di fisika partikel selalu relativistik, kami cukup mencari persamaan gerak relaivistik dari lagrangian tersebut. Setelah melakukan kajian selama lebih kurang 3 tahun (!!!), kami menemukan bahwa teori efektif tersebut bisa dicapai dengan mengganti bentuk vektor polarisasi εμa di dalam gluon Gμa menjadi kecepatan 4 dimensi vμa. Kecepatan disini menunjukkan kecepatan “partikel fluida” pembentuk fluida yang sebenarnya. Dengan kata lain teori ini menginterpretasikan fluida elementer dalam bentuk partikel boson.

Mengapa kesimpulan diatas bisa diambil ? Seperti bisa dibaca di publikasi yang telah diterbitkan tahun lalu [1], dari lagrangian diatas bisa dibentuk persamaan gerak relativistik, yang apabila diambil batas non-relativistik (kecepatannya jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya), persamaan gerak tersebut mereproduksi persamaan Euler untuk fluida klasik ! Entah ini kebetulan ataukah memang demikian hukum alam yang berlaku, kita tunggu konfirmasi dari eksperimen…;-).

Cerita dibalik ide

Detail cerita dan kesimpulan diatas mungkin menarik dan cukup kontroversial untuk para pelaku penelitian di bidang ini. Tetapi untuk awam mungkin sama sekali tidak ada artinya…;-(. Mungkin yang lebih menarik bagi awam adalah mengapa grup kami mulai melakukan dan sampai pada hasil seperti diatas, terlebih mengingat saya yang fisikawan partikel murni dilain pihak Sulaiman yang berkutat dengan pemodelan laut…

Semuanya bermula saat Sulaiman yang peneliti di TISDA BPPT dan lulusan Jurusan GM ITB datang ke lab saya dan meminta saya menjadi pembimbing S2 di awal 2004 saat dia baru masuk menjadi mahasiswa S2 di Fisika UI. Mengingat latar-belakang dan minat Sulaiman yang lebih ke arah dinamika fluida, tentu saja saya cenderung menolak permintaannya. Tetapi rupanya Sulaiman berbeda dengan umumnya mahasiswa berbasis simulasi numerik, yang bersangkutan sangat tertarik dengan aspek teori dan selama di ITB mengikuti hampir semua kuliah fisika teori di Jurusan Fisika !

Catatan : Sulaiman sebenarnya pernah menjadi tenaga honorer peneliti di P2 Fisika LIPI di Bandung sesaat setelah lulus kuliah. Namun akibat tidak diangkat menjadi PNS sampai lebih kurang 2 tahun, akhirnya dia pindah ke BPPT…

Dengan segala kebimbangan dan keraguan akhirnya saya menerima Sulaiman sebagai mahasiswa. Seperti perlakuan ke mahasiswa lain, mereka wajib melakukan seminar mingguan di Kampus UI Depok. Khusus untuk Sulaiman, saya mensyaratkan dia untuk “memberikan kuliah” mekanika fluida ke saya. Karena saya merasa tidak paham, selain dari dulu saya tidak berminat mendalami fluida, atau memang dari awal dulu tidak begitu mengerti juga… Karena saya hanya mengikuti kuliah mekanika fluida di Kumamoto selama 1 semester, itupun sudah sekitar tahun 1990-an… Akhirnya Sulaiman bertindak sebagai guru saya selama lebih kurang 3 bulan dan memberi kuliah intensif mekanika fluida. Saya memiliki impresi yang kuat atas kuliah tersebut, dan menikmati serta mengagumi bagaimana bagusnya Sulaiman memaparkan isinya.

Catatan : Belakangan saya baru menyadari bahwa di Pengantar tesis Sulaiman (Construction of Navier-Stokes Equation using Gauge Field Theory Approach) tertulis : “penulis terpaksa harus mengajar pembimbing mekanika fluida dari level dasar, tetapi 3 bulan setelahnya beliau sudah jauh lebih jago fluida daripada saya…dst”.

Tetapi karena saya sudah telanjur terbentuk sebagai fisikawan partikel yang merepresentasikan teori dalam bentuk teori medan, saya merasa tidak nyaman dengan representasi fluida yang selalu berbasis persamaan gerak.

Akhirnya kami berdua sepakat untuk mencoba representasi teori fluida, khususnya yang relativistik, memakai teori medan. Cukup banyak try and error yang dilakukan sejak akhir tahun 2005 sampai dengan tahun 2008 dimana grup fluida kami bertambah dengan kehadiran seorang mahasiswa S3 (T.P Djun) dan seorang S1 (A. Fajarudin). Selama kurun waktu 2005-2007 kami berdua mencoba mempublikasikan hasil sementara saat itu. Tetapi… tidak ada satupun yang berhasil menembus jurnal (internasional) ! Permasalahan utama adalah akibat minimnya pengetahuan dasar kami berdua di bidang yang lintas disiplin tersebut. Inilah pentingnya pengetahuan dasar akan komunitas dan keberadaan seorang senior dalam sebuah grup penelitian. Saya, meski sudah seharusnya menjadi senior, menjadi tidak berarti karena anak bawang di bidang tersebut…;-(.

Kebuntuan ini akhirnya terpecahkan setelah secara tidak sengaja dalam sebuah konferensi di luar negeri saya bertemu seorang ilmuwan eksperimentalis di bidang tumbukan ion berat yang tergabung dalam kolaborasi ALICE di LHC. Beliau dengan cepat langsung menukas bahwa model kami sangat relevan untuk kasus QGP. Masukan ini seolah memberi darah segar kepada saya waktu itu, dan langsung dalam bulan-bulan berikutnya kami mengubah strategi substansi dan penulisan paper kami ke arah penjelasan untuk QGP. Sebelumnya kami pernah mengarahkan ke mekanika fluida, yang tentu saja sama sekali tidak bisa dipahami oleh komunitas klasik. Juga ke arah kosmologi, tetapi saat itu masih terlalu prematur meski sebenarnya fenomena QGP sangat relevan di kosmologi.

Hikmah…

Apa hikmah di balik sejarah kecil ini ? Penelitian tidak selalu berjalan mulus dan lancar, terlebih bila Anda melakukan penelitian yang bersifat pionir dan bukan mengikuti tren global. Tetapi seyogyanya tanpa penelitian semacam ini, sejarah menunjukkan tidak akan ada terobosan. Meski tentu saja tidak semua hasil penelitian semacam ini akan berhasil menjadi salah satu pembentuk tren di masa depan.

Kesabaran dan keuletan diperlukan dalam sebuah penelitian. Saya sering melakukan penelitian yang bisa selesai menulis paper dan sekaligus diterbitkan dalam waktu kurang dari 3 bulan. Sebaliknya seperti cerita diatas, keberanian untuk “berjudi” dengan menghabiskan waktu 3 tahun tanpa publikasi adakalanya diperlukan. Seperti juga kehidupan dengan gelombang pasang surutnya, penelitian juga mengalami pasang surut. Disinilah perlunya spirit dasar bahwa kita melakukan penelitian sebagai bagian dari “kesenangan” dan “capaian hidup”, lebih daripada sekedar untuk memiliki paper, atau apalagi hanya untuk mendapat kredit untuk kepangkatan.

Saat ini turunan dan aplikasi teori ini sedang kami aplikasikan untuk menghitung fenomenologi QGP, juga fenomena kosmologi seperti early universe serta fenomena non-relativistik skala nano seperti dinamika DNA (dengan mengambil limit non-relativistik). Semoga semua bisa lancar terpublikasi dan tidak mengalami “babak-belur” seperti saat awal membangun teori ini. Akan saya laporkan kembali bila telah dipublikasikan…;-).

Referensi :

A. Sulaiman, A. Fajarudin, T.P. Djun, L.T. Handoko, “”Magnetofluid Unification in Yang Mills Lagrangian”, International Journal of Modern Physics A 24 (2009) 3630-3637 (DOI 10.1142/S0217751X09047284)

Sumber : Blog LIPI

Cara Kerja Kamera Digital

Apa itu kamera digital? Kamera digital adalah peranti yang menangkap gambar secara elektronis, dan menyimpannya dalam memori bukan di atas film. Selama beberapa tahun ini kamera digital telah mempermudah kita mengirim foto ke situs Web atau ke teman-teman kita lewat e-mail Tetapi foto digital tidak dapat dibandingkan dengan film saat kita hendak membagi kenangan kita ke teman atau keluarga seperti foto. Waktu terus berjalan dan sekarang telah ada kamera resolusi tinggi baru, dilengkapi dengan pencetak berkualitas foto, sehingga anda tidak membutuhkan film sama sekali. Harganya? Terus turun dan turun sehingga anda tak perlu lagi pergi ke lab foto memproses film anda.
Kamera menangkap gambar dengan sebuah jajaran sensor bukan lewat film dan menyimpannya pada memori flash. Meningkatkan berarti anda mendapatkan gambar berkualitas bagus, akibatnya ukuran file akan membengkak. Harga telah turun hingga $300, dan cukup untuk mengambil gambar biasa atau untuk Web. Bila memencet tombol untuk mengambil gambar–secara digital atau lewat film biasa–kamera akan melewatkan sinar yang masuk ke sebuah lensa. Pada kamera tradisional, sinar tersebut diterpakan pada film, terjadi kimia pada film dan mengubahnya menjadi negatif dari gambar tersebut. Gambar ini akan muncul jika film diproses menjadi foto.
Kamera menangkap gambar bukan dengan film tapi dengan jajaran sensor yang sensitif terhadap cahaya. Sensor yang biasa digunakan adalah -coupled device (CCD). Bentuknya adalah sebuah chip silikon seukuran kuku, CCD memiliki dioda yang sensitif terhadap cahaya pada grid di depannya. Menangkap Sebuah CCD dapat memiliki jutaan sensor di dalamnya. Tiap sensor menyimpan posisi dari kecerahan sebuah warna (merah, hijau, atau biru). Sebuah jajaran dengan sejuta sensor dapat dikatakan mampu menangkap data satu “megapixel”.
Data kecerahan ini dibaca, satu baris dalam satu waktu, dengan konverter analog-ke-digital (ADC) yang mengubah bacaan kecerahan (yang ditangkap CCD sebagai perubah voltase) menjadi data digital. Dengan membandingkan data dari perbedaan pixel merah, hijau, dan biru, ADC menentukan dan menyimpan warna dari tiap pixel. Sebagai contoh, bila merah, hijau, dan biru memiliki kecerahan maksimum, maka pixelnya menjadi putih. Bila kesemuanya dalam keadaan minimum, adalah hitam. Jutaan warna dapat dijelaskan sebagai berbagai perbedaan kecerahan pada tiga warna utama yang terbaca pada tiap pixel. Data kemudian dikoreksi warnanya, dikompres, dan disimpan di memory.
Pada kamera film, film berlaku sebagai penangkap gambar dan media penyimpan. Kamera digital menyimpan gambar sebagai file, seperti anda menyimpan file di komputer. Kamera digital tipe lama dan beberapa jenis awal menyimpan gambar pada chip memori di kamera itu sendiri. Bila memorinya telah penuh anda harus menghapus gambar yang tidak anda inginkan atau menyimpannya ke komputer untuk membersihkan isi memori. Kamera digital jenis baru menyimpan file gambar tersebut ke dalam memori flash. Pikirkanlah memori flash sebagai sebuah film digital. Memori flash adalah RAM, dengan RAM yang digunakan pada komputer anda, tetapi ada perbedaan utama: RAM sebuah komputer akan hilang datanya bila daya pada komputer dimatikan. Memori flash tetap menyimpan data yang terekam sampai anda berniat menghapus atau memindahkannya, walau tidak ada sumber daya yang tersambung padanya.
Bila anda telah menyimpan gambar tersebut, anda dapat menyimpannya ke PC untuk diedit atau dicetak. Kamera digital kebanyakan datang dengan kabel serial atau USB dan software yang memungkinkan anda mengirimkan file ke PC. Cara lain, anda dapat menggunakan pembaca flash card yang memungkinkan komputer anda membaca sebuah kartu memori seperti layaknya sebuah floppy disk. Beberapa printer memungkinkan anda mencetak langsung lewat memori flash. Dikutip dari pesantrenonline.

Mata

Setiap manusia memiliki alat optik tercanggih yang pernah ada, yaitu mata. Mata merupakan bagian dari pancaindra yang berfungsi untuk melihat. Mata membantu Anda menikmati keindahan alam, melihat temanteman, mengamati benda-benda di sekeliling, dan masih banyak lagi yang dapat Anda nikmati melalui mata. Coba bayangkan bila manusia tidak mempunyai mata atau mata Anda buta, tentu dunia ini terlihat gelap gulita. Apabila diamati, ternyata mata terdiri atas beberapa bagian yang masing-masing mempunyai fungsi berbeda-beda tetapi saling mendukung. Bagian-bagian mata yang penting tersebut, antara lain, kornea, pupil, iris, aquaeus humour, otot akomodasi, lensa mata, retina, vitreous humour, bintik kuning, bintik buta, dan saraf mata.

  1. Kornea.

    Kornea merupakan bagian luar mata yang tipis, lunak, dan transparan. Kornea berfungsi menerima dan meneruskan cahaya yang masuk pada mata, serta melindungi bagian mata yang sensitif di bawahnya.

  2. Pupil.

    Pupil merupakan celah sempit berbentuk lingkaran dan berfungsi agar cahaya dapat masuk ke dalam mata.

  3. Iris.

    Iris adalah selaput berwarna hitam, biru, atau coklat yang berfungsi untuk mengatur besar kecilnya pupil. Warna inilah yang Anda lihat sebagai warna mata seseorang.

  4. Aquaeus Humour.

    Aquaeus humour merupakan cairan di depan lensa mata untuk membiaskan cahaya ke dalam mata.

  5. Otot Akomodasi.

    Otot akomodasi adalah otot yang menempel pada lensa mata dan berfungsi untuk mengatur tebal dan tipisnya lensa mata.

  6. Lensa Mata.

    Lensa mata berbentuk cembung, berserat, elastis, dan bening. Lensa ini berfungsi untuk membiaskan cahaya dari benda supaya terbentuk bayangan pada retina.

  7. Retina.

    Retina adalah bagian belakang mata yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan.

  8. Vitreous Humour.

    Vitreous humour adalah cairan di dalam bola mata yang berfungsi untuk meneruskan cahaya dari lensa ke retina.

  9. Bintik Kuning.

    Bintik kuning adalah bagian dari retina yang berfungsi sebagai tempat terbentuknya bayangan yang jelas.

  10. Bintik Buta.

    Bintik buta adalah bagian dari retina yang apabila bayangan jatuh pada bagian ini, maka bayangan tampak tidak jelas atau kabur.

  11. Saraf Mata.

    Saraf mata befungsi untuk meneruskan rangsangan bayangan dari retina menuju ke otak.

Bagaimana proses terlihatnya suatu benda oleh mata? Benda yang berada di depan mata memantulkan cahaya. Cahaya tersebut masuk ke mata melalui pupil yang kemudian akan dibiaskan oleh lensa mata sehingga terbentuk bayangan pada retina. Oleh saraf, bayangan tadi diteruskan ke pusat saraf (otak), sehingga Anda terkesan melihat benda.

1. Daya Akomodasi Mata

Bola mata Anda bentuknya tetap, sehingga jarak lensa mata ke retina juga tetap. Hal ini berarti jarak bayangan yang dibentuk lensa mata selalu tetap, padahal jarak benda yang Anda lihat berbeda. Bagaimana supaya Anda tetap dapat melihat benda dengan jarak bayangan yang terbentuk tetap, meskipun jarak benda yang dilihat berubah? Tentu Anda harus mengubah jarak fokus lensa mata, dengan cara mengubah kecembungan lensa mata. Hal inilah yang menyebabkan Anda bisa melihat benda yang memiliki jarak berbeda tanpa mengalami kesulitan. Kemampuan ini merupakan karunia Tuhan yang sampai sekarang manusia belum bisa menirunya.

Lensa mata dapat mencembung atau pun memipih secara otomatis karena adanya otot akomodasi (otot siliar). Untuk melihat benda yang letaknya dekat, otot siliar menegang sehingga lensa mata mencembung dan sebaliknya untuk melihat benda yang letaknya jauh, otot siliar mengendur (rileks), sehingga lensa mata memipih. Kemampuan otot mata untuk menebalkan atau memipihkan lensa mata disebut daya akomodasi mata.

Optik Geometri

 

A. Pemantulan Cahaya

Gelombang yang tidak memerlukan medium perantara dinamakan gelombang elektromagnetik. Salah satu contoh gelombang elektromagnetik adalah cahaya. Beberapa sifat cahaya diantaranya dapat dipantulkan, dibiaskan, difraksi, interferensi dan polarisasi. Sedangkan sifat dasar cahaya sebagai berikut:

  1. cahaya dapat dikenal oleh mata
  2. cahaya merupakan bentuk radiasi
  3. cahaya merupakan gelombang yang merambat
  4. cahaya memindahkan energi dari satu tempat ke tempat yang lain
  5. cahaya merambat menurut garis lurus

Pada cahaya berlaku hukum pemantulan. Hukum pemantulan pada cahaya dinamakan dengan hukum Snellius. Terdapat dua hal penting yang berlaku pada hukum pemantulaan cahaya, yaitu:

 

  1. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)
  2. Sinar datang, garis normal (N), sinar pantul terletak pada satu bidang datar.

 

Sudut datang adalah sudut yang dibentuk antara sinar datang dan garis normal. Sudut pantul adalah sudut yang dibentuk antara sinar pantul dengan garis normal.

 

Berdasarkan permukaan yang terkena cahaya, pemantulan cahaya dibagi menjadi 2, yaitu: Pemantulan teratur dan pemantulan baur. Pemantulan teratur merupakan pemantulan yang terjadi pada permukaan yang datar, halus. Contoh pemantulan teratur adalah sinar yang dipantulkan oleh cermin. Sedangkan pemantulan baur merupakan pemantulan yang terjadi pada permukaan yang kasar. Contoh pemantulan baur adalah pemantulan cahaya yang terkena jalan yang bergelombang.

Peristiwa pemantulan dapat diamati pada sebuah cermin. Cermin adalah benda bening yang pada salah satu permukaannya dilapisi dengan lapisan amalgama (larutan perak dalam air raksa).

Pada peristiwa pemantulan sebuah benda pada cermin akan muncul bayangan benda. Ada dua jenis bayangan yaitu:

  1. Bayangan Nyata merupakan bayangan yang terbentuk pada layar. Titik bayangan disebut sejati jika titik tersebut merupakan titik potong sinar-sinar pantul yang kovergen.
  2. Bayangan maya terjadi dimana sinar-sinar yang teramati sesungguhnya tidak lewat, titik bayangan dikatakan semu jika titik tersebut merupakan perpanjangan sinar-sinar pantul yang konvergen.