Konsep Fisika (MFB 1000) Kelas Kemipaan 3. Dr.Eng. Yusril Yusuf S.Si, M.Eng Dr.rer.nat. Ade Anggraini S.Si, MSc

Transkripsi

1 Konsep Fisika (MFB 1000) Kelas Kemipaan 3 Dr.Eng. Yusril Yusuf S.Si, M.Eng Dr.rer.nat. Ade Anggraini S.Si, MSc

2 Konsep Fisika (MFB 1000) Minggu -1 Munculnya Kosmologi menurut Sains (Kosmologi Aristotelian) 2

3 MENGAPA KOSMOLOGI? Usaha memahami kenampakan benda 3 langit sebagai metode sains paling awal Konsep ruang dan waktu, gaya, dan gerak. Perkembangan sistem mendunia dengan melibatkan banyak ilmuwan Work to be discussed (hukum gravitasi universal, susunan tatasurya) mempunyai dampak besar pada umat manusia (Eropa) dan mendasari banyak teori lain Rise and fall of physical theory: which

4 Apakah Yang Dimaksud Dengan Kosmologi? Kosmologi cosmos yang berarti langit dan logos yang berarti ilmu Sejak mulai bisa berpikir, manusia secara otomatis akan bertanya tentang posisinya di antara semua mahluk, baik mati maupun hidup, yang ada di sekitarnya. Usaha untuk menjawab pertanyaan di atas, merupakan kosmologi bagi orang tersebut. 4

5 Apakah Yang Dimaksud Dengan Kosmologi? Manusia tidak mungkin hidup sendirian, harus membentuk komunitas. Terjadi interaksi antara berbagai kosmologi pribadi sehingga muncul kosmologi yang mencirikan komunitas itu. Sekali lagi, kosmologi adalah kumpulan pengetahuan yang menggambarkan susunan alam semesta secara umum dan posisi manusia di dalamnya. Sejak awal peradaban manusia setiap komunitas di dunia mempunyai kosmologi masing-masing. 5

6 KOSMOLOGI DAN PERADABAN AWAL Nomad di Sahara dan suku asli Amerika Selatan menggunakan batu untuk menandai peristiwa angkasa penting. The Summer Solstice (hari dimana matahari berada pada posisi puncak di siang hari), penanda musim tanam atau musim panen Mesir kuno, Celtik, Maya membangun struktur batu kolosal yang menandai musim maupun susunan matahari, bulan dan matahari 6

7 TIME TO THINK ABOUT Pikirkan beberapa konsep kosmologi dalam masyarakat lokal Indonesia. 7

8 Kosmologi Kuno Sebelum Yunani mpur aduk antara filosofi, keyakinan, dan logi 8

9 Yunani Kuno Dan Perbintangan The imaginitive mind of Greek thinker 9

10 Yunani Kuno dan Perbintangan Bintang-bintang berotasi pada bintang tetap di kutub utara Rotasi terhadap bintang tetap dibagi menjadi 12 rasi bintang 10

11 Yunani Kuno dan Perbintangan Ada bintang yang disebut Polaris yang posisinya di dekat kutub utara yang bergerak lambat bila diamati di kutub utara. (sekarang diketahui periode Polaris mengitari kutub utara sekiatar tahun-grak presesi kutup utara) Rasi bintang mengitari matahari dan kembali ke posisi semula setelah 365 1/4. Adanya gerakan matahari dari terbit ke tenggelam yang posisinya bergeser dari utara ke selatan sehingga ada keadaan sianglebih lama dari malam dan 11 sebaliknya malam < siang malam = malam > Easter day

12 Posisi konstelasi bintang nampak berubah-presesi equinox 12 Bintan g tetap

13 The Greek World View Akar Kosmologi Aristotelian 13

14 Kosmologi Non-Aristotelian Secara sederhana bisa dikatakan bahwa semua kosmologi yang lain (di luar Aristotelian) adalah berupa narasi, yaitu: berbagai pernyataan tentang alam semesta dirangkai menjadi sebuah bentuk narasi; tidak ada kaitan logis antara pernyataanpernyataan yang menyusun kosmologi (yang bukan Aristotelian) itu. 14

15 Akar Kosmologi Aristotelian Setiap komunitas di dunia mempunyai kosmologi masing-masing, termasuk Yunani Di antara berbagai kosmologi itu kita meninjau kosmologi yang muncul di Yunani kuno, yang paling terkenal di antaranya adalah kosmologi Aristotelian. Mengapa Aristotelian? 15 "Aristoteles Louvre" by After Lysippos - Eric Gaba

16 Kosmologi Yunani Kuno 16

17 PLATO Yunani Kuno mengenal kosmologi sperikal dengan 17 mengenalkan pusat jagad raya berbentuk api (Pytagoras), namun kosmologinya lebih mengarah pada filsafat pemikiran Pertanyaan Plato (questioning beyond what seen) Bintang, sebagai benda yang abadi,suci, dan tak berubah, muncul mengelilingi bumi dalam lintasan yang sempurna, lingkaran. Tetapi, ada beberapa bintang yang nampak melanglang melintasi langit melacak jejak yang tidak teratur dalam gerak tahunannya. Pastinya dia juga bergerak uniform melalui lingkaran. Bagaimana kita bisa mengenal geraknya dalam observasi dan menyimpan penampakannya. Ungkapan Plato mengandung Isyarat adanya Kaidah MFB 1000: H1 FisikaTeori tentang orbit lingkaran pada gerak bumi dan planit, dan pengamatannya.

18 Kosmologi Aristotelian Dalam kosmologi Aristotelian semua pernyataan di dalamnya saling terkait secara logis, tidak disertai unsur divine, dan juga yang penting, pernyataanpernyataan itu dihubungkan dengan hasil pengamatan dengan panca indera Kosmologi Aristotelian bersifat logis dan empiris.ini selaras dengan kosmologi berdasarkan sains modern yang bersifat logis, matematis dan empirik, eksperimental. 18

19 Kosmologi Aristotelian dan Alam Semesta Selanjutnya kita meninjau kosmologi Aristotelian yang menempatkan bumi di pusat alam semesta dan berbagai lapisan berupa kulit bola, dimulai lapisan bulan, matahari dan seterusnya sampai lapisan saturnus dan lapisan terluar tempat menempelnya bintang-bintang. 19

20 Kosmologi Aristotelian Aristotele s Geocentric yaitu bumi pusat jagad raya yang statik. Benda angkasa mengitari bumi terdiri dari unsur api, tanah, air, dan udara. Alam semesta di luar benda angkasa terbuat dari eter sebagai unsur ke 5 yang bergerak melingkar. Alam semesta terdiri atas bintang bintang yang sperikal konsentrik yang bergerak bumisecara berhingga makin jauh dari pusat maikn cepat geraknya 20 planit

21 Penjelasan hasil pengamatan bintang dan berubahnya posisi matahari atau terjadinya musim pada era Yunani kuno didominasi oleh filsafat Plato dan Aristoteles yang menggunakan pandangan geocentric, yaitu bumi sebagai pusat jagad raya yang berbentuk bola konsentrik. Pengaruh ini kuat karena Plato dan Aristoteles memiliki kontribusi yang besar filsafat dalam semua cabang ilmu. Erathosthenes dengan astronomi Aristoteles berhasil menentukan ukuran bumi berdasarkan pengukuran sudut sinar matahari jatuh ke bumi 21 D/c= /360 D= 5000 stadia c= 250,000 stadia~25000 miles

22 PTOLEMY Ptolemy Modified geocentric: Jawaban terhadap persoalan Plato diterjemahkan oleh Ptolemy. Bumi pusat jagad raya yang tetap. Jagad raya berbentuk bola konsentrik Gerakan matahari mengitari bumi berpusat di equant sehingga jarak mata equant hari berubah-ubah terhadap bumi atau bumi bumi merupakan titik eksentrik rotasi matahari 22 Planit mengitari bumi dalam epicycle, di luar epicycle disebut deferent Gerak eksentrik matahari

23 HASIL Dapat memprediksi lintasan planit yang akan datang Dapat menghitung radius matahari 1210 jari-jari bumi Dapat menerangkan adanya gerakan retrograde dari planit Mars walaupun belum betul, yaitu bolak baliknya posisi Mars terhadap bintang yang tetap bila diamati dari bumi 23

24 Model Ptolemy Model Ptolemy yang dikenal sebagai Almagest, dirumuskan oleh Astronomer muslim Jagad berbentuk bola konsentrik yang berputar Bumi juga berbentuk bola Bumi terletak ditengah tengah jagad seperti di pusatnya Karena alasan jarak yang tetap terhadap bintang, bumi dalam hal bola jagad konsentrik bumi memiliki relasi dengan 24 suatu titik (equant)

25 Kelemahan Model Ptolemy Bumi, 25 Merkuri, Matahari dan Venus satu sumbu sehingga bergerak dengan laju yang sama. Tidak dapat menjelaskan perubahan

26 Persoalan Heliosentris Aristarchus sudah 26 menjelaskan adanya gerak heliosentris tetapi hanya kualitatif sehingga tidak dapat menjelaskan munculnya paralaks seandainya matahari pada pusat tatasurya dan bumi mengorbit matahari. Bila bumi mengitari matahari maka bintang yang diamati dari bumi akan bergeser posisi akibat gerakan

27 Teori Heliosentrik Copernicus Copernicus melengkapi model 27 heliosentris yang sebelumnya oleh Aristarchus dan De Cusa dengan perhitungan (geometri) yang rinci. Copernicus berhasil menjelaskan alasan bahwa Mercury and Venus orbitnya dekat dengan matahari dibanding bumi, adanya g Gerakan Mars terkadang menjauh dan mendekat terhadap bumi (retrograde). Perhitungan Copernicus sebenarnya tidak lebih sederhana dibandingkan Ptolemy tetapi penjelasannya lebih

28 Perhitungan Jarak Bila MBP adalah sudut terkait dengan jarak terjauh planet (yang orbitnya lebih kecil dari bumi)dari bumi, maka sin( MBP) dapat digunakan untuk menghitung jarak planet terhadap matahari. MFB 1000:BH1bumi, dan P planet. 28M matahari,

29 PERHITUNGAN KALENDER Sudah ditetapkan oleh Julius Caesar (Roma) bahwa satu tahun adalah (365+1/4) hari oleh sebab itu setiap 4 th harus ditambah 1 hari untuk menjadi 366 hari, karena Easter telah ditetapkan setelah waktu siang hari dan malam hari sama panjang. Pada kenyataannya ternyata 1 tahun adalah hari. Hari Easter yang ditetapkan tanggal 21 Maret ternyata adalah tanggal 11 Maret. Walaupun pendapat Copernicus ditentang 29 gereja tetapi perhitungannya telah digunakan oleh Paus Gregory XII di tahun 1582 hingga sekarang.

30 ARGUMENTASI COPERNICUS memberikan penjelasan bahwa penemuannya 31 mirip dengan Ptolemy Menjelaskan bahwa sistem tata surya dan planit-planit satu kesatuan menyiapkan bahasan yang kuantitatif dengan geometri walaupun tanpa notasi matematik menjawab persolaan bumi yang berputar pada porosnya analog dengan planit yang berputar pada model Ptolemy memberikan penjelasan gerak retrograde Mars sama baik dengan Ptolemy Memberikan penjelasan bahwa efek paralaks MFB 1000: H1 kecil karena radius orbit jauh lebih kecil dari

31 Hasil Copernicus Copernicus dapat menjelaskan orbit planit dengan model heliocentric dengan perhitungan rinci walaupun masih menggunakan konsep epicycle Ptolemy, dan meniadakan konsep equant. Planit bergerak mengelilingi matahari pada jarak tertentu sehingga periode revolusinya berbeda Copernicus orang pertama yang menghitung jarak planit walaupun relatip terhadap jarak bumi terhadap matahari. menjelaskan gerakan planit mengitari matahari menggunakan asumsi fisika, perhitungan matematika dan kosmologi. Copernicus percaya bahwa teorinya adalah merupakan hukum alam. Tycho Brahe memodifikasi model Copernicus lebih sederhana berdasarkan data pengamatan bintang menggunakan alat astronomy non optik buatannya tetapi memakai konsep epicycle 1000: H1 32masihMFB

32 Sejarah Kepler Kepler seorang Jerman yang berguru ke Tycho Brahe yang tidak yakin dengan teori heliosentris Copernicus. Kepler diserahi data yang jelek untuk dianalisa yaitu data pengamatan Mars yang memiliki jarak Mars yang berubah-ubah terhadap suatu bintang tetap yang tidak dapat dijelaskan dengan teori yang ada. Tetapi karena tugas yang sulit itu, Kepler berhasil menjelaskan persoalan Mars dan menemukan bahwa tatasurya adalah sesuai dengan teori Copernicus dan Mars memiliki lintasan elips Alat Tycho Brahe 33

33 Hukum-hukum Kepler 34 Pengamatan dan perhitungan Kepler selama 10 tahun padakepler data planit Mars yang diamati oleh Tycho Brahe dituangkan dalam Astronomia Nova menunjukkan kesimpulan adanya orbit planit berbentuk elip dengan matahari sebagai pusatnya. Kepler menemukan orbit elips setelah menghitung periode Mars dengan model Ptolemy yang dibandingkan dengan data pengamatan Tycho Brahe. Kepler menemukan juga bahwa luasan yang disapu orbit persatuan waktu tetap. Kepler juga mengamati bahwa gerak planit mengelilingi matahari MFB 1000: H1 memiliki harmonisasi Brahe

34 Pencerahan Kepler Berhasil memecahkan persoalan eksentrisitas dan lingkaran konsentrik yang telah diilhamkan oleh Plato dengan konsep orbit elip. Inilah Hukum I Kepler. Tetapi dimana planit berada? Kepler telah mengambil asumsi sbb: Ada gaya dari matahari yang menolak planit Gaya ini terdistribusi seragam sepanjang sekeliling jarak matahari bumi. Laju planit sebanding dengan gaya itu sehingga berbanding terbalik dengan jarak v~1/r Jumlah jarak yang disapu saat mengorbit sebanding dengan luasnya, t~s Orbit planit lingkaran Inilah hukum II- Hukum Kesamaan Luas Bagaimana menghitung jarak planit? Kepler mengambil inspirasi dari teori musik. Hukum III dikenal sebagai hukum harmoni karena menyajikan hubungan yang sederhana antara periode planit dengan jarak setelah 17 tahun bekerja dengan data Tycho Brahe.. 35

35 Hukum Keppler I: Orbit Elips planit matahari p=a(1-2) p r 1 cos a(1- ) a(1+ ) Hanya Mars, Mercuri dan Pluto yang menonjol sifat elipnya yang lain mendekati orbit lingkaran 36

36 Hukum Keppler II da / dt kons tan Luasan yang disapu oleh orbit planit per satuan waktu, misalnya a, b, c nilainya konstan 37

37 Hukum Keppler III Kwadrat periode sebanding dengan pangkat tiga jarak. T2 ~a3 atau a3/t2 =konstan Periode (tahun)2 = Jarak (a.u)3 38

38 SUMBANGAN KEPLER 39 Meletakkan 3 hukum pertama dengan dasar model heliosentris, fisika dan hasil eksperimen 1.Matahari merupakan pusat orbit planit yang berbentuk elips dengan matahari sebagai salah satu titik fokusnya. 2.Laju luasan yang disapu oleh planit selama mengorbit tetap 3.Jarak pangkat tiga planit terhadap matahari sebanding dengan kwadrat periodenya 4.Mengenalkan konsep gaya dalam gerak

39 GALILEO Galileo mahasiswa kedokteran tertarik 41 terhadap fisika karena melihat lampu yang gantung yang berayun. Dari pengamatan itu akhirnya dia buat bandul matematik sebagai alat ukur waktu. Dia membaca buku Euclid dan Archimedes dan dikenal sebagai mahasiswa pandai tapi kemudian dia dropout. Tahun 1590, dia eksperimen tentang jatuh bebas di Pisa tentang benda dengan komposisi yang sama jatuh bebas dengan laju yang sama. Tetapi kelajuannya masih tergantung pada medium yang dilalui ketika benda jatuh.

40 Galileo mulai bekerja dengan astronomi sejak di Padua tahun 1597 dan menulis surat kepada Kepler bahwa dia mendukung teori Copernicus. Praktis di bidang astronomi, Galileo hanya mendukung Kepler melalui data eksperimen yautu dengan pengamatan planit dan bintang menggunakan teleskop optik, khusunya untuk planit Jupiter, Mercury, Venus, dan Mars 42

41 Pengamatan Galileo dibukukan dalam The Sidereal Messenger yang memuat hal berikut: Penemuan 4 satelit di Jupiter yang mengelilingi Yupiter. Dampaknya pada runtuhnya konsep geosentris. Dapat melihat permukaan bulan yang tidak rata Bintang tetap posisinya sangat jauh karena tidak nampak membesar diamati dengan teleskop. Hal ini berakibat paralaks memang sangat kecil Milky Way berisi kumpulan bintang. Banyak saintis menolak hasil pengamatan ini, kecuali Kepler. Galileo menulis surat kepada Kepler: You MFB 1000: H1 are the first and almost the only 43 person who, after a cursory investigation,

42 Argumentasi Fisika Geosentris Salah Adanya satelit di Yupiter mengindikasikan yang orbitnya besar periode revolusinya lama---harmonik. Dalam sistem Ptolemik ada disharmonisasi terkecil Bulan, 273 hari, sampai Saturnus,30 tahun, kemudian 24 jam (bumi) Adanya presesi equinox jelas menunjukkan bahwa bumi tidak diam Sulit dipahami bintang tetap pada posisinya tetapi bergerak dengan tetap menjaga jaraknya. Sulit dipahami bumi tetap yang kecil itu tetap diam sementara benda langit yang lain bergerak. Eksperimen benda jatuh Galileo tidak hanya mau 44 menunjukkan gerak jatuh tidak ditentukan oleh berat

43 ANTARA SAIN DAN DOGMA Hasil pengamatan Galileo telah 45 mengajarkan kembali paham heliosentris lebih akurat dibandingkan dengan model geosentris yang telah dianut oleh Gereja yang mengadopsi paham Aristoteles pada masa itu. Galileo telah dinilai sesat dan dihukum serta disiksa untuk meninggalkan paham heliosentris. Pernyataan bahwa Galileo sesat akhirnya dihapus oleh Gereja pada tahun Gereja telah mengabadikan pandangan

44 SAIN DAN DOGMA Kebebasan berpikir saat itu terbatasi oleh dogma / divine. Itali, tempat Galileo berasal, adalah negara penghasil saintis terkecil dibandingkan negara Eropa lainnya sampai 200 tahun setelah Galileo. 50 tahun setelah kematian Galileo, Newton muncul untuk merangkum penemuan Copernicus, Kepler dan Galileo dalam Principia menunjukkan bahwa idea mereka cemerlang 46

45 RINGKASAN Yang terindera oleh kita tidak selalu mengarahkan pada kaidah yang benar. Adalah sulit keluar dari suatu kesalahpahaman bila itu didukung oleh penampakan melalui indera kita, sebagaimana sulitnya keluar dari paham geosentris ke paham heliosentris atau dari paham orbit lingkaran menuju orbit elips. Perlu ratusan tahun untuk mengubah kesalahpahaman yang telah menjadi keyakinan atau dogma. 47 Lebih mudah memecah atom daripada

46 48