FISIKA MODERN I (Pendekatan Konseptual) Dr. A.Halim, M.Si

Transkripsi

1 FISIKA MODERN I (Pendekatan Konseptual) Dr. A.Halim, M.Si Syiah Kuala Univesity Press 2011

2 FISIKA MODERN I (Pendekatan Konseptual) Dr. A. HALIM, M.Si Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Syiah Kuala Penerbit: Syiah Kuala University Press ii

3 FISIKA MODERN I (Pendekatan Konseptual) Penulis Dr.A.Halim, M.Si Desain Cover Khalil Tata Letak / Layout Khalil Dicetak CV Odaiba Cetakan Pertama, Juni 2013 Halaman: 226+xi ISBN: Penerbit Syiah Kuala University Press Darussalam-Banda Aceh iii

4 Daftar Isi Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Prakata Kata Pengantar Halaman iii vi vii x xii BAB I PENDAHULUAN Pengantar Besaran dan sistem Pengukuran Ketidakpastian Pengukuran dan Angka Signifikansi Sistem Satuan Internasional Standar Panjang Standar Massa Standar waktu Dimensi Dimensi dan Satu dalam Fisika Modern Energi Massa Momentum Panjang Ruang Lingkup Fisika Modern Konsep Fisika Modern Penerapan Konsep Fisika Modern 19 Rangkuman 25 Latihan 26 Glossarium 27 Daftar Pustaka 28 BAB II. RELATIVITAS Pengantar Pengaruh Kerangka Acuan Kerangka Acuan Universal Transformasi Galileo Percobaan Michelson-Morley Prinsip Relativitas Khusus Einstein Transformasi Lorentz Transformasi Kecepatan Konstraksi Lorentz 66 iv

5 2.10. Dilatasi waktu Perhitungan dengan metode klasik Pengamat dalam Moun (kontraksi panjang) Pengamat di Bumi (efek pemuluran waktu) Massa Relativitas Momentum dan Energi Relativistik Indikasi Baru dalam Relativitas Kaitan Energi dan Laju Tachyons Konsep Simetri Alamiah Contoh Soal dan Latihan Rumah 100 Rangkuman 107 Latihan 109 Glossarium 111 Daftar Pustaka 113 BAB III. FENOMENA KUANTUM Pengantar Kegagalan Teori gelombang Cahaya Radiasi Benda Hitam Radiasi Thermal Radiasi Benda Hitam Sempurna Definisi Cahaya Sifat-Sifat Cahaya Contoh Fenomena Cahaya dalam kehidupan Sel Fotolistrik dan Panel Surya Pelangi Bayangan Matahari pada Permukaan Air Tulisan AMBULANCE Warna Objek Kesalahan Konsep Cahaya 156 Rangkuman 166 Latihan 171 Glossarium 174 Daftar Pustaka 176 BAB IV. STRUKTUR ATOM Pengantar Pengertian Bentuk dan Model Atom Model-Model Atom 179 v

6 4.3.1 Model Atom Dalton Model Atom J.J Thomson Model Atom Rutherford Model Atom Bohr Model Atom Sommerfeld Model atom Teori Kuantum Struktur Atom Elektron Atom Hidrogen Penggambaran distribusi elektron atom hidrogen Kesalahan konsep elektron dan model atom 203 Rangkuman 215 Latihan 218 Glossarium 221 Daftar Pustaka 222 Indeks 224 vi

7 Daftar Tabel No. Tabel Halaman 1.1 Orde Panjang hingga Terpendek Orde Massa hingga Terberat Orde Waktu hingga Terlama Bersaran Dasar dan Satuan Internasional Faktor, Awalan, dan Lambang Ukuran Perpaduan warna sesuai dengan filter 156 vii

8 Daftar Gambar No. Gambar Halaman 1.4 Materi yang dibahas dalam Fisika Modern Perkembangan teknologi komunikasi Perkembangan Mikroskop berdasarkan Resolusinya Karikatur Penerapan Ilmu Fisika Lintasan lemparan bola a Kerangka Acuan Transformasi Galileo Illustrasi Gerak Perenang Diagram percobaan Michelson-Morley Eather memenuhi ruang sistem tata surya Ilustrasi Pembetukan pola Interferensi Diagram Postulat Einstein Diagram Postulat Relativitas Khusus a Karakteristik nilai k Kecepatan relatif benda B menurut pengamat Perbandingan hasil perhitungan antara Perbandingan hasil pengamat dalam Dua pengamat saling bergerak relatif Efek konstraksi hanya sepanjang gerak Kerdipan cahaya diamati oleh dua pengamat Illustrasi Eksperimen Friseh dan Smith Diagram peluruhan Muon Illustrasi efek relativitas massa Perbandingan energi kinetik klasik dan relatif Kecepatan benda terhadap penambahan energi Karakteristik masa partikel normal dan muon Karakteristik Momentum normal dan muon Konsep simetris dalam relativitas Konsep alam semesta tiga ruang Illutrasi percobaan tetesan minyak A Millikan Perbandingan jumlah ion pada perc.millikan Model intensitas cahaya kuat dan lemah Daya emisi monokromatik untuk benda hitam Hasil eksperimen Lummer dan Prinsher Pola apmlitudo gelombang berdiri Illustrasi kulit bola a Bidang simpul gelombang dalam 3D b Illustrasi rapat titik kisi dalam unit sel jari-jari r Perbandingan pola spektrum antara teori dan Spektrum radiasi benda hitam Susunan Percobaan celah ganda Thomas Young Ilustrasi Fenomena efek fotolistrik Salah satu contoh panel surya Panel-panel surya yang dipasang pada atap rumah Contoh panel atau sel surya 150 viii

9 3.15 Aplikasi cahaya untuk transportasi Aplikasi cahaya untuk lampu jalan Fenomena difraksi cahaya pada pelangi Bayangan matahari pada permukaan air Dasar pembentukan bayangan matahari Perpaduan berbagai jenis warna Fenomena pembiasan cahaya Fenomena pinsil dalam air Diagram percobaan efek Compton Grafik percobaan efek Compton Model Atom Thomson Perkiraan hasil Percobaan Rutherford dengan Perkiraan hasil Percobaan hamburan alpha Model atom hasil percobaan hamburan Rutherford Bentuk kegagalan Model atom Rutherford Model atom Bohr a Model Kulit atom Bohr b Proses eksitasi dalam model Bohr untuk atom H c Tingkat energi Hidrogen model Bohr Model atom Sommerfeld Kedudukan elektron dalam ruang tiga dimensi Model atom teori kuantum a Bentuk atom yang sebenarnya hasil STM Persamaan dan Penggambaran Kerapatan Deret Spektrum atom Hidrogen Model Kuantum atom Hidrogen Distribusi Kerapatan Kemungkinan Elektron Model atom Hidrogen versi Bohr Rapat probabilitas elektron a Bentuk atom yang sebenarnya hasil STM Manifestasi gelombang de Broglie pada elektron Model atom yang mewakili simbol energi 212 ix

10 Prakata Alhamdulillah dengan taufik dan hidayah dari Allah swt telah selesai penyusunan buku Fisika Modern edisi pertama pada tahun Salah satu tujuan penyusunan buku ini adalah untuk mengatasi kekurangan buku teks Fisika Modern berbahasa Indonesia. Tujuan lain agar mahasiswa yang mengikuti mata kuliah Fisika Modern memiliki pengetahuan dan pemahaman yang sama tentang konsep-konsep Fisika Modern. Dengan gaya pembahasan yang mendalam dan sistematis, diharapkan mahasiswa dengan mudah dapat mengikuti uraian konsep-konsep Fisika Modern yang dipaparkan dalam buku ini. Buku ini merupakan bagian keseluruhan Fisika Modern yang diberi nama dengan Fisika Modern I. Bagian yang kedua diberi nama Fisika Moderen II, yang akan diterbikan pada masa yang akan datang. Fisika Modern I berisi materi konsep relativitas sampai dengan struktur atom. Sedangkan Fisika Modern II berisi materi dualisme partikel gelombang sampai dengan Pengantar Zat Padat. Buku yang ada ditangan anda sekarang ini ( Fisika Modern I) struktur isinya mencakup; Konsep satuan dalam Fisika Modern, Relativitas, Fenomena Kuantum, dan Struktur Atom. Buku ini diharapkan menjadi buku wajib mahasiswa Jurusan Fisika dan atau Progran Studi Pendidikan Fisika semester V dan mahasiswa yang sedang mengikuti kuliah Fisika Moderen atau Fisika Kuantum. Untuk mahasiswa jurusan elektron, buku ini menjadi dasar pemahaman tentang struktur atom dan prilaku elektron dalam bahan. Metode pengunaan buku ini secara garis besar sama seperti buku-buku teks lainnya, namun ada beberapa tambahan guna untuk memudahkan mahasiswa memahami isinya. Setiap bab dilengkapi dengan Tujuan Umum Pembelajaran dan Tujuan Khusus Pembelajaran yang seharusnya dipahami dan menjadi sasaran bagi mahasiswa agar berhasil memahami isi buku. Diakhir setiap bab disediakan latihan sebagai salah satu cara agar mahasiswa lebih akrab dan dapat menyelesaikan masalah-masalah yang terkait dengan isi dalam bab tersebut. Untuk mengetahui kebenaran jawaban, dibagian akhir buku disediakan kunci jawaban untuk latihan setiap bab. Secara khusus pada Bab III dan Bab IV penulis uraikan topik-topik konsep Cahaya dan Elektron yang sering salah dipahami oleh mahasisiwa dan bahkan oleh staf pengajar fisika. Kepada mahasiswa diharapkan isi bab tersebut diteliti dengan baik, karena setiap dikemukakan konsep yang salah dipahami, juga disertai dengan konsep yang benar atau konsep yang sama seperti pemahaman pakar fisika. Saran dan ide dari teman sejawat, staf lainnya, dan juga ide dari mahasiswa telah mewarnai isi buku ini. Kepada pengguna atau pembaca, khususnya mahasiswa sebagai konsumen utama buku ini, penulis mengharapkan dapat memberikan kritikan yang bersifat membangun demi untuk kesempurnaan buku ini dimasa yang datang. Harapan penulis buku ini bermanfaat kepada pembaca. Darussalam, awal Maret Penulis, A.Halim x