Kumpulan Artikel Sains Fisika Modern

gambar pelari berlari cepat
gambar pelari berlari cepat

Pada artikel sebelumnya kita telah berkenalan dengan beberapa pembahasan mata pelajaran Fisika Klasik. Maka artikel kali ini membahasa Fisika Modern. Perkembangan ilmu pengetahuan Fisika Modern berawal dari penemuan Teori Planck oleh Max Planck pada tahun 1900. Setelaha itu dunia sains Fisika berkembang dengan sangat cepat. Berbagai penemuan dilakukan oleh Albert Einstein, Isaac Newton, Maxwell, Galileo, Michelson, Morsley, dan beberapa fisikawan lainnya. Selamat mempelajari Fisika. Semoga kumpulan artikel Fisika Modern ini bermanfaat untuk Anda.

Pengertian Efek Fotolistrik, Elektron Foto, Foton dan Energi Kinetik Maksimum

Artikel ini menjelaskan pengertian efek fotolistrik, elektron foto, pengertian foton, dan energi kinetik maksimum. Semoga artikel fisika ini bisa menambah wawasan Anda. Pengertian efek fotolistrik adalah keluarnya elektron-elektron dari permukaan sebuah logam ketika logam tersebut dikenai seberkas cahaya. Elektron yang keluar disebut elektron foto. Efek fotolistrik ditemukan pertama kali oleh Hertz.

Efek ini tidak dapat dijelaskan jika cahaya dipandang sebagai gelombang. Efek ini berhasil dijelaskan dengan baik oleh Albert Einstein pada tahun 1905 dengan memandang cahaya sebagai paket-paket energi yang disebut foton, seperti yang telah dikemukakan oleh Teori Planck.

Jika berkas cahaya yang mengenai permukaan logam memiliki frekuensi f maka energi tiap foton cahaya adalah hf. Elektron-elektron di dekat permukaan logam terikat dalam struktur atom. Besar energi ikatan ini bergantung pada jenis logam (diberi notasi W0).

Pengaruh Intensitas Cahaya dan Energi Ambang

Sebagai contoh, energi ambang logam seng adalah 4,08 eV. Jika energi hf dari foton cahaya datang lebih kecil daripada energi ambang logam ( hf < W0 ) maka elektron-elektron tidak akan keluar dari permukaan logam, berapapun intensitas cahaya yang kita berikan.

Tetapi dengan mengganti cahaya yang memiliki frekuensi lebih tinggi atau mengganti dengan logam yang energi ambangnya lebih kecil, sedemikian sehingga energi foton lebih besar daripada energi ambang ( hf > W0 ) akan menyebabkan elektron-elektron keluar dari permukaan logam walaupun intensitas cahaya kecil.

Jika hf > W0 barulah intensitas cahaya akan menentukan jumlah elektron yang keluar dari permukaan logam. Makin besar intensitas cahaya, makin banyak foton yang bertumbukan dengan elektron-elektron dekat permukaan. Sebagai hasilnya, makin banyak elektron yang keluar dari permukaan logam. Ingat, satu foton hanya dapat mengeluarkan satu elektron.

Energi Kinetik Maksimum Elektron Bebas

Untuk elektron yang sangat dekat dengan permukaan logam maka begitu elektron bebas dari ikatannya, elektron bebas ini segera keluar dengan kecepatan tertentu dari permukaan. Elektron bebas dengan keadaan seperti ini kita katakan memiliki energi kinetik maksimum. Besar energi kinetik maksimum ( diberi lambang E km ) sama dengan selisih antara energi foton hf dengan energi ambang W0. Dengan demikian persamaan yang berlaku bagi efek fotolistrik adalah:

E km = hf – W0

Keterangan:

m = massa elektron (kg)

V m = kelajuan maksimum elektron keluar dari permukaan (m/s)

f = frekuensi foton cahaya (Hz)

Lambda = panjang gelombang foton (m)

f 0 = frekuensi ambang logam

3 Efek Fotolistrik Yang Tidak Dapat Dijelaskan Teori Gelombang Cahaya

Artikel kali ini menjelaskan beberapa hal dalam efek fotolistrik yang tidak sesuai dengan teori gelombang cahaya. Terdapat 3 hal yang diperoleh dari eksperimen efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan dengan teori gelombang cahaya. Menurut teori gelombang, energi yang disampaikan oleh gelombang akan bertambah besar bila intensitas cahaya juga bertambah besar. Gelombang dengan intensitas besar adalah gelombang yang kuat atau gelombang yang memiliki amplitudo besar.

Marthen Kanginan mengibaratkan hal ini dengan gelombang pantai. Bayangkan jika Anda berdiri di dekat pantai dan datang ombak yang mampu menyeret Anda. Tentu saja ombak yang kuat atau tinggi (intensitas besar) akan menyeret Anda lebih jauh dibandingkan dengan ombak yang lemah atau rendah (intensitas kecil). Akan Anda lihat bahwa hal ini tidak berlaku untuk gelombang cahaya.

Ada tiga hal dalam efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan dengan teori gelombang cahaya:

Pertama, tidak ada elektron keluar dari permukaan logam jika frekuensi cahaya memiliki frekuensi lebih kecil daripada frekuensi tertentu (disebut frekuensi ambang) berapapun intensitas cahaya yang diberikan. Teori gelombang memperkirakan bahwa efek fotolistrik seharusnya terjadi pada frekuensi cahaya berapapun asalkan intensitas cahaya yang diberikan cukup besar. Perhatikan bahwa teori gelombang menganggap bahwa energi cahaya bergantung pada frekuensi cahaya dan intensitas cahaya, sehingga untuk frekuensi cahaya tertentu jika intensitas cahaya diperbesar maka energi cahaya seharusnya bertambah besar.

Kedua, jika frekuensi cahaya melebihi frekuensi ambang, efek fotolistrik terjadi walaupun intensitas cahaya kecil. Jumlah elektron foto yang dibebaskan sebanding dengan intensitas cahaya tetapi energi kinetik maksimum elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya tetapi hanya bergantung pada frekuensi cahaya. Teori gelombang menyatakan jika intensitas cahaya diperbesar, yang berarti energi gelombang cahaya lebih besar, seharusnya energi kinetik maksimum elektron foto juga bertambah besar.

Ketiga, elektron-elektron dikeluarkan dari permukaan logam hampir tanpa selang waktu (lebih kecil daripada 10 -9 second atau 1 ns setelah permukaan logam disinari), walaupun intensitas cahaya rendah. Dalam teori gelombang, elektron-elektron memerlukan selang waktu untuk menyerap radiasi sebelum elektron-elektron tersebut memiliki energi kinetik yang cukup untuk membebaskan diri dari logam.

Teori Relativitas dan Prinsip Relativitas Newton

Apakah isi prinsip relativitas Newton? Bagaimana teori relativitas menjelaskan laju benda-benda berukuran kecil? Prinsip relativitas Newton menyatakan bahwa semua hukum mekanika Newton berlaku sama untuk semua kerangka acuan inersial.

Hukum Newton memuaskan untuk menjawab peristiwa-peristiwa fisika yang berhubungan dengan kelajuan non relativistik, yaitu kelajuan benda yang jauh lebih kecil daripada cepat rambat cahaya dalam vakum c. Tetapi hukum ini gagal menjelaskan peristiwa-peristiwa fisika yang berhubungan dengan kelajuan relativistik atau mendekati c.

Selanjutnya peristiwa-peristiwa yang berhubungan dengan kelajuan relativistik dapat dijelaskan dengan teori relativitas khusus yang dikemukakan oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Artikel fisika kali ini membahas fisika klasik berdasarkan prinsip relativitas Newton dan dilanjutkan dengan peristiwa-peristiwa fisika berdasarkan prinsip relativitas Einstein.

Pengertian Kejadian, Pengamatan dan Kerangka Acuan

Teori relativitas berhubungan dengan pengertian kejadian, pengamatan, dan kerangka acuan. Mari kita bahas definisi masing-masing istilah tersebut. Kejadian adalah suatu peristiwa fisika yang terjadi dalam suatu ruang pada suatu waktu sesaat yang tertentu. Contoh kejadian yang bisa kita temui dalam kehidupan sehari-hari adalah kilat di langit, tumbukan antara dua mobil, jatuhnya buah apel dari pohonnya, dan lain-lain.

Pengamat adalah seseorang yang mengamati suatu kejadian dan melakukan pengukuran koordinat dan waktu. Selain itu, pengamat juga dapat didefinisikan sebagai alat ukur apa saja yang melakukan pengukuran terhadap suatu kejadian.

Untuk menentukan letak sebuah titik dalam ruang, kita memerlukan suatu sistem koordinat atau kerangka acuan. Misalnya, untuk menyatakan buah sebelum jatuh dari pohonnya, seorang pengamat memerlukan suatu kerangka acuan dengan sistem koordinat (x, y, z).

Jadi, definisi kerangka acuan adalah suatu sistem koordinat, misalnya sistem koordinat (x, y, z) dimana seseorang pengamat melakukan pengamatan terhadap suatu kejadian. Kerangka acuan yang sering dipakai dalam pembahasan teori relativitas adalah kerangka acuan inersial, yaitu kerangka acuan yang berada dalam keadaan diam atau jika bergerak akan bergerak dengan kecepatan konstan.

Transformasi Galileo Terhadap Kerangka Acuan

Pada pembahasan transformasi Galileo, terdapat kerangka acuan S dengan sistem koordinat (x, y, z) dan kerangka acuan S’ dengan sistem koordinat (x’, y’, z’). Pada t=0 kedua kerangka acuan ini berimpit.

Kemudian kerangka acuan S’ bergerak dengan kelajuan tetap v dalam arah x terhadap kerangka acuan S. Setelah t sekon kedudukan kedua kerangka acuan terpisah sejauh vt. Semoga artikel singkat ini bisa berguna untuk Anda.

Hipotesa Eter Dalam Perambatan Gelombang Elektromagnetik

Setelah Maxwell menyatakan bahwa cahaya tidak lain adalah gelombang elektromagnetik, para pakar fisika abad ke-19 segera melakukan berbagai usaha untuk mempelajari sifat zat perantara (medium) yang berperan bagi perambatan gelombang elektromagnetik.

Zat perantara tersebut disebut eter dan para pakar menyatakan hipotesa eter sebagai berikut. Alam semesta ini dipenuhi eter yang tidak bermassa dan tidak tampak, dan fungsi satu-satunya eter adalah untuk menghantarkan gelombang elektromagnetik.

3 Efek Fotolistrik Yang Tidak Sesuai Teori Gelombang Cahaya

Artikel kali ini menjelaskan beberapa hal dalam efek fotolistrik yang tidak sesuai dengan teori gelombang cahaya. Terdapat 3 hal yang diperoleh dari eksperimen efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan dengan teori gelombang cahaya. Menurut teori gelombang, energi yang disampaikan oleh gelombang akan bertambah besar bila intensitas cahaya juga bertambah besar. Gelombang dengan intensitas besar adalah gelombang yang kuat atau gelombang yang memiliki amplitudo besar.

Marthen Kanginan mengibaratkan hal ini dengan gelombang pantai. Bayangkan jika Anda berdiri di dekat pantai dan datang ombak yang mampu menyeret Anda. Tentu saja ombak yang kuat atau tinggi (intensitas besar) akan menyeret Anda lebih jauh dibandingkan dengan ombak yang lemah atau rendah (intensitas kecil). Akan Anda lihat bahwa hal ini tidak berlaku untuk gelombang cahaya.

Ada tiga hal dalam efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan dengan teori gelombang cahaya:

Pertama, tidak ada elektron keluar dari permukaan logam jika frekuensi cahaya memiliki frekuensi lebih kecil daripada frekuensi tertentu (disebut frekuensi ambang) berapapun intensitas cahaya yang diberikan. Teori gelombang memperkirakan bahwa efek fotolistrik seharusnya terjadi pada frekuensi cahaya berapapun asalkan intensitas cahaya yang diberikan cukup besar. Perhatikan bahwa teori gelombang menganggap bahwa energi cahaya bergantung pada frekuensi cahaya dan intensitas cahaya, sehingga untuk frekuensi cahaya tertentu jika intensitas cahaya diperbesar maka energi cahaya seharusnya bertambah besar.

Kedua, jika frekuensi cahaya melebihi frekuensi ambang, efek fotolistrik terjadi walaupun intensitas cahaya kecil. Jumlah elektron foto yang dibebaskan sebanding dengan intensitas cahaya tetapi energi kinetik maksimum elektron foto tidak bergantung pada intensitas cahaya tetapi hanya bergantung pada frekuensi cahaya. Teori gelombang menyatakan jika intensitas cahaya diperbesar, yang berarti energi gelombang cahaya lebih besar, seharusnya energi kinetik maksimum elektron foto juga bertambah besar.

Ketiga, elektron-elektron dikeluarkan dari permukaan logam hampir tanpa selang waktu (lebih kecil daripada 10-9 second atau 1 ns setelah permukaan logam disinari), walaupun intensitas cahaya rendah. Dalam teori gelombang, elektron-elektron memerlukan selang waktu untuk menyerap radiasi sebelum elektron-elektron tersebut memiliki energi kinetik yang cukup untuk membebaskan diri dari logam.

Percobaan Michelson-Morley Untuk Membuktikan Keberadaan Eter

Setelah pada artikel di atas kita bahas Teori Relativitas Einstein, Transformasi Galileo, dan Hipotesa Eter, artikel ini akan menjelaskan percobaan Michelson-Morley. Michelson dan Morley melakukan serangkaian percobaan karena ingin membuktikan keberadaan eter. Eter merupakan zat perantara dalam perambatan gelombang elektromagnetik. Percobaan mereka pada dasarnya menggunakan interferometer dengan menggunakan sebuah sumber cahaya dan tiga buah cermin, yaitu cermin A, cermin B, dan cermin C.

Cahaya dari sumber S ketika sampai di A dibagi menjadi dua berkas dengan posisi saling tegak lurus. Berkas cahaya pertama diteruskan A menuju ke cermin C kemudian dipantulkan kembali ke A dan akhirnya menuju pengamat.

Gerak berkas cahaya bolak-balik AC adalah sejajar dengan arah angin eter. Berkas cahaya kedua dipantulkan oleh cermin A menuju ke cermin B kemudian dipantulkan balik oleh cermin B menuju ke A, dan akhirnya menuju pengamat.

Dalam analisis ini, angin eter dianalogikan dengan arus air, berkas cahaya dianalogikan dengan perenang. Dengan demikian terdapat beda waktu kedua berkas cahaya untuk sampai ke pengamat. Kelajuan angin eter dianggap sama dengan kelajuan bumi pada orbitnya mengitari matahari, yaitu v = 3 x 10.000 m/s dengan catatan v jauh lebih kecil daripada cepat rambat cahaya, c.

Hasil percobaan Michelson-Morley gagal mengukur beda waktu ini, dan mereka mendapatkan selang waktu t = 0. Hasil 0 ini menjelaskan ketidakteramatan eter. Dengan kata lain, percobaan mereka menemui kegagalan untuk menyingkap kerangka acuan mutlak yang berlaku untuk seluruh alam semesta.

Inilah Isi 2 Postulat Dari Prinsip Relativitas Einstein

Artikel Fisika ini merupakan lanjutan dari artikel sebelumnya yang membahas hipotesa eter, percobaan Michelson-Morley, dan Transformasi Galileo. Kita telah mengetahui bahwa percobaan Michelson-Morley gagal menyingkap rahasia keberadaan eter yang berfungsi sebagai perantara perambatan gelombang elektromagnetik. Permasalahan yang dimunculkan oleh percobaan Michelson-Morley baru berhasil dipecahkan dengan teori relativitas khusus dari Albert Einstein yang membentuk landasan bagi konsep-konsep baru tentang ruang dan waktu.

Dalam teori relativitas khusus, Albert Einstein menyatakan dua postulatnya yang dikenal sebagai prinsip relativitas Einstein. Isi Prinsip Relativitas Einstein adalah sebagai berikut:

1. Postulat Pertama Einstein

Postulat pertama Einstein menyatakan bahwa semua hukum fisika memiliki bentuk yang sama pada semua kerangka acuan inersial. Postulat pertama ini menyatakan bahwa tidak ada satupun percobaan yang dapat kita gunakan untuk mengukur kecepatan terhadap suatu kerangka acuan mutlak. Yang dapat kita lakukan hanyalah mengukur kecepatan relatif suatu kerangka acuan terhadap kerangka acuan lainnya.

Jadi, pertanyaan tentang keberadaan suatu kerangka acuan mutlak tidak lagi bermanfaat. Mungkin saja terdapat suatu kerangka acuan mutlak tetapi tak ada satupun percobaan yang dapat kita lakukan untuk menyingkap keberadaannya. Oleh karena itu, kita dapat meniadakan kerangka acuan mutlak sebab kerangka acuan mutlak hanya menambah kerumitan yang tidak ada manfaatnya.

2. Postulat Kedua Einstein

Postulat kedua Einstein menyatakan bahwa cepat rambat cahaya dalam vakum memiliki nilai yang sama dalam semua kerangka acuan, yaitu c = 2,99792456 x 10 pangkat delapan m/s. Jadi, tidak akan pernah dijumpai suatu laju pun yang melebihi cepat rambat cahaya c. Dengan demikian c disebut kelajuan mutlak.

Postulat kedua ini sesuai dengan hasil percobaan Michelson-Morley, yaitu bahwa kelajuan cahaya dalam arah sejajar maupun tegak lurus adalah sama. Oleh karena itu, selang waktu cahaya yang bergerak dalam arah sejajar maupun tegak lurus untuk sampai ke pengamat adalah sama, t1 = t2. Dengan demikian, beda waktu t1 – t2 = 0, dan ini sesuai dengan hasil percobaan.

Selamat belajar Fisika!

2 Replies to “Kumpulan Artikel Sains Fisika Modern”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *