FISIKA DASAR I

F RK K A F

F F FIA I S S

FI S S

D I S S

Penerbit PeriukYogyakarta, 2015

iFISIKA DASAR-LOLG I 0HNDQLND

Penelaah:Dr. Agus Setyo BudiGuru Besar FisikaUniversitas Negeri Jakarta

Pemeriksa Naskah:Siti Wahyuni

Perancang Sampul:Yusuf Dyan Prabowo

Perancang Tata Letak Isi:Yusuf Dyan Prabowo

Penata Letak Isi:Yusuf Dyan Prabowo

Halaman awal: xiiHalaman isi: 370 hlm.Ukuran buku: 20,00 25,5 cmBuku ini ditulis menggunakan LATEXengine MiKTeX 2.9, editor TeXstudio 2.8.8.

3HQHUELW 3HULXNPuri Margomulyo Asri 41, Sleman Yogyakartaemail: penerbitperiuk@gmail.com

Copyleft.Hak cipta hanya Allah yang memiliki. Dipersilakan memperbanyak sebagian atau seluruh buku ini dalambentuk apapun, baik secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotocopy, merekam, atau dengan sistempenyimpanan lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit.Dilarang mengomersialkan atau menjualnya dalam bentuk apapun tanpa izin penerbit.Versi cetak asli buku ini hanya dikeluarkan oleh Penerbit Periuk.

ISBN:978-602-71257-0-4 (no.jil.lengkap)978-602-71257-1-1 (jil.1)Edisi Pertama, 2015

iii

Muhammad Farchani Rosyid mempersembahkan buku ini untuk keluarga (Ani, Amalia,Natsir, Ibrahim, Aida, Mumtaj, dan Awahita) yang telah merelakan jatah waktu untuk

mereka demi penulisan buku ini.

Eko Firmansah mempersembahkan buku ini untuk keluarga dan wong sing gelem sinau.

Yusuf Dyan Prabowo mempersembahkan karya sederhana iniuntuk ayah yang selalu sabar mendukung

dan untuk kawan-kawan seperjuangan

PengantarFLVLND adalah upaya memahami perilaku alam dan membingkainya menjadi bagan berpikir yang logis. Baganberpikir itu disusun dari konsep-konsep dan kaitan-kaitan logis antara konsep-konsep itu. Konsep-konsepterus berkembang, yakni dimunculkan atau diubah sesuai kebutuhan. Bagan berpikir itu terus disangsikansehingga harus dihadapkan dengan pengujian-pengujian melalui eksperimen dan pengamatan. (NVSHULPHQdan SHQJDPDWDQ digunakan terutama untuk membuktikan kesalahan bagan berpikir itu yang pada akhirnyajustru untuk meyakinkan diri kita akan kekokohan bagan berpikir itu. Bagan berpikir itulah yang disebutWHRUL. Kebenaran sebuah teori tidak dapat dibuktikan karena memang tidak ada cara untuk membuktikannya.

Fisika sebenarnya bukan hanya urusan sekolah atau kuliah sehingga tidak harus terpenjara di ruang-ruangkelas atau laboratorium-laboratorium jurusan Fisika. Fisika ada di mana-mana. Fisika adalah salah satu jalanyang ditempuh manusia untuk mengenal Tuhan yang menciptakan mereka dan alam tempat mereka tinggal.Fisika adalah upaya memahami perilaku alam dan merumuskan hukum-hukum yang mengatur perilaku itu.Dalam prakteknya, fisika juga merupakan pioner bagi hampir semua pengembangan teknologi yang telah adamaupun yang sedang dirancang. Untuk mampu membangun teknologi secara mandiri, maka suatu bangsaharus memiliki ilmuwan-ilmuwan dan insinyur-insinyur yang berkualitas. Untuk dapat memiliki ilmuwan daninsinyur yang berkualitas, maka pendidikan untuk mereka harus dilakukan secara sungguh-sungguh. Salahsatu cerminan keseriusan dalam melangsungkan pendidikan secara sungguh-sungguh adalah menyediakanbuku teks atau referensi yang berkualitas, berkarakter, dan mecerminkan kearifan serta keunggulan lokal.

Ada banyak hal dalam buku ini yang berbeda dari buku-buku fisika dasar yang sudah masyhur. Salahsatunya adalah pembahasan seluk-beluk eksperimen dan metodologinya yang sedemikian rinci sehingga per-soalan ralat dan perambatannya disajikan secara mendalam. Hal ini penulis pandang perlu untuk menekankanperan penting pengukuran dan eksperimen dalam fisika. Selain itu, ruh dan semangat dalam pengukuran daneksperimen juga dibicarakan. Selanjutnya, beberapa hal yang selama ini dipandang terlalu lanjut untuk ma-hasiswa semester satu dan dua juga telah dibicarakan, tentu saja dengan bahasa yang sederhana. Salah satucontoh untuk hal ini adalah gravitasi Einstein. Dalam bab gravitasi, gravitasi Einstein dibahas sebagai penutupyang diharapkan akan menambah wawasan bagi para pembaca. Tidak dimungkiri, bahwa buku ini meman-carkan warna dan aroma astrofisika dalam penyajiannya. Hal itu tidak bermasalah, yang penting esensi fisistersampaikan dengan baik dan jelas.

Hingga saat buku ini ditulis, belum terdapat referensi Fisika Dasar lain yang asli Indonesia. Maksudnya,belum ada buku Fisika Dasar yang disusun sendiri secara serius oleh fisikawan Indonesia, buku yang me-miliki rasa Indonesia. Sejauh ini hanya terdapat buku-buku terjemahan, atau buku saduran dari buku-bukuterbitan asing, atau buku yang ditulis seadanya. Buku-buku dalam bentuk asli bahasa asing, menyulitkan ba-nyak mahasiswa, terutama yang belum menguasai bahasa asing. Sementara buku-buku terjemahan seringkalimenyulitkan mahasiswa karena kalimat dalam bahasa terjemahan tersebut sulit untuk dipahami. Oleh karenaitu, perlu disusun buku-buku yang benar-benar asli Indonesia. Keberadaan buku ini merupakan langkah awalpendidikan berkualitas bagi ilmuwan dan insinyur. Semoga buku ini dapat dimanfaatkan oleh semua ilmuwan,insinyur, mahasiswa, dosen, siswa, guru, dan masyarakat secara luas.

v

vi Pengantar

Ucapan TerimakasihBanyak rekan yang telah membantu para penulis demi terwujudnya buku ini. Para penulis mengucapkan teri-makasih kepada saudari Siti Wahyuni atas kejeliannya dalam memeriksa naskah asli buku ini. Atas kejeliannya,banyak kesalahan ketik yang telah ditemukan dan diperbaiki. Juga untuk Prof. Agus Setyo Budi yang telahbersedia menelaah buku ini. Atas kritikan dan saran terbaiknya kami hanya bisa berucap terimakasih. Ucapanterimakasih paling khusus patut dihaturkan kepada Ibu Rumini Nasikun atas kemurahan hatinya dalam me-nyediakan tempat yang nyaman serta kopi dan teh manis untuk teman kami menyiapkan naskah asli buku ini.Selanjutnya ucapan terimakasih yang tulus juga disampaikan oleh para penulis kepada rekan-rekan anggotasubkelompok penelitian KAM Laboratorium Fisika Atom dan Inti Bagian Fisika FMIPA UGM atas saran-saran dan harapan-harapan yang telah menjadi masukan yang sangat berarti.

Yogyakarta, Maret 2015

vii

Muhammad Farchani Rosyid. Saya lahir di kampung Ngeseng. Kampungini berada di desa Gemolong, desa kecil yang berada di kabupaten Sragen,Jawa Tengah. Saya menghabiskan masa kecil di sana. Memancing ikandi sungai kecil yang membelah desa itu, membuat dan menjual petasan,bermain bola plastik, dan berbagai hal yang biasa dilakukan oleh anak-anakkampung telah menjadi hiburan di masa kecil itu. Selepas SMA, saya pindahke Yogyakarta. Di sela-sela belajar, saya masih sempat mengajar privat diSMP dan SMA. Sekarang saya tinggal di kampung Patukan desa Ambar-ketawang. Desa ini masuk dalam wilayah kecamatan Gamping, kabupatenSleman, Yogyakarta. Banyak hal yang sekarang saya kerjakan. Tetapi yangterpenting dari banyak hal itu adalah belajar untuk menjadi manusia seutuh-nya.

Eko Firmansah. Saya lahir di Way Mili. Memiliki hobi membaca, otomotif,menonton acara olah raga, berkebun, bertaman, beternak, memasak, me-mancing, dan beberapa yang lain. Menghabiskan masa kecil di Desa BumiRaharjo Lampung Tengah. Lulus sekolah dasar tahun 1997. Dalam rentangwaktu 2003-2005 bekerja sebagai mekanik otomotif roda empat di sebuahperusahaan bidang jasa otomotif roda empat. Selama di bangku sekolah dasardan menengah pertama, selain belajar juga berkebun dan beternak kambing danayam. Sementara selama di sekolah kejuruan lebih banyak menghabiskan waktuuntuk mempelajari otomotif terutama kendaraan roda empat. Pada tahun2007-2010 selain kegiatan perkuliahan juga menerima layanan jasa perbaikan

komputer dan laptop serta pernah mendirikan toko dan tempat reparasi komputer tahun 2009-2010. Disela-sela waktu, saya juga mengajar les privat beberapa siswa SD, SMP, dan SMA.

Yusuf Dyan Prabowo. Saya lahir di kota Malang. Menghabiskan sebagian masakecil di desa Gedangan, Kabupaten Malang, Jawa Timur. Kemudian menem-puh pendidikan dasar di kota Malang. Semenjak umur sepuluh tahun belajarbela diri karate dan silat. Selama duduk di bangku sekolah dasar, sempat me-lakukan pendakian gunung-gunung di sekitar Malang. Sejak duduk di bangkusekolah dasar aktif di berbagai organisasi. Membuat kegiatan School of Physicsuntuk mahasiswa S-1 se-Jateng dan DIJ yang dimulai pada tahun 2012. Me-wadahi komunitas sastrawan dan filsuf KRMB sejak 2013. Sekarang tinggal diKabupaten Sleman, Yogyakarta. Di sela-sela kesibukan menulis, pernah sempatmengajar privat di berbagai tempat. Juga aktif sebagai blogger. Di antara beberapa hal yang dikerjakan, sayamendasarkan pada upaya mempelajari alam semesta dan bergerak di bidang kemanusiaan.

Daftar Isiv Pengantar

Ucapan Terimakasih vi

ix Daftar Isi

1 Bab 1Fisika: Upaya Memahami Alam1.1 Perumusan Pola-pola Matematis

Itu 5Tentang Hubungan antara Fisika danMatematika 7

1.2 Teori, Eksperimen, dan KeterkaitanAntara Keduanya 8

1.3 Dari Galaksi Sampai Muon 91.4 Taksonomi Fisika 101.5 Fisika dan Teknologi 121.6 Fisika Merupakan Produk Peradab-

an Kolektif 131.7 Sikap dan Perilaku Ilmiah 141.8 Motivasi Agung Dalam Sains 171.9 Pertanyaan-pertanyaan 18

19Bab 2Besaran dan Pengukuran

2.1 Besaran dan Satuan 212.2 Besaran Pokok dan Turunan 222.3 Sistem Internasional 23

Panjang 24Massa 26Waktu 27Kuat Arus Listrik 28Suhu 28Intensitas Cahaya 28Banyaknya Zat 29Sudut Bidang dan Sudut Ru-ang 30

2.4 Redenisi Sistem Internasio-nal 32Usulan Standar Panjang 32Usulan Standar Massa 33Usulan Standar Waktu 33Usulan Standar Kuat Arus 33Usulan Standar Suhu 33Usulan Standar Intesitas Caha-ya 34Usulan Standar Banyaknya Zat 34

2.5 Besaran Ekstensif dan Inten-sif 35

2.6 Dimensi 362.7 Konversi Satuan 382.8 Angka Penting 41

Aturan Penulisan Angka Pen-ting 42Angka Penting dan Aljabar 43Notasi Ilmiah 44

2.9 Penaksiran 442.10 Tentang Pengukuran 46

Ketidakpastian Pengukuran 47Tentang Ralat Pengukuran 48Ralat Pembacaan Skala 49Ketidakpastian Relatif 49

2.11 Perambatan Ralat 49Ralat Jumlahan dan Selisih 50Mengalikan Dua Hasil Ukur 50Menjumlahkan Hasil Ukur 51Mengalikan Hasil Ukur 52Perkalian dengan Bilangan Ek-sak 53Besaran pangkat dari nilai ukur 53Ralat Kuadratur untuk Jumlah-an 54Ralat Kuadratur untuk Perkali-an 54

ix

x Daftar Isi

Ketidakpastian fungsi satu peu-bah 54Perambatan Ralat secara Umum 54Ketidakpastian Pengukuran Beru-lang 55

2.12 Mengukur Gravitasi Bumi 56Metode Grak 57Linearisasi Persamaan 60Regresi Linier 61

2.13 Pengukuran Klasik vs Kuan-tum 63Sistem Klasik versus Sistem Kuan-tum 63Struktur Esensial 64Melakukan Eksperimen dan BermainJudi itu Beda Tipis 65

2.14 Pengukuran adalah Pacuan 66Eksperimen Cavendish 66Gravity Probe-B 69Eksperimen Etvs 70

71 Bab 3Peranti Matematik3.1 Berapa besarnya? Ke mana arah-

nya? 723.2 Kesamaan Dua Vektor 733.3 Aljabar Vektor 74

Penjumlahan Vektor 74Perkalian Vektor dengan Ska-lar 76Sifat-sifat Penjumlahan Vektor dan Per-kalian dengan Skalar 79

3.4 Penguraian Vektor 80Penguraian Vektor pada Sumbu-sumbuKoordinat 81

3.5 Hasil Kali Skalar 843.6 Hasil Kali Silang 883.7 Medan Skalar dan Medan Vek-

tor 90

95 Bab 4Kinematika

4.1 Kerangka Acuan dan Vektor Posi-si 96Kerangka Acuan 97Vektor Posisi 97Perpindahan versus Jarak 98

4.2 Kecepatan Rata-Rata, KecepatanSesaat dan Kelajuan 102Kecepatan Rata-Rata versus KelajuanRata-Rata 102Kecepatan Sesaat 104

4.3 Percepatan Rerata dan PercepatanSesaat 107Percepatan Rata-Rata 107Percepatan Sesaat 108

4.4 Gerak Lurus 109Gerak Lurus Beraturan 111Gerak Lurus Berubah Beratur-an 112Gerak Osilasi 115

4.5 Gerak pada Bidang 116Gerak Parabola 116Gerak Melingkar 120

125 Bab 5Dinamika5.1 Gerak Menurut Aristoteles 1265.2 Hukum Pertama Newton: Pene-

gasan Kembali Hukum Kelembam-an 127

5.3 Hukum Kedua Newton: SeberapaBesar Perubahan Gerak 130Massa Gravitasi dan Massa Inersi-al 135

5.4 Hukum Ketiga Newton: Aksi-Reaksi 136

5.5 Macam-macam Gaya 139Gaya Sentuhan 139Gaya Tegangan 146Gaya atau Interaksi Fundamen-tal 148

5.6 Penerapan Hukum Newton LebihLanjut 150Kelereng Jatuh Dalam Zat Alir Ken-tal 150Gaya pada Gerak Melingkar 152

Daftar Isi xi

Bandul Melingkar 1545.7 Kerangka Acuan Non Inersial:

Gaya-gaya Lembam 156

159Bab 6Kerja dan Tenaga

6.1 Tenaga Kinetik 1606.2 Kerja 164

Kerja Sepanjang Pergeseran Ke-cil 166Kerja Sepanjang Lintasan 167

6.3 Medan Gaya Lestari dan TenagaPotensial 171

6.4 Hukum Kelestarian Tenaga Meka-nik 177

185Bab 7Tumbukan, Impuls, dan Momentum

7.1 Pusat Massa 186Sistem Banyak Partikel 186

7.2 Momentum Linier 191Denisi Momentum Linier 192Momentum Sistem Dua Partikel danKelestariannya 193Momentum Linier Sistem Parti-kel 194

7.3 Tumbukan dan Impuls 196Tumbukan dan Impuls 196

7.4 Kelestarian Momentum Lini-er 200

7.5 Tenaga dan Momentum Tumbuk-an 201Tumbukan Lenting Sempurna 201Tumbukan Lenting Sebagian 205Tumbukan Tidak Lenting Sama Seka-li 205

7.6 Tumbukan Dua Dimensi 2077.7 Gerak dengan Perubahan Mas-

sa 209

211Bab 8Gerak Benda Tegar

8.1 Orientasi, Kecepatan, dan Perce-patan 212

8.2 Hubungan Variabel Linier dan Vari-abel Sudut 218

8.3 Tenaga Kinetik dan Momen Iner-sia 222

8.4 Teorema Sumbu Sejajar dan SumbuTegak 233

8.5 Momen Gaya 2368.6 Dinamika 2398.7 Kesetimbangan 2448.8 Usaha, Tenaga, dan Daya 2488.9 Momentum Sudut 2508.10 Perpaduan Translasi dan Rota-

si 2558.11 Topik Khusus dalam Rotasi 258

Gerak Giroskop dan Gasing 258Pengantar Gerak Benda Tegar Tersam-bung 259

261 Bab 9Gravitasi9.1 Hukum Kepler 263

Hukum Pertama Kepler 265Hukum Kedua Kepler 266Hukum Ketiga Kepler 267

9.2 Gravitasi Oleh Benda Titik 2699.3 Gravitasi Oleh Benda-benda Be-

sar 274Gaya Pasang (Tidal) 279

9.4 Massa Lembam versus Massa Gra-vitasi 284Dari Galilei, Newton, dan Bes-sel 284Eksperimen Etvs 285Eksperimen Roll-Krotov-Dicke 287Eksperimen Braginskij-Panov 287

9.5 Gravitasi Newton dan Hukum Ke-pler 289

9.6 Medan Gravitasi 2979.7 Tenaga Potensial Gravitasi 299

Usaha Oleh Gaya Gravitasi 299Tenaga Potensial Gravitasi 302Tenaga Mekanik dan Bentuk Lintas-an 305

xii Daftar Isi

9.8 Orbit Satelit 3069.9 Pandangan Einstein tentang Gravi-

tasi 308Prinsip Kesetaraan Lemah 309Prinsip Kesetaraan 312Terapan Prinsip-prinsip Kesetara-an 314

9.10 Topik Khusus 3169.11 Lebih Jauh tentang Gravity Probe-

B 3179.12 Teknologi pada Gravity Probe-

B 318Sekat Berpori 318Wadah Timbal Berlapis 319Pendorong Mikro 319Sistem Suspensi Giroskop 319

321 Bab 10Dinamika Zat Alir10.1 Pengertian Zat Alir 32210.2 Jenis-jenis Zat Alir 32310.3 Partikel Zat Alir 32310.4 Tekanan 32510.5 Persamaan Kontinuitas 32510.6 Dinamika Zat Alir 32810.7 Tekanan Hidrostatik 33010.8 Gaya Apung 33210.9 Hukum Bernoulli 33410.10 Zat Alir Tak Ideal 336

Zat alir kental tak termampatkan di an-tara dua pelat 337Aliran zat alir kental dalam pipa berpe-nampang bujursangkar 339

343 Bab 11Mekanika Benda Malar11.1 Vektor Pergeseran 34411.2 Tensor Regangan dan Tensor Rota-

si 346Makna Komponen Tensor Regang-an 349

11.3 Medan Kecepatan dan Percepat-an 351

11.4 Persamaan Gerak 35211.5 Kekenyalan dan Hukum Hoo-

ke 35511.6 Bahan Kenyal Tanpa Ketegar-

an 357Modulus Bongkahan 357Modulus Young 358

11.7 Bahan Kenyal dengan Ketegar-an 362

11.8 Gaya Pemulih 364

367 Daftar Pustaka

369 Lampiran

Pandangilah langit di malam hari. Jika Anda tinggal di tempat yang jauh dari ke-ramaian kota, maka Anda akan terpana oleh kerlap-kerlip tebaran bintang-gemintangdi langit. Itulah Bimasakti. Seakan-akan bintang-bintang itu tersebar dan mengambiltempat sekenanya di sana. Tetapi, ketika Friedrich Wilhelm Herschel tahun 1789 me-miliki teropong yang cukup kuat (dengan cermin utama berdiameter 1,26 m dan titikapi sejauh 12 m) dan bersemangat meluangkan waktunya untuk mencermati sebaranbintang-bintang, ternyata bintang-bintang itu tidaklah mengambil tempat sekenanya.Terdapat pola-pola yang diikuti oleh bintang-bintang untuk menempatkan diri. Kinikita menyadari bahwa Bimasakti berbentuk spiral dan Bimasakti bukan keseluruh-an alam semesta kita. Bimasakti hanyalah satu dari sekian ratus milyar galaksi yangada di alam semesta. Kebanyakan galaksi memiliki bangun spiral. Ada beberapa jenisspiral yang menjadi bentuk galaksi-galaksi itu. Sekarang diketahui pula bahwa galaksi-galaksi bergerak saling menjauh. Besar kecepatan surut galaksi itu ternyata diketahuiberbanding lurus dengan jarak antara galaksi. Jadi, alam semesta mengembang.

1 Fisika: UpayaMemahami AlamQuantum mechanics in action.Gambar ini memperli-hatkan sebuah visualisasipiston nanohidrolik. Mo-del ini melibatkan suatutabung nano karbon (biru),atom-atom helium (hi-jau), dan sebuah molekul"Buckyball". Teknologidalam ukuran nanometersemacam ini merupakankonsekuensi fisika kuan-tum (gambar diambil darihttp://www.nanotech-now.com)

Pola-polaKeteraturan

Perumusan Pola-pola Matematis itu

Teori, Eksperimen,dan Keterkaitanantara Keduanya

Dari Muon sampaiGalaksi

Taksonomi Fisika

Fisika dan Teknologi

Fisika ProdukPeradaban Bersama

Sikap dan PerilakuIlmiah

2 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

*DPEDU Nautilus (kiri), dan cangkang nautilus yang dibelah (kanan)

Pernahkah Anda melihat binatang yang dikenal sebagai nautilus? Itu binatang airbercangkang yang diperlihatkan oleh Gambar 1.1 (gambar yang di sebelah kiri). Jikacangkang nautilus itu dibelah akan terlihat bagian dalamnya seperti pada Gambar 1.1(yang di sebelah kanan). Apa yang menarik dari penampakan bagian dalam cangkang na-utilus? Paling jelas terlihat adalah adanya pola spiral. Secara matematis, spiral itu ternyatamerupakan spiral logaritmik. Spiral ini dapat digambarkan sebagai kurva matematis padasebuah bidang datar. Jikalau dinyatakan dengan koordinat polar, titik-titik yang terletakpada kurva itu memenuhi persamaan = , dengan jarak dari titik-titik itu ke pusatkoordinat dan adalah sudut yang dibentuk oleh vektor posisi titik-titik itu dari sumbu-x.Spiral logaritmik semacam ini juga dapat Anda lihat pada cangkang-cangkang siput.

*DPEDU Virus dan bangun icosahedron (sumber gambar: commons.wikimedia.org)

Virus adalah penyebab infeksi penyakit yang sangat kecil dan berbiak hanya dalam sel-sel makhluk hidup yang lain. Virus dapat menginfeksi segala bentuk kehidupan. Manusiamengenal virus pertama kali melalui Dmitri Ivanovsky pada tahun 1892, yakni dalam se-buah artikelnya yang menggambarkan penyebab penyakit non-bakterial pada tanamantembakau. Selanjutnya, Martinus Bejjerinck menemukan virus mosaic pada daun tem-bakau di tahun 1898. Virus secara umum tersusun atas tiga hal. Yang pertama adalahmaterial genetik (DNA atau RNA), yang kedua adalah mantel protein, dan yang ketiga

3*DPEDU Penampakan close-up berbagai macam bentuk bunga salju yang diam-bil dengan kamera oleh seorang fotografer Rusia, Alexey Kljatov. (Gambar diambil dariwww.demilked.com/macro-snowflakes-diy-camera-alexey-kljatov)

adalah bungkus lemak (lipids). Kenyataan yang menarik tentang virus-virus yang telahditemukan oleh para ilmuwan adalah bahwa bangun tubuh virus-virus itu memiliki kese-tangkupan (simetri) terhadap perputaran-perputaran yang dikenal dengan kesetangkupanicosahedral. Jadi, bangun geometri tubuh virus memiliki kesetangkupan tingkat tinggi.Gambar 1.2 memperlihatkan salah satu jenis virus dan bangun icosahedron yang sesuaidengan virus itu.

Gambar 1.3 memperlihatkan penampakan berbagai bunga salju, mulai dari yang se-derhana hingga yang sangat rumit. Dalam pembentukan kristal-kristal air ini terlihat de-ngan jelas bahwamolekul-molekul air tidakmenempatkan diri sekenanya. Mereka tundukpada pola-pola yang mengatur posisi mereka masing-masing. Bunga-bunga salju itu me-miliki kesetangkupan baku tertentu, yakni terhadap perputaran dengan sudut 60 derajat.Secara teknis kesetangkupan semacam ini disebut kesetangkupan lipat enam. Pola-polayang mengatur posisi molekul air itu telah diketahui, dan bergantung pada temperaturdan kelembaban udara di sekitar tempat pembentukan kristal itu. Molekul-molekul air-pun ternyata mengenal geometri tingkat tinggi.

Bintik-bintik Matahari (sun spots) adalah gejala penarikan wilayah-wilayah terbatas pa-da permukaan fotosfer oleh gejolak medan magnet setempat. Akibatnya, pada wilayahitu temperatur sedikit mengalami penurunan jika dibandingkan dengan wilayah lain disekitarnya. Dengan demikian, wilayah yang mengalami penurunan temperatur itu tam-pak lebih gelap jika dibandingkan dengan wilayah di sekitarnya. Hal ini mudah dipahamidari gejala radiasi termal. Bintik-bintik Matahari merupakan indikator bagi aktivitas Ma-tahari. Semakin luas wilayah bintik Matahari, semakin tinggi aktivitas Matahari. Gambar1.4 memperlihatkan grafik yang merekam aktivitas Matahari sejak dari tahun 1870 hing-ga tahun 2010. Yang menarik dari grafik itu di antaranya adalah adanya siklus Matahari,bahwa kuatnya aktivitas Matahari berulang-ulang dalam waktu 11 tahun.

Dari beberapa contoh gejala alam yang diungkapkan di atas tersirat adanya keteratur-an. Tampak dengan nyata bahwa gejala-gejala atau peristiwa-peristiwa di alam ini memili-ki pola-pola tertentu. Oleh karena itu, tidak salah jika kemudian Andamenyimpulkan dan

4 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

*DPEDU Aktivitas Matahari yang diwakili oleh luas rata-rata wilayah bintik-bintik Mataharisejak tahun 1870 hingga 2010 (Gambar diambil dari www.science.msfc.nasa.gov).

meyakini bahwa alam ini diciptakan sebagai suatu keselarasan (harmoni) yang memilikipola-pola keteraturan. WalaupunFisika merupakan

upaya menemukanpola-pola keteraturan

alam danmembingkainyamenjadi bagan

berpikir yang runtut.Bagan bepikir tentangpola-pola keteraturan

alamiah itu disebutteori. Jadi, fisika

adalah upayamembangun teori

tentang gejala-gejalaalamiah.

gejala-gejala alamiah sering terlihat terjadi secara acak,namun tetap saja sesungguhnya adalah acak yang teratur. Ada keteraturan dalam keacak-an. Perambatan kalor dan difusi bahan sesungguhnya adalah gejala acak. Akan tetapi,terdapat keteraturan sehingga gejala perambatan panas dan difusi bahan dapat dirumus-kan secara matematis. Jadi, adakalanya pola-pola keteraturan itu tampak jelas nyata, tetapisering terjadi bahwa keteraturan itu sangat tersembunyi, sehingga membutuhkan kejeliandan kecermatan kita dalam mengungkapnya. Sekarang marilah kita merenung sejenak.Mungkinkah akan terasa nyaman andaikata kita mampu mengetahui kaidah-kaidah ataupola-pola yang dianut oleh setiap gejala alamiah dalam setiap rinciannya. Dengan pandu-an kaidah-kaidah itu kita dapat meramalkan segala sesuatunya. Dari hasil ramalan itu, kitadapatmengambil tindakan yangmemadai agar kita dapatmengambil keuntungan ataupunmenghindar dari kerugian. Boleh jadi, hidup kita akan terasa lebih mudah. Sesuatunyaakan tampak pasti, jauh dari kegalauan dan kegundahan. Atau mungkin malah sebalik-nya, dengan kepastian semacam itu hidup kita justru terasa sulit, tidak pernah tenang danselalu dalam kesedihan sebagaimana seorang narapidana yang telah mendapat kepastiankapan akan dihukum mati. Akan tetapi, terlepas dari kemungkinan-kemungkinan se-macam itu, cita-cita ilmu fisika hanyalah menemukan kaidah-kaidah atau pola-pola yangsering disebut hukum alam itu.

FLVLND PHUXSDNDQ XSD\D PHQHPXNDQ SRODSROD NHWHUDWXUDQ DODP GDQ PHPELQJNDLQ\D PHQMDGL EDJDQ EHUSLNLU \DQJ UXQWXW \DNQL EHUXSD NDLWDQ ORJLV DQWDUD NRQVHSNRQVHS WHUWHQWX Bagan bepikir tentang pola-pola keteraturan alamiah itudisebut W H R U L. Jadi, fisika adalah upaya membangun teori tentang gejala-gejala alami-ah. Bagan berpikir itu secara matematis disajikan sebagai kaitan-kaitan matematis yangmenghubungkan struktur-struktur matematis yang mewakili konsep-konsep tertentu, se-misal besaran, parameter, dll. Oleh karena itu, konsep-konsep pun bermunculan sesuai

Perumusan Pola-pola Matematis Itu 5

kebutuhan. Jadi, ilmu fisika berusaha menemukan pola-pola keteraturan tersebut danmembingkainya dalam suatu rumusan matematis. Yang diusahakan adalah mendapatkangambaran matematis maksimal, yakni persamaan matematis yang paling tepat dan yangmemiliki jangkauan paling luas dalam menjelaskan keteraturan alam. Walaupun tidak adakesepakatan secara formal namun telah berkembang keyakinan secara luas bahwa pola-pola keteraturan alam itu paling baik apabila dimodelkan atau disajikan dalam bentukpola-pola matematis yang berupa persamaan ataupun grafik. Contoh-contoh yang telahdisebutkan di muka barangkali cukup menunjukkan kebenaran pernyataan ini.

*DPEDU Gunung es di permukaan laut.Yang tersembunyi di bawah permukaan la-ut jauh lebih besar jika dibandingkan denganyang tampak di atas permukaan. (Gambar di-ambil dari www.kimberlyemerson.com)

Untuk apa sebuah teori disusun? Holton dan Brush (Holton danBrush, 2005) menggambarkannya dengan keberadaan sebuah gunungatau pulau es yang terapung di permukaan air laut. Bagian es yang ber-ada di bawah permukaan air laut (oleh karena itu tidak kelihatan) jauhlebih besar jika dibandingkan dengan yang tampak di atas permukaanair laut. Tujuan sebuah teori adalah menjelaskan seluk-beluk, sifat-sifat, dan perilaku gunung es itu secara keseluruhan termasuk bagianpulau es yang tersembunyi di bawah permukaan air laut itu denganberbekal pengetahuan tentang seluk-beluk, sifat-sifat, dan perilakubagian yang tampak di permukaan air laut. Secara rinci sebuah teo-ri diharapkan mampu untuk (i) menghubungkan berbagai fakta yangterpisah dalam suatu bagan berpikir yang logis dan mudah ditangkap,(ii) memberikan gambaran tentang kaitan-kaitan baru, yakni mam-pu menjelaskan kaitan antara fakta-fakta lama dan fakta-fakta baru,(iii) memberikan prakiraan (prediksi) gejala-gejala alamiah baru, danmemberikan penjelasan bagi gejala-gejala alamiah yang telah teramati,(iv) menuntun dalam penyelesaian masalah-masalah praktis.

Perumusan Pola-pola Matematis ItuUntuk mewujudkan obsesi tersebut, sebagian fisikawan yang masyhur disebut fisikawanteoretis berusaha menyusun model-model hukum alam dengan memanfaatkan kaidah-kaidah matematis. Bagan berpikir yang runtut itu akan dimodelkan dengan objek-objekmatematis dan kaitan antara objek-objek itu. Penyusunan model-model ini tidak bo-leh sembarangan. Penyusunan ini haruslah didasarkan pada data-data hasil eksperimen(percobaan) atau pengamatan yang telah dihasilkan oleh sebagian fisikawan yang dike-nal sebagai fisikawan eksperimental. Model Sebuah teori yang

disusun secarainduktif (teori sains)tidak akan pernahdapat dibuktikankebenarannya. Justrusebaliknya, yangmungkin dapatdibuktikan dari suatuteori sains adalahkesalahannya.

hukum alam yang diusulkan, tentu saja, tidakmungkin identik dengan hukum atau pola-pola keteraturan alam yang sesungguhnya (yak-ni yang dimodelkannya), melainkan hanya sekedar pendekatan semata. Oleh karena itu,diperlukan ukuran apakah model-model yang diusulkan diterima atau ditolak. Ukurantersebut haruslah terkait dengan kesesuaian model-model tersebut dengan perilaku alamyang yang diwakilinya. Model yang paling sesuai dengan perilaku alam merupakan modelyang paling diterima. Selain dituntut untuk mampu menjelaskan hasil-hasil eksperimenyang telah dilakukan, model yang diusulkan dituntut pula mampu meramalkan hasil-hasileksperimen yang akan dilakukan. Jadi, semakin banyak hasil eksperimen yang dapat di-jelaskan dan diramalkan secara tepat oleh suatu model, maka model tersebut semakinditerima. Oleh karena itu, dapatlah dikatakan bahwa eksperimen merupakan hakimdalam fisika (sains pada umumnya), yakni menentukan apakah suatu model matematis

6 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

diterima ataukah ditolak. Akan tetapi, walaupun suatu model telah mampu memainkanperan tersebut secara memuaskan, ia terpaksa harus pula ditinggalkan atau paling tidakdiperbaiki apabila terdapat paling sedikit sebuah eksperimen yang tidak mampu dijelask-an atau diramalkan olehnya. Jadi, tidak ada model hukum alam yang diterima secaralanggeng. Albert Einstein, mengatakan, No number of experiments can prove me right; a singleexperiment can prove me wrong. Jadi, seribu macam eksperimen yang mendukung kebenaransuatu teori atau model belumlah cukup untuk menyatakan bahwa teori itu benar, teta-pi sebuah eksperimen saja (sekali lagi, hanya sebuah eksperimen saja) telah mencukupiuntuk menggugurkan suatu teori atau model manakala hasil-hasil eksperimen tersebut sa-ma sekali tidak mampu dijelaskan oleh suatu teori atau model. Sebuah teori yang disusunsecara induktif (teori sains) tidak akan pernah dapat dibuktikan kebenarannya. JustruEksperimen bukanlah

cara untukmembuktikan

kebenaran sebuahteori atau model.

Eksperimen dilakukanjustru untukmembuktikan

kesalahan sebuah teoriatau model

se-baliknya, yang mungkin dapat dibuktikan dari suatu teori sains adalah kesalahannya, yakniketika salah satu prediksinya tidak sesuai dengan hasil eksperimen atau pengamatan. Halini mudah dipahami mengingat tidak semua kasus yang mungkin terjadi dapat diamati.Oleh karena itu, Karl Popper, seorang filsuf sains asal Austria, sejak lama telah meng-usulkan dua langkah yang harus dilakukan dalam upaya pengembangan sains (Popper,1935), yakni melalui pengusulan dan penolakan. Dua langkah itu lebih jelasnya adalahsebagai berikut:

(i) Pengusulan teori-teori yang memungkinkan dapat dibuktikan kesalahannya. Hanyateori-teori yang memungkinkan untuk dibuktikan kesalahannya sajalah yang diu-sulkan, yakni yang sedemikian rupa sehingga ada cara atau keadaan yang dapatdijadikan kriteria bahwa teori itu salah. Jadi, yang patut ditanyakan dari sebuahmodel atau teori adalah cara pembuktian kesalahannya atau falsifikasinya. Pernya-taan yang memungkinkan untuk dibuktikan kesalahannya disebut pernyataan atauproposisi ilmiah. Gagasan-gagasan yang tidak mungkin dapat dibuktikan kesala-hannya tidak termasuk gagasan ilmiah. Pernyataan Lukisan berjudul Perkelahiandengan singa karya Raden Saleh adalah lukisan terbaik adalah pernyataan yangtidak dapat dibuktikan kesalahannya. Oleh karena itu, pernyataan itu bukanlahproposisi ilmiah. Pernyataan Ulir pada semua cangkang siput adalah ulir putarkanan adalah pernyataan ilmiah sebab dimungkinkan adanya cara atau keadaanyang dapat digunakan untuk menyatakannya salah, yaitu ketika seseorang mene-mukan cangkang siput yang berulir putar kiri.

(ii) Penolakan teori-teori yang diusulkan melalui eksperimen atau pengamatan. Dalamhal ini, secara rutin dan berkesinambungan diupayakan untuk menolak teori-teori itu melalui eksperimen atau pengamatan. Dalam kaitan ini eksperimen adalahupaya menolak atau membuktikan kesalahan sebuah teori. Jadi, eksperimen bu-kanlah cara untuk membuktikan kebenaran sebuah teori atau model. Eksperimendilakukan justru untuk membuktikan kesalahan sebuah teori atau model.

Jadi, model-model yangSemakin banyakeksperimen yang

gagal membuktikankesalahan sebuah

teori, semakinmeyakinkan teori itu.

masih lolos dari penolakan akan terus bertahan, sedangkan yangtelah gagal perlu diperbaiki atau ditinggalkan sama sekali. Model-model yang masih lolosuji perlu digabungkan sehingga didapatkan model-model yang memiliki jangkauan (do-main) yang lebih luas. Selanjutnya, model-model hasil penggabungan kemudian harusdiuji lagi dengan eksperimen-eksperimen. Sekali lagi, yang masih lolos akan bertahan,yang gagal diperbaiki atau ditinggalkan. Proses semacam ini berlangsung terus-menerus.Lalu, kapan akan berakhir? Jawabnya : tiada akan berakhir. Kehebatan sebuah teori atau

Perumusan Pola-pola Matematis Itu 7

model diukur dari kemampuannya bertahan dari upaya penolakan melalui eksperimen-eksperimen. Semakin banyak eksperimen yang gagal membuktikan kesalahan sebuahteori, semakin meyakinkan teori itu. Akan tetapi, tetap saja, bahwa teori itu tidak akanpernah terbukti kebenarannya.

Tentang Hubungan antara Fisika dan Matematika

Telah disebutkan Ketika seseorangmemahat patungseekor kambing padasebongkah batu, makasesungguhnya iasedang berusahamemindahkan konseptentang binatang yangbernama kambing dariseekor kambing kesebongkah batu itu.

bahwa tuntutan kuantitatif mengharuskan pola-pola keteraturan alamdimodelkan dengan pola-pola matematis. Jadi, matematika berperan sebagai media ataubahan, sebagaimana batu atau kayu bagi para pemahat ataupun kanvas dan cat minyakbagi para pelukis. Pola-pola keteraturan alam adalah konsep yang berada di balik gejala-gejala alam dan menentukan wujud gejala-gejala alam itu. Ketika seseorang memahatpatung seekor kambing pada sebongkah batu, maka sesungguhnya ia sedang berusahamemindahkan konsep tentang binatang yang bernama kambing dari seekor kambing kesebongkah batu itu. Konsep adalah suatu gagasan yang menggambarkan hakikat atauesensi. Ketika patung kambing telah selesai dikerjakan, tentu saja tidak seluruh konseptentang kambing dapat dipindahkan secara utuh ke dalam sebongkah batu itu, malahan le-bih banyak bagian konsep tentang kambing yang tidak dapat dipindahkan oleh pemahattadi. Banyak tidaknya bagian (porsi) konsep tentang kambing yang dapat dipindahkanoleh pemahat tersebut bergantung pada beberapa hal. Pertama, seberapa dalam sangpemahat memahami konsep tentang kambing. Semakin dalam pemahamannya tentanganatomi kambing misalnya, maka patung kambing yang ia selesaikan semakin mirip de-ngan kenyataan seekor kambing. Kedua, media atau bahan yang dipakai untuk membuatpatung kambing itu. Bahan yang terlalu lembek dan tidak pernah bisa mengeras tentusaja akan sulit untuk dipakai membuat patung, sehingga bahan semacam itu tidak mampumenjadi wadah bagi konsep tentang seekor kambing. Ketiga, kemampuan memahat sangpemahat. Patung kambing yang dipahat oleh seorang pemahat berbakat yang telah ber-pengalaman tentu akan lebih baik jika dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh seorangyang sedang belajar memahat.

Seorang Seorang fisikawanyang sedangmenyusun sebuahteori bagi suatu gejalaalam, sesungguhnyasedang memindahkankonsep yang berada dibalik gejala alam ituke dalam duniamatematika, yangbiasanya berupaobjek-objek matematisdan kaitan antaraobjek-objek itu semisalpersamaan-persamaan ataugrafik-grafik.

fisikawan yang sedangmenyusun sebuah teori bagi suatu gejala alam, sesung-guhnya sedang memindahkan konsep yang berada di balik gejala alam itu ke dalam duniamatematika, yang biasanya berupa objek-objek matematis dan kaitan antara objek-objekitu semisal persamaan-persamaan atau grafik-grafik. Sayangnya, untuk dapat menam-pung konsep yang ada di balik gejala alam secara utuh dibutuhkan matematika yang tidaksederhana. Bahkan seringkali, matematika yang diperlukan dalam perumusan suatu ka-idah bagi suatu gejala alam belum dibayangkan sama sekali oleh para matematikawan.Dalam hal ini fisika memperlihatkan perannya dalam menentukan arah pengembanganilmu matematika. Contoh masyhur yang patut disebutkan dalam hal ini adalah kalkulusyang dikembangkan secara terpisah oleh Newton dan Leibniz. Newton mengembangk-an kalkulus dengan tujuan untuk menyelesaikan masalah mekanika, sedangkan Leibnizmengembangkan kalkulus sebagai kreativitas matematis.

Berikut berapa pandangan tentang kaitan antara fisika dan matematika:3HUWDPD, pandangan paling lunak, mendudukkanmatematika hanya sebagai peranti yangmemudahkan fisika dan sebagai bahasa untuk mengungkapkan hukum-hukum fisika.Dalam pandangan ini, persamaan-persamaan atau objek-objek matematis bukan segala-nya, namun ada esensi lain dalam suatu hukum fisika yang tidak dapat dirumuskan secara

8 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

matematis. Semua fisikawan eksperimental dan sebagian fisikawan teoretis mengambilposisi ini.

*DPEDU Objek matematis untingan seratyang tersusun atas torus dan lingkaran berpadan-an dengan elektromagnetika pada sebuah ling-karan.

KHGXD, pandangan yang mendudukkan matematika sebagai tuju-an. Fisika adalah upaya memilih atau membangun struktur ma-tematis yang cocok untuk menggambarkan pola-pola keteraturangejala alamiah. Jadi, fisika dipahami sebagai upaya menemukanrealitas matematis sebagai model yang mewakili realitas fisis.KHWLJD, pandangan radikal bahwa fisika adalah upaya menemukanmatematika alam, yakni matematika yang mengatur alam semestaini, keseluruhannya.

Selain itu, perlu disadari bahwa matematika dan sains (khu-susnya fisika) masing-masing memiliki naluri (fitur) yang dalambeberapa hal saling bertentangan. Pengambilan kesimpulan dalammatematika bersifat deduktif. Terlepas dari teorema Gdel, sela-lu ada pembuktian bagi kebenaran sebuah proposisi matematis.Sementara pengambilan kesimpulan dalam sains bersifat induktif.Oleh karena itu, seperti diungkapkan di depan, tidak ada cara un-tuk membuktikan kebenaran proposisi (teori) sains. Proposisi (te-ori) sains hanya mungkin untuk dibuktikan kesalahannya. Namundemikian, ada hal-hal menarik yang terkait dengan hubungan an-tara matematika dan fisika. Kalau kita mencermati, akan terlihatadanya perpadanan antara teori-teori yang berkembang di fisika

dan konsep-konsep yang berkembang di matematika padahal teori-teori dan konsep-konsep itu dikembangkan terpisah dalam ranahnya masing-masing. Ketika kedua halyang berpadanan itu bertemu dihasilkanlah sebuah teori yang indah dan efektif. Sebagaicontoh, teori relativitas umum yang digagas oleh Albert Einstein memiliki timpalan ge-ometri Lorentz sebagai hal khusus geometri Riemann. Kalau dalam ilmu fisika dikenalmekanika Newton, maka di matematika berkembang geometri simplektik. Jika di dalamfisika berkembang teori medan tera yang menjelaskan interaksi (gaya-gaya) fundamental,maka di matematika orang mengembangkan teori untingan serat dengan koneksi. Danmasih banyak lagi perpadanan semacam ini.

Teori, Eksperimen, dan Keterkaitan AntaraKeduanya

Uraian di atas menunjukkan bahwa dalam usaha menemukan model matematika yangtepat bagi hukum-hukum alam, sangat dibutuhkan kerjasama yang erat antara dua ke-lompok fisikawan, yakni kelompok teoretis dan kelompok eksperimental. Kedua kelom-pok fisikawan tersebut harus merasa bahwa kesemuanya memiliki peran yang sama-samapenting dalam pencarian model matematis bagi pola-pola keteraturan alam. Jadi, harusterdapat keterpaduan kerja antara kedua kelompok fisikawan tersebut dalam memba-ngun sebuah teori. Para fisikawan teoretis mengusulkan model, sedangkan para fisika-wan eksperimental berupaya menolak model itu dengan berusaha membuktikan kesa-lahan model-model yang diusulkan. Oleh karena itu, agar ilmu fisika dapat berkembangsecara pesat, haruslah ada interelasi semacam itu antara keduanya dalam setiap penelitian

Dari Galaksi Sampai Muon 9

yang dikerjakan oleh para fisikawan. Jadi, dalam Para fisikawanteoretis mengusulkanmodel, sedangkanpara fisikawaneksperimentalberupaya menolakmodel itu denganberusahamembuktikankesalahanmodel-model yangdiusulkan.

ilmu fisika dikenal dua cara (metodologi)yang saling melengkapi, yakni fisika teoretik dan fisika eksperimental. Fisikawan teoretikberperan dalam penyusunan teori guna menjelaskan hasil-hasil eksperimen serta mera-malkan hasil-hasil yang akan diperoleh jika sebuah eksperimen akan dilakukan. Para fisi-kawan eksperimental berperan dalam pengumpulan data-data terkait dengan gejala-gejalaalamiah, dan membuktikan kesalahan sebuah teori. Keberadaan peralatan eksperimenmerupakan hal penting dalam fisika eksperimen. Terdapat dua jenis peralatan, yakni per-alatan generik dan peralatan fenomenal atau ekstrem. Peralatan generik adalah peralatan-peralatan yang dijual secara bebas, semisal alat-alat ukur standar untukmengukur tekanan,tegangan, kuat arus, dll. Sementara peralatan fenomenal atau ekstrem adalah peralatanhasil pengembangan sehingga tidak dijual bebas. Peralatan semacam ini harus diran-cang dan dibangun sendiri. Kemampuan dalam merancang dan membangun peralatansemacam ini merupakan kunci keberhasilan melakukan terobosan-terobosan. Biasanyaperalatan semacam ini, memiliki unjuk kerja yang ekstrem. Terobosan dalam fisika ter-jadi biasanya setelah keberhasilan perancangan dan pembangunan peralatan fenomenal.Keberhasilan Kemampuan

merancang danmembangun peralatanriset termasuk bagiandari kemampuan yangharus dimiliki olehpara fisikawan.

fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes merancang dan membangunperalatan yang mampu menurunkan temperatur bahan hingga mencapai titik hampir nolkelvin membawanya kepada penemuan gejala superkonduktivitas tahun 1911, yaitu le-nyapnya resistensi bahan ketika bahan itu mencapai suhu kritisnya. Keberhasilan peran-cangan teleskop yangmemiliki kemampuan ekstremmembawaHubble kepada kesadaranbahwa Bimasakti bukanlah alam semesta, melainkan hanyalah galaksi dari sekian milyargalaksi yang ada di alam semesta. Dengan penemuannya itu, Hubble juga menyadarkankita bahwa alam semesta ini mengembang. Oleh karena itu kemampuan merancang danmembangun peralatan riset termasuk bagian dari kemampuan yang harus dimiliki olehpara fisikawan.

Dari Galaksi Sampai Muon

*DPEDU Suatu galaksi spiral yang terlihat dari teleskopHubble. Galaksi yang berukuran dahsyat ini termasuk objekmaterial ilmu Fisika.

Objek material yang dipelajari oleh ilmu fisika sangatberagam dan memiliki rentang yang begitu luas. Da-ri segi ukuran, objek yang dipelajari ilmu fisika berva-riasi dari yang berukuran sangat kecil (partikel-partikelelementer : elektron, proton, positron, neutrino, me-son, muon, kaon, dlsb.) hingga yang berukuran sangatbesar (bintang, tata surya, galaksi, bahkan seluruh alamsemesta ini). Dari segi kelajuan, objek material ilmu fi-sika memiliki rentang kelajuan yang sangat panjang, da-ri yang diam (aquaduk, jembatan-jembatan, bangunan-bangunan), yang berkelajuan rendah (orang berjalan, ge-robak sapi), yang berkelajuan sedang (kereta api, mobil),yang berkelajuan tinggi (pesawat terbang), sangat ting-gi (partikel-pertikel elementer, misalnya) sampai denganyangmemiliki kelajuanmendekati/sama dengan cahaya.

Dari segi fase atau wujud zat, objek material yangdipelajari oleh ilmu fisika dapat berwujud superfluida,cair, padat, gas, maupun yang berwujud plasma. Super-

10 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

fluida adalah suatu wujud bahan ketika bahan berperilaku seperti fluida dengan viskositas(kekentalan) nol dan dalam wujud itu bahan juga memperlihatkan kemampuannya untukmendorong dirinya sendiri melawan gravitasi dan tegangan permukaan. Meskipun wu-jud semacam ini pada awalnya ditemukan dalam helium cair, namun sekarang orang jugamenemukannya dalam astrofisika, fisika energi tinggi, dan teori gravitasi kuantum. Geja-la superfluiditas terlihat pada temperatur yang sangat rendah, yakni di sekitar nol kelvin.Sementara plasma adalah gas yang telah mengalami ionisasi keseluruhan sehingga tersu-sun atas ion-ion dan elektron-elektron. Wujud zat ini biasanya terjadi pada temperaturyang sangat tinggi. Plasma banyak ditemukan di angakasa luar. Jadi, dalam ilmu fisikadikenal lima wujud zat. Selain itu objek-objek material ilmu fisika dapat pula dibedak-an antara yang berupa benda-banda yang hidup yakni yang mengalami metabolisme danreproduksi maupun yang mati.

Taksonomi FisikaTerdapat tiga cara dalam penyusunan taksonomi atau pengelompokan cabang-cabang il-mu fisika, yakni yang berdasarkan tujuannya, berdasarkan peran dalam penyusunan teori,dan yang berdasarkan objek material kajiannya. Tiga cara pengelompokan itu dijelaskansebagai berikut.

%HUGDVDUNDQ WXMXDQ Berdasarkan tujuannya, dikenal fisika (murni) dan fisika ter-apan. Dalam hal ini fisika (murni) bertujuan membangun teori tentang keteraturan alam.Sementara dalam fisika terapan, para fisikawan berupayamempelajari cara memanfaatkanberbagai pengetahuan (teori, model, dan kaitan-kaitan fisis) untuk tujuan-tujuan khususdan umum.

%HUGDVDUNDQ SHUDQ BerdasarkanDalam setiap cabangfisika yangdigolongkan

berdasarkan objekmaterial terdapat

kajian yang bersifatteoretis maupun

eksperimen-tal/observasional danyang bertujuan untuk

membangun teorifisika tentang objekitu maupun untuk

menerapkanpengetahuan yangsudah diperoleh.

peran yang dimainkan, dikenal dua metodologi,yakni fisika teoretik dan fisika eksperimental atau observasional. Dalam fisika teore-tik para fisikawan berupaya menyusun model-model (matematis) bagi keteraturan alami-ah, memprakirakan hasil-hasil eksperimen dan pengamatan, serta berupaya menjelaskanhasil-hasil eksperimen dan pengamatan. Dalam fisika eksperimental dan observasionalpara fisikawan melakukan eksperimen dan pengamatan terkait dengan pengujian teoriatau model-model matematis yang diusulkan, mengumpulkan data-data, dan melakukaneksplorasi gejala-gejala alamiah.

%HUGDVDUNDQ REMHN PDWHULDO Ini adalah pengelompokan fisika berdasarkan objekmaterial yang menjadi bahan kajian. Mengingat beranekaragamnya objek material ilmufisika, maka dapat diduga terdapat berbagai cabang fisika berdasarkan cara pengelompok-an ini. Sekedar untuk disebutkan, beberapa cabang itu antara lain fisika partikel, fisikaBumi (geofisika), fisika atom, fisika nuklir, fisika plasma, fisika komputasi, fisika material,ekonofisika, biofisika, dll.

Taksonomi fisika oleh karena itu dapat di sajikan sebagai matriks yang tersaji da-lam Gambar 1.8. Hal penting yang harus disadari adalah bahwa dalam setiap cabangfisika yang digolongkan berdasarkan objek material terdapat kajian yang bersifat teore-tis maupun eksperimental/observasional dan yang bertujuan untuk membangun teorifisika tentang objek itu maupun untuk menerapkan pengetahuan yang sudah diperoleh.

Taksonomi Fisika 11

*DPEDU Matriks taksonomi fisika

Sebagai contoh, dalam fisika material terdapat fisikawan yang bekerja secara teoretis atau-pun eksperimental dan dengan tujuan membangun teori tentang material yang dipelajarimaupun yang berupaya menerapkan pengetahuan yang telah diperoleh tentang materialyang dikaji. Oleh karena itu, dalam fisika material terdapat fisika material teoretis, fisikamaterial eksperimental, fisika murni material, fisika terapan material.

*HRILVLND atau ILVLND %XPL adalah upaya memahami sifat-sifat dan struktur Bumiserta lingkungannya di angkasa secara kuantitatif. Aspekaspek yang dipelajari dalamgeofisika tentu saja adalah aspek-aspek fisis semisal struktur dalam Bumi, gravitasi Bu-mi, kemagnetan Bumi, dinamika lempeng-lempeng tektonik, kegunung-apian, dinamikakelautan, atmosfer, dll. Geofisika memiliki terapan dalam masalah kemasyarakatan, se-misal masalah mineral, mitigasi bencana alam, masalah lingkungan, air tanah, dan lainsebagainya.

Dalam NRVPRORJL para fisikawan berupaya memahami asal-muasal, struktur, per-kembangan, dan kemungkinan kehancuran alam semesta. Kosmologi fisis cenderungmemahami asal-muasal, struktur, perkembangan, dan kemungkinan kehancuran alam se-mesta dari sudut pandang hukum-hukum fisika yang telah dikembangkan oleh para fisi-kawan dan matematikawan. Kosmologi modern didominasi oleh pembicaraan tentangteori Big Bang, yakni teori tentang dentuman besar sebagai awal terciptanya alam semesta,dan inflasi alam semesta, yaitu pengembangan ruang bagi alam semesta ini. Kosmologiditahbiskan sebagai salah satu cabang sains sekitar tahun 1960, ketika data-data ilmiahtentang alam semesta telah dapat dikumpulkan. Sebelumnya, kosmologi bukanlah sa-ins karena metode pengembangannya lebih berdasarkan pemikiran-pemikiran spekulatif.Bahkan kosmologi pernah juga menjadi salah satu cabang teologi.

AVWURILVLND meskipun sering disebut sebagai cabang astronomi, dapat pula dipan-dang sebagai cabang fisika yang mengambil benda-benda angkasa sebagai objek materialtinjauannya. Jadi, dalam astrofisika, para fisikawan mempelajari sifat-sifat fisis benda-benda angkasa, semisal planet-planet, bintang-bintang, lubang hitam, bintang neutron,pulsar, galaksi, medium antar bintang, dll. Kajian dilakukan baik secara teoretis maupunobservasional. Astrofisika boleh dikatakan sebagai sains observasional karena data-datayang digunakan sebagai acuan untuk kajian hanya diperoleh melalui pengamatan tan-pa rekayasa. Jadi, hampir tidak ada eksperimen dalam astrofisika, kecuali kalau simulasikomputer dianggap sebagai eksperimen. Pengamatan dalam astrofisika mengandalkan

12 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

berbagai gelombang, dari yang bersifat optik (cahaya tampak), gelombang radio, sinarinframerah, ultraungu, maupun gelombang gravitasi. Aspek yang ditinjau pada berbagaibenda angkasa itu menyangkut mekanika, elektromagnetika, mekanika statistik, termo-dinamika, relativitas, magnetohidrodinamika, dan mekanika kuantum. Astrofisika jugaterkait dengan cabang lain fisika semisal fisika nuklir, fisika atom, fisika plasma maupunfisika partikel. Oleh karena itu, muncul misalnya astrofisika nuklir, astrofisika partikel,dan lain sebagainya.

FLVLND ]DW PDPSDW adalah cabang fisika yang berupaya memahami sifat-sifat fisiszat dalam wujud mampat. Zat padat termasuk dalam kelompok zat semacam ini. Pa-ra fisikawan zat mampat berupaya memahami perilaku wujud zat semacam ini denganmenggunakan hukum-hukum fisika semisalFisika merupakan

basis teknologi.Semua teknologi yangtelah dicapai manusia

hingga saat inimerupakan terapankonkret dari fisika.

mekanika kuantum, elektromagnetika, danmekanika statistik. Wujud mampat yang paling familier adalah padat dan cair. Akantetapi wujud zat mampat yang paling menarik barangkali adalah wujud superkonduktordan superfluida. Dua wujud ini dicapai oleh suatu bahan ketika bahan itu berada padatemperatur di bawah temperatur kritisnya. Penelitian dalam fisika zat mampat meliputipengukuran sifat-sifat penting berbagai bahan melalui berbagai eksperimen dengan di-pandu oleh model-model matematis yang dikembangkan oleh para fisikawan teoretis.

Fisika dan TeknologiSekarang sempatkanlah pergi ke dalam perpustakaan barang sejenak dan bukalah catatansejarah penemuan berbagai peralatan yang saat ini sedang kita nikmati kenyamanannya.Dari catatan sejarah, dapat kita ketahui adanya kurun waktu ketika berbagai penemuanteknologi yang bermanfaat bagi umat manusia harus didahului dengan serangkaian pe-kerjaan tanpa kepastian dan sangat melelahkan serta menghabiskan biaya yang sebegitubesar. Yakni saat-saat ketika penemuan-penemuan diperoleh dengan cara coba-coba.Pada masa-masa itu, seringkali orang harus melakukan percobaan seribu kali sebelumberhasil mendapatkan sesuatu yang diimpikan atau bahkan gagal tiada hasil sama sekali.ZamanPengetahuan kita

tentang perilaku alamatau pola keteraturanyang dianut oleh alam

sangatlah pentingperannya dalampengembanganteknologi sebabberdasarkan

pengetahuan semacamitulah kita dapatmerekayasa atau

memanipulasiperilaku alam.

kegelapan ini pun berakhir, ditutup tatkala manusia mulai menyadari pentingnyapengetahuan tentang perilaku alam, yakni pengetahuan akan pola-pola keteraturan yangdianut oleh gejala-gejala alam. Dengan ilmu pengetahuan atau sains ini, usaha manusiauntuk mendapatkan suatu teknologi tidak lagi harus menempuh jalur-jalur panjang yangpenuh dengan spekulasi, tetapi sebaliknya sesuatunya dituntun dan diarahkan oleh sa-ins (khususnya ilmu fisika). Dengan cara ini, teknologi berkembang dengan pesat dantampak kepastiannya. Secara umum teknologi adalah rekayasa atau manipulasi perilakualam sehingga bermanfaat bagi umat manusia. Perhatikan monitor televisi Anda. Per-nahkah Anda tergelitik untuk mengetahui cara monitor itu bekerja menghasilkan gambaryang dinamis? Ketahuilah bahwa monitor televisi dapat menghasilkan gambar karenarekayasa perilaku elektron-elektron di dalam medan listrik dan medan magnet. Lalu,tahukah Anda bagaimana sinar laser dihasilkan? Sinar laser dihasilkan berkat pengeta-huan kita tentang perilaku atom-atom terhadap foton-foton (cahaya) yang ditembakkanpada atom-atom itu. Boleh dikatakan hampir mustahil bahwa manusia mampu men-dapatkan sinar laser tanpa berbekal pengetahuan tentang perilaku atom-atom terhadapradiasi elektromagnetik. Oleh karena itu pengetahuan kita tentang perilaku alam ataupola keteraturan yang dianut oleh alam sangatlah penting perannya dalam pengembang-an teknologi sebab berdasarkan pengetahuan semacam itulah kita dapat merekayasa atau

Fisika Merupakan Produk Peradaban Kolektif 13

memanipulasi perilaku alam. Padahal, sebagaimana telah diuraikan di atas sains (khusus-nya fisika) berusaha menemukan pola perilaku alam. Jadi, sesungguhnya ilmu fisika me-mainkan peran sentral dalam pengembangan teknologi. Peran semacam ini sangat jelasmanakala kita menengok perkembangan teknologi dari waktu ke waktu. Dalam pengem-bangan teknologi terdapat adagium yang menyatakan bahwa 'Sains adalah peretas jalanbagi teknologi'. Sebagai contoh, begitu sains (khususnya fisika) mulai merambah alammikroskopis (yakni benda-benda yang mempunyai ukuran sangat kecil), perkembanganteknologi pun mulai menapaki wilayah tersebut. Sebagai akibat, pada gilirannya muncu-llah teknologi-teknologi yang berbasiskan pengetahuan manusia akan alam mikroskopisini. Sekedar untuk disebutkan, teknologi-teknologi itu di antaranya adalah teknologi zatpadat (solid state technology), teknologi nuklir, teknologi laser dll. Inilah teknologi yangsecara dominan mewarnai perikehidupan manusia dewasa ini.

Fisika Merupakan Produk Peradaban Kolek-tif

Tidak diketahui secara pasti sejak kapan ilmu fisika dikembangkan. Mungkin sejak awalkeberadaan manusia di muka Bumi. Sejak keberadaan mereka di muka Bumi manusiatelah mengenal pengetahuan tentang alam di sekitar mereka. Pada zaman prasejarahmanusia telah mengenal sifat-sifat api, air, tanah dan lain sebagainya. Mereka meman-faatkan pengetahuan itu untuk dapat bertahan menghadapi tantangan alam yang masihganas. Sejenak kemudian mereka mengenal perunggu. Lalu dilanjutkan logam-logamyang lain. Yang jelas tercatat dalam sejarah adalah bahwa peradaban-peradaban kunoseperti Mahenjo-Daro (di sekitar India-Pakistan), Asyiria (Asia Barat), Mesir Kuno (se-panjang sungai Nil di Afrika), Cina Kuno, Inca (di pegunungan Andes, Amerika Tengah),Maya (di Amerika Tengah) dan Aztec (di Meksiko) telah memiliki dan mengembangkanpengetahuan tentang bahan yang cukup maju. Pada jaman Yunani Kuno pengembangansains mendapatkan penguatan tersendiri dalam nuansa filsafati yang kental. Setelah jamanYunani Kuno ini seolah pengembangan sains mengalami jeda yang cukup panjang. Barupada jaman keemasan Islam para ilmuwanmuslim, seperti Al-Biruni, Al-Idrisi, Al-Hazen,Al-Farabi dlsb., menggali kembali warisan peradaban itu dan mengembangkannya sam-pai tahap yang menakjubkan. Setelah itu peradaban yang cukup maju ini masuk ke Eropamelalui Andalusia (Spanyol) dan Semenanjung Balkan. Maka kemudian tercatat tokoh-tokoh klasik seperti Roger Bacon, Nicolaus Copernicus, Galileo Galilei, Isaac Newtondan lain sebagainya hingga tokoh-tokoh awal abad ke dua puluh seperti Max Planck, Ni-els Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrdinger, Albert Einstein, Enrico Fermi. Takketinggalan pula, dari Asia kita mengenal fisikawan-fisikawan besar yang ikut merubah se-jarah seperti Abdus Salam, Satyendranath Bose, Chandrasekhara-Venkata Raman, HidekiYukawa, Leo Isaki dan lain sebagainya. Tak dapat dipungkiri lagi bahwa fisika merupakanilmu lintas bangsa. Puncak-puncak pengembangannya dipergilirkan dari satu bangsa kebangsa yang lain, dari satu generasi ke generasi berikutnya.

14 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

Sikap dan Perilaku IlmiahAgarIlmuwan harus

memiliki keinginanuntuk mengetahui dan

memahami berbagaigejala yang ada dialam semesta ini.Mereka berusaha

menemukan pola-polaketeraturan yangdimiliki oleh alam

semesta ini.

dapat memahami alam dengan baik dan selanjutnya pemahaman itu bermanfaat,baik bagi diri sendiri maupun lingkungan, Anda perlu membekali diri dengan sikap danperilaku ilmiah. Apa itu sikap dan perilaku ilmiah? Sikap dan perilaku ilmiah adalah sikapdan perilaku yang pasti/harus dimiliki oleh seorang ilmuwan. Andaikan ada seseorangyang mengaku sebagai ilmuwan. Namun, ternyata pada diri orang itu tidak Anda temuk-an sikap dan perilaku ilmiah, maka dapat Anda pastikan bahwa sesungguhnya dia bukanseorang ilmuwan. Sikap dan perilaku apa saja yang termasuk sikap dan perilaku ilmiah?Berikut hendak dijelaskan satu persatu :

RDVD LQJLQ WDKX: Ilmuwan harus memiliki keinginan untuk mengetahui dan me-mahami berbagai gejala yang ada di alam semesta ini. Mereka berusaha menemukanpola-pola keteraturan yang dimiliki oleh alam semesta ini. Mereka berusaha pula meng-embangkan teori yang mampu menerangkan cara alam semesta ini diciptakan dan di-sempurnakan. Seseorang tanpa keinginan untuk mengetahui dan memahami tentu tidakmungkin dapat berperan sebagai seorang ilmuwan. Rasa ingin tahu ini boleh dikatakansebagai bahan bakar yang mampu memberi asupan tenaga bagi kegiatan ilmiah sehinggaterus berlangsung.

0HQ\DQJVLNDQ GDQ EHUWDQ\D: Benarkah alam semesta ini ada awalnya? Lalu, bila-manakah itu? Bagaimana alam semesta berkembang? Benarkah anggapan orang bahwakehidupan berasal dari benda-benda mati? Mengapa kebanyakan daun berwarna hijau?Mengapa laut menjadi pasang saat bulan pernama? Kemudian, benarkah bahan-bahankonduktor yang dingin dapat menghantarkan listrik lebih baik dari pada yang panas? Me-ngapa demikian? Lebih lanjut, bagaimana perilaku seekor gorila di tengah belantara? Apapengaruh vitamin C terhadap kanker? Mengapa sepotong besi membara bila dipanask-an? Benarkah semua rumah siput memiliki ulir putar kanan? Itulah berbagai pertanyaanilmiah. Menyangsikan dan bertanya termasuk pekerjaan utama seorang ilmuwan. Darikesangsian terhadap keyakinan akan suatu kebenaran muncul pertanyaan. Pertanyaan-pertanyaan itu kemudian mendorong ilmuwan untuk mencari jawabannya. Tetapi tidaksetiap pertanyaan mampu menggerakkan para ilmuwan untuk mencari jawabannya. Seo-rang YunaniIlmuwan bukan saja

menanyakan segalasesuatu yang

tidak/belum merekaketahui, tetapi mereka

juga menanyakansegala hal yang

kelihatannya telahdiketahui dan

dipahami oleh setiaporang.

kuno yang bernama Thales (kira-kira 624-546 SM) dinobatkan sebagai bapakfilsafat karena ia melontarkan pertanyaan Dari bahan apa sajakah alam semesta ini disu-sun?. Dijawab sendiri olehnya : Air. Suatu jawaban yang sangat sederhana. Jauh lebihsederhana dibandingkan dengan pertanyaannya sendiri. Thales dikatakan sebagai filsufpertama bukan kerena jawaban air itu, melainkan karena ia mampu melontarkan perta-nyaan yang sangat berbobot. Mengapa pertanyaan Thales itu dikatakan sangat berbobot?Ya sebab sekian banyak orang tertarik dan tergerak untuk menjawab pertanyaan itu.Dari Demokritus dan Aristoteles, kemudian Jabir dan Dalton, sampai Thomson, Ru-therford dan Bohr. Dan bahkan sampai detik ini, pertanyaan itu masih terus menerusbergaung, memanggil jawaban memuaskan yang tiada kunjung datang. Berbagai fasilitaslaboratorium dari kamar gelembung sampai akselerator yang harganya triliunan rupiahdibangun guna mencari jawaban atas pertanyaan itu. Bandingkan pertanyaan Thales itudengan pertanyaan seseorang yang sedang mencari rumah sahabatnya, Pak, dimanakahdusun Patukan RT08/RW22, Kelurahan Ambarketawang Kecamatan Gamping, Slem-

Sikap dan Perilaku Ilmiah 15

*DPEDU Salah satu sudut Large Hadronic Collider (LHC) di CERN Jenewa, Swiss. Fasili-tas penelitian fisika partikel ini dibangun dengan biaya kurang lebih 40 triliun rupiah. Inilah salahsatu tanggapan atas sebuah pertanyaan yang diajukan oleh Thales sekitar dua ribu tahun yang lalu.(www.lhc.web.cern.ch)

an? Barangkali tidak ada ilmuwan yang tertarik untuk menjawab pertanyaan semacamini kecuali yang merasa iba.

Selanjutnya, setiap pertanyaan yang diutarakan segera ditindaklanjuti dengan ekspe-rimen serta pengamatan. Eksperimen dan pengamatan menelorkan jawaban. Ada per-bedaan yang menyolok antara pertanyaan yang diajukan oleh seorang ilmuwan denganpertanyaan yang diajukan oleh seorang awam. Pertama, para ilmuwan bukan saja mena-nyakan segala sesuatu yang tidak/belum mereka ketahui, tetapi mereka juga menanyakansegala hal yang kelihatannya telah diketahui dan dipahami oleh setiap orang. Sebelum se-seorang dapat mempertanyakan segala sesuatu, ia dianggap masih berpikir dengan hati,bukan dengan akal. Seorang ilmuwan selalu menyangsikan setiap hal yang telah diyakinikebenarannya oleh khalayak bahkan oleh dirinya sendiri. Dengan kata lain, seorang ilmu-wan selalu menantang status quo dalam rangka meningkatkan pemahaman akan alamsemesta ini. Kedua, pertanyaan-pertanyaan yang diajukan oleh para ilmuwan berbedadari yang ditanyakan oleh awam karena para ilmuwan menanyakan segala hal yang masihberada dalam jangkauan akal manusia. Bagi ilmuwan, tiada wilayah terlarang atau tabuuntuk dijamah oleh keingintahuannya.

0DPSX PHQ\XVXQ GXJDDQ LOPLDK: Ilmuwan selalu berangkat dari dugaan ilmiahatau hipotesa ilmiah dan membuktikan dugaan itu. Lalu, apakah yang dimaksud dengandugaan ilmiah? Tidak setiap dugaan merupakan dugaan ilmiah. Dugaan bahwa Einstein

16 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

adalah fisikawan terhebat abad 20 bukanlah sebuah dugaan ilmiah karena tidak ada caraguna menunjukkan bahwa pernyataan itu salah atau benar. Dugaan bahwa atom ada-lah partikel terkecil yang menyusun zat-zat merupakan hipotesa ilmiah walaupun telahterbukti salah. Pernyataan Kemunculan rasi bintang Waluku menandakan nasib baikbukanlah dugaan ilmiah.

0HQXQWXW SHPEXNWLDQ: Pada jaman dulu para ilmuwan mempunyai dugaan bahwacahaya tersusun atas zarah-zarah kecil yang bergerak dengan cepat. Kalau zarah-zarahitu mengenai suatu benda maka sebagiannya dipantulkan, sebagiannya diserap dan kalaubenda itu transparan maka sebagian besar zarah-zarah itu diteruskan. Apabila zarah-zarah yang dipantulkan itu diterima oleh mata kita, maka benda tersebut membentukbayangan di mata kita. Inilah proses melihat. Tetapi, keyakinan ini bergeser kepada keya-kinan lain, yakni bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Tidak lama kemudi-an keyakinan bahwa cahaya adalah gelombang pun goyah juga dan akhirnya ditinggalkan.Terakhir, para ilmuwan meyakini bahwa cahaya merupakan zarah-zarah yang mempunyaiaspek gelombang. Aspek gelombang membawa informasi statistik tentang zarah-zarahitu. Mengapa begitu banyak perubahan? Bolehkah jika kemudian dikatakan bahwa parailmuwan itu esuk dele sore tempe, atau lebih kasarnya lagi, mencla-mencle? Sebegitumudahkah para ilmuwan berubah pikiran? Tidak! Para ilmuwanPara ilmuwan

bukanlah orang-orangyang mudah berubah

pikiran. Merekamembutuhkan

bukti-bukti yangcukup untuk berubah

pikiran.

bukanlah orang-orangyangmudah berubah pikiran. Merekamembutuhkan bukti-bukti yang cukup untuk beru-bah pikiran. Pergeseran keyakinan yang terjadi pada diri seorang ilmuwan terjadi apabilatelah diperoleh cukup bukti-bukti bagi suatu keyakinan baru. Tetapi keyakinan terkiniseorang ilmuwan inipun bersifat sementara karena sebagai ilmuwan ia akan terus me-nyangsikan kebenaran yang ditawarkan oleh keyakinan terkini itu.

0HQDULN NHVLPSXODQ EHUGDVDUNDQ IDNWDIDNWD LOPLDK: Tidak setiap informasi di-butuhkan dalam sains (khususnya fisika). Hanya fakta-fakta ilmiah saja yang dibutuhkan.Apa yang dimaksud dengan fakta ilmiah? Fakta ilmiah adalah suatu informasi atau data-data tentang suatu gejala alam yang telah mengalami serangkaian pemeriksaan akan kebe-narannya oleh para ilmuwan melalui pengamatan dan pengukuran. Fakta ilmiah dipero-leh melalui pengamatan dan pengukuran. Para ilmuwan berusaha memperoleh data-datayang seakurat dan selengkap mungkin. Sebab data-data tersebut hendak mereka gunakansebagai pijakan untuk menyusun teori-teori dan hipotesa-hipotesa serta untuk menarikkesimpulan-kesimpulan. Seorang ilmuwan bukan hanya mengumpulkan data-data, me-lainkan juga mencari makna dari data-data yang ada di tangannya, yakni menafsirkannya.Dengan mengetahui makna dari data-data tersebut seorang ilmuwan dapat menjawabberbagai pertanyaan yang menggodanya. Bagi seorang ilmuwan, penarikan kesimpulantanpa berdasarkan fakta-fakta ilmiah adalah tabu.

7DDW ORJLND: Darwin mengamati adanya perubahan pada binatang-binatang dari satupulau ke pulau lain di gugusan Galapagos. Sementara itu Wallace mengamati hal yangsama di kepulauan nusantara. Berdasarkan pengamatan itu, mereka menarik kesimpulan-kesimpulan secara logis. Seorang ilmuwan harus berpikir secara logis dan menjauhkandiri dari takhayul dan gugon tuhon. Misalnya, tentang keberadaan makhluk halus yangmenunggu suatu jembatan atau pohon tua.

Motivasi Agung Dalam Sains 17

Motivasi Agung Dalam Sains

Kemanfaatan sebuah benda bagi suatu makhluk bergantung pada seberapa jauh makhlukitu mengenali perilaku dan watak benda itu. Sekumpulan ayam akan berebut butiran-butiran jagung yang kita sebar di tanah. Jelas, hal itu karena ayam-ayam itu mengenaliwatak butiran-butiran jagung itu. Akan tetapi, sekumpulan ayam itu akan bergeming(diam saja, cuek) manakala yang kita sebar adalah segenggam koin seribuan rupiah. Ja-ngankan koin-koin seribuan, berlembar-lembar ratusan ribu rupiah sekalipun yang Andatebarkan tidaklah membuat ayam-ayam itu tertarik untuk berebut. Ayam tidak mengenalwatak uang, maka mereka tidak melihat manfaat yang ada pada uang-uang itu. Mere-ka tidak tahu bahwa uang memiliki "kekuatan". Demikian juga sesungguhnya manu-sia, mereka tidak memandang adanya manfaat pada suatu hal karena ia tidak mengenaldan tidak memahami sesuatu hal itu dengan baik. Jika saja mereka mengenal sesuatuhal dengan baik, maka ia akan mampu mengambil manfaat dari sesuatu hal itu. Bagiorang Jawa beberapa jenis tanaman di kebun-kebun atau di semak-semak dalam hutantidak memiliki arti apapun, bahkan dianggap mengganggu. Seringkali ada gerakan untukmembersihkan tanaman-tanaman itu. Daun-daunnya ditumpuk dan dibakar begitu saja.Tetapi, bagi orang Sunda, dedaunan itu sangat berharga karena memiliki manfaat, semi-sal untuk lalapan yang sangat lezat. Jangan heran, karena orang Sunda lebih mengenaliwatak tanaman-tanaman itu daripada orang Jawa. Daun ketela rambat di mata masya-rakat Yogya tidak lebih dari makanan ternak (kambing). Sementara daun ketela rambatitu ternyata memiliki nilai yang lebih tinggi di mata masyarakat Surakarta dan sekitarnya.Mereka memasaknya menjadi makanan yang banyak disukai, yang dikenal sebagai bram-bangasem. Belakangan, anak-anak sebuah SMA swasta di Yogyakarta dalam penelitianmereka menemukan kandungan kimiawi daun ketela rambat itu yang sangat bermanfaatbagi kesehatan. Tingkat pengenalan seseorang terhadap sesuatu hal akan menentukannilai sesuatu hal itu di matanya. Oleh karena itu, dengan berprasangka baik atau berpikirpositif bahwa segala hal bisa memberi manfaat dan kemudian berupaya mengenali danmemahami semua hal merupakan sikap dan langkah yang menguntungkan. Oleh karenaitu tidaklah berlebihan jika dikatakan bahwa barangsiapa yang mengenali alam ini denganlebih baik, maka ia akan dapat hidup dengan lebih baik. Seterusnya, jangan pernah heranjika orang-orang yang telah tercerahkan berupaya mempelajari dan memahami perilakudan watak alam ini dari berbagai sisinya. Mereka berupaya keras untuk memahami alamini dari yang paling kecil, yakni yang berukuran 10 meter sampai dengan yang palingbesar, yakni alam semesta ini keseluruhannya dan dari berbagai aspeknya. Mereka te-tap saja mengupayakan pencarian itu, bahkan meskipun untuk itu diperlukan biaya yangluar biasa besar. Bayangkan, beberapa negara rela menggelontorkan uang lebih dari 35triliun rupiah kepada para fisikawan untuk membangun peranti raksasa yang dikenal se-bagai LHC (Large Hadronic Collider) padahal alat itu hanya digunakan untuk eksperimentumbukan partikel-partikel elementer. Sungguh itu bukan pekerjaan sia-sia. Untuk apamereka melakukan itu? Jawab mereka, untuk mencari atau mengkonfirmasi keberadaansalah satu batu penyusun bangunan teori tentang partikel elementer. Untuk apa sebuahteori dikembangkan? Jawaban bagi pertanyaan ini telah dijelaskan pada bagian sebelum-nya. Akan tetapi, berbagai teknologi yang kita nikmati saat ini dapat memperkuat buktikebermanfaatan teori-teori yang telah dibangun. Berbagai teknologi maju dewasa ini di-peroleh karena adanya bimbingan oleh teori-teori yang telah dikembangkan. Teknologi

18 Bab Fisika Upaya Memahami Alam

berkembang dengan sangat pesat karena bimbingan teori-teori sains yang ada. RASAINGIN TAHURasa ingin tahu

adalah motivasipaling agung danalami dalam sains.

adalah motivasi paling agung dan alami dalam sains. Itulah yang mendo-rong ilmuwan sejati dalammelakukan perenungan dan penelitian. Jadi, bukanlah tuntutanuang, bukan ketenaran, bukan kemanfaatan, bukan trend, bahkan bukan pula publikasi il-miah yang mendorong para ilmuwan perintis jaman dalam membuka jalan bagi kemajuanumat manusia dewasa ini. Kita simak sekali lagi ungkapan Newton yang terkenal itu:

... I seem to have been only like a boy playing on the seashore, and diverting myself in now andthen finding a smoother pebble or a prettier shell, whilest the great ocean of truth lay all undiscoveredbefore me."

Karena dorongan RASA INGIN TAHU, ilmu pengetahuan berkembang semakinluas dan semakin mendalam, menjangkau hal-hal luar biasa yang sangat mengagumkanyang tidak dapat kita perhitungkan dari semula, sehingga kita mampu bergerak menujuke tengah lautan ilmu (meskipun kita tidak akan mungkin sampai di sana) serta mam-pu menyelam menuju kedalaman samudra ilmu yang disebut-sebut oleh Newton di atas(meskipun kita juga tidak akan mungkin sampai di sana). Sebaliknya jika pengembangansains hanya didorong (lebih tepatnya dikebiri) oleh kebutuhan-kebutuhan hidup sesaat,maka seolah sudah ada batas bagi pengembaraan kita. Inilah yang akhirnya membatasiatau menghalangi kita untuk bergerak semakin ke tengah dan semakin ke dalam samu-dra ilmu. Akhirnya, kita hanya berada di pinggir, mungkin hanya sebatas di teluk sempitdan dangkal saja. Di sana kita tidak akan mendapatkan hal-hal luar biasa, yang meng-agumkan, dan yang tak terduga. Lebih parah lagi, kalau kemudian kita merasa sudahberada di samudra ilmu. Padahal samudra ilmu itu luas dan dalam, bukan sesempit dansedangkal teluk itu. Mari kita bebaskan sains dari belenggu-belenggu itu, yang menge-kang kreativitas kita yang menghalangi kita untuk sekedar menghilangkan rasa haus kitaakan pengetahuan dan pemahaman.

Pertanyaan-pertanyaan1. Dugaan ilmiah atau bukan ?

a) Albert Einstein adalah fisikawan terpopuler sepanjang zaman.b) Zinedin Zidane adalah pemain sepak bola terbaik di dunia.

2. Susunlah sendiri beberapa dugaan. Lalu diskusikan dengan rekan-rekan Anda apakahdugaan-dugaan Anda itu merupakan dugaan ilmiah.

3. Bagaimana pendapat Anda tentang pertanyaan yang diajukan salah seorang rekan An-da kepada guru perihal jawaban sebuah soal yang ada dalam buku ini? Dapatkahpertanyaan itu menggerakkan para ilmuwan mencari jawabannya?

4. Bayangkanlah Anda hidup pada masa ketika manusia belum mengetahui bahwa Bu-mi ini bulat dan masih beranggapan bahwa Bumi ini merupakan bidang datar. Laluandaikan pada masa itu ada orang yang melakukan perjalanan ke arah barat terus me-nerus tanpa berhenti. Maka orang itu tentu akan muncul dari arah timur. Hal ini bagikita bukanlah sesuatu yang menakjubkan. Akan tetapi, bagi orang-orang pada masaitu kejadian seperti itu tentu akan mengherankan dan akan menimbulkan banyak pe-nafsiran. Dapatkah Anda memperkirakan seperti apakah bayangan manusia tentangbentuk Bumi ini setelah mengetahui kejadian itu?

Sebuah neraca puntir yang berukuran raksasa untuk ukuran masyarakat tahun1798 yang dilengkapi dengan dua buah bola timbal yang masing-masing bermassa158 kg dan dua buah bola kecil masing-masing bermassa 0,7 kg harus dipersiapkanoleh Henry Cavendish untuk mengukur tetapan gravitasi umum yang muncul dalamhukum gravitasi Newton. Keberhasilan Henry Cavendish dalam pengukuran tetapangravitasi menyempurnakan pekerjaan Newton dalam penyusunan model hukum alamyang mengatur interaksi gravitasi antara benda-benda bermassa. Menurut Newton,benda-benda titik saling tarik menarik dengan gaya gravitasi secara spontan sedemiki-an rupa sehingga besar gaya gravitasi antara keduanya berbanding lurus dengan massakedua benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Newtonjuga berpandangan bahwa ruang dan waktu bersifat mutlak adanya. Pandangan New-ton semacam ini berhasil menjelaskan dan meramalkan berbagai gejala alam semisalwaktu kedatangan komet Halley dan menjelaskan hukum Kepler, sehingga diterimasecara luas baik di kalangan masyarakat ilmiah maupun masyarakat awam. Keberha-silan Henry Cavendish juga memiliki makna tersendiri bagi umat manusia. Akhirnya,umat manusia mampu mengetahui massa Bumi, bola raksasa yang selama ini menjaditempat tinggal mereka.

2 Besaran danPengukuranCandi Siwa dan Wisnu dikomplek candi Prambananseolah tidak tampak. Pun-cak candi Brahma ini jugaterlihat lebih tinggi daripa-da puncak Merapi. Inilahyang disebut sebagai Para-laks. Hal ini juga terjadi pa-da rasi bintang yang selamaini terlihat seolah pada sa-tu bidang. Dalam pengu-kuran dampak adanya para-laks ini harus diperhitungk-an (panoramio.com).

Besaran dan Satuan Besaran Pokok dan

Turunan Sistem Internasional Redefinisi SI Besaran Ekstensif

dan Intensif Dimensi Konversi Satuan Angka Penting Penaksiran

Tentang Pengukuran Perambatan Ralat Mengukur Gravitasi

Bumi Pengukuran Klasik

vs Kuantum Pengukuran Pacuan

20 Bab Besaran dan Pengukuran

Setelah pandanganPengukuran membawakonsekuensi besar,yaitu bertambah

luasnya cara pandangmanusia terhadap

alam semesta,terhadap dirinya danterhadap Tuhannya.

Newton berhasil bertahan kurang lebih selama 228 tahun, AlbertEinstein menyodorkan pandangan lain mengenai gravitasi yang berbenturan dengan pan-dangan Newton. Bagi Einstein, ruang dan waktu tidak mutlak. Ruang dan waktu tidakterpisah tetapi terpadu sebagai satu kesatuan dalam kesetaraan. Keberadaan ruang danwaktu bergantung pada keberadaan materi dan energi. Materi dan energi membentukruang waktu, yakni menentukan geometrinya. Gravitasi bukan gaya, melainkan sesuatuyang muncul sebagai perwujudan atau akibat kelengkungan ruang dan waktu. Sementaradinamika sebaran materi dan energi dituntun oleh kelengkungan ruang dan waktu.

*DPEDU Bola kuarsa untuk giroskop efek geo-desik (booklet NASA, Gravity Probe B).

Pandangan Einstein membawa kita pada pencerahan ten-tang kenyataan bahwa cahaya dibelokkan oleh gravitasi. Selainitu, pandangan Einstein juga mampu menjelaskan terjadinyapresesi perihelium orbit planetMerkurius. Pandangan Einsteinini juga meramalkan adanya efek geodesik, yakni puntiran ruangdan waktu di sekitar Bumi karena rotasinya. Untuk membuk-tikan ramalan tersebut, seorang fisikawan bernama LeonardSchiff pada tahun 1960 mengusulkan suatu eksperimen untukmengukur efek geodesik. NASA memulai upaya pembuktianramalan ini pada tahun 1962 dengan membangun fasilitas risetyang diletakkan di angkasa luar. Jantung fasilitas riset ini adalahempat buah giroskop yang masing-masing berupa bola yangterbuat dari kuarsa yang diletakkan di belakang teleskop yangmengarah ke bintang IM Pegasi. Kesulitan pembuatan bola-bola kuarsa itu terletak pada tuntutan bahwa bola-bola kuarsa

itu harus merupakan bola sempurna. Kenyataannya, bola-bola kuarsa itu merupakanbola dengan presisi paling baik yang pernah dibuat oleh umat manusia. Eksperimen inimenguras anggaran lebih dari 750 juta dollar dan memakan waktu lebih dari 4 dekade.

Murray Gell-MannPengukuran adalahhal yang tidak bisa

dipisahkan darifisikawan,

sebagaimana penyairdengan puisinya. Jika

penyair membacaalam semesta dengankata-kata, fisikawan

membaca alamsemesta denganmatematika danangka-angka.

Pengukuran danpermodelan adalahcara yang diyakini

fisikawan untukmengumpulkan

serpihan-serpihanrahasia tentang alam

semesta.

adalah Mendeleev dalam fisika partikel. Ia mengajukan "sistemperiodik unsur" untuk partikel-partikel elementer yang mashur disebut sebagai EightfoldWay pada tahun 1961. Keberadaan partikel-partikel yang dimodelkan oleh Gell-Manntersebut terbukti melalui serangkaian ekperimen dalam akselerator, suatu fasilitas risetberbiaya tinggi di CERN, Jenewa, Swiss. Konsekuensi dari pengukuran-pengukuran ter-sebut adalah berkembangnya pengetahuan manusia perihal alam semesta dalam ukuranmikrokopis. Di CERN itulah, untuk pertama kalinya para fisikawan menggagas internetdan berhasil mewujudkannya guna memudahkanmereka dalam bertukar informasi (data)antar akselerator yang ada di dunia. Setelahnya, fisika partikel juga memiliki proyek besarterkait dengan keberadaan partikel hipotetik yang dikenal sebagai partikel Higgs. Untukitu, fasilitas LHC dibangun dengan biaya lebih dari 40 triliun rupiah.

Mengapa Henry Cavendish harus merancang peralatan yang sedemikian besar (untukukuran waktu itu) hanya untuk mengukur nilai tetapan gravitasi umum? Mengapa parafisikawan harus merancang akselerator partikel yang sedemikian canggih dan mahal ha-nya untuk memperoleh tumpukan kertas berisikan bilangan- bilangan? Mengapa internetharus digagas dan diwujudkan hanya untuk mendukung pengukuran yang dilakukan olehpara fisikawan itu? Mengapa dana lebih dari 40 triliun dikeluarkan hanya untuk memba-ngun mesin raksasa untuk membenturkan partikel-partikel? Mengapa NASA mengha-biskan lebih dari empat dekade hanya untuk mengukur efek geodesik oleh rotasi Bumi?Mengapa para fisikawanmaterial harus menguras pikiran untukmerekayasa material gunamembuat bola paling sempurna demi gagasan itu? Mengapa pula NASA harus menge-

Besaran dan Satuan 21

luarkan dana lebih dari 750 juta dollar hanya untuk memenuhi ide gila Leonard Schifftersebut? Mengapa ribuan orang harus dilibatkan, puluhan bidang ilmu dipertemukan,dan tak terhitung sumber daya harus dikaryakan hanya untuk sesuatu yang bernama SHQJXNXUDQ? Tak perlu heran! Karena pengukuran merupakan hal yang sangat pentingdalam ilmu fisika. Bahkan, barangkali, yang paling penting. Pengukuran menjadi pentingkarena membawa akibat atau konsekuensi yang penting pula.

Besaran dan SatuanPola-pola (rumus-rumus) matematika yang diburu oleh para fisikawan sebagai modelbagi keteraturan alam menghubungkan satu besaran fisika dengan besaran fisika yanglain. Pola-pola matematika yang dimaksud biasanya berupa persamaan-persamaan yangmenghubungkan besaran-besaran fisika. %HVDUDQ DGDODK VHVXDWX \DQJ GLXNXU. Olehkarena itu besaran-besaran fisis memainkan peran yang sangat penting dalam ilmu fisika.Jadi, besaran erat kaitannya dengan pengukuran. Sementara pengukuran besaran-besaranfisika merupakan bagian terpenting dalam ilmu fisika. 3HQJXNXUDQ DGDODK PHPEDQGLQJNDQ VXDWX EHVDUDQ GHQJDQ VDWXDQ.

*DPEDU Salah satu satuan tradisionalnusantara adalah jengkal

Sebagai contoh sederhana, misalkan Anda ingin menentukanpanjang meja belajar Anda. Anda mengukur dengan tangan Anda,diperoleh 7 jengkal misalnya. Dalam hal ini, Anda telah PHPEDQGLQJNDQ panjang meja Anda dengan satuan jengkal. Jengkal yang di-maksud adalah ukuran sepanjang rentangan penuh antara ujung ibujari dan ujung kelingking Anda. Contoh lain misalnya Anda inginmenentukan banyaknya air yang Anda gunakan untuk mandi. Andamenampung air tersebut dalam ember-ember kemudian Anda meng-hitung jumlah embernya. Anda menampung 5 ember misalnya. Lagi-lagi, Anda telah PHPEDQGLQJNDQ banyaknya air yang akan Andagunakan untuk mandi dengan satuan ember.

Besaran sangat terkait dengan kehidupan sehari-hari. Besaranpanjang misalnya, terkait erat dengan seberapa jauh jarak dari rumahkita ke pasar. Besaran waktu misalnya, terkait dengan seberapa lama kita sebaiknya tidur.Besaran massa biasa muncul dalam keseharian kita di pasar. Berapa banyak beras yangakan kita beli? Besaran volume misalnya, biasa muncul ketika kita membeli bensin atauminyak tanah.

Nilai suatu besaran fisika biasanya diungkapkan sebagai hasil kali antara suatu nilainumerik dengan satuan. Seperti contoh sebelumnya, Anda telah mengalikan bilanganyang menyatakan panjang meja Anda, yaitu 7 dengan satuan jengkal dan bilangan 5 yangmenyatakan banyaknya air yang akan Anda gunakan untuk mandi, dengan satuan ember.SDWXDQ DGDODK VXDWX EHVDUDQ ILVLND NKXVXV \DQJ WHODK GLGHILQLVLNDQ GDQ GLVHSDNDWL XQWXN GLEDQGLQJNDQ GHQJDQ EHVDUDQ ODLQ GDUL MHQLV \DQJ VDPD GDODP EHUEDJDLSHQJXNXUDQ.

Satuan panjang tidak harus meter. Satuan massa tidak harus kilogram. Satuan luasjuga tidak harus hektar. SDWXDQ GLWHWDSNDQ EHUGDVDUNDQ NHVHSDNDWDQ. Tentu sajaselalu ada konversi dari satu satuan ke satuan yang lain untuk besaran yang sama sehinggatidak menghambat komunikasi.

22 Bab Besaran dan Pengukuran

GenerasiSatuan yang baiktidak akan

menimbulkanpenafsiran berbeda

oleh orang yangberbeda. Satuan

jengkal, hasta, depamisalnya, akanmenimbulkan

penafsiran yangberbeda terkait

dengan ukuran tubuhmanusia, sehingga

jika diukur oleh orangyang berbeda, maka

didapatkan hasil ukuryang berbeda pula.

sebelum kita sering menggunakan satuan yang mungkin kita masih meng-enalnya. Satuan panjang misalnya, ada jengkal, hasta, depa, dan lain-lain. Satu hasta adalahpanjang dari siku sampai ujung jari tengah jika tangan direntangkan lurus. Sementarasatu depa adalah panjang antara kedua ujung jari jika kedua tangan dibentangkan luruske samping. Ada pula ukuran panjang dim, yang diserap dari bahasa Belanda 'dium' yangartinya jempol. Jadi, satu dim ini sama dengan panjang ibu jari, yang kemudian dibakukanke satuan Inggris dan dikenal dengan inch (inci). Satu inci tersebut eksak nilainya, yaitusama dengan 2,54 cm.

Selain itu ada juga istilah tradisional tumbak untuk satuan luas. Satu tumbak samadengan 16 m. Di pulau Sumatera juga didapati satuan lain untuk luas, yaitu rante (rantai).Satu rante luasnya sama dengan 20 m 20 m, atau 400 m. Di beberapa daerah di PulauJawa dikenal istilah patok untuk satuan luas. Satu patok tersebut sama dengan 25 tumbakatau 400 m. Di daerah Riau ada istilah elak untuk satuan luas. Satu elak sama dengan17 m 17 m atau 289 m kemudian didefinisikan lagi, 10 elak sama dengan 1 jalur.

Untuk kebutuhan yang lebih luas, perlu penetapan satuan yang berlaku secara in-ternasional melalui kesepakatan sehingga memudahkan dalam komunikasi yang terkaitdengan besaran-besaran fisis. Kesepakatan tentang satuan sebuah besaran disandarkanpada fenomena-fenomena alamiah. Agar kesepakatan itu tidak memiliki makna berbedamaka fenomena-fenomena alamiah yang digunakan sebagai sandaran harus memberikannilai tunggal.

Besaran Pokok dan TurunanMenurut caraKetentuan penulisan

satuan:

1. Apabila satuan di-tulis lengkap, ma-ka selalu dimulai de-ngan huruf kecil.Contoh: newton, li-ter, meter, joule, dll.

2. Singkatan satuan yangberasal dari nama se-seorang dimulai de-ngan huruf besar.Contoh: N untuk new-ton, J untuk Joule,dll.

menentukan satuannya, terdapat dua jenis besaran, yakni besaran pokokdan besaran turunan. %HVDUDQ SRNRN adalah besaran yang satuannya telah ditetapkanterlebih dahulu. Misalnya besaran panjang, waktu dan massa. Ini merupakan besaran-besaran yang penting dalam mekanika. %HVDUDQ WXUXQDQ adalah besaran yang diturunk-an dari beberapa besaran pokok. Satuan besaran turunan bergantung pada satuan besaranpokok. Contoh besaran turunan adalah luas, volume, massa jenis, dan laju. 9ROXPH se-buah kubus yang memiliki rusuk 0,1 meter (misalnya) adalah (0,1 meter) (0,1 meter) (0,1 meter) = 0,001 meter. 0DVVD MHQLV dipahami sebagai massa persatuan volume.Apabila balok di atas terbuat dari suatu bahan tertentu sehingga massanya 0,5 kg, makamassa jenis bahan balok itu adalah (0,5 kg)/(0,001 m) = 500 kg/m. Laju sebuah kenda-raan disepakati sebagai jarak yang ditempuh oleh kendaraan itu selama satu satuan waktu.Apabila spedometer kendaraan yang Anda naiki menunjukkan bilangan 60 km/jam terusmenerus selama 15 menit, maka selama itu anda menempuh jarak 15 kilometer. Bilangan60 km/jam yang menunjukan laju kendaraan Anda didapatkan dari 15 km dibagi dengan15 menit = 1/4 jam.

Dalam konferensi ke-IV pada tahun 1971 mengenai masalah ukuran dan timbang-an, telah ditetapkan tujuh besaran pokok dan dua besaran tambahan. Ketujuh besaranpokok tersebut, sesuai dengan booklet yang dikeluarkan oleh Bureau International des Poidset Mesures (BIPM) dapat dilihat pada Tabel 9.1. Dua besaran tambahan yang dimaksudadalah sudut bidang dengan satuan radian (rad) dan sudut ruang dengan satuan steradian(sr).

Sistem Internasional 23

7DEHO %HVDUDQ 3RNRN VHVXDL SLVWHP IQWHUQDVLRQDONo Besaran Satuan Singkatan Dimensi1 Panjang meter m L2 Massa kilogram kg M3 Waktu detik s T4 Kuat Arus Listrik ampere A I5 Suhu kelvin K 6 Banyaknya Zat mole mol N7 Intensitas Cahaya candela cd J

Sementara itu, contoh beberapa besaran turunan dengan satuan sistem internasio-nalnya dapat dilihat pada Tabel 2.2.

7DEHO %HVDUDQ 7XUXQDQNo Besaran Satuan Singkatan Dimensi1 Gaya newton N(kg.m.s) MLT2 Usaha joule J(kg.m.s) MLT3 Tekanan pascal P(kg.m.s) MLT4 Massa Jenis kg/m kg/m ML5 Luas m m L

Sistem InternasionalSalah satu pekerjaan seorang ilmuwan dalam proses ilmiah adalah mengomunikasikan

Pendefinisian sistemsatuan yangditerapkan secarainternasional sangatpenting. Hal tersebutmemudahkan dalamberkomunikasi, lebihkhususnyakomunikasi yangterkaitpenelitian-penelitianilmiah danpengembanganteknologi.

atau melaporkan hasil-hasil pengamatannya kepada masyarakat khususnya masyarakat il-miah. Apabila seseorang memberitahukan hasil-hasil pengukurannya kepada masyarakatilmiah maka ia harus memenuhi aturan atau format-format tertentu yang telah disepaka-ti. Sesuatu yang telah disepakati ini disebut standar. Anda akan bingung apabila tiba-tibadatang kepada Anda seorang asing (mungkin makhluk yang berasal dari luar tata suryakita) dan mengatakan bahwa ia datang dari suatu tempat yang jaraknya 100 milita daritempat anda berada. Apa itu milita? Yang jelas milita adalah satuan panjang. Tetapiberapa satu milita? Berbeda halnya kalau orang asing itu mengatakan bahwa ia datangdari suatu tempat yang jauhnya 50 kilometer dari tempat Anda berada. Mengapa? Betul,karena kita telah memahami nilai satu kilometer itu.

Besaran pokok maupun besaran turunan dapat diukur dengan menggunakan satuanyang telah baku maupun satuan yang belum baku. Penggunaan berbagai satuan tersebuttentu akan menimbulkan berbagai masalah. Untuk mengatasi hal ini, di Perancis padatahun 1790 telah didefinisikan dan disepakati suatu standar sistem satuan yang berlakusecara menyeluruh di Eropa saat itu denganmendefinisikan standar panjang dalammeter.Sistem ini dikenal dengan sistem metrik dan merupakan sistem alternatif selain sistemInggris yang juga berlaku pada saat itu terutama di Inggris. Meskipun sistem metrik inisudah digunakan untuk jangka waktu yang lama secara internasional, namun penggunaanistilah Sistem Internasional (SI) baru dimulai sejak tahun 1970. Sistem internasional iniditurunkan dari sistem metrik sehingga sistem ini lebih populer dengan nama sistem

24 Bab Besaran dan Pengukuran

metrik. Pembuatan sistem yang seragam secara internasional bertujuan agar memperolehkeseragaman dalam pengukuran sehingga dapat dipakai di seluruh dunia. Jadi, bukanberarti Sistem Internasional ini merupakan sistem yang terbaik.

Sistem internasional diturunkan atas dasar bilangan kelipatan 10 atau sistem desimalagar sesuai dengan dasar bilangan yang digunakan di seluruh dunia. Sistem internasio-nal ini juga mudah diterapkan karena sesuai dengan jumlah jari tangan manusia sehinggadalam pengajaran dapat digunakan alat-alat peraga yang sederhana terutama untuk me-nerangkan tangga/jenjang konversi. Untuk menyatakan hasil pengukuran yang bernilaisangat besar maupun sangat kecil dalam sistem internasional, dapat dilakukan denganmenambahkan awalan pada sistem besaran pokoknya. Beberapa awalan yang digunakandalam sistem internasional dapat dilihat pada Tabel 2.3

7DEHO FDNWRU 3HQJDOL GDQ AZDODQQ\D

Faktor Awalan Simbol Faktor Awalan Simbol10 yotta- Y 10 yotta- y10 zetta- Z 10 zepto- z10 eksa- E 10 atto- a10 peta- P 10 femto- f10 tera- T 10 piko- p10 giga- G 10 nano- n10 mega- M 10 micro- 10 kilo- k 10 mili- m10 hekto- h 10 senti- c10 deka- da 10 desi- d

Sekarang satu persatu standar untuk masing-masing besaran pokok tersebut hendakdibicarakan.

Panjang

*DPEDU Artefak batang yang menunjukkan satu cubit(britishmuseum.org).

Sebenarnya orang telah melakukan pengukuran panjangsejak 3 milenium sebelum masehi. Satuan panjang ter-tua yang tertulis dalam sejarah adalah cubit. Satuan cubittersebut merupakan satuan mesir kuno, yang panjang-nya setara dengan jarak dari siku hingga jari tengah apa-bila tangan direntangkan. Cubit tersebut setara dengan18 inci. Sistem satuan pengukuran terus berkembanghingga saat ini, sampai berlakunya Sistem Internasional.

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, sistem metriksudah dicetuskan sejak tahun 1790 oleh Lembaga Na-sional Prancis. Sistem metrik ini kemudian tersebar luasdan digunakan oleh banyak negara di Eropa dan Ameri-ka Latin, hingga pada tahun 1875, dua