Newton, Komposisi Cahaya dan Gravitasi

Unknown
17.26



A.    Isaac Newton.

Isaac Newton adalah ahli fisika, matematika, astronomi, kimia, dan ahli filsafat yang berasal dari Inggris.  Newton lahir pada 4 Januari 1643 di Wolllstrope, Lincolnshire.  Ayahnya adalah seorang petani dan meninggal tiga bulan sebelum Newton lahir.  Dua tahun  kemudian ibunya menikah lagi dan meninggalkan Newton bersama neneknya.
Newton adalah anak yang pintar.  Awalnya Newton bersekolah di sekolah desa , namun kemudian ia pindah ke sekolah yang lebih baik di Grantham dimana disana ia menjadi murid dengan peringkat atas.  Sejak usia 12 hingga  17 tahun dia mengenyam pendididkan di sekolah The Kings School yang terletak di Gratham.  Keluarganya sempat mengeluarkan Newton dari sekolah dengan alasan agar dia menjadi petani saja, bagaimanapun Newton terlihat tidak menyukai pekerjaan barunya dan pada akhirnya setelah meyakinkan keluarganya dan ibunya dengan bantuan paman dan gurunya, Newton dapat menamatkan sekolah pada usia 18 tahun dengan nilai yang memuaskan. 
Pada tahun 1661 Newton melanjutkan pendidikannya ke Cambridge University.  Namun pada bulan Oktober 1665, sebuah epidemic wabah universitas dipaksa untuk menutup dan Newton kembali ke Woolsthrope. 
Pada tahun 1670 sampai 1672, Newton memberikan pelajaran tentang optic. Pada tahun 1687 dengan bantuan temannya Edmond Halley, newton menerbitkan karya tunggal terbesarnya, “Philosophiae Naturalis Principia Mathematical” (Prinsip Matematika Filsafat Alam).  Karyanya ini menjelaskan tentang hukum gravitasi dan tiga asas pergerakan, yang mengubah pandangan orang terhadap hukum fisika alam selama tiga abad kedepan dan menjadi dasar dari ilmu pengetahuan modern. 
Newton meninggal pada 31 Maret 1727 dan dimakamkan di Westminster Abbey.  Berikut ini daftar karya Newton:
1.      Method of Fluxion (1671)
2.      De Motu Corporum (1684)
3.      Philosophiae Naturalis Principa Mathematica (1687)
4.      Opticks (1704)
5.      Reports as Master of the Mint (1701-1725)
6.      Arithmetica Universalis (1707)
7.      An Historical Account of Two Notable Coruptions of Scripture (1754)

B.     Komposisi Cahaya
Cahaya : Gelombang atau Partikel ?
            Cahaya termasuk unsr fisik yang penting.  Upaya untuk memahami cahay tidak hanya dimulai dari abad ke 19.  Orang Yunani kuno percaya bahwa mata manusia memancarkan seberkas sinar sewaktu melihat.
Ilmuwan Abu Ali Hasab Ibn Al-Haithan (965-sekitar 1040) menyatakan bahwa setiap titik pada daerah yang tersinari cahaya, mengeluarkan sinar cahaya ke segala arah, namun hanya satu sinar dari setiap titik yang masuk ke mata secara tegak lurus yang dapat dilihat.  Sedangkan cahaya lain yang mengenai mata tidak secara tegak lurus tidak dapat dilihat.
Huygens dalam bukunya Traite de la Lumiere (telaah cahaya) yang terbit pada tahun 1690 membayangkan cahaya seperti gelombang.  Inilah pernyataan tentang cahya yang pertama.  Hipotesa gelombang ini hanya bertujuan untuk mencati penjelasan geometris tabiat cahaya (miisalnya memantul dan membias).  Gelombang yang dibayangkan Huygens adalah gelombang longitudinal bukan gelombang transversal.  Selain itu, gelombang Huygens tidak periodic, Huygens sengaja membuatnya demikian untuk menghindari gangguan diantara dua sinar yang menyilang.  Gagasan ini disusun tanpa data hasil eksperimen sama sekali.  Walaupun demikian Huygens telah menggalang kubu yang cukup berpengaruh dalam perdebatan tentang cahaya.
Descatres mengangkat kembali gagasan Huygens di Perancis.  Ia membayangkan chaya sebagai getaran dalam eter.  Descartes tidak banyak menguji dugaannya dan ia tidak tahu perbedaan antara fakta dan dugaan kontras dengan Newton yang dapat membedakan keduanya dengan jernih.
Cahaya pertama kali dibahas secara rinci oleh Newton.  Pendirian Newton yang oleh pengikutnya ditafsirkan sebagai teori partikel, kemudian menjadi dogma selama seabad lamanya.  Pengertian partikel nantinya diserang oleh teori gelombang Young dan Fresnel pada awal abad ke-19.

Optik
Dari tahun 1670 sampai dengan 1672, Newton mengajar bidang optika.Semasa periode ini, ia menginvestigasi refraksi cahaya, menunjukkan bahwa kaca prisma dapat membagi-bagi cahaya putih menjadi berbagai spektrum warna,serta lensa dan prisma keduanya akan menggabungkan kembali cahaya-cahaya tersebut menjadi cahaya putih.
Dia juga menunjukkan bahwa cahaya berwarna tidak mengubah sifat-sifatnya dengan memisahkan berkas berwarna dan menyorotkannya ke berbagai objek. Newton mencatat bahwa tidak peduli apakah berkas cahaya tersebut dipantulkan, dihamburkan atau ditransmisikan, warna berkas cahaya tidak berubah. Dengan demikian dia mengamati bahwa warna adalah interaksi objek dengan cahaya yang sudah berwarna, dan objek tidak menciptakan warna itu sendiri. Ini dikenal sebagai teori warna Newton.
Dari usahanya ini dia menyimpulkan bahwa lensa teleskop refraksi akan mengalami gangguan akibat dispersi cahaya menjadi berbagai warna (aberasi kromatik). Sebagai bukti konsep ini dia membangun teleskop menggunakan cermin sebagai objektif untuk mengakali masalah tersebut. . Pengerjaan rancangan ini, teleskop refleksi fungsional pertama yang dikenal, yang sekarang disebut sebagai teleskop Newton melibatkan pemecahan masalah bagaimana menemukan bahan cermin yang cocok serta teknik pembentukannya. Newton menggosok cerminny sendiri dari komposisi khusus logam spekulum yang sangat reflektif, menggunakan cincin Newton untuk menilai mutu optika teleskopnya. Pada akhir 1668 dia berhasil memproduksi teleskop pantul pertamanya. Pada tahun 1671 Royal Society meminta demonstrasi teleskop pantulnya.  Minat mereka mendorongnya untuk menerbitkan catatannya, On Colour (Tentang Warna), yang kemudian dikembangkannya menjadi Opticks.
Ketika Robert Hooke mengkritik beberapa gagasan Newton, dia begitu tersinggung sehingga dia menarik diri dari depan publik. Newton dan Hooke berkomunikasi singkat pada tahun 1679-1680, ketika Hooke, yang ditunjuk untuk mengelola korespondensi Royal Society, menulis surat yang dimaksudkan untuk memperoleh sumbangan dari Newton untuk penerbitan Royal Society, yang mendorong Newton untuk menyelesaikan bukti bahwa orbit elips planet merupakan hasil dari gaya sentripetal yang berbanding terbalik dengan kuadrat vektor jari-jari (lihat hukum gravitasi Newton) dan De motu corporum in gyrum). Namun hubungan kedua ilmuwan tersebut umumnya tetap buruk sampai saat kematianHooke.
Newton berargumen bahwa cahaya terdiri dari partikel atau corpuscles, yang direfraksikan dengan percepatan ke dalam medium yang lebih rapat. Dia condong kepada teori gelombang seperti suara untuk menerangkan pola berulang pemantulan dan transmisi oleh film tipis (Opticks Bk.II, Props. 12), tapi masih mempertahankan teori 'fits' yang menentukan apakah corpuscles dipantulkan atau diteruskan. Para fisikawan kemudian lebih menyukai teori gelombang murni untuk cahaya untu menjelaskan pola interferensi, dan fenomena umum difraksi. Mekanika kuantum, foton, dan dualisme gelombang-partikel dewasa ini hanya memiliki kemiripan sedikit saja dengan pemahaman Newton terhadap cahaya.

Pada tahun 1704 Newton menerbitkan Opticks, yang menguraikan secara terperinci teori korpuskular tentang cahaya. Dia menganggap cahaya terbuat partikel-partikel (corpuscles) yang sangat halus, bahwa materi biasa terdiri dari partikel yang lebih kasar, dan berspekulasi bahwa melalui sejenis transmutasi alkimia "mungkinkah benda kasar dan cahaya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, ... dan mungkinkah benda-benda menerima aktivitasnya dari partikel cahaya yang memasuki komposisinya?" ("Are not gross Bodies and Light convertible into one another, ...and may not Bodies receive much of their Activity from the Particles of Light which enter their Composition?" (  Newton juga membangun bentuk primitif generator elektrostatik gesek, menggunakan bulatan gelas (Optics, 8th Query).
Di dalam artikel berjudul "Newton, prisms and the 'opticks' of tunable lasers diindikasikan bahwa Newton dalam bukunya Opticks adalah yang pertama kali menunjukkan diagram penggunaan prisma sebagai pengekspansi berkas cahaya. Dalam buku yang sama dia memerikan, lewat diagram, penggunaan susunan prisma berganda. Sekitar 278 tahun setelah diskusi oleh Newton, pengekspansi prisma berganda menjadi pokok dari pengembangan laser tertalakan lebargaris sempit. Penggunaan prisma pengekspansi berkas ini berakibat terhadap pengembangan teori dispersi prisma berganda.

C.     Gravitasi
a.      Sejarah Gravitasi
Aristoteles percaya kalau benda yang lebih berat akan jatuh lebih cepat dari yang lebih ringan.  Ini tentu anggapan yang masuk akal bila memegang sebuah bulu di satu tangan dan batu di tangan lainnya dan menjatuhkan secara serentak dari satu ketinggian, maka batu akan menimpa jari-jari kaki terlebih dahulu.  Ini tentu saja karena hambatan udara, namun bagi Aristoteles itu jelas kalau benda berat jatuh lebih cepat.
Karya modern pada teori gravitasi dimulai dengan karya Galileo Galilei di akhir abad ke 16 dan awal abad ke 17.  Dalam percobaan terkenalnya ia menjatuhkan bola-bola dari menara pisa, dan kemudian dengan pengukuran yang teliti pada bola yang turun pada sudut tertentu, Galileo menunjukkan kalau gravitasi mempercepat semua benda pada tingkat yang sama.  Ini adalah kemajuan besar dibandingkan keyakina Aristoteles kalau benda berat jatuh lebih cepat.  Galileo dengan benar mengatakan bahwa hambatan udara adalah alasan mengapa benda yang ringan jatuh lebih lambat dalam sebuah atmosfer.  Karya Galileo memacu perumusan teori gravitasi Newton.
Banyak kisah yang menceritakan bahwa Newton mendapatkan rumus tentang teori gravitasi dari sebuah apel yang jatuh dari pohon.  Dikisahkan bahwa suatu hari Newton duduk dan belajar di bawah pohon apel dan saat itu sebuah apel jatuh dari pohon tersebut.  Dengan mengamati apel yang jatuh, Newton mengambil kesimpulan bahwa ada sesuatu kekuatan yang menarik apel tersebut jatuh ke bawah, dan kekuatan itu yang kita kenal sekarang dengan nama gravitasi.

b.      Hukum Gerak Newton
Isaac Newton menyadari bahwa matematika adalah cara untuk menjelaskan hukum-hukum alam seperti gravitasi, dan membuat beberapa rumus untuk menghitung “pergerakan benda” dan “gravitasi bumi”. Gravitai adalah kekuatan yang membuat suatu benda selalu bergerak jatuh ke bawah. Dengan tiga prinsip dari dasar hukum pergerakan, Newton dapat menjelaskan dan memebuktikan bahwa planet beredar mengelilingi matahari da;am orbit yang berbentuk oval dan tidak bulat penuh. Kemudian Newton menggunakan tiga prinsip dasar pergerakan yang sekarang ini dikenal sebagai Hukum Newton untuk menjelaskan bagimana benda bergerak.
Hukum gerak Newton adalah tiga hukum fisika yang menjadi dasar mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum ini telah dituliskan dengan pembahasan yang berbeda-beda setelah hampir 3 abad, dan dapat di rangkum sebagai berikut:
1.   Hukum pertama: setiap benda akan memiliki kecepatan yang konstan kecuali ada gaya yang resultannya tidak nol bekerja pada benda tersebut. Berarti jika resultan gaya nol, maka pusat massa dari suatu beda tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan konstan (tidak mengalami percepatan).
2.   Hukum kedua: sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya, dding lurus dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap M. atau F=Ma. Bias juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan turunan dari momentum linier benda tersebut terhadap waktu.
3.    Hukum ketiga: gaya aksi dan reaksi dari dua benda memiliki besar yang sama, dengan arha terbalik, dan segaris. Artinya jika ada beda A yag member gaya sebesar F pada benda B, maka benda B akan member gaya sebesar –F kepada benda A. F dan –F memiliki besar yang sama namun arahnya berbeda. Hukum ini juga terkanal sebagai hukum aksi-reaksi, dengan F disebut sebgai aksi dan –F adalah reaksinya.

Ketiga hukum gerak ini pertama dirangkum oleh Isaac Newton dalam karyanya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica,  dan pertama kali diterbitkan pada 5 Juli 1687. Newton menggunakan karyanya untuk menjelaskan dan meneliti gerak dari bermacam-macam benda fisik maupun sistem. Contohnya dalam jilid tiga dari naskah tersebut, Newton menunjukkan bahwa dengan menggabungkan antara hukum gerak dengan hukum gravitasi umum ia dapat menjelaskan hukum pergerakan planet milik Kepler.

c.       Hukum Gravitasi Newton
Kita sudah tahu bahwa hukum Newton dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu hukum Newton I, II, III.  Untuk hukum Newton I digunakan untuk kasus benda diam atau bergerak lurus beraturan, hukum Newton II digunakan untuk kasus benda bergerak dengan percepatan tetap, hukum Newton III( F aksi=-F reaksi).
Disamping menemukan ketiga hukum tentang gerak, Newton juga menyelidiki gerakan benda-benda angkasa, yaitu planet dan bulan, ia mengetahui dari hukum pertamanya bahwa harus ada gaya yang bekerja pada bulan, sehingga bulan tetap pada orbit lingkarannya mengitari bumi. Jika gaya ini tidak ada, maka tentulah bulan akan bergerak pada lintasan garis lurus.
Pada saat ini juga Newton berpikir tentang persoalan gaya tarik yang tampaknya tidak berhubungan dengan permukaan bumi akan selalu jatuh bebas ke permukaan bumi (tanah). Hal ini tentu saja disebabkan pada benda itu bekrja sebuah gaya tarik, yang disebut gaya gravitasi. Jika pada suatu benda bekrja gaya, maka tentu saja gaya itu disebabkan oleh benda lainnya (hukum Newton III). Oleh sebab itu setiap benda yang dilepas selalu jatuh bebas ke permukaan bumi, maka Newton menyimpulkan bahwa pusat bumi lah yang mengerjakan gaya pada benda itu, yang yang arahnya selalu menuju pusat bumi.
Menurut cerita, ketika Newton sedang duduk santai di taman rumahnya dan memperhatikan sebuah apel yang jartuh dari pucuk pohon, dan bahkan pada puncak gunung, maka gaya gravitasi bumi tentulah dapat bekerja pada bulan. Berdasarkan ide gravitasi bumi inilah Newton dengan bantuan dan dorongan sahabatnya Robert Hooke, menyusun hukum gravitasi umumnya yang sangat terkenal.
Dalam perkerjaannya, Newton membandingkan antara besar gaya gravitasi bumi yang menarik bulan dan menarik benda-benda pada permukaan bumi. Percepatan gravitasi yang dialami setiap benda di permukaan bumi adalah 9,8 m/s2. Jarak bulan dari pusat bumi atau jari-jari orbit bulan = 3,84x108 m, dan jarak permukaan bumi dari pusat bumi atau jari-jari bumi = 6,4x106 m. ini berarti jarak bulan dari pusat bumi adalah 60 x jarak permukaan bumi dari pusat bumi. Akhirnya Newton menyimpukan bahwa besarnya gravitrasi bumi pada suatu benda F, berkurang dengan kuadrat jaraknya r, dari pusat bumi.
Newton menyadari bahwa gaya gravitasi tidak hanya tergantung pada jarak, tetapi juga tergantung pada masa benda. Hukum III Newton menyatakan bahwa ketika bumi mengerjakan gaya gravitasi pada suatu benda (misalnya bulan), maka benda itu akan mengerjakan gaya pada bumi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. Newton terus berlanjut dalam menganalisis gravitasi. Dia meneliti data-data yang telah dikumpulkan tentang orbit-orbit planet mengelilingi matahari. Dari kumpulan data ini dia mendapatkan bahwa gaya gravitasi yang dikerjakan matahari pada planet yang menjga planet tetap pada orbitnya mengitari matahari ternyata juga berkurang secara kuadrat terbalik terhadap jarak planet-planet itu dari matahari.  Oleh karena kesebandingan kuadrat terbalik ini, maka Newton menyimpulkan bahwa gaya gravitasi matahari pada planetlah yang menjaga planet-planet tersebut tetap pada orbitnya mengitari matahari.  Selanjutnya Newton mengajukan hukum gravitasi umum Newton yang berbunyi : Gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik menarik yang besarnay berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.
Besarnya gaya gravitasi dapat ditulis dengan persamaan matematis:
F12=F21=F= G.m1.m2/r2
Dengan F12=F21=F= besar gaya tarik-menarik antara kedua benda (N), G= ketetapan umum gravitasi, m1= massa benda 1 (kg), m2= massa benda 2 (kg), r= jarak antara kedua benda (m).
Newton juga memodifikasi hukum gerak planet Keppler ketiga dengan teori gravitasinya, sehingga hukum ketiga menjadi:
(m1+m2)P2 = 3 (d1+d2) = 3R
Hasil modifikasi ini ternyata lebih benar.
Teknologi dan Perkembangan nya.

Read Users' Comments (0)

0 Response to "Newton, Komposisi Cahaya dan Gravitasi"

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)