SEJARAH FISIKA

2.1  Periode I ( Pra Sains  ... sampai dengan 1550 M )

1.   Aristoteles ( 384-332 SM )

Aristoteles dilahirkan di kota Stagira, Macedonia, 384 SM. Ayahnya seorang ahli fisika kenamaan. Pada umur tujuh belas tahun Aristoteles pergi ke Athena belajar di Akademi Plato. Dia menetap di sana selama dua puluh tahun hingga tak lama Plato meninggal dunia. Dari ayahnya, Aristoteles mungkin memperoleh dorongan minat di bidang biologi dan "pengetahuan praktis".

Aristoteles merupakan orang pertama pada periode ini yang mengemukakan cabang mekanika yang berurusan dengan hubungan timbal balik antara gerak dan gaya yaitu bidang dinamika. Ia mengemukakan suatu argumen tentang sifat bawaan dari berbagai benda yang memberikan alasan untuk berbagai sifat tersebut dalam daya intrinsik khusus dari benda itu sendiri. 

Aristoteles membedakan dua jenis gerak yaitu gerak alamiah (pure motion) dan gerak paksa (violent motion). Menurutnya tiap unsur memiliki “tempat alamiah” di alam semesta ini seperti di pusat bumi yang dikelilingi oleh air  udara dan api. Dengan cara serupa, tiap unsur memiliki suatu gerak alamiah untuk bergerak kearah tempat alamiahnya jika ia tidak ada di sana. Umumnya, bumi dan air memiliki sifat berat, yaitu cenderung bergerak ke bawah, sementara udara dan api memiliki sifat levitasi, yaitu cenderung bergerak ke atas. Gerak alamiah ether adalah melingkar, dan ether selalu dalam tempat alamiahnya.

Gerak paksa disebabkan oleh gaya luar yang dikenakan dan boleh ke sembarang arah. Gerak tersebut akan berhenti segera setelah gaya dihilangkan.

Salah satu kekurangan dinamika Aristoteles adalah bahwa kecepatan sebuah benda akan menjadi tak hingga jika tak ada resistansi terhadap geraknya. Adalah sukar sekali bagi para penganut aliran Aristoteles (Aristotelian) untuk membayangkan gerak tanpa resistansi. Memang, kenyataan bahwa gerak seperti itu akan menjadi cepat secara tak terhingga jika tak ada gesekan dengannya seperti seperti benda yang bergerak di ruang kosong.

Teori Aristoteles bahwa gerak paksa membutuhkan suatu gaya yang bekerja secara kontinyu ternyata bisa disangkal dengan memandang gerak proyektil. Aristoteles mencontohkan pada sebuah anak panah yang ditembakkan dari sebuah busur akan tetap bergerak untuk beberapa jarak meskipun jelas-jelas tidak selamanya didorong. busur entah bagaimana memberi suatu “daya gerak” kepada udara, yang kemudian mempertahankan anak panah tetap bergerak. Penjelasan ini sangat tidak meyakinkan, dan masalah gerak peluru terus berlanjut hinga membuat kesal para Aristotelian selama berabad-abad.

2.    Archimedes (287-212 SM)    

Archimedes ilmuwan Yunani abad ke-3 SM. Archimedes adalah seorang arsitokrat. Archimedes adalah anak astronom Pheidias yang lahir di Syracuse, koloni Yunani yang sekarang dikenal dengan nama Sisilia. Membicarakan Archimedes tidaklah lengkap tanpa kisah insiden penemuannya saat dia mandi. Saat itu dia menemukan bahwa hilangnya berat tubuh sama dengan berat air yang dipindahkan.

Archimedes adalah orang yang mendasarkan penemuannya dengan eksperiman. Sehingga, ia dijuluki Bapak IPA Eksperimental. Archimedes memulai tradisi “Fisika Matematika” untuk menjelaskan tentang katrol, hukum-hukum hidrostatika dan lain-lain. tradisi Fisika Matematika berlanjut sampai sekarang. Berikut Archimedes adalah pencetus hukum daya apung yang dikenal pula sebagai prinsip Archimedes.

Archimedes merancang banyak mesin inovatif namun sederhana yang mencakup ‘pompa baut’ dan ‘cakar Archimedes’ (semacam crane yang bisa mengangkat kapal).Sebagai seorang ahli matematika, dia memberikan nilai perkiraan lebih akurat pada ‘pi’.

Berikut secara rinci beberapa penemuan terbesar Archimedes:

a)   'Archimedes Screw' 

Sekrup adalah mesin dengan mata pisau berbentuk sekrup bergulir di dalam silinder. Ia diaktifkan dengan tangan, dan juga dapat digunakan untuk mentransfer air dari tempat yang rendah letaknya ke saluran irigasi.

Ukuran kapal yang besar ini juga menimbulkan masalah lain. Massa kapal yang berat, menyebabkan ia sulit untuk dipindahkan. Untuk mengatasi hal ini, Archimedes kembali menciptkan sistem katrol yang disebut “Compound Pulley”. Dengan sistem ini, kapal tersebut beserta awak kapal dan muatannya dapat dipindahkan hanya dengan menarik seutas tali. Kapal ini kemudian diberi nama Syracusia, dan menjadi kapal paling fenomenal pada zaman itu.

 Archimedes menyadari bahwa pengungkit ini merupakan salah satu contoh dari hasil kerja Euclid. Gaya yang mendorong ke bawah setiap ujung pada pengungkit harus proposional dengan panjang papan pada setiap sisi terhadap titik penyeimbang. Dia menemukan konsep matematika dari pengungkit, suatu sistem pengangkutan yang paling umum dan dasar yang pernah dirumuskan.

Bahkan dengan sistem matematis tuas yang ditemukannya, Archimedes membanggakan dirinya. Jika saya dapat berdiri pada jarak yang cukup dari suatu titik tumpu tetap, maka saya dapat menggerakkan apa saja. Ia berkata,”Berikan saya tempat untuk berpijak dan saya akan menggerakkan Bumi

b)  Cakar Archimedes (Claw of Archimedes)

Cakar Archimedes adalah senjata kuno mirip dengan crane, dilengkapi dengan kait yang bisa mengangkat kapal keluar dari air dan membalikkannya.

c)      Prinsip Archimedes

Terdapat kisah termasyur tentang bagaimana Archimedes menemukan metode yang digunakan untuk mengukur volume benda yang berbentuk tidak teratur.Cerita bermula ketika Archimedes diminta memeriksa mahkota baru Raja Hiero II. Archimedes diminta memeriksa apakah mahkota itu terbuat dari emas murni. Jika ternyata terdapat tambahan perak, Archimedes harus pula mengetahui berapa kadar yang telah dicampurkan ke dalam mahkota tersebut. Archimedes diminta memeriksa keaslian mahkota tersebut tanpa merusaknya. Setelah menerima tugas tersebut, saat sedang mandi, Archimedes mengamati bahwa tingkat air naik saat dia memasuki bak mandi. Dari peristiwa tersebut Archimedes lantas menyimpulkan bahwa sebuah benda yang dicelupkan dalam air akan mendapatkan gaya apung yang sama besar dengan berat cairan yang dipindahkan. Ketentuan ini lantas dikenal sebagai Prinsip Archimedes.

3. Eratoshenes (273 – 192 SM)

 Eratoshenes melakukan penghitungan diameter bumi pada tahun 230 SM. Dia menengarai bahwa kota Syene di Mesir terletak di equator, dimana matahari bersinar vertikal tepat di atas sumur pada hari pertama musim panas.  Eratoshenes mengamati fenomena ini tidak dari rumahnya, dia menyimpulkan bahwa matahari tidak akan pernah mencapai zenith di atas rumahnya di Alexandria yang berjarak 7° dari Syene. Jarak Alexandria dan Syene adalah 7/360 atau 1/50 dari lingkaran bumi yang dianggap lingkaran penuh adalah 360°. Jarak antara Syene sampai Alexandria +/- 5000 stade. Dengan dasar itu dibut prakiraan bahwa diameter bumi berkisar:  50x5000 stade = 25.000stade = 42.000Km.

Pengukuran tentang diameter bumi diketahui adalah 40.000 km. Ternyata, astronomer jaman kuno juga tidak kalah cerdasnya, dengan deviasi kurang dari 5%.

2.2        Periode II  ( Awal Sains 1550-1800 M )

1.   Galileo ( 1564 M - 1642 M)

a. Biografi

Galileo Galilei (lahir di Pisa, Toscana, 15 Februari 1564 – meninggal di Arcetri, Toscana, 8 Januari 1642 pada umur 77 tahun) adalah seorang astronom, filsuf, dan fisikawan Italia yang memiliki peran besar dalam revolusi ilmiah.

Sumbangannya dalam keilmuan antara lain adalah penyempurnaan teleskop, berbagai observasi astronomi, dan hukum gerak pertama dan kedua (dinamika). Selain itu, Galileo juga dikenal sebagai seorang pendukung Copernicus mengenai peredaran bumi mengelilingi matahari. Akibat pandangannya yang disebut terakhir itu ia dianggap merusak iman dan diajukan ke pengadilan gereja Italia tanggal 22 Juni 1633. Pemikirannya tentang matahari sebagai pusat tata surya bertentangan dengan ajaran Aristoteles maupun keyakinan gereja bahwa bumi adalah pusat alam semesta.Ia dihukum dengan pengucilan (tahanan rumah) sampai meninggalnya. Baru pada tahun 1992 Paus Yohanes Paulus II menyatakan secara resmi bahwa keputusan penghukuman itu adalah salah, dan dalam pidato 21 Desember 2008 Paus Benediktus XVI menyatakan bahwa Gereja Katolik Roma merehabilitasi namanya sebagai ilmuwan.

Menurut Stephen Hawking, Galileo dapat dianggap sebagai penyumbang terbesar bagi dunia sains modern. Ia juga sering disebut-sebut sebagai "bapak astronomi modern", "bapak fisika modern", dan "bapak sains". Hasil usahanya bisa dikatakan sebagai terobosan besar dari Aristoteles.Konfliknya dengan Gereja Katolik Roma (Peristiwa Galileo) adalah sebuah contoh awal konflik antara otoritas agama dengan kebebasan berpikir (terutama dalam sains) pada masyarakat Barat.

b.   Eksperimen Galileo Galilei

a.      Bidang Mekanika (hukum benda jatuh)

Sumbangan penting pertamanya di bidang mekanika.Aristoteles mengajarkan,benda yang lebih berat jatuh lebih cepat dibandingkan benda yang lebih ringan, dan bergenerasi-generasi kaum cerdik pandai menelan pendapat filosof Yunani yang besar pengaruh ini.Tetapi, Galileo memutuskan mencoba dulu benar-tidaknya, dan lewat serentetan eksperimen dia berkesimpulan bahwa Aristoteles keliru. Yang benar adalah,baik benda berat maupun enteng jatuh pada kecepatan yang sama kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat pergeseran udara. (Kebetulan, kebiasaan Galileo melakukan percobaan melempar benda dari menara Pisa tampaknya tanpa sadar).

Mengetahui hal ini, Galileo mengambil langkah-langkah lebih lanjut.Dengan hati-hati dia mengukur jarak jatuhnya benda pada saat yang ditentukan dan mendapat bukti bahwa jarak yang dilalui oleh benda yang jatuh adalah berbanding seimbang dengan jumlah detik kuadrat jatuhnya benda.Penemuan ini (yang berarti penyeragaman percepatan) memiliki arti penting tersendiri.Bahkan lebih penting lagi Galileo berkemampuan menghimpun hasil penemuannya dengan formula matematik.Penggunaan yang luas formula matematik dan metode matematik merupakan sifat penting dari ilmu pengetahuan modern.

b.      Hukum Bandul

Pada suatu hari ia masuk ke Katedral kota itu. Disitu ia melihat lampu gantung yang sedang dinyalakan oleh koster (pelayan gereja). Lampu-lampu itu berayun-ayun karena disentuh koster.Lebar ayunanya bermacam-macam.Galieo menghitung lamanya ayunan dengan denyut nadinya karena waktu itu belum ada alrloji atau alat ukur lainnya. Setiba dirumah ia mengulangi peristiwa itu dengan bola dari berbagai ukuran dan berat. Akhirnya ia menemukan hukum ini: Waktu ayun tidak tergantung pada lebar ayun dan berat bandul, asal lebar ayun tidak terlalu besar. Waktu ayun berbanding lurus dengan panjang bandul dan berbanding terbalik dengan akar percepatan yang disebabkan gaya gravitasi.

Galileo Galilei membuat mesin yang mempunyai bandul (pendulum) yang dapat digunakan oleh dokter pada saat itu untuk mengukur denyut nadi seseorang dengan cepat dan tepat.Pada tahun 1607 seorang dokter di Universitas Padua menulis buku yang di dalamnya terdapat gambar-gambar dari mesin Galileo yang bentuknya tiga macam.

Prinsip bandul (pendulum) Galileo yang dikenal dengan “Isochronism” yang berarti “keseragaman waktu” digunakan untuk berbagai hal misalnya: pengukuran gerakan bintang-bintang, mengontrol waktu dari jam-jam dan merupakan awal dari dinamika pengetahuan mukakhir sekarang yang berhubungan dengan hukum-hukum gerakan dan kekuatan. Atas dasar penemuan Galileo ini. Maka Christian Huygens dapat membuat jam yang pertama setelah membaca laporan Galileo tentang bandul mesin tersebut.

c.       Hukum Kelembaman

Sumbangan besar Galileo lainnya ialah penemuannya mengenai hukum kelembaman.Sebelumnya, orang percaya bahwa benda bergerak dengan sendirinya cenderung menjadi makin pelan dan sepenuhnya berhenti kalau saja tidak ada tenaga yang menambah kekuatan agar terus bergerak.Tetapi percobaan-percobaan Galileo membuktikan bahwa anggapan itu keliru.Bilamana kekuatan melambat seperti misalnya pergeseran, dapat dihilangkan, benda bergerak cenderung tetap bergerak tanpa batas.Ini merupakan prinsip penting yang telah berulang kali ditegaskan oleh Newton dan digabungkan dengan sistemnya sendiri sebagai hukum gerak pertama salah satu prinsipvital dalam ilmu pengetahuan.

d. Selain itu, Galileo merupakan orang pertama yang membuat pompa penghisap.Dalam percobaannya didapat bahwa tinggi air yang dihisap oleh pompa tidak bisa lebih dari 33 kaki.

2.      Descartes ( 1596  M – 1661 M )

a.   Biografi

Rene Descartes lahir Di desa La Haye tahun 1596, filosof, ilmuwan, matematikus Perancis yang tersohor abad 17. Waktu mudanya dia sekolah Yesuit, College La Fleche. Begitu umur dua puluh dia dapat gelar ahli hukum dari Universitas Poitiers walau tidak pernah mempraktekkan ilmunya samasekali. Meskipun Descartes peroleh pendidikan baik,

tetapi dia yakin betul tak ada ilmu apa pun yang bisa dipercaya tanpa matematik. Karena itu, bukannya dia meneruskan pendidikan formalnya, melainkan ambil keputusan kelana keliling Eropa dan melihat dunia dengan mata kepala sendiri. Berkat dasarnya berasal dari keluarga berada, mungkinlah dia mengembara kian kemari dengan leluasa dan longgar. Tak ada persoalan duit. 

b.   Hukum Gerak Descartes

Hukum Gerak Descartes terdiri atas dua bagian, dan memprediksi hasil dari benturan antar dua massa:

1.    bila dua benda memiliki massa dan kecepatan yang sama sebelum terjadinya benturan, maka keduanya akan terpantul karena tumbukkan, dan akan mendapatkan kecepatan yang sama dengan sebelumnya.

2.      bila dua benda memiliki massa yang sama, maka karena tumbukkan tersebut, benda yang memiliki massa yang lebih kecil akan terpantul dan menghasilkan kecepatan yang sama dengan yang memiliki massa yang lebih besar. Sementara, kecepatan dari benda yang bermassa lebih besar tidak akan berubah

Descartes telah memunculkan hukum ini berdasarkan pada perhitungan simetris dan suatu gagasan bahwa sesuatu harus ditinjau dari proses tumbukkan. Sayangnya, gagasan Descartes memiliki kekurangan yang sama dengan gagasan Aristoteles yaitu masalah diskontinuitas.

Descartes menerima prinsip Galileo bahwa benda-benda cenderung untuk bergerak dalam garis lurus, dia beranggapan bahwa tidak pernah ada sembarang ruang kosong ke dalam mana sebuah benda dapat bergerak. maka konsekuensinya adalah  satu-satunya gerak yang mungkin adalah rotasi dari suatu kumpulan partikel-partikel..

Pengaruh besar lain dari konsepsi Descartes adalah tentang fisik alam semesta. Dia yakin, seluruh alam kecuali Tuhan dan jiwa manusia bekerja secara mekanis, dan karena itu semua peristiwa alami dapat dijelaskan secara dan dari sebab-musabab mekanis. Atas dasar ini dia menolak anggapan-anggapan astrologi, magis dan lain-lain ketahayulan. Berarti, dia pun menolak semua penjelasan kejadian secara teleologis. (Yakni, dia mencari sebab-sebab mekanis secara langsung dan menolak anggapan bahwa kejadian itu terjadi untuk sesuatu tujuan final yang jauh). Dari pandangan Descartes semua makhluk pada hakekatnya merupakan mesin yang ruwet, dan tubuh manusia pun tunduk pada hukum mekanis yang biasa. Pendapat ini sejak saat itu menjadi salah satu ide fundamental fisiologi modern.

Descartes menyukai suatu alam dengan suatu mekanisme mesin jam yang besar sekali, yaitu alam yang mekanistik, yang diciptakan oleh Tuhan dengan suatu pasokan materi dan gerak yang tetap. Agar mesin dunia tidak “berhenti akhirnya”, dia berasumsi bahwa kapanpun dua partikel bertumbukan, daya dorong atau momentum total mereka harus tetap tak berubah. Descartes mendefinisikan momentum sebagai perkalian massa dan kecepatan, mv. Ini tidak sepunuhnya benar kecuali “kecepatan” diperlakukan sebagai sebuah vektor yaitu suatu besaran yang memiliki arah tertentu di dalam ruang sehingga kecepatan-kecepatan yang sama dalam arah belawanan akan saling menghilangkan.

Sedikitnya ada lima ide Descartes yang punya pengaruh penting terhadap jalan pikiran Eropa:

a.        pandangan mekanisnya mengenai alam semesta;

b.      sikapnya yang positif terhadap penjajagan ilmiah;

c.        tekanan yang, diletakkannya pada penggunaan matematika dalam ilmu pengetahuan;

d.       pembelaannya terhadap dasar awal sikap skeptis; dan

e.        penitikpusatan perhatian terhadap epistemologi.

3.Evangelista Torricelli (1608-1647)

a.   Biografi

Evangelista Torricelli lahir di Faenza (italia) pada tanggal 15 Oktober 1608.Ia merupakan anak dari pasangan Gaspare Torricelli dengan Caterina Angetti. Ia adalah anak sulung dari tiga anak pasangan suami istri ini hidup serba kekurangan karena Gaspare hanyalah seorang buruh pabrik tekstil. Melihat bakat Torricelli menonjol dan tidak mempunyai kemampuan untuk memberi pendidikan, maka kedua orang tuanya mengirim anak sulung ini ke pamannya, Jacopo, seorang paderi.Torricelli dididik sampai siap masuk sekolah Jesuit.

Torricelli masuk sekolah Jesuit pada tahun 1624 dan belajar matematika dan filsafat selama 2 tahun. Tidak diketahui dengan jelas kota tempat Torricelli belajar. Ketika Torricelli masih menuntut ilmu di sekolah ini, ayahnya meninggal.Ibunya bersama kedua adik lakinya pindah ke Roma dan diketahui Torricelli kemudian tinggal bersama mereka.Ibunya meninggal di Roma pada tahun 1941.

Torricelli menunjukkan kelebihannya saat kuliah di College Jesuit.Agar dapat berkembang, pamannya mengirim Torricelli untuk belajar pada paderi Benedetto Castelli.Profesi Castelli adalah dosen universitas Sapienza di Roma.Pada masa ini Torricelli belajar matematika, mekanika, hidraulik dan astronomi dari Castelli, bahkan diangkat menjadi asisten Castelli (1626 – 1632). Mungkin menjadi asisten untuk mengganti biaya kuliah dan menjadi dosen pengganti apabila Castelli pergi ke luar kota.

b.      Konsep dan teori yang dikembangkan

Torricelli menerbitkan karya perdana Opera geometrica pada tahun 1644, disusul dengan De motu gravium yang lebih menarik.Di sini Torricelli mengembangkan penelitian Galileo tentang gerakan parabolik dari proyektil yang ada dalam karya Galileo yang berjudul Discourses yang telah terbit pada tahun 1638. Di Roma, pada awal tahun 1641, Torricelli meminta pendapat Castelli tentang De motu gravium. Setelah membaca, castelli terkesan, langsung menulis surat kepada Galileo yang pada saat itu terkena hukum diasingkan dan dalam pengawasan gereja namun tinggal di rumahnya di Arcetri, dekat Florence. Baru pertengahan tahun 1641, Castelli datang mengunjungi Galileo sambil membawa makalah Torricelli dan menyarankan agar Galileo mengangkat Torricelli sebagai asisten.Meskipun Galileo dengan senang hati menerima Torricelli sebagai asisten, namun hal ini tidak langsung terlaksana.Alasan pertama, kabar gembira itu, masih disimpan oleh Castelli yang sedang dalam perjalanan menuju Roma; alasan kedua, ibu Torricelli meninggal sehingga tidak dapat segera langsung berangkat.Baru Oktober 1641, Torricelli sampai di rumah Galileo di Arcetri. Di sini Torricelli menjadi asisten Galileo bersama asisten lain yang sudah ada terlebih dahulu, Viviani. Namun pertemuan Torricelli bersama Galileo tidak berlangsung lama karena pada Januari 1642, Galileo meninggal.Tidak ada patron, Torricelli ingin kembali ke Roma, namun ditunjuk untuk menggantikan Galileo sebagai matematikawan yang mengabdi kepada Grand Duke Ferdinando II di Tuscani.Seperti halnya Galileo, Torricelli termasuk ilmuwan serba bisa.Penemu hidrodinamik dan memp1elajari gerakan proyektil.Gagasan Galileo tentang lintasan proyektil dibuat teori dengan menghitung sudut-sudut lontaran.

Torricelli juga mahir sebagai pembuat peralatan.Mengasah lensa, membuat teleskop besar dan kecil, mikroskop sederhana yang dipelajarinya ketika masih dibimbing Galileo.Keahlian ini banyak mendatangkan uang baginya karena peralatan itu dibeli oleh kalangan bangsawan. Kiprah lain yang membuat namanya terkenal adalah menemukan barometer selain mencoba menyelesaikan problem yang dikemukakan oleh Fermat (1640) tentang tiga titik dalam sebuah bidang, guna menemukan titik keempat yang jaraknya merupakan jarak paling pendek dari tiga titik tersebut.

Pada tahun 1643, dia melakukan eksperimen, kelak dilanjutkan oleh rekannya Viviani, guna memperagakan tekanan udara dipengaruhi oleh ketinggian.Dengan menggunakan cairan yang diisikan ke dalam tabung hampa untuk kemudian dibalik.  Percobaan ini memicu pengembangan barometer.

Hasil percobaan ini dikirimkan lewat surat kepada Michelangelo Ricci yang tinggal di Roma, juga murid Castelli, pada pertengahan tahun 1644. Disebutkan bahwa tabung hampa (vakum) dengan salah satu sisi tertutup diisi cairan air raksa kemudian dibalik dan diletakkan di atas cawan atau pasa yang berisi cairan air raksa juga.Apabila dibawa ke daerah yang tinggi, maka udara yang ada di atas tabung, makin lama makin tinggi. Berapapun diameter tabung yang digunakan, tinggi air raksa selalu sama untuk suatu ketinggian tertentu. Fenomena ini kemudian dilanjutkan oleh pascal yang melakukan percobaan yang sama.  Tabung berisi air raksa dibawa oleh saudara iparnya naik ke gunung.Makin tinggi gunung, maka ruang hampa yang berada di dalam tabung makin tinggi.

Barometer merkuri ditemukan pada tahun 1643 oleh Torricelli, seorang murid Galileo, di Florence Italia bawah.Pada awalnya ditemukan, ketika balik kaca tabung penuh merkuri terbalik, bahwa ada vakum di atas, maka ditemukan bahwa tinggi kolom merkuri bervariasi sedikit karena keduanya ketinggian yang telah diubah dan dengan cuaca yang berubah.Kedua penemuan menyebabkan bertahun-tahun penelitian oleh para ilmuwan, pendaki gunung dan weathermen, belum lagi pembuat lemari, kaca dan engravers blower, dan antik barometer seperti yang kita ketahui sekarang ini diciptakan.

Pemakaian pertama barometer sebagai alat untuk mengukur ketinggian suatu tempat terjadi pada tahun 1648 oleh seorang bernama Blaise Pascal.Torricelli melakukan percobaan dengan menggunakan tabung kaca yang berisi air raksa di mana bagian ujungnya terbuka.Tabung kemudian dibalikkan dan ditempatkan dalam sebuah bejana yang juga berisi air raksa.Percobaan ini menunjukkan bahwa air raksa dalam tabung turun sampai pada ketinggian 76 cm. Air raksa tadi tidak keluar dari tabung karena tekanan udara yang menekan air raksa dalam bejana di luar tabung begitu kuat sehingga mampu menahan tinggi air raksa di dalam tabung.

Ketika mempersiapkan untuk menerbitkan karya-karyanya Torricelli tertular penyakit tiphoid, Beberapa hari kemudian, Torricelli meninggal dengan profesi matematikawan sekaligus sainstis. Torricelli meninggal di Florence, 25 Oktober 16417.

Beberapa jam sebelum meninggal, Torricelli masih memeriksa makalah-makalah yang akan diterbitkan lewat teman kepercayaannya, Ludovico Serenai, setelah Castelli maupun Michelangelo Ricci tidak dapat melakukannya, sedangkan Viviani tidak dapat menyelesaikan sesuai tenggat waktu. Makalah-makalah Torricelli banyak yang hilang dan banyak yang belum diterbitkan.

4.       Otto von Guericke ( 1602 M – 1686 M)

a.Biografi

Lahir pada tanggal 20 November 1602 dari keluarga ningrat di Magdeburg , Jerman Tahun 1617 ia menjadi mahasiswa di Universitas Leipzig. Karena pecahnya Perang Tiga Puluh Tahun, studinya di Leipzig terganggu dan kemudian ia belajar di Julia Academia di Helmstedt dan universitas-universitas Jena dan Leiden. Pada terakhir ini dia menghadiri kursus pada matematika, fisika dan teknik fortifikasi.Pendidikannya diselesaikan oleh perjalanan sembilan bulan lama untuk Perancis dan Inggris.

Setelah kembali ke Magdeburg pada tahun 1626 ia menikah Margarethe Alemann dan menjadi anggota dari Ratscollegium dari Magdeburg. Disana ia diangkat sebagai walikota Magdeburg pada tahun 1647 dan jabatan ini dipegang hingga tahun 1681.

Geuricke pernah mengatakan bahwa :”kalau hanya berbicara, maka itu tak berguna bagi science”. Mungkin dengan landasan inilah maka ia berusaha dengan percobaan membuktikan adanya ruang hampa yang selalu dipertentangkan oleh para ahli. Pada tahun 1650 ia membuat pompa udara untuk mengosongkan ruang sampe terjadi hampa udara.kemudian ia membuat dua buah belahan bola tembaga. Kedua belahan bola ini dapat dirapatkan menjadi satu sehingga mebentuk bola dengan diameter 1,2 feet. Dengan pompa udara yang dibuatnya sendiri, ia berhasil mengeluarkan udara dari dalam bola tembaga itu. Pada kedua belahan bola diikatkan masing-masing seutas tali yang kuat. Masing-masing ujung tali tadi ditarik oleh 8 ekor kuda dengan arah yang berlawanan dengan disaksikan oleh raja Ferdinand III,Guericke mempertunjukkan bahwa bola tembaga tersebut tidak dapat dipisahkan oleh 16 ekor kuda.

b.   Percobaan konsep dan teori yang dikembangkan

Dari percobaan itu dibuktikan bahwa ruang hampa dapat diciptakan dan udar mempunyai massa dan tekanan. Percobaan ini menelan biaya puluhan juta rupiah dari penghasilannya sendiri.Ia pernah melakukan percobaan dengan sebuah cungkup pompa yang diisi bel. Bel dibunyikan sambil udara dipompa keluar.Ternyata bel berkurang bunyinya sesuai dengan berkurangnya udara dalam cungkup pompa.

Pada tahun 1666 Guericke membuat generator listrik statis yang pertama.Generator itu terdiri dari sumbu dan bola belerang.bola belerang diletakkan pada sumbu, sehingga bola dapat berputar bersam sumbu. Pad saat menggosokkan bermacam-macam benda pad bola belerang itu, maka berlahan-lahan tertentu mendapt muatan listrik. Ternyata listrik itu dapat memijarkan belerang.

Pada tahun 1672Guericke menerbitkan buku berjudul “De Vacue Spatio” yang berisi tentangadanya ruang vakum.Guericke juga belajar tentang astronomi.Ia berpendapat bahwa komet adalah anggota system matahari dan akan tampak kembali secaraberkala. Pendapat ini dapat dibuktikan oleh seorang ahli astronomi inggris bernama Edmund Halley (1656-1742).Dan pada tahun 1686 Otto van Guericke meninggal dan dimakamkan di Hamburg.

5.      Blaise Pascal ( 1623 M -1662 M )

a.Biografi

Blaise pascal lahir pada tanggal 19 juni 1623 di Clermont, Auvergne (prancis). Ayahnya bernama  Etienne Pascal seorang pengacara terkenal di paris sehingga ia di percayakan memegang jabatan sebagai presiden lembaga bantuan hokum di Clermont. Ibunya bernama Antoinette Begon yang meninggal  dunia pada tahun 1626. Pascal tiga bersaudara dan waktu kecil kesehatannya kurang baik, sehingga lemah dan sering sakit.

b.   Percobaan konsep dan teori yang dikembangkan

   Selain percobaan dalam bidang matematika , ternyata pascal juga banyak melakuka percobaan dalam bidang fisika, terutama yang berhubungan dengan tekanan udara dan tekana air. Salah satu hasil percobaannya adalh menghasilkan suatu hokum dalam fisika yang kita kenal dengan “hokum pascal”. Dan Blaise Pascal mengemukakan hukum Pascal yang berbunyi: “ Tekanan yang diberikan zat cair di dalam ruang tertutup diteruskan oleh zat cair itu ke segala arah dengan sama besar”. Penemuan Pascal menunjukkan bahwa Tuhan telah menetapkan hukum alam tidak lain untuk kesejahteraan umat manusia. Gejala alam ini sering digunakan dalam teknologi untuk mengangkat mobil di bengkel atau pompa hidrolik untuk memompa suatu bahan tertentu.

Menurut Hukum Pascal, tekanan zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala

arah dengan sama rata. Untuk mengetahui  mengapa gaya yang kecil dapat mengangkat beban yang besar dapat dijelaskan sebagai berikut.

Ketika pengisap kecil kita dorong maka pengisap tersebut diberikan gaya sebesar F1 terhadap luas bidang A1, akibatnya timbul tekanan sebesar p1. Menurut Pascal, tekanan ini akan diteruskan ke segala arah dengan sama rata sehingga tekanan akan diteruskan ke pengisap besar dengan sama besar. Dengan demikian, pada pengisap yang besar pun terjadi tekanan yang besarnya sama dengan p1. Tekanan ini menimbulkan gaya pada luas bidang tekan pengisap kedua (A2) sebesar F2 sehingga kamu dapat menuliskan persamaan sebagai berikut.

Jadi, gaya yang ditimbulkan pada pengisap besar adalah:

Dari Persamaan (11–7), dapat disimpulkan bahwa untuk mendapatkan efek gaya yang besar dari gaya yang kecil, makaluas penampangnya harus diperbesar. Inilah prinsip kerja sederhana dari alat teknik pengangkat mobil yang disebut pompa hidrolik.

c.    Aplikasi hukum pascal

a.       Hukum Pascal pada Dongkrak Hidrolik Dongkrak hidrolik merupakan salah satu aplikasi

sederhana dari Hukum Pascal.

b.      prinsip kerja dongkrak hidrolik berdasarkan hukum pascal. Saat pengisap kecil diberi gaya tekan, gaya tersebut akan diteruskan oleh fluida (minyak) yang terdapat di dalam pompa. Akibatnya Berdasarkan Hukum Pascal, minyak dalam dongkrak akan menghasilkan gaya angkat pada pengisap besar dan dapat mengangkat beban di atasnya.

c.        Hukum Pascal pada Mesin Hidrolik Pengangkat Mobil Aplikasi hukum pascal berikutnya adalah mesin hidrolik pengangkat mobil ini memiliki prinsip yang sama dengan dongkrak hidrolik. Perbedaannya terletak pada perbandingan luas penampang pengisap yang digunakan. Pada mesin pengangkat mobil, perbandingan antara luas penampang kedua pengisap sangat besar sehingga gaya angkat yang dihasilkan pada pipa berpenampang besar dan dapat digunakan untuk mengangkat mobil.

d.      Hukum Pascal pada Rem Hidrolik Aplikasi hukum pascal berikutnya adalah Rem hidrolik digunakan pada mobil. Ketika Anda menekan pedal rem, gaya yang Anda berikan pada pedal akan diteruskan ke silinder utama yang berisi minyak rem. Selanjutnya, minyak rem tersebut akan menekan bantalan rem yang dihubungkan pada sebuah piringan logam sehingga timbul gesekan antara bantalan rem dengan piringan logam. Gaya gesek ini akhirnya akan menghentikan putaran roda.

d.   Contoh soal :

Sebuah alat pengangkat mobil menggunakan luas penampang pengisap kecil 10 cm2 dan pengisap besar 50 cm2. Berapakah gaya yang harus diberikan agar dapat mengangkat sebuah mobil 20.000 N?

Penyelesaian:
Diketahui: 

A1 = 10 cm2

A2 = 50 cm2

F2 = 20.000 N

Ditanyakan: F1

Jawab:

Jadi, kamu dapat menyimpulkan bahwa dengan gaya 4.000 N kamu dapat mengangkat sebuah mobil 20.000 N dengan konstruksi alat seperti itu. Hukum Pascal pun banyak digunakan pada alat-alat teknologi yang lain, seperti rem hidrolik pada kendaraan bermotor dan alat berat untuk mengeruk tanah atau pasir

6.      Isaac Newton ( 1642 M – 1727 M )

a.   Biografi

Isaac Newton (1642-1727), lahir di Woolsthrope, Inggris. Dia  lahir di tahun kematian Galileo.

b.   Percobaan konsep dan teori Yang dikembangkan

 Penemuan-penemuan Newton yang terpenting adalah di bidang mekanika, pengetahuan sekitar bergeraknya sesuatu benda didasarkan pada tiga hukum fundamental.Hukum pertamanya adalah hukum inersia Galileo, Galileo merupakan penemu pertama hukum yang melukiskan gerak sesuatu obyek apabila tidak dipengaruhi oleh kekuatan luar.

Tentu saja pada dasarnya semua obyek dipengaruhi oleh kekuatan luar dan persoalan yang paling penting dalam ihwal mekanik adalah bagaimana obyek bergerak dalam keadaan itu.

Masalah ini dipecahkan oleh Newton dalam hukum geraknya yang kedua dan termasyhur dan dapat dianggap sebagai hukum fisika klasik yang paling utama. Hukum kedua (secara matematik dijabarkan dengan persamaan F = m.a atau a = F/m) menetapkan bahwa percepatan obyek adalah sama dengan gaya netto dibagi massa benda.

Hukum kedua Newton memiliki bentuk sama seperti hukum dinamika Aristoteles, v = kF/R, dengan dua perbedaan penting. Yang satu adalah bahwa gaya menghasilkan percepatan dari pada kecepatan, sehingga dalam ketidak hadiran gaya, kecepatan tetap konstan (hukum pertama). Perbedaan yang lain adalah bahwa hambatan terhadap gerak adalah disebabkan oleh massa benda itu sendiri,  terhadap medium di mana ia bergerak. hukum ketiganya   yang masyhur tentang gerak (menegaskan bahwa pada tiap aksi, misalnya kekuatan fisik, terdapat reaksi yang sama dengan yang bertentangan) serta yang paling termasyhur penemuannya tentang kaidah ilmiah hukum gaya berat universal.

Newton juga membedakan antara massa dan berat. Massa adalah sifat intrinsik suatu benda yang mengukur resistansinya terhadap percepatan, sedangkan  berat adalah sesungguhnya suatu gaya, yaitu gaya berat yang bekerja pada sebuah benda. Jadi berat Wsebuah benda adalah W = mag, di mana ag adalah percepatan karena gravitasi. Keempat perangkat hukum ini, jika digabungkan, akan membentuk suatu kesatuan sistem yang berlaku buat seluruh makro sistem mekanika, mulai dari ayunan pendulum hingga gerak planet-planet dalam orbitnya mengelilingi matahari.

Diantara banyak prestasi Newton, ada satu  yang merupakan penemuan terbesar ialah ‘Hukum Gravitasi’. Pada penemuan ini, Newton menggunakan dengan baik penemuan penting sebelumnya tentang pergerakan angkasa yang dibuat oleh Kepler dan yang lainnya. Newton menyadari hukum semacam ini pada pertengahan 1660. Pada masa kreatif ini, ia menulis hampir satu abad kemudian bahwa,“Saya menarik kesimpulan bahwa kekuatan yang menjaga planet-planet pada orbitnya pasti berbanding terbalik sama dengan kuadrat dari jarak mereka dengan pusat dimana mereka berevolusi”. Diungkapkan sebagai sebuah persamaan 

di mana F gaya gravitasi diantara dua benda bermassa m1 dan m2, r adalah jarak antara pusat-pusatnya, dan G adalah tetapan gravitasi . Gerak sebuah planet mengelilingi matahari adalah suatu kombinasi gerak garis lurus yang ia harus miliki jika tak ada gaya yang bekerja kepadanya dan percepatannya karena gaya gravitasi matahari. 

c.    Aplikasi konsep dan teori

a.       Gravitasi tidak akan diperhatikan orang tanpa peran Newton, dengan adanya hukum gravitasi universal Newton kita dapat mengetahui mengapa semua benda jatuh ke bawah

b.      Dalam bidang mekanika, Newton mencetuskan adanya prinsip kekekalan momentum dan momentum sudut.

c.        Ketiga hukumnya terutama hukum tentang gaya (aksi dan reaksi) dapat digunakan untuk menjelaskan fenomena alam

d.   Contoh soal

Sebuah mobil bermassa 10 000 kg, bergerak dengan kecepatan 20 m/s. Mobil direm dan berhenti setelah menempuh jarak 200 m. Berapakah gaya pengeremannya?
Penyelesaian :
Diketahui :
m   = 10 000 kg
v0 = 0 m/s
v    = 20 m/s
Δx = 200 m
Ditanya : F?
Jawab        :
F    = m.a
v2  = v02 + 2.a.Δx
a    = tvvΔ−.2202
= - 1 m/s2 (diperlambat)
F    = m.a
=    10 000 (-1)
=    - 10 000 N (berlawanan arah kecepatan mobil.

7.    Daniel Bernoulli (1700 M – 1780 M)

a.   Biografi Daniel Bernouli

Asas Bernoulli dikemukakan pertama kali oleh Daniel Bernoulli (1700±1782). DanielBernoulli lahir di Groningen, Belanda pada tangga l8 Februari 1700 dalam sebuah keluarga yang hebat dalam bidang matematika.

b.   Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip  ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli. Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).

 Berikut penjelasanya:

a.       Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluidatak-termampatkan adalah:air,berbagai jenis minyak,emulsi,dll.

BentukPersamaanBernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
dimana

v=kecepatan fluida

g = percepatan gravitasi bumi

h = ketinggian relatif terhadapa suatu referensi

p = tekanan fluida

ρ = densitas fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

·         Aliran bersifat tunak (steady state)

·         Tidak terdapat gesekan

b.       Aliran Termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara,gas alam,dll.

Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
Hukum Bernoulli menyatakan bahwa jumlah dari tekanan ( p ).

 Energi kinetik per satuan volum (1/2 PV^2 ), dan

Energi potensial per satuan volume (ρgh) memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus.

c.       Penerapan Hukum Bernoulli:

a.    Efek Venturi

Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus khusus lain yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya hampir sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini, amati gambar di bawah.
Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir sama sehingga diangap ketinggian alias h sama.

b.      Tabung Pitot

Tabung Pitot adalah alat ukur yang kita gunakan untuk mengukur kelajuan gas /udara. Perhatikan gambar di bawah.Lubang pada titik 1 sejajar dengan aliran udara. Posisi kedua lubang ini dibuat cukup jauh dari ujung tabung pitot, sehingga laju dan tekanan udara di luar lubang sama seperti laju dan tekanan udara yang mengalir bebas. Dalam hal ini, v1 = laju aliran udara yang mengalir bebas (ini yang akan kita ukur), dan tekanan pada kaki kiri manometer (pipa bagian kiri) = tekanan udara yang mengalir bebas (P1).

Ini persamaan yang kita cari. Persamaan ini digunakan untuk menghitung laju aliran gas alias udara menggunakan si tabung pitot.

c.       Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang

Gaya Angkat Sayap Pesawat Terbang juga merupakan salah satu contoh Hukum Bernoulli.
Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa

1.    Berat Pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi Bumi.

2.    Gaya angkat yang dihasilkan oleh kedua sayap pesawat.

3.    Gaya ke depan yang disebabkan oleh mesin pesawat
Bagian depan sayap dirancang melengkung ke atas. Udara yang ngalir dari bawah berdesak2an dengan temannya yang ada di sebelah atas. Mirip seperti air yang ngalir dari pipa yang penampangnya besar ke pipa yang penampangnya sempit. Akibatnya, laju udara di sebelah atas sayap meningkat. Karena laju udara meningkat, maka tekanan udara menjadi kecil. Sebaliknya, laju aliran udara di sebelah bawah sayap lebih rendah, karena udara tidak berdesak2an (tekanan udaranya lebih besar). Adanya perbedaan tekanan ini, membuat sayap pesawat didorong ke atas. Karena sayapnya nempel dengan badan si pesawat, maka si pesawat ikut2an terangkat.

d.      Contoh soal

P1 dan v1 adalah tekanan dan kecepatan udara di atas sayap, P2 dan v2 adalah tekanan dan kecepatan udara di bawah sayap. Agar pesawat dapat terangkat maka maka syaratnya ?

a.              P1 = P2 dan v1 = v2

b.             P1 < P2 dan v1 > v2

c.              P1 < P2 dan v1 < v2

d.             P1 > P2 dan v1 > v2

e.              P1 > P2 dan v1 < v2

Pembahasan :

Diketahui :

P1 = Tekanan udara di atas sayap

P2 = Tekanan udara di bawah sayap

v1 = kelajuan udara di atas sayap

v2 = kelajuan udara di bawah sayap

Ditanya :

Syarat pesawat terangkat atau pesawat bergerak ke atas ?

Jawab :

Hukum Bernoulli atau lebih tepat disebut Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa jika kecepatan fluida besar maka tekanan fluida tersebut kecil, sebaliknya jika kecepatan fluida kecil maka tekanan fluida tersebut besar. Fluida adalah zat yang dapat mengalir. Contoh fluida adalah udara dan air. Apabila kecepatan udara besar maka tekanan udara tersebut kecil, sebaliknya jika kecepatan udara kecil maka tekanan udara tersebut besar.

Ketika kecepatan udara di atas sayap lebih besar dibandingkan kecepatan udara di bawah sayap, maka tekanan udara di atas sayap lebih kecil dibandingkan tekanan udara di bawah sayap. Karena tekanan udara di bawah sayap lebih besar maka gaya dorong udara di bawah sayap juga lebih besar. Sebaliknya tekanan udara di atas sayap lebih kecil sehingga gaya dorong udara di atas sayap juga lebih kecil (P = F/A – semakin besar tekanan, P, semakin besar gaya, F).

Gaya dorong udara di sebelah bawah sayap lebih besar, gaya dorong udara di sebelah atas sayap lebih kecil, sehingga ada resultan gaya atau gaya total yang arahnya ke atas. Gaya total yang arahnya ke atas ini yang menyebabkan pesawat terangkat.

Jadi syarat pesawat terangkat adalah P1 < P2 dan v1 > v2

Jawaban yang benar adalah B.

2.3  Periode III ( Fisika Klasik 1800 M -1890 (1900 ) M )

1.     Leonhard Euler 

a.   Biografi

Leonard Euler lahir tahun 1707 di Basel, Swiss. Dia diterima masuk Universitas Basel tahun 1720 tatkala umurnya baru mencapai tiga belas tahun. Mula-mula dia belajar teologi, tetapi segera pindah ke mata pelajaran matematika.

Kegeniusan Euler memperkaya hampir segala segi matematika murni maupun matematika siap pakai, dan sumbangannya terhadap matematika fisika hampir tak ada batasnya untuk penggunaan.

Euler khusus ahli mendemonstrasikan bagaimana hukum-hukum umum mekanika, yang telah dirumuskan di abad sebelumnya oleh Isaac Newton, dapat digunakan dalam jenis situasi fisika tertentu yang terjadi berulang kali. Misalnya, dengan menggunakan hukum Newton dalam hal gerak cairan, Euler sanggup mengembangkan persamaan hidrodinamika. Juga, melalui analisa yang cermat tentang kemungkinan gerak dari barang yang kekar, dan dengan penggunaan prinsip-prinsip Newton. Dan Euler berkemampuan mengembangkan sejumlah pendapat yang sepenuhnya menentukan gerak dari barang kekar.

b.   Percobaan konsep dan teori yang dikembangkan

Kata hidrodinamika pertama dikenalkan oleh Daniel Bernoulli pada tahun 1700-1783 untuk mengenalkan dua macam ilmu hidrostatik dan hidraulik. Beliaupun mengeluarkan teori yang terkenal dengan nama teori Bernoulli. Kemudian d’Alembert pada tahun 1717-1783 melakukan penelitian mengenai tahanan, dan menghasilkan paradox atas nama dirinya dan mengenalkan teori hukum konservasi massa, persamaan kontinyuitas pada aliran fluida. Euler pada tahun 1707-1783 menghasilkan persamaan gerak fluida ideal dan mengembangkan teori matematisnya dan dilanjutkan oleh Lagrange pada tahun 1736-1813. Navier pada tahun 1785-1836 menyatakan penemuan tentang persamaan gerak untuk fluida berviskositas berdasarkan interkasi molekul. Stokes pada tahun 1819-1903 juga menemukan persamaan gerak untuk fluida berviskositas, beliau terkenal dengan penemuan teori mdern hidrodinamika. Rankine pada tahun 1820-1872 mengembangkan teori sumber (source) dan sumur (sinks). Helmholtz pada tahun 1821-1894  mengenalkan teori potensial kecepatan (velocity potential) dan menemukan teori vortex dan pergerakan yang tidak berlanjut. Kirchhhof pada tahun 1824-1887 dan Rayleigh pada tahun 1842-1919 melanjutkan  penelitian mengenai pergerakan yang tidak berlanjut suatu fluida dan tahanannya. Osborne Reynolds pada tahun 1842-1912 melakukan penelitian tentang pergerakan fluida berviskositas, mengenalkan konsep aliran laminar dan turbulent dan mengenalkan perubahan yang tiba-tiba pada fluida dari satu regime keregime lainnya. Joukowski pada tahun 1847-1921 mengembangkan teori dari perencanaan aerofoil dan teori tersebut terkenal dengan namanya sendiri. Lanchester pada tahun 1868-1945 mengembangkan dua teori modern tentang penerbangan, pertama ide sirkulasi yang mnyebabkan gaya angkat dan kedua ide adnya ulekan diujung foil yang menghasilkan  gaya drag. Prandtl pada tahun 1875-1953  mengenalkan teori lapisan batas (boundary layer) sehingga mengenalkan ide fluida viscous dan inviscid.

Hidrodinamika merupakan salah satu cabang ilmu yang berhubungan dengan gerak liquid atau lebih dikhususkan pada gerak air. Skala atau lingkup analisis ilmu ini adalah pada gerak partikelir air atau dapat disebut dalam skala makroskopik. Skala makroskopik disini memiliki maksud air tersusun dari partikel-partikel fluida. Mengapa makroskopik karena partikel fluida bukan skala terkecil air yakni atom. Lebih penting lagi bidang ini merupakan aplikasi matematik bukan fisika. Karena berhubungan dengan perlakuan matematik dari persamaan-persamaan dasar fluida kontinyu berbasis hukum-hukum newton. Jadi objek yang dijadikan bahan analisa merupakan fluida newton.

Kecepatan dan tinggi tempat suatu arus zat yang bergerak (mengalir) sbb:

P ı + 1/2P.V2 1 + p.g.h. ı = P2

Karena kedua permukaan zat cair tersebut berhubungan dengan udara luar.

P ı = P2=Pз =Tekanan udara Luar

Jadi :

1/2P.V2 1+p.g.h1=1/2P.v2 2 + p.g.h2

Vı = Kecepatan turunya zat cair dalam bejana, dan harganya sangat kecil Sehingga dapat diabaikan maka v1= 0. Dengan demkian diperoleh

V2= 2.G. h

Debit air adalah banyaknya air yang mengalir pada suatu pembuluh tertentu dengan luas penanmpang A, yang dirumus sbb:

Q = V.A

Untuk menentukan besar volume air yang keluar dari luabng pembuluh / penampan dalam jangka waktu (t) tertentu, digunakan sbb:

V = Q.t

c. Penerapan

Adapun aplikasinya atau penerapan dari teori tersebut dalam kehidupan sehari-hari yaitu dapat diterapkan dalam Air PAM dialirkan kerumah Udara dialirkan ke pompa hidrolik Air dari dalam tanah dialirkan ke bak mandi dan Syarat pesawat bisa mengudara :-Gaya angkat pesawat > beratpesawat-Laju pesawat harus semakin besaruntuk-Ukuran pesawat harus besarpesawat memeperbesar gaya angkatsehingga gaya angkat semakin besar yang berkaitan dengan ilmu teknologi.

d.            Contoh Soal

Dengan memakai rumus, hitunglah kecepatan air yang mengalir, debit air dan volume air yang keluar

Jawaban

a. kecepatan

Ø Vtabung a = 2.G.h

Vtabung a = 2. 10 m/s. 0,42 m

Vtabung a = 8,4 m/s

Ø Vtabung b=2.G.h

Vtabung b= 2. 10 m/s. 0,41

Vtabung b= 8,2 m/s

b.                        Debit air

La = ¼ π .d2

                           = ¼ .22/7. (7,06)2

                           = 39,17 cm2

Lb = ¼ π .d2

                                    = ¼ . 22/7. (7,07)2

                           = 39,25 cm2

Ø Q tabung a = V. A

Q tabung a = 8,4 . 39,17

Q tabung a = 329,03 cm2 = 3,29 m

Ø Q tabung b = V. A

Q tabung b = 8,2 . 39,25

Q tabung b = 321,85 cm2 = 3,22 m

c. Volume air yang keluar

Ø Va = Q.t

= 3,29.31,41

= 103,34 m

Ø Vb = Q.t

= 3,22. 22,29

= 71.78 m

2.         Joseph-Louis Lagrange ( 1736 M – 1813 M )

Persamaan gerak partikel yang dinyatakan oleh persamaan Lagrange dapat diperoleh dengan meninjau energi kinetik dan energi potensial partikel tanpa perlu meninjau gaya yang beraksi pada partikel. Energi kinetik partikel dalam koordinat kartesian adalah fungsi dari kecepatan, energi potensial partikel yang bergerak dalam medan gaya konservatif adalah fungsi dari posisi.

Persamaan Lagrange merupakan persamaan gerak partikel sebagai fungsi dari koordinat umum, kecepatan umum, dan mungkin waktu.   Waktu berpengaruh dalam persaman Lagrange dikarenakan persamaan transformasi yang menghubungkan koordinat kartesian dan koordinat umum mengandung fungsi waktu. Pada dasarnya, persamaan Lagrange ekivalen dengan persamaan gerak Newton,  jika koordinat yang digunakan adalah koordinat kartesian.

Dalam mekanika Newtonian, konsep gaya diperlukan sebagai kuantitas fisis yang berperan dalam aksi terhadap partikel. Dalam dinamika Lagrangian, kuantitas fisis yang ditinjau adalah energi kinetik dan energi potensial partikel. Keuntungannya, karena energi adalah besaran skalar, maka energi bersifat invarian terhadap transformasi koordinat. Dalam kondisi tertentu, tidaklah mungkin atau sulit menyatakan seluruh gaya yang beraksi terhadap partikel, maka pendekatan Newtonian menjadi rumit  atau bahkan tak mungkin dilakukan.

3.      William Rowan Hamilton (1805-1865)

a.   Biografi

William Rowan Hamilton (1805-1865) Lahir 4 Agustus 1805 Dublin Meninggal 2 September 1865 (umur 60 )Dublin residence Irlandia Kebangsaan Irlandia Fields Fisika , astronomi , dan matematika Lembaga Trinity College, Dublin Alma mater Trinity College, Dublin Penasehat akademik John Brinkley Dikenal karena prinsip Hamilton mekanika Hamiltonian Hamiltonians Persamaan Hamilton- Jacobi quaternions Biquaternions jalur Hamiltonian kalkulus Icosian simbol nabla versor Coining kata ' tensor ' Medan vektor Hamiltonian permainan Icosian aljabar Universal Hodograph kelompok Hamiltonian Cayley - Hamilton teorema Pengaruh John T. Graves Dipengaruhi Zerah Colburn Peter Guthrie Tait.

b.            Teori

Jika ditinjau gerak partikel yang terkendala pada suatu permukaan bidang, maka diperlukan adanya gaya tertentu yakni gaya konstrain yang berperan mempertahankan kontak antara partikel dengan permukaan bidang. Namun sayang, tak selamanya gaya konstrain yang beraksi terhadap partikel dapat diketahui. Pendekatan Newtonian memerlukan informasi gaya total yang beraksi pada partikel. Gaya total ini merupakan keseluruhan gaya yang beraksi pada partikel, termasuk juga gaya konstrain. Oleh karena itu, jika dalam kondisi khusus terdapat gaya yang tak dapat diketahui, maka pendekatan Newtonian tak berlaku. Sehingga diperlukan pendekatan baru dengan meninjau kuantitas fisis lain yang merupakan karakteristik partikel, misal energi totalnya. Pendekatan ini dilakukan dengan menggunakan prinsip Hamilton, dimana persamaan Lagrange yakni persamaan umum dinamika partikel dapat diturunkan dari prinsip tersebut.

Prinsip Hamilton mengatakan, "Dari seluruh lintasan yang mungkin bagi sistem dinamis untuk berpindah dari satu titik ke titik lain dalam interval waktu spesifik (konsisten dengan sembarang konstrain), lintasan nyata yang diikuti sistem dinamis adalah lintasan yang meminimumkan integral waktu selisih antara energi kinetik dengan energi potensial.".

Persamaan gerak partikel yang dinyatakan oleh persamaan Lagrange dapat diperoleh dengan meninjau energi kinetik dan energi potensial partikel tanpa perlu meninjau gaya yang beraksi pada partikel. Energi kinetik partikel dalam koordinat kartesian adalah fungsi dari kecepatan, energi potensial partikel yang bergerak dalam medan gaya konservatif adalah fungsi dari posisi.

Jika didefinisikan Lagrangian sebagai selisih antara energi kinetik dan energi potensial. Dari prinsip Hamilton, dengan mensyaratkan kondisi nilai stasioner maka dapat diturunkan persamaan Lagrange. Persamaan Lagrange merupakan persamaan gerak partikel sebagai fungsi dari koordinat umum, kecepatan umum, dan mungkin waktu. Kegayutan Lagrangian terhadap waktu merupakan konsekuensi dari kegayutan konstrain terhadap waktu atau dikarenakan persamaan transformasi yang menghubungkan koordinat kartesian dan koordinat umum mengandung fungsi waktu. Pada dasarnya, persamaan Lagrange ekivalen dengan persamaan gerak Newton, jika koordinat yang digunakan adalah koordinat kartesian.

c.       Penerapan

Di dalam kehidupan sehari-hari banyak tidak kita sadari bahwa ilmu-ilmu yang ada dalam ilmu fisika sering kita jumpai dalam lingkungan sekitar kita, baik yang secara nyata maupun tidak, baik yang terlihat ataupun yang tampak. Contonya seperti teori ataupun prinsip yang di kemukakan oleh Hamilton yang dimana dia mengatakan, "Dari seluruh lintasan yang mungkin bagi sistem dinamis untuk berpindah dari satu titik ke titik lain dalam interval waktu spesifik (konsisten dengan sembarang konstrain), lintasan nyata yang diikuti sistem dinamis adalah lintasan yang meminimumkan integral waktu selisih antara energi kinetik dengan energi potensial.".

Dari persamaan di atas atau prinsip yang dikemukakan oleh Hamilton, oleh para ahli atau para ilmuan dapat mengkaitkan atau menggunakannya dalam kehidupan sehari-hari, adapun penerapan atau aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari yaitu dibidang bioteknologi dan dibidang tenaga medis.

2.4    PERKEMBANGAN MEKANIKA MODERN

1.Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta

a.   Biografi

   Planck lahir pada tanggal 23 April 1858 di kota kecil Jerman. Planck adalah seorang fisikawan Jerman yang dikenal sebagai penemu teori kuantum. . Planck menikahi Marie Mack pada tahun 1886.. Sikap anti Nazi Planck yang keras membuat kedudukannya serba sulit di masa pemerintahan Hitler. Anak laki-lakinya dihukum mati di awal tahun 1945 akibat peranannya dalam komplotan para perwira yang memiliki rencana membunuh Hitler. Planck sendiri meninggal dunia pada tanggal 4 Oktober 1947 di kota Gotingen, pada umur delapan puluh sembilan tahun.

b.      Karya – karya Max Karl Ernest Ludwig Planck

1.      Konstanta planck

   Menurut teori Planck, ukuran kuantum cahaya tergantung pada frekuensi cahaya (misalnya pada warnanya), dan juga berimbang dengan kuantitas fisik yang oleh Planck diringkas dengan "h", tetapi sekarang disebut "patokan atau tetapan Planck."

   Besarnya energi tiap kuanta memenuhi persamaan E = hf, dengan E adalah energi tiap kuanta dalam satuan joule, h : tetapan Planck, dan f : frekuensi cahaya

   Planck menemukan harga konstanta yang besarnya 6,62617.10-37 joule detik yang diberi nama “konstanta planck”.

2.      Teori radiasi benda hitam

   Pada tahun 1900 Planck berhasil merumuskan teori radiasi benda hitam yang selama ini ia pelajari.

Ø Teori kuantun

   Pada tanggal 14 Desember 1900 Planck mengungkapkan dalam karya ilmiahnya bahwa “Energi yang dipancarkan sebanding dengan frekuensi cahaya”. Ungkapan ini sekarang dikenal dengan “ Teori kuantun”.

   Dan dua asumsinya yang utama yang merupakan awal dari teori kuantum adalah mengenai sifat molukel-molukel yang berosilasi dari dinding rongga benda hitam, yaitu:

1.      Molukel-molukel yang berosilasi mempunyai energi En yang sebanding dengan suatu kelipatan bilangan bulat positif n dari frekuensi osilasinya f.

2.      Emisi dan absorpsi radiasi diasosiasikan dengan transisi atau loncatan antara dua tingkat energi itu; olehnya osilator kehilangan atau memperoleh energi dengan cara memancarkan (emisi) atau menyerap (absorpsi) masing-masing sejumlah energi radiasi tertentu yang dinamakan sebuah kuantum energi radiasi yang besarnya hf.

Ungkapan Planck ini berlawanan dengan konsep fisika pada saat itu. Mula – mula Planck ragu apakah teori kuantum dan konstantanya itu hanya sekedar rumusan matematika saja atau juga mempunya pengertian fisika. Keraguan itu hilang setelah Einstein pada tahun 1905 menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan efek fotolistrik, yakni tumbukan antara cahaya dengan elektron pada permukaan logam.

   Niels Bohr pada tahun 1913 menggunakan teori kuantum dalam teorinya tentang struktur atom. Salah satu postulat Bohr mengatakan bahwa elektron tidak mengelilingi inti dalam sembarang lintasan, melainkan pada orbit-orbit stasioner, dimana dalam tiap orbit energi elektron terkuantitasi yang besarnya melibatkan nilai konstanta Planck. Dengan ini teori Bohr sukses dalam menjelaskan kestabilan atom pada atom tunggal hidrogen.

   Werner Heisenberg menggunakan konstanta Planck untuk merumuskan azas ketidakpastiannya pada tahun 1927. Perkembangan mekanika kuantum mungkin yang paling penting dari perkembangan ilmu pengetahuan dalam abad ke-20, lebih penting ketimbang teori relativitas Einstein. Patokan "h" Planck memegang peranan penting dalam teori fisika dan sekarang dihimpun jadi dua atau tiga patokan fisika paling dasar. Patokan itu muncul dalam teori struktur atom, dalam prinsip "ketidakpastian" Heisenberg, dalam teori radiasi dan dalam banyak lagi formula ilmiah

   Pada tahun 1930 Planck diangkat menjadi Presiden Lembaga Kaisar Wilhelm di Berlin. Lembaga ini kemudian berubah namanya menjadi Lembaga Max Planck. Planck dianggap bapak mekanika kuantum. Kendati dia memainkan peranan tak seberapa dalam perkembangan teori selanjutnya, adalah keliru mengecilkan arti Planck. Jalan mula yang disuguhkannya sungguh penting. Dia membebaskan pikiran orang dari anggapan-anggapan keliru yang ada sebelumnya, dan dia memungkinkan orang-orang sesudahnya menyusun teori yang jauh lebih jernih dari pada era sebelumnya.Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh bendah hitam.

2.       Pada tahun 1905, Albert Einstein

a.            Biografi

  Albert Einstein, seorang ilmuwan keturuan dari keluarga Yahudi, lahir di kota Ulm, Wurttemberg, sebuah kota tua yang subur di tepi Sungai Donau, Jerman, sekitar 100 km sebelah timur Stuttgart, pada Jumat, 14 Maret 1879.

   Teori relativitas umum pada dasarnya berbicara tentang ruang alam semesta yang melengkung. Hal ini dibuktikan oleh dua orang ilmuwan yang penasaran melalui foto cahaya bintang yang menyimpang dari yang seharusnya. Teori relativitas khusus berbicara tentang hukum fisika berlaku sama untuk semua pengamat selama mereka bergerak dengan kecepatan konstan pada arah yang tetap. Hal ini dapat kita buktikan sendiri. Misalnya kita berdiri di peron dan melihat seseorang menggigit rotinya dua kali di dalam gerbong kereta Bagi kita yang ada di peron, kita mengatakan bahwa ia menggigit rotinya di dua tempat yang berbeda. Namun bagi orang-orang yang ada di dalam gerbong kereta, mereka mengatakan bahwa orang tersebut menggigit rotinya di tempat yang sama alias tidak berpindah tempat. Nah, di sinilah relativitas itu bekerja.Mengenai hal ini Einstein pernah berkelakar. Jika kita duduk di atas panci panas selama satu menit saja, kita akan merasakannya seperti satu jam. Namun, jika kita duduk bersama dengan orang yang kita cintai selama satu jam, kita akan merasakannya seperti satu menit saja.

b.   Penemuan dan Karya

1.   Teori Relativitas Khusus

   Relativitas khusus atau  teori relativitas khusus  adalah teori fisika yang menggantikan pendapat Newton tentang ruang dan waktu dan memasukan elektromagnetisme sebagaimana tertulis oleh persamaan Maxwell.Dalam tahun 1687 Sir Isaac Newton (1642 – 1727) memformulasikan sebuah teori yang dikenal dengan Prinsip Relativitas Newton, yang demikian bunyinya: “Gerak benda-benda dalam suatu sistem akan sama keadaannya, apakah sistem itu dalam keadaan diam, ataupun dalam keadaan bergerak lurus beraturan”. Newton menyertai teorinya ini dengan keyakinan tentang adanya sebuah sistem yang diam secara mutlak, jauh di dalam pusat alam yang menjadi titik pusat alam semesta.

    Teori ini disebut "khusus" karena dia berlaku terhadap prinsip relativitas pada kasus "tertentu" atau "khusus" dari rangka referensi inertial dalam ruangwaktu datar, di mana efek gravitasi dapat diabaikan. Sepuluh tahun kemudian, Einstein menerbitkan teori relativitas umum (relativitas umum) yang memasukan efek tersebut.

   Tulisannya tentang "Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak", memperkenalkan teori relativitas khusus. Relativitas khusus menunjukkan bahwa jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan lembam dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam.

Teori relativitas khusus terdiri dari dua Postulat :

   Postulat I :" Hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu sama lain."
       Postulat ini menyatakan ketiadaan kerangka acuan universal. Jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan lembam dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam. Bayangkan ini seperti saat kita berada di dalam sebuah kapal selam yang bergerak dengan kecepatan tetap. Kita tidak akan dapat mengatakan apakah kapal selam tengah bergerak atau diam.

    

   Postulat II :  "Cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat, tidak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat."

Postulat kedua adalah sebuah konsekuensi dari foton yang tak bermassa bergerak dengan kecepatan cahaya pada ruang hampa. Eter tidak lagi memiliki peran khusus sebagai kerangka acuan inersia “mutlak” alam semesta, jadi bukan hanya tidak perlu, tetapi juga secara kualitatif tidak berguna di dalam relativitas khusus.

   Sebagai contoh pada kasus sederhana misalkan sebuah kereta api sedang bergerak dengan kecepatan 10 km/jam lalu ada seorang pedagang asongan di dalam kereta berjalan ke arah depan dengan kecepatan 2 km/jam. Menurut pengamat yang diam di pinggir rel kereta pedagang asongan tersebut bergerak dengan kecepatan 12 km/jam (10 km/jam + 2 km/jam). Hasil pengamatan Pengamat tersebut sesuai dengan teori gerak Newton.  

   Untuk menentukan kecepatan benda untuk kasus benda yang bergerak dengan kecepatan cahaya, Einstein  memperkenalkan transformasi koordinat baru, dinamakan transformasi Lorentz, antara kerangka acuan inersia. Pada kecepatan lambat, transformasi ini pada dasarnya identik dengan model klasik (teori Newton), tetapi untuk kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, menghasilkan nilai yang berbeda secara radikal.

   Adapun rumus yang didapatkan setelah proses penjabaran yang cukup panjang dari Teori Relativitas Khusus ini yaitu , dengan E adalah Energi, m adalah massa, serta c adalah kecepatan cahaya.

2.      Teori Efek Fotolistrik

   Pada teori kuantum inilah efek fotolistrik di cetuskan. Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 – 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang menyatakan bahwa “cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau foton”. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton. Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki massa.

Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.

Efek fotolistrik adalah suatu proses dimana suatu cahaya dengan frekuensi cukup tinggi mengenai permukaan sebuah logam, sehingga dari permukaan logam itu terpancar elektron. Gambar ini memberi ilustrasi jenis alat yang dipakai dalam eksperimen efek fotolistrik.

Banyaknya elektron yang dapat dipancarkan dari permukaan logam sangat tergantung pada intensitas penyinaran cahaya dan energinya tergantung padafrekuensi (ν). Jika diketahui konstanta Planck h = 6,626 E-34 J.s maka energi suatu fotolistrik dirumuskan :

 …(1)

Jika suatu elektron terikat dengan energi W, yang disebut sebagai fungsi kerja, maka besar energi foton menjadi :

 …(2)

Oleh karena energi foton merupakan suatu energi kinetik maka berlaku rumus Einstein

 …(3)

Dimana :

m : massa elektron

V : kecepatan elektron

W: kerja yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari katoda

3.      Teori Gerak Brown    

   Gerak Brown adalah gerakan partikel-partikel koloid yang terjadi secara terus menerus, patah-patah ( Zig-zag) dan dengan arah yang tidak menentu (gerak acak/tidak beraturan). Koloid adalah suatu sistem campuran yang berada diantara larutan dan campuran kasar (suspensi). Koloid terdiri dari fase terdispersi dan medium pendispersi . fase terdispersi memiliki ukuran tertentu . zat yang didispersikan disebut fase terdispersi , sedangkan medium yang digunakan untuk mendispersikan disebut medium pendispersi. Gerak Brown terjadi akibat adanya tumbukan yang tidak seimbang antara partikel-partikel koloid dengan molekul-molekul fase pendispersinya. Gerak Brown koloid akan terjadi semakin cepat jika ukuran partikel-partikel koloid semakin kecil.

   Contoh gerak Brown yang paling mudah diamati adalah pada susu. Apabila susu didiamkan untuk waktu beberapa lama, tidak akan didapati endapan. Hal ini disebabkan karena adanya gerak terus-menerus secara acak yang dilakukan oleh partikel-partikel koloid dalam susu sehingga antara susu dan pelarutnya yang dalam hal ini adalah air. Gerak acak seperti itulah yang disebut dengan gerak Brown. Gerak Brown inilah yang seirng dijadikan sebagai bukti teori kinetik molekul.

   Dari tahun 1901 sampai dengan  1916, tidak kurang 92 paper yang di publikasikannya, termasuk teori Relativitas Umum. Relativitas umum diterbitkan oleh Einstein pada 1916 (disampaikan sebagai satu seri pengajaran di hadapan "Prussian Academy of Science" 25 November 1915). Akan tetapi, seorang matematikawan Jerman David Hilbert menulis dan menyebarluaskan persamaan sejenis sebelum Einstein. Ini tidak menyebabkan tuduhan pemalsuan oleh Einstein, tetapi kemungkinan mereka merupakan para pencipta relativitas umum.

   Teori relativitas umum menggantikan hukum gravitasi Newton. Teori ini menggunakan matematika geometri diferensial dan tensor untuk menjelaskan gravitasi. Teori ini memiliki bentuk yang sama bagi seluruh pengamat, baik bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan lembam ataupun bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan yang dipercepat. Dalam relativitas umum, gravitasi bukan lagi sebuah gaya (seperti dalam Hukum gravitasi Newton) tetapi merupakan konsekuensi dari kelengkungan (curvature) ruang-waktu. Relativitas umum menunjukkan bahwa kelengkungan ruang-waktu ini terjadi akibat kehadiran massa.

   Pada waktu ia di Praha pada tahun 1911, ia mengemukakan dan mempublikasikan tentang defleksi bintang yang melewati matahari yang diakibatkan oleh gaya tarik matahari yang kuat dan sifat inersia dari cahaya yang dapat diamati saat terjadi gerhana matahari. Teori ini disempurnakan pada tahun 1916 setelah ia menguasai tensor kalkulus. Pada tahun ini dipublikasikan karya ilmiahnya yang berjudul “Dasar-dasar Teori Relativitas Umum”. Teori ini lebih luas (umum) jika dibandingkan dengan Teori gravitasi Newton, karena Teori Newton hanya terbatas pemakaiannya untuk kecepatan rendah.

3.   Pada tahun 1924, seorang fisikawan Perancis, Louis de Broglie menyatakan teorinya tentang gelombang materi dengan menyatakan bahwa partikel dapat menunjukan sifat gelombang dan sebalikanya. Teori ini berlaku utuk partikel tunggal. Teori tersebut diambil dari teori relativitas khusus.

4.   Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal. Tidak ada penjelaskan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal teori kuantum lama.

5.   Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl HeisenbergBagi Heisenberg, penegasan Einstein tersebut sangat bermanfaat dalam penelitian selanjutnya bersama dengan Neils Bohr. Penegasan tersebut sekaligus mengingatkan bahwa akan sangat membahayakan apbila hanya meneliti tentang kuantitas yang teramati saja, padahal disamping semua kuantitas yang dapat diamati secara langsung masih banyak hal yang dimungkinkan untuk dapat diamati secara tidak langsung. Akhirnya Heisenberg mengakuinya dengan mengemukakan "this was that one should not strick too much to one special group of experiments; one should rather try to keep in touch with all the developments in all the relevant experiments so that one should always have the whole picture in mind before one tries to fix a theory in mathematical or other languages".

Heisenberg merumuskan prisip ketidaktentuannya pada tahun 1927. Interpretasi Copenhagen juga mulai melakukan hal yang sama pada saat itu. Kemudian dimulai pada sekitar tahun 1927 Dirac memproses penyatuan mekanika kuantum dengan relativitas khusus dengan mengajukan persamaan dirac untuk elektron. Persamaan dirac mampu menjelaskan gambaran relativistic dari fungsi gelombang dari sebuah electron yang gagal dijelaskan oleh Schrodonger.

6.  Tahun 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga menggunakan teori operator, termasuk nota bra-ket yang berpengaruh.Persamaan dirac memprediksikan spin electron dan menuntun Dirac untuk meramalkan keberadaan positron. Dia juga merintis penggunaan tools matematika dalam menjelaskan teori. Hal ini digambarkan dalam bukunya yang terkenal pada tahun 1930.

7.  Pada tahun 1932, seorang polimat John Von Neumann merumuskan dasar matematika yang tepat untuk mekanika kuantum yaitu teori operator linear. Hal tersebut digambarkan dalam bukunya pada tahun 1932.

8.   Berawal pada 1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger dan Tomonaga pada tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, proton dan medan elektromagnetik dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.

9.  Teori Kromodinamika Kuantum diformulasikan pada awan 1960an. Teori yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross dan Wilzcek pada tahun 1975. Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain..Sheldon Lee Glashow, Steven Wienberg, dan Abdus Salam menunjukkan secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah elektron.

Penerapan Fisika Modern

Penerapan fisika modern telah banyak kita nikmati saat ini, yang mencakup bidang telekomunikasi, kedokteran, dunia industri, militer dan masih banyak lagi. Dalam dunia telekomunikasi, pengiriman informasi pada awalnya digunakan asap, kemudian telefon, handphone (HP), komputer, serat optik dan saat ini banyak digunakan teknologi VoIP (Voice over Internet Protocol).

Revolusi penerapan Fisika Modern diawali sejak ditemukannya LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yang banyak digunakan sebagaibarcode di supermarket, display, hiburan, telekomunikasi sebagai pembawa informasi, holografi dalam pembuatan penyimpan data maupun dalam dunia militer/senjata. Dalam dunia kedokteran atau biologi kebutuhan akan citra objek yang lebih kecil membuat peranan fisika modern sangat besar terutama sejak dibuatnya mikroskop elektron dan mikroskop laser. Dengan kedua jenis mikroskop ini, objek kecil seperti sel darah manusia, sel-sel dalam organ tubuh manusia atau hewan dapat dilihat dengan jelas, sehingga sangat membantu dalam diagnosa penyakit. Perkembangan teknologi mikroskop berdasarkan sumber cahaya dan resolusi citra yang diperolehnya.