Pengantar Fisika Modern

 
Fisika Modern mulai dikenalkan sejak SMA, khususnya di kelas XI. Di perguruan tinggi, Fisika Modern dimasukkan sebagian mata kuliah Fisika Dasar. Sedangkan untuk yang kuliah di jurusan Fisika bisa mendalaminya lewat mata kuliah Fisika Modern.

Sebagai pengantar, apa yang disajikan di sini tentunya tidak mendetail. Tetapi sebagai sedikit gambaran, apa sih Fisika Modern. Apa saja cakupannya? Apa yang membedakannya dengan fisika klasik dan seterusnya.
Beberapa hal yang yang dibahas dalam Fisika Modern, meliputi :
1. Teori Relativitas Khusus
2. Teori Kuantum
3. Struktur Atom dan Molekul
4. Fisika Zat Padat

Teori Relativitas Khusus

Untuk materi relativitas khusus sebagian sudah di kupas di sini. Teori relativitas khusus yang dikemukakan oleh Einstein (1905) berhasil menjelaskan peristiwa-peristiwa fisika yang berhubungan dengan kelajuan relativistik (mendekati kecepatan cahaya c). Hukum Newton berhasil dalam memberikan penjelasan yang memuaskan untuk menjawab peristiwa-peristiwa fisika yang berhubungan dengan kelajuan non relativistik, yaitu kelajuan benda yang jauh lebih kecil dari kecepatan cahaya dalam ruang vakum (c). Tetapi gagal dalam menjelaskan menjelaskan peristiwa fisika yang berhubungan dengan kelajuan relativistik.

Teori ini dinamakan dengan nama teori relativitas khusus, dalam arti teori ini berlaku untuk kerangka acuan inersia, yaitu kerangka yang diam atau bergerak lurus dengan kecepatan/kelajuan tetap. Sehingga untuk kerangka acuan yang dipercepat, teori ini tidak berlaku.
Teori Relativitas Khusus ini didasarkan pada 2 postulat. Pertama, semua hukum fisika memilik bentuk yang sama pada semua kerangka acuan inersia. Kedua, cepat rambat cahaya dalam vakum memiliki nilai yang sama dalam semua kerangka acuan, yaitu c = 3,0 x 10⁸ m/s.

Adanya 2 postulat ini berimplikasi pada berbagai peristiwa seperti penjumlahan kecepatan relativistik, kontraksi panjang, dilasi waktu, massa relativistik maupun momentum relativistik.

Dilasi Waktu


Kontraksi Lorentz

Teori Kuantum

Teori kuantum yang muncul pada permulaan abad ke-19 mengguncangkan perkembangan ilmu fisika. Diawali dengan hipotesa dari Max Planck (1900) kemudian memuncak dengan teori mekanika kuantum oleh Schrodinger dan Heisenber (1920) yang secara gamblang mampu menjelaskan struktur materi.

Persamaan E = nhf, n = 1, 2, 3,….
Yang merupakan hipotesa kuantum Planck.
Pada tahun 1923, Louise de Broglie mengembangkan gagasan dualisme gelombang, yaitu jika cahaya berkelakuan sebagai gelombang dan juga sebagai partikel, sangat mungkin partikel lain seperti elektron juga berkelakuan sama. Untuk sebuah partikel bermassa m yang menjalar dengan kecepatan v, memiliki panjang gelombang sebesar

Yang merupakan panjang gelombang de Broglie dari sebuah partikel.

Struktur Atom dan Molekul

Model atom paling sederhana yang pernah dikemukakan oleh para ahli adalah model atom hidrogen. Rydberg menyatakan bahwa deret-deret dalam spektrum atom hidrogen dapat dinyatakan dengan persamaan :

λ = panjang gelombang elektromagnetik yang dipancarkan
R = tetapan Rydberg = 1,097.10⁷ m^-1.

Untuk deret Lyman

Untuk deret Balmer

Untuk deret Paschen

Untuk deret Brachet

Untuk deret Pfund

Selain model atom hidrogen dari Balmer juga dikenal model atom lain seperti model atom hidrogen Dalton, J.J Thomson, Rutherford, dan Neils Bohr.

Fisika Zat Padat

Dalam fisika zat padat dibahas mengenai struktur kristal dari zat padat. Cabang ilmu fisika yang khusus mempelajari tentang susunan atom-atom pembentuknya secara geometri disebut dengan kristalografi. Kristalografi sendiri berkembang dengan pesat setelah keberhasilan percobaan difraksi sinar X pada kristal.

Zat padat, berdasarkan struktur penyusunan atomnya dibedakan menjadi dua, yaitu zat padat kristal dan zat padat amorf. Pada zat padat kristal (misalnya pada es, garam dapur dan intan) didapatkan susunan atom-atom atau molekul yang memiliki keteraturan pada jarak panjang dan periodik (berulang). Sedangkan pada zat padat amorf (misalnya pada plastik, gelas dan aspal) memiliki susunan atom-atom atau molekul yang memiliki keteraturan pada jarak pendek.


Di dalam materi zat padat juga dibahas mengenai cacat kristal. Cacat kristal terjadi karena ada susunan atom-atom yang tidak teratur. Cacat ini bisa berbentuk cacat titik, yang terdiri dari kekosongan, interstisial, dan ketidakmurnian. Cacat yang umum terjadi adalah dislokasi yang disebabkan adanya sebaris atom yang terputus di suatu tempat.

Ikatan dalam zat padat dibedakan menjadi ikatan kovalen, ikatan ionik, ikatan logam, ikatan Van der Waals, dan ikatan hidrogen. Ikatan kovalen terjadi karena pemakaian bersama sepasang elektron atau lebih. Ikatan ionik terjadi karena adanya gaya tarik menarik elektrostatis antara ion positif dan ion negatif. Ikatan logam terjadi karena adanya gaya tarik menarik elektrostatis antara ion positif logam dengan awan elektron. Ikatan Van der Waals diakibatkan distribusi muatan yang tidak simetris. Ikatan hidrogen disebabkan akibat gaya tarik menarik elektrostatis kuat antara atom hidrogen dengan yang terikat pada suatu molekul dengan atom nitrogen, atom oksigen atau atom fluorin pada molekul lain.


Bahan Bacaan
Kanginan, Marthen. 2005. Seribu Pena Fisika SMA Jilid 3 Kelas XII. Erlangga.

Thanks for reading & sharing Sains Multimedia