10 Persamaan Penting Teratas Dalam Fisika – Persamaan yang tampak sederhana ini kemudian mempunyai konsekuensi dan penerapan yang besar dalam sains, masyarakat, dan teknologi. Mari kita lihat sepuluh rumus paling berpengaruh dalam fisika (tanpa urutan tertentu) yang telah mengubah jalannya sejarah.
1.Hukum gerak kedua
Gaya, sering kali secara intuitif digambarkan sebagai dorongan atau tarikan, sebenarnya adalah penyebab percepatan pada partikel yang bergerak. Tanpa adanya pengaruh dari luar, partikel tersebut tidak dapat mengalami perubahan dalam perjalanannya. Newton mendefinisikan gaya secara formal pada tahun 1686 dalam persamaan terkenal, F=ma.
Ini memberi tahu Anda seberapa kuat mesin yang dibutuhkan untuk menarik sebuah mobil, berapa banyak daya dorong yang diperlukan untuk mengangkat roket, seberapa jauh peluru meriam terbang, dan seterusnya. Namun yang lebih penting, persamaan ini membantu menghilangkan prasangka keyakinan Aristoteles yang tidak tertandingi selama ribuan tahun. https://www.premium303.pro/
Menurut Aristoteles, gaya diperlukan agar suatu benda tetap bergerak. Mengapa bola yang menggelinding di tanah akhirnya berhenti? Sebab, kata Aristoteles, sudah tidak didorong lagi, makanya.
Kemudian, pada abad ke-17, ilmuwan Italia Galileo Galilei menjelaskan, melalui eksperimen, “Bola berhenti karena tanahnya kasar dan jika cukup halus, bola akan menggelinding selamanya. Tidak diperlukan gaya!”
Lebih lanjut Newton mengatakan, bahwa keadaan diam atau gerak linier beraturan sama-sama menyatakan percepatan nol. Dengan demikian, partikel akan tetap di tempatnya atau terus bergerak dengan kecepatan yang sama dan akan mempertahankan dirinya dalam keadaan seperti semula ketika dikenai gaya eksternal.
2.Hubungan energi-massa
Hal ini mengikuti teori relativitas khusus bahwa massa dan energi keduanya merupakan manifestasi berbeda dari hal yang sama. Massa suatu benda adalah ukuran kandungan energinya. Jika 1 gram massa diubah menjadi energi, maka akan menjadi 90 triliun Joule. Ini sama dengan energi yang dipancarkan bola lampu 100 watt selama 30.000 tahun!
Penting untuk dipahami bahwa persamaan Einstein yang paling terkenal bukanlah karya utamanya. Rumusnya begitu terkenal karena hubungannya dengan bom atom. Einstein sendiri pernah berkata, “Jika saya meramalkan Hiroshima dan Nagasaki, saya akan menghancurkan formula saya pada tahun 1905,” meskipun dia hanya memainkan peran kecil dalam Proyek Manhattan.
3.Prinsip ketidakpastian
Dirumuskan oleh Werner Heisenberg pada tahun 1927, prinsip ketidakpastian merupakan salah satu landasan mekanika kuantum. Persamaan ini mengakhiri determinisme klasik, yang berarti bahwa dalam dunia atom yang sangat kecil, peluang mempunyai peranannya dan drama eksistensi tidak sepenuhnya bersifat takdir.
Dalam bentuknya yang paling umum, dikatakan bahwa semakin tepat pengukuran posisi, semakin tidak tepat pengukuran momentum, dan sebaliknya. Jadi, kita tidak akan pernah bisa mengetahui dengan akurat kedua faktor penting yang menentukan pergerakan salah satu partikel terkecil, posisi dan kecepatannya, pada saat yang bersamaan.
Prinsip ketidakpastian langsung ditolak oleh fisikawan terkemuka saat itu, termasuk Albert Einstein. Di sana, Niels Bohr berusaha sekuat tenaga meyakinkan Einstein bahwa hubungan ketidakpastian adalah hukum fundamental dalam fisika. Einstein tetap menolak, dan mereka sepakat untuk tidak setuju. Pada tahun 1933, situasi politik menjadi lebih buruk di Jerman, dan Einstein pindah ke Amerika Serikat.
Pada tahun 1954, Heisenberg mengunjungi rumah Einstein di Princeton. Mereka hanya berbicara tentang fisika, namun pendirian Einstein terhadap prinsip tersebut tidak berubah. Pada tahun 1955, Einstein meninggal dunia dan meninggalkan Werner Heisenberg yang kecewa karena dia gagal mendapatkan dukungan Einstein atas hubungan ketidakpastiannya.
Meskipun Einstein dan yang lainnya keberatan dengan pandangan Heisenberg dan Bohr, bahkan Einstein pun harus mengakui bahwa pandangan tersebut memang merupakan konsekuensi logis dari mekanika kuantum. Namun bagi Einstein, masih ada sesuatu yang hilang dan mekanika kuantum belum lengkap, “Saya yakin Tuhan tidak melempar dadu,” klaimnya secara metaforis.
Heisenberg, didukung oleh Bohr, Pauli, Schrödinger dan lain-lain, hingga kematiannya menyatakan bahwa ketidakpastian kuantum bukanlah ketidakakuratan pengukuran, melainkan melekat dalam fenomena kuantum. Hal ini mengarah pada hasil yang bersifat probabilistik dan bukan deterministik.
4.Persamaan Maxwell-Faraday
Pada tahun 1831, seperti cerita yang biasa diceritakan, perdana menteri atau politisi senior lainnya diberikan demonstrasi induksi elektromagnetik oleh Faraday. Ketika ditanya, “Apa gunanya?” Faraday menjawab: “Apa gunanya bayi yang baru lahir?” Lima puluh tahun berlalu sebelum tenaga listrik benar-benar berkembang pesat seperti yang dibayangkan oleh Faraday.
Generator dan motor sama-sama menggunakan Hukum Faraday. Persamaan Maxwell menjadi dasar pembangkitan listrik sehingga menjadikan Faraday sebagai bapak listrik. Maxwell berkata tentang Faraday, “Dia adalah, dan harus selalu tetap menjadi, bapak ilmu elektromagnetisme yang diperluas.”
5.Persamaan Dirac
Simetri adalah kata kunci fisika dan Dirac menggunakannya dengan sempurna pada tahun 1928. Ia mengembangkan persamaan yang menjelaskan bilangan spin sebagai konsekuensi dari penyatuan mekanika kuantum dan relativitas khusus. Persamaan tersebut juga meramalkan keberadaan antimateri, yang sebelumnya tidak diduga dan tidak teramati, dan ditemukan secara eksperimental pada tahun 1932.
Pencapaian ini digambarkan setara dengan karya Newton, Maxwell, dan Einstein sebelumnya. Dirac bahkan berspekulasi bahwa mungkin juga terdapat cermin alam semesta anti partikel, sehingga menjadi sumber inspirasi bagi para penulis fiksi ilmiah. Dirac juga sama terkenalnya atas kontribusinya terhadap elektrodinamika kuantum, yang menggambarkan bagaimana gaya listrik dan magnet bekerja pada skala yang lebih kecil dari atom.
6.Hukum entropi
Ketimpangan terkenal yang mengatakan bahwa ketika energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, atau ketika materi bergerak bebas, ketidakteraturan dalam sistem tertutup bertambah. Menurut astronom terkenal Arthur Eddington, “Hukum entropi selalu meningkat, menurut saya, menempati posisi tertinggi di antara hukum alam.”
Konsep hukum kedua termodinamika berlaku tidak hanya pada mesin pembakaran internal yang digunakan pada mobil, sepeda motor, kapal laut, dan pesawat terbang, tetapi juga untuk menjelaskan proses kehidupan, jika dilihat dari segi proses siklus.
Hukum kedua juga mempunyai konsekuensi besar bagi alam semesta dalam skala besar. Bayangkan diperlihatkan klip video sebuah cangkir terjatuh dan pecah. Anda jelas dapat mengetahui apakah video diputar mundur atau maju, dari aliran entropi.
Demikian pula, jika film tentang alam semesta kita diputar mundur, alam semesta akan semakin tertata, seperti cangkir, dan ketika diputar maju, kita akan mengira alam semesta akan menjadi tidak teratur, seperti pecahan cangkir.
7.Persamaan medan Einstein
Persamaan Einstein menyebabkan peleburan tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu menjadi satu ruangwaktu empat dimensi. Ekspresi di sisi kiri persamaan mewakili kelengkungan ruangwaktu. Ekspresi di sebelah kanan adalah kepadatan energi ruang-waktu. Persamaan tersebut menentukan bagaimana energi menentukan kelengkungan ruang dan waktu.
Suku konstanta kosmologis (Λ) diperkenalkan oleh Einstein untuk memungkinkan alam semesta tidak mengembang atau menyusut. Upaya ini tidak berhasil karena pada tahun 1929, astronom Edwin Hubble menemukan bukti alam semesta mengembang. Einstein diajak oleh Hubble untuk melihat sendiri bahwa alam semesta memang sedang berubah.
Akibatnya, Einstein mengabaikan konstanta kosmologis dalam persamaan tersebut, dan menyebutnya sebagai kesalahan terbesar yang pernah dilakukannya. Jadi dari tahun 1930-an hingga akhir tahun 1990-an, sebagian besar fisikawan berasumsi bahwa konstanta kosmologis sama dengan nol. Namun, teknik astronomi yang lebih baik baru-baru ini menemukan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat yang menyiratkan nilai konstanta yang bukan nol.
Mengapa persamaan medan Einstein penting dalam fisika? Pertama, karena mereka menyatukan dua konsep ruang dan waktu, yang sebelumnya dianggap terpisah karena keterbatasan intuisi kita, menjadi satu ruangwaktu. Sama seperti Maxwell yang menyatukan listrik dan magnet menjadi elektromagnetisme pada abad ke-19.
Kedua, mereka menggambarkan – bukan gaya – namun “interaksi” fundamental gravitasi sebagai akibat dari ruangwaktu yang dilengkungkan oleh energi (massa juga merupakan energi dari kesetaraan energi-massa Einstein).
Meskipun Newton memberikan rumus untuk menghitung besarnya gaya gravitasi antara dua benda bermassa yang dipisahkan oleh jarak, ia tidak menjelaskan secara pasti penyebab gravitasi.
8.Persamaan gelombang
Persamaan gelombang satu dimensi mempunyai fungsi skalar (u) dari satu variabel ruang dan satu variabel waktu karena gelombang merambat dalam ruang, dan juga dalam waktu. Persamaan ini pertama kali ditulis oleh ahli matematika Perancis Jean le Rond d’Alembert, sehingga kadang-kadang disebut juga persamaan d’Alembert. Matematikawan dan fisikawan Swiss Leonhard Euler menulisnya dalam tiga dimensi pada tahun 1707.
Kita selalu dikelilingi oleh gelombang, baik kita sadari atau tidak, gelombang itu selalu ada. Seperti saat Anda bermain gitar atau menjatuhkan batu ke dalam kolam. Persamaan gelombang tidak seanggun persamaan lain dalam daftar ini, namun merupakan terobosan karena telah diterapkan pada gelombang suara (dan instrumen), gelombang dalam fluida, gelombang dalam gempa bumi, gelombang cahaya, mekanika kuantum, dan relativitas umum.
9.persamaan Planck
Formula inilah yang bertanggung jawab atas lahirnya mekanika kuantum, juga televisi dan sel surya. Fisikawan terkemuka Jerman pada masa itu, Max Planck, mendalilkan pada tahun 1900, bahwa energi terkuantisasi dan hanya dapat dipancarkan atau diserap dalam kelipatan integral dari satuan kecil, yang disebutnya “kuantum energi”.
Einstein memperluas gagasan Planck pada tahun 1905 ketika ia memperkenalkan konsep “kuantum cahaya”, partikel cahaya, atau foton. Jadi, radiasi elektromagnetik tidak kontinu seperti gelombang tetapi terisolasi dalam paket cahaya, usul Einstein.
Planck hanya memperkenalkan persamaan tersebut sebagai trik untuk memecahkan masalah radiasi benda hitam, namun Einstein membayangkannya lebih dari itu. Pada tahun 1887, peneliti Heinrich Hertz menemukan efek fotolistrik untuk pertama kalinya; emisi elektron ketika cahaya dengan frekuensi tertentu mengenai suatu material.
Fenomena efek fotolistrik sebagian besar masih belum dapat dijelaskan, bahkan dengan teori gelombang cahaya, sampai munculnya hubungan Planck-Einstein pada tahun 1905. Einstein menggambarkannya dalam interaksi partikel-partikel antara foton dan elektron. Dia berkata, “…di bawah frekuensi kritis tertentu, tidak ada foton yang memiliki cukup energi untuk melepaskan elektron.”
Artinya jika suatu material fotosensitif memerlukan foton cahaya biru untuk memancarkan elektron, yang merupakan karakteristik material tersebut, maka foton cahaya hijau atau kuning tidak akan mampu mengusir elektron dari material tersebut.
Energi karakteristik atau fungsi kerja bahan diserap, untuk melepaskan ikatan, dan kemudian sisa energinya diamati sebagai energi kinetik elektron bebas. Klarifikasi Einstein sejalan dengan hukum kekekalan energi. Ia dianugerahi Hadiah Nobel dalam bidang fisika atas penjelasannya mengenai efek fotolistrik (dan bukan atas hubungan energi-massa atau relativitas).
Planck mengatakan bahwa pengenalan “kuantum” pada tahun 1900 adalah sebuah tindakan putus asa, namun ketika Einstein mengadopsinya dan memberinya makna, perdebatan baru telah dimulai dan hukum lama dihapuskan dalam waktu sekitar satu dekade. Einstein yang bertanggung jawab atas hal tersebut menolak mendukung revolusi kuantum baru.
Penemuan Planck dan Einstein menjadi dasar seluruh fisika abad ke-20, yang tanpanya, teori molekul dan atom serta proses energi yang mengatur transformasinya tidak akan mungkin terbentuk.
10.Persamaan Schrödinger
Dalam tesis doktoralnya pada tahun 1924, fisikawan Perancis Louis de Broglie mengusulkan, bahwa seperti cahaya yang memiliki sifat gelombang dan partikel, elektron juga harus memiliki sifat seperti gelombang, untuk mendukung simetri energi-materi. Dua tahun kemudian, pada tahun 1926, ilmuwan Austria Erwin Schrödinger menerbitkan sebuah persamaan, yang menjelaskan bagaimana gelombang materi harus berevolusi dalam ruang dan waktu.
Sama seperti persamaan Newton yang digunakan untuk menghitung perilaku bola ketika ditendang, persamaan Schrödinger juga digunakan untuk menghitung perilaku elektron dalam orbit atom. Secara umum, ini digunakan untuk banyak kalkulasi dalam mekanika kuantum dan juga merupakan dasar bagi sebagian besar teknologi modern, mulai dari laser hingga transistor, dan pengembangan komputer kuantum di masa depan.