Powerpoint Fisika SMP dan SMA
FISIKA MODERN
By
Edi
Purnama
(061093002
4)
(2)
FISIKA MODERN
1. Teori Relativitas Khusus
(3)
Teori Relativitas Khusus
Transformasi Galilei
Untuk pengamat diam O : x, y, z, t
Untuk pengamat bergerak O’: x’, y’, z’
Sehingga
x’ = x - vt
y’ = y Trans. Koord. Galilei z’ = z
t’ = t
Ux = Ux-V
Uy = Uy Trans. Kecepatan Galilei
(4)
Teori Relativitas Khusus
Postulat Einstein
Teori relativitas khusus bersandar pada dua postulat.
1.
hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan
yang berbentuk sama dalam semua kerangka
acuan
yang bergerak dengan kecepatan tetap satu terhadap
lainnya
2.
kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama besar
untuk semua pengamat, tidak bergantung dari
keadaan gerak pengamat itu
(5)
Teori Relativitas Khusus
Transformasi Lorentz
Ditemukan oleh seorang Fisikawan Belanda H.A. Lorentz yang
menunjukkan bahwa rumusan dasar dari keelektromagnetan sama dalam semua kerangka acuan yang dipakai.
Trans. Lorentz
Trans. Lorentz balik
2 2
/
1
'
c
v
vt
x
x
2 2 2 1 ' c v x c v t t y
y
'
z
'
z
2 2
1
'
c
v
vt
x
x
2 2 2 1 ' c v x c v t t (6)
Teori Relativitas Khusus
2 2 1 ' ' c v t t v x x xx B A B A
A B
Panjang Relativistik
Panjang
L
benda bergerak terhadap pengamat kelihatannya
lebih pendek dari panjang
Lo
bila diukur dalam keadaan diam
terhadap pengamat. Gejala ini disebut
pengerutan Lorentz
FitzGerald
2 2
1
v
c
L
(7)
Teori Relativitas Khusus
Waktu Relativistik
Kuantitas to yang ditentukan
menurut pengamat O, selang waktu
mengalami pemuaian
’
o A
B
t
t
t
'
'
'
t
t
t
B
A
2 2
1
'
c
v
t
t
o
(8)
1. Teori Relativitas Khusus
Massa, Energi dan Momentum Relativistik
A. Massa Relativistik
Massa benda akan menjadi lebih besar terhadap pengamat dari pada massa ketika benda diam, jika bergerak dengan kelajuan relativistik
2 2
1
v
c
m
m
o
m
massa
(9)
1. Teori Relativitas Khusus
Hubungan Massa dan Energi
Hubungan yang paling terkenal yang diperoleh Einstein dari
postulat relativitas khusus adalah mengenai massa dan energi.
Hubungannya dapat diturunkan langsung dari definisi energi
kinetik dari suatu benda yang bergerak.
- energi diam
- energi total
u Fds K 0
dt mu d F oo
c
E
E
m
mc
K
2
2 2
2 2
1
v
c
c
m
mc
E
o
2c
m
E
o
o(10)
1. Teori Relativitas Khusus
Hubungan Momentum dan Energi
Dari hubungan , dan didapatkan
atau
2
mc
E Eo moc2
mu
p
2
2
2
o
E
pc
E
2
2
2
2
o
o
c
pc
E
m
(11)
1. Teori Relativitas Khusus
Efek Doppler Relativistik
Untuk sumber dan pengamat saling mendekat
Untuk sumber dan pengamat saling menjauh
Radiasi tegak lurus arah gerak
v
c
v
c
f
f
o
v
c
v
c
f
f
o
2 2
1
v
c
f
(12)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Radiasi Benda Hitam
Benda hitam adalah benda ideal yang mampu menyerap atau mengabsorbsi semua radiasi yang mengenainya, serta tidak bergantung pada frekuensi radiasi tersebut.
Bisa dikatakan benda hitam merupakan penyerap dan pemancar yang sempurna.
Benda hitam pada temperatur tertentu meradiasi energi dengan laju lebih besar dari beanda lain.
Model yang dapat digunakan untuk mengamati sifat radiasi benda hitam adalah model rongga.
(13)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Teori Rayleigh-Jeans
Reyleigh dan Jeans menggunakan pendekatan fisika klasik untuk
menjelaskan spektrum benda hitam, karena pada masa itu fisika kuantum belum diketahui.
Mereka meninjau radiasi dalam rongga bertemperatur T yang dindingnya adalah pemantul sempurna sebagai sederetan gelombang
elektromagnetik berdiri
Rumus Rayleigh-Jeans
8
2 3c
kTdf
f
df
f
(14)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Hukum radiasi planck
Planck menemukan rumus dengan menginterpolasikan rumus wein dan
rumus Rayleigh-Jeans dengan mengasumsikan bahwa terbentuknya radiasi benda hitam adalah dalam paket-paket energi.
Konsep paket energi atau energi terkuantisasi ini merupakan hipotesis
Max Planck yang merupakan rumus yang benar tentang kerapatan energi radiasi benda hitam.
E
hf
h
6
.
626
*
10
J
/
s
23
(15)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Teori Foton
Foton atau kuanta merupakan paket-paket energi diskrit pada radiasi elektromagnetik. Tiap energi pada foton tergantung pada frekuensi f .
Sebuah foton akan bergerak dengan kecepatan cahaya, jika foton
bergerak dibawah kecepatan tersebut maka foton tidak ada. Foton hanya memiliki energi kinetik dan massa diamnya adalah nol. Sedangkan
momentumnya:
hc
hf
E
h
c
hf
c
E
(16)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam yang tembaki oleh foton.jika logam mengkilat di iradiasi, maka akan terjadi pancaran electron pada logam tersebut.
Cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang yang akan menghasilkan arus elektron Foton.
Energi maksimum yang terlepas dari logam akibat peristiwa fotolistrik adalah
(17)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Efek Compton
Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai frekuensi lebih kecil dari pada radiasi yang datang dan juga tergantung pada sudut hamburan. Dari analisis Compton, hamburan radiasi elektromagnetik dari partikel
merupakan suatu tumbukan elastik.
'
1
cos
c
m
h
(18)
3. SIfat Gelombang dari Partikel
Gelombang De Broglie
Postula De Broglie menyatakan dualisme gelombang-materi selain berlaku pada radiasi elektromagnetik, juga berlaku bagi materi.
Foton berfrekuensi v mempunyai momentum
Panjang gelombang foton
menurut broglie semua partikel yang bergerak dengan momentump, terkait suatu gelombang dengan panjang gelombang menurut hubungan
(19)
3. SIfat Gelombang dari Partikel
Ketidakpastian Heisenberg
Terdapat hubungan timbal balik antara ketidakpastian kedudukan yang inheren dari partikel dan ketidapastian momentumnya yang inheren.
Untuk pengukuran energi dan selang waktu
4
h
x
p
4
h
t
E
(20)
4. Persamaan Schrodinger
Persamaan schrodinger merupakan suatu persamaan yang digunakan
untu mengetahui perilaku gelombang dari partikel.
Kriteria mendapatkan persamaan yang sesuai dengan fisika kuantum adalah
Taat terhadap asas kekalan energi Taat terhadap Hipotesa De Broglie
Persamaannya harus “berperilaku baik” secara matematik
Persamaan schrodinger waktu bebas satu dimensi:
dx
V
E
d
m
h
2 2 2
2
8
(1)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Teori Foton
Foton atau kuanta merupakan paket-paket energi diskrit pada radiasi
elektromagnetik. Tiap energi pada foton tergantung pada frekuensi f .
Sebuah foton akan bergerak dengan kecepatan cahaya, jika foton
bergerak dibawah kecepatan tersebut maka foton tidak ada. Foton hanya memiliki energi kinetik dan massa diamnya adalah nol. Sedangkan
momentumnya:
hc
hf
E
h
c
hf
c
E
(2)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Efek Fotolistrik
Efek fotolistrik adalah peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam
yang tembaki oleh foton.jika logam mengkilat di iradiasi, maka akan terjadi pancaran electron pada logam tersebut.
Cahaya dengan frekuensi lebih besar dari frekuensi ambang yang akan menghasilkan arus elektron Foton.
Energi maksimum yang terlepas dari logam akibat peristiwa fotolistrik adalah
(3)
2. Teori Kuantum Radiasi Elektromagnetik
Efek Compton
Menurut Compton radiasi yang terhambur mempunyai frekuensi lebih kecil
dari pada radiasi yang datang dan juga tergantung pada sudut hamburan. Dari analisis Compton, hamburan radiasi elektromagnetik dari partikel
merupakan suatu tumbukan elastik.
'
1
cos
c
m
h
(4)
3. SIfat Gelombang dari Partikel
Gelombang De Broglie
Postula De Broglie menyatakan dualisme gelombang-materi selain berlaku
pada radiasi elektromagnetik, juga berlaku bagi materi. Foton berfrekuensi v mempunyai momentum
Panjang gelombang foton
menurut broglie semua partikel yang bergerak dengan momentump, terkait suatu gelombang dengan panjang gelombang menurut hubungan
(5)
3. SIfat Gelombang dari Partikel
Ketidakpastian Heisenberg
Terdapat hubungan timbal balik antara ketidakpastian kedudukan yang
inheren dari partikel dan ketidapastian momentumnya yang inheren.
Untuk pengukuran energi dan selang waktu
4
h
x
p
4
h
t
E
(6)
4. Persamaan Schrodinger
Persamaan schrodinger merupakan suatu persamaan yang digunakan
untu mengetahui perilaku gelombang dari partikel.
Kriteria mendapatkan persamaan yang sesuai dengan fisika kuantum adalah
Taat terhadap asas kekalan energi Taat terhadap Hipotesa De Broglie
Persamaannya harus “berperilaku baik” secara matematik Persamaan schrodinger waktu bebas satu dimensi: