Aplikasi Ilmu Fisika

Mempelajari ilmu fisika tidak hanya dengan menghafal hukum dan teori, namun akan memberikan wawasan kepada kita tentang interaksi benda-benda yang di alam. Juga menjelaskan tentang beberapa fenomena-fenomena alam yang terjadi. Walaupun fisika terbagi atas beberapa bidang, hukum fisika berlaku universal atau menyeluruh. Tinjauan suatu fenomena dari bidang fisika tertentu akan memperoleh hasil yang sama jika ditinjau dari bidang fisika lain. Selain itu konsep-konsep dasar fisika tidak saja mendukung perkembangan fisika sendiri, tetapi juga perkembangan ilmu lain dan perkembangan teknologi. Ilmu fisika menunjang riset murni maupun terapan. Ahli-ahli geologi dalam risetnya menggunakan metode-metode gravimetri, akustik, listrik, dan mekanika. Peralatan modern di rumah sakit-rumah sakit menerapkan ilmu fisika. Ahli-ahli astronomi memerlukan optik spektografi dan teknik radio. Demikian juga ahli-ahli meteorologi (ilmu cuaca), oseanologi (ilmu kelautan), dan seismologi memerlukan ilmu fisika.

Sebagai contoh yang sangat dekat dengan kita adalah seorang mekanik dalam beberapa bengkel motor sangat terampil menggunakan jangka sorong dalam mengukur alat-alat motor. Itu merupakan bukti bahwa ilmu fisika digunakan di mana-mana.

Aplikasi lain ilmu fisika dapat dimanfaatkan dalam berbagai sendi kehidupan, seperti berbangsa dan bernegara. Dengan membuat tatanan yang benar sesuai model fisika, kehidupan menuju kualitas lebih baik dapat diciptakan. Itulah yang mengantarkan Dr Budi Santoso meraih gelar guru besar dalam bidang ilmu fisika reaktor di Universitas Nasional (Unas). Pengukuhan berlangsung di Kampus Unas Jakarta, Selasa (30/9) (http://www.fisikanet.lipi.go.id).

Menurut Budi Santoso, interaksi kehidupan antarmanusia menumbuhkan kehidupan bermasyarakat, berbangsa dan bernegara. Pada interaksi dan kelakuan secara individu dapat dianalogikan seperti halnya kelakuan sebuah elektron. "Cukup sulit diprediksi dan dimodelkan, tetapi secara kolektif terdapat aturan yang membatasi dan tidak dapat dilampaui, sehingga untuk dapat memahami bagaimana kecenderungan kehidupan bermasyarakat, berbangsa dan bernegara, diperkirakan dapat diteliti melalui pengembangan model pada berbagai aspek kehidupan sosial, masyarakat, bangsa dan negara," katanya. 

Read more ...

Pengaturan Alam Semesta

Coba Anda perhatikan langit pada malam yang cerah. Menakjubkan bukan? Percayakah Anda jika alam semesta memiliki keteraturan? Alam semesta merupakan sebuah sistem maha besar, manusia baru mampu membuka sedikit tabir rahasianya.

Sejak zaman dahulu manusia selalu mencoba membuka tabir alam semesta, baik secara mistis maupun rasional. Sebagai calon pemikir yang rasional, Anda tentu memahami keteraturan sistem ini tidak muncul secara kebetulan, melainkan ada faktor-faktor penyebabnya. Pada gambar di bawah ini merupakan susunan kelompok planet dari sistem tata surya.

Jauh sebelum Newton mempelajari tentang fenomena alam semesta, Keppler telah lebih dahulu menyelidiki gerak planet dalam tata surya. Sebagai seorang ahli matematika, dia condong mempelajari hal ini dalam cakupan matematik dimana gejala-gejala keteraturan dideteksi dari lintasan dan periodenya. Kepler menemukan bahwa planet bergerak dengan kelajuan tidak konstan tetapi bergerak lebih cepat ketika dekat dengan matahari dibanding saat jauh dengan matahari. Dengan menggunakan hubungan matematika yang tepat antara periode planet dan jarak rata-rata dari matahari, ia berhasil memberikan kesimpulan dalam hukum-hukum tentang gerak planet yang kemudian dikenal dengan hukum Kepler.

Kita tidak usah berpikir bagaimana Newton dan Keppler bisa memikirkan fenomena alam tersebut. Sebagai orang yang beragama, yang kita pikirkan adalah bagaimana benda-benda tersebut bisa bergerak dengan teratur tanpa ada yang saling bertabrakan. Keteraturan ini merupakan pengaturan yang maha sempurna dari Pencipta yang maha Agung.

Manusia baru bisa mempelajari salah satu fenomena alam sudah merasa mempunyai ilmu yang tinggi merupakan suatu kesombongan. Ilmu manusia tidaklah mampu menjawab semua rahasia fenomena alam.

Read more ...

Pemuaian

Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian.
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Besarnya pemuaian zat sangat tergantung ukuran benda semula, kenaikan suhu dan jenis zat. Efek pemuaian zat sangat bermanfaat dalam pengembangan berbagai teknologi.

A. Pemuaian Zat Padat

Coba kamu amati bingkai kaca jendela di ruang kelasmu! Adakah bingkai jendela yang melengkung? Tahukah kamu apa sebabnya? Bingkai jendela tersebut melengkung tidak lain karena mengalami pemuaian. Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi pada seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk mempermudah pemahaman maka pemuaian dibedakan tiga macam, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar matahari.

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

2. Pemuaian Luas

Pemuaian luas terjadi jika benda padat yang memuai berbentuk kepingan persegi (plat). Berbeda dengan pemuaian panjang yang hanya memperhitungkan muai panjang, pada pemuaian luas muai lebar juga ikut diperhitungkan. Koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang

Pemuaian luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah. Pada saat udara dingin kaca menyusut karena koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu. Jika suhu memanas maka kaca akan memuai lebih besar daripada kayu kusen sehingga kaca akan terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.

3. Pemuaian Volume

Jika zat padat yang dipanaskan berbentuk bangun ruang, seperti bola, kubus, atau balok, maka bangun ruang tersebut mengalami pemuaian yang disebut muai volume. Pada muai volume, pemuaiannya dianggap ke semua arah. Untuk menentukan pemuaian volume zat padat, koefisien muainya adalah tiga kali koefisien muai panjang

B. Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0oC sampai 4oC volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4oC air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut:

Pada suhu 4oC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0oC – 4oC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4oC ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.

C. Pemuaian Zat Gas

Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.

Read more ...

Teori Elektromagnetik

Teori gelombang skalar telah diaplikasikan pada perambatan cahaya sebelum teori elektromagnet berkembang. Diasumsikan bahwa gelombang cahaya adalah sebuah garis bujur yang analogi dengan gelombang suara, sebagai contoh yaitu perpindahan gelombang pada satu arah rambatan.
Asumsi selanjutnya, bahwa perambatan melalui beberapa tipe medium, para ilmuan pada saat itu lebih tertuju pada semua masalah mengenai pandangan mekanistik. Masalah lain yang timbul adalah masalah dalam menginterpretasikan efek polarisasi dalam percobaan interferensi. Pada saat itu, ilmuan muda telah dapat menyelesaikan kesulitan tersebut dengan cara memandang bahwa gelombang dapat berpindah sebagaimana gelombang dapat bergetar. Menggunakan ide ini, Fresnel mengembangkan deskripsi mekanistik pada cahaya yang dapat menjelaskan unsur/kwantitas refleksi dan pemancaran cahaya dari permukaan antara dua media. Aktivitas yang dilakukan sendiri ini, menjadikan teori elektromagnetik dalam tahap perkembangan.
Michael Faraday (1791–1867) telah melakukan penelitian pada tahun 1845 bahwa medan magnetik dapat memutar pesawat polarisasi gelombang cahaya melalui daerah yang telah dimagnetkan (dijadikan magnet). Penelitian ini membimbing Faraday untuk menggabungkan cahaya dengan radiasi elektromagnetik, tapi dia tidak mampu untuk mengkuantitasikan penggabungan ini. Faraday berusaha mengembangkan teori elektromagnetik dengan menganggap medan sebagai garis yang menunjukkan kekuatan arah dimana medan tersebut dapat menahan sebuah ganguan (serangan/terjangan). Pada garis-garis tersebut telah di berikan sebuah interpretasi magnetik dengan sebuah tensi di setiap garisnya dan sebuah tekanan normal pada garisnya.
James Clerk Maxwell (1831–1879) fisikawan Skotlandia melengkapi karya Faraday dengan struktur matematika dalam sebuah karya tulis pada tahun 1864 dan diterbitkan setahun kemudian. Karya tulis ini, Maxwell mengidentifikasikan cahaya sebagai “sebuah gangguan elektromagnetik dalam penjalaran gelombang melalui medan elektromagnetik menurut hukum elektromagnetik” dan mendemonstrasikan kecepatan penjalaran cahaya yang ditunjukkan dengan alat-alat elektromagnetik.
Maxwell bukan orang yang pertama yang meneliti kecepatan cahaya dengan alat-alat elektromagnetik. Kirchoff telah melakukan penelitian pada tahun 1857 bahwa kecepatan cahaya dapat diperoleh dari alat-alat elektromagnetik. Riemann pada tahun 1858 menganggap bahwa kekuatan elektromagnetik berarah pada batas kecepatan/velositas dan penurunan sebuah arah kecepatan tersebut di berikan melalui medium alat-alat elektromagnetik. Namun bagaimanapun, Maxwell lah yang telah mempertunjukkan bahwa medan listrik dan magnetik (listrik dan magnet) adalah gelombang yang dapat berjalan dengan kecepatan cahaya. Hal tersebut tidak berhenti hanya sampai pada tahun 1887, namun sebuah eksperimen gelombang elektromagnetik selain dari cahaya yang dilakukan oleh Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1854).
Teori klasik elektromagnetik telah berhasil dalam menjelaskan semua observasi eksperimen. Bagaimanapun, eksperimen tersebut tidak mampu dijelaskan melalui teori klasik gelombang. Kesemuanya dilakukan pada panjang gelombang yang pendek atau level cahaya yang rendah. Kuantum elektrodinamik mampu memprediksi semua hasil eksperimen optik, defenisi ini tidak menjelaskan mengapa atau bagaimana?. Pengantar dasar terbaik pada kuantum elektrodinamik telah ditulis oleh Richard Feynman.
Dalam makalah ini, kita akan memakai teori elektromagnetik Maxwell mengenai persamaan dan teori Poynting untuk menjelaskan alat-alat gelombang cahaya. Keaslian detail dari hubungan fundamental elektromagnetik ini, tidak dibutuhkan dalam pembelajaran kita mengenai cahaya, tapi dapat di peroleh dengan menghubungkan beberapa teks energi listrik dan magnet.
Alat-alat dasar tersebut yang akan kita jelaskan adalah (1) Gelombang dalam kehidupan sehari-hari, (2) kenyataan bahwa cahaya adalah sebuah perambatan gelombang, (3) kecepatan cahaya dalam hubungannya dengan alat-alat elektromagnetik fundamental, (4) hubungan antara ukuran besarnya energi listrik dan medan magnet dan hubungan antara kedua medan tersebut, dan akhirnya, (5) Momentum dan energi yang berhubungan dengan sebuah gelombang cahaya. Pembahasan kali ini akan menyimpulkan penjelasan perambatan cahaya yang mengalir pada sebuah media.

Read more ...

Aktivitas Zat Radioaktif

Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat radioaktif.

Radioaktivitas mula-mula ditemukan oleh Becquerel pada tahun 1896 secara tidak sengaja. Kemudian pada tahun1898 Pierre Curie dan Marie Curie menemukan bahwa Polonium dan Radium juga memancarkan radiasi-radiasi yang radioaktif. Radiasi-radiasi radioaktif yang dipancarkan oleh elemen-elemen itu mengandung partikel-partikel sebagai berikut:
1. Sinar-sinar α atau partikel-partikel α
2. Sinar-sinar β atau partikel-partikel β
3. Sinar-sinar γ atau partikel-partikel γ
Berdasarkan aturan gaya lorentz, dapat diketahui bahwa sinar α merupakan partikel bermuatan positif, sinar β bermuatan negatif, dan sinar γ merupakan partikel tidak bermuatan. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai aktivitas, daya tembus sinar β dan sinar γ maka dilakukan percobaan Aktivitas Zat Radioaktif. Selain itu, dari percobaan ini juga akan diamati hubungan jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber radioaktif.
Hasil percobaan secara lengkap dapat di download di sini.

Read more ...

Spektrum Atom Hidrogen

Percobaan spektrum atom hodrogen bertujuan untuk menyelidiki adanya spectrum diskrit atom hidrogen yaitu spektrum warna-warna mulai dari warna ungu, nila, biru, hijau, kuning, jingga dan merah. Jika sebuah gas diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan ke dalam tabung, gas akan memancarkan cahaya. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan karakteristik gas tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentuk spektrum garis dan bukan spektrum yang kontinu. Kenyataan bahwa gas memancarkan cahaya dalam bentuk spektrum garis diyakini berkaitan erat dengan struktur atom.
Untuk melihat secara detail tentang spektrum atom hidrogen serta data yang telah kami peroleh di dalam Laboratorium Fisika FMIPA UNM saat melakukan percobaan ini dapat di download di sini.

Read more ...

Persamaan Schrodinger

Persamaan Gelombang Schrödinger pada Atom Hidrogen
Atom hidrogen terdiri dari inti bermuatan +e dan elektron (partikel yang bermuatan –e.

Untuk kemudahan, inti atom dianggap diam dan elektron bergerak mengelilingi inti karena pengaruh gaya Coulomb dari inti. Persamaan Schrödinger untuk elektron dalam sistem koordinat kartesian tiga dimensi :

Energi potensial V adalah energi potensial listrik :

Karena energi potensial V hanya merupakan fungsi dari r, maka persamaan Schrödinger lebih mudah diselesaikan bila digunakan sistem koordinat bola. Persamaan Schrödinger dalam sistem koordinat bola berbentuk :
(3)

dengan  = (r,,) yang dapat diandaikan berbentuk :
(r,,) = R(r)()() (4)
dengan melakukan subtitusi persamaan (4) ke persamaan (3), selanjutnya membagi seluruh persamaan dengan R(r)()() diperoleh :
(5)

Persamaan (5) dikalikan dengan r2sin2 sehingga diperoleh :
(6)

Suku ketiga dari persamaan (6) hanya merupakan fungsi dari variabel , sehingga harus sama dengan suatu konstanta, misalnya sama dengan –m2, maka diperoleh persamaan:


atau
(7)

yang merupakan komponen azimuth dari persamaan Schrödinger dan persamaan (6) menjadi :
(8)

Persamaan (8) dibagi dengan sin2 diperoleh
(9)

atau bisa dituliskan sebagai :
(10)

Persamaan (10) hanya akan benar jika kedua ruas sama dengan suatu konstanta yang sama. Misalkan konstanta tersebut adalah l(l+1) maka diperoleh persamaan :


atau

(11)
yang merupakan komponen radial dari persamaan Schrödinger, dan :


atau
(12)

yang merupakan komponen tangensial dari persamaan Schrödinger.

Read more ...

Tetes Minyak Milikan

Percobaan tetes minyak milikan dilakukan oleh Robert A Milikan (1868 – 1953). Dalam percobaannya ia berhasil menemukan harga muatan electron secara akurat dan menunjukkan bahwa muatan electron bersifat diskrit. Elektron mempunyai peran penting dalam mempelajari gejala kelistrikan dan kemagnetan. Dalam eksperimen ini, kita menyemprotkan minyak dalam bentuk hujan tetes-tetes minyak dari atomizer. Setelah diamati hujan tetes-tetes minyak tersebut tampak seperti bintang kecil-kecil yang jatuh perlahan-lahan yang dipengaruhi gaya gravitasi dengan kecepatan yang bergantung pada massanya, viskositas udara dan gaya stokes.


Selanjutnya tetesan minyak di beri muatan dengan beda potensial yang cukup tinggi berkisar 300 volt – 450 volt. Besar muatan tetes minyak akan mempengaruhi gerakan atau kecepatannya. Hal ini dapat diamati jika tetes minyak bergerak turun berbeda kecepatannya jika bergerak ke atas, begitupun saat bergerak bebas tanpa muatan. Sehingga ada tiga kecepatan yang dialami oleh butir tetes minyak berdasarkan arah geraknya, ini bergantung oleh gaya yang mempengaruhinya. Besar kecepatan bintik minyak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gerak lurus beraturan.
y = v.t ( 1 )
dengan waktu tempuh dan jarak tempuh diketahui dari hasil percobaan.

Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dirumuskan masalah percobaan sebagai berikut: “Bagaimana pengaruh kecepatan turun dan kecepatan naik terhadap harga muatan tetes minyak?”
Tujuan percobaan
Percobaan ini bertujuan untuk menentukan muatan satuan elektron (e) dan menunjukkan sifat diskrit muatan electrón

BAB II
KAJIAN TEORI

Dalam percobaan tetes minyak Millikan, gerakan kecepatan bintik minyak dapat dibuat dalam tiga keadaan, yaitu gerak ke bawah karena pengaruh gaya berat, gerak searah gaya berat dengan pengaruh gaya berat dan medan listrik, serta gerak berlawan arah gaya berat dengan pengaruh medan listrik dan gaya berat.
Keadaan pertama adalah gerak bintik minyak karena pengaruh gaya gravitasi. Pada kondisi ini bintik minyak bergerak dengan kecepatan konstan. Walaupun dalam kondisi yang sering kita jumpai di lingkungan kita bahwa benda yang bergerak ke bawah karena pengaruh gravitasi akan bergerak berubah beraturan. Hal ini disebabkan gaya gesekan udara sangat kecil dibandingkan dengan gaya tarik bumi, sehingga gaya gesekannya dapat diabaikan. Lain halnya pada percobaan tetes minyak Milikan, gaya gesekan fluida dalam hai ini udara dengan bintik minyak sangat mempengaruhi laju bintik minyak tersebut. Hal ini disebabkan oleh sifat kekentalan (viskositas) fluida tersebut dalam hal ini adalah udara. Viskositas pada fluida pada dasarnya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan yang bersisian pada fluida saat lapisan-lapisan tersebut bergerak. Secara rinci gaya gesek dalam fluida dijelaskan dalam hukum Stokes. Sesuai hukum Stokes, besar gaya gesekan fluida dirumuskan dengan,
Ff = 6rv ( 2 )
dimana:
 = viskositas fluida
r = radius bintik minyak
v = kecepatan





Gerak ke bawah tanpa medan listrik
Setelah minyak disemprotkan dengan atomiser ke dalam ruang antar kedua plat kapasitor, maka tetesan minyak yang jatuh pada awalnya mengalami percepatan. Karena adanya gaya gesek yang menghambat gerakan yaitu viskositas udara, maka pada saat tertentu akan mencapai laju konstan. Dalam waktu yang bersamaan atur posisi Ionisation Source Lever ke ON untuk memberikan muatan pada bintik minyak saat melewati Droplet Hole Cover yaitu ruang antara kedua pelat kapasitor yang telah di beri muatan. Jika bintik minyak telah nampak dan sudah ada sudah bintik minyak yang termuati, maka dipindahkan kembali Ionisation Source Lever diatur ke posisi OFF.
Setelah bintik minyak nampak dalam ruang antara kedua plat, maka untuk mengetahui apakah sudah bermuatan diputar posisi Plate Charging Switch ke arah positif. Jika bintik minyak bergerak ke atas ke arah plat positif, maka bintik minyak tersebut bermuatan negatif. Tetapi jika ada bintik minyak yang bergerak ke bawah ke plat negatif, maka bintik minyak itu bermuatan positif. Sebaliknya jika saklar Plate Changing Switch diputar ke arah negatif, maka plat bagian atas bermuatan negatif dan plat bagian bawah bermuatan posisif. Sehingga tetes minyak yang bergerak ke atas bermuatan positif, dan yang bergerak ke bawah bermuatan negatif.
Pada bagian ini akan dijelaskan gerak bintik minyak tanpa pengaruh medan listrik. Komponen gaya-gaya yang bekerja pada bintik minyak digambarkan seperti di bawah ini.






Keterangan:
Ff = gaya gesek antara tetesan minyak dengan udara
FA = gaya angkat ke atas (Archimedes)
w = gaya berat tetesan minyak
Berdasarkan hukum gerak Newton, resultan gaya yang bekerja pada tetesan minyak saat itu sama dengan nol.
F = 0 ( 3 )
F_f + F_A- w=0
6πηrv + □(□(4/3)) πr^3 ρ_f g- □(□(4/3)) πr^3 ρ_m g=0
6πηrv= □(□(4/3)) πr^3 g(ρ_m-ρ_f )
Dari hubungan ini diturunkan persamaan untuk menghitung jari-jari bintik minyak sebagai berikut:
r^2=9/2 ηv/(ρ_m-ρ_f )g
r =√(9/2 ηv/(ρ_m-ρ_f )g) (4)
















Bintik minyak bergerak ke atas
Bintik minyak dapat bergerak ke atas karena pengaruh medan listrik. Hal ini dapat terjadi karena bintik minyak yang telah bermuatan akan mendapat gaya listrik berupa gaya tolak atau gaya tarik. Ini tergantung dari jenis muatannya. Jika dipilih muatan bergerak keatas dan plat bagian atas bermuatan positif, maka terjadi gaya tarik pada bintik minyak yang bermuatan negatif. Gaya ini akan melawan besar gaya berat dan gaya Stokes dalam fluida. Gaya-gaya yang bekerja pada bintik minyak digambarkan seperti berikut.









Keterangan:
FE = gaya listrik antara keping dengan tetes minyak bermuatan negatif
FA = gaya angkat ke atas (Archimedes)
w = gaya berat tetesan minyak
Walaupun tetes minyak tidak diam, tetapi kecepatannya konstan. Sehingga resultan gaya yang bekerja pada tetesan minyak saat itu sama dengan nol. Berdasarkan hukum gerak Newton:

F = 0
F_E + F_A 〖- F〗_f-w=0
Vq/d+ □(□(4/3)) πr^3 ρ_f g-6πηrv- □(□(4/3)) πr^3 ρ_m g=0


Sehingga diperoleh persamaan untuk menentukan besar muatan tetes minyak yang bergerak ke atas adalah:
q=6πηrvd/V+(4πr^3 gd)/3V (ρ_m-ρ_f ) ( 5 )

Bintik minyak bergerak ke bawah dengan medan listrik
Gerakan bintik minyak ke bawah dengan pengaruh medan listrik kecepatan lebih besar, karena disamping gaya listrik juga bekerja gaya berat yang arahnya sama. Gaya yang melawan kedua gaya tersebut adalah gaya Stokes dan gaya angkat Archimedes. Gaya-gaya tersebut diuraikan seperti gambar berikut.










Keterangan:
FE = gaya listrik antara keping dengan tetes minyak bermuatan negatif
FA = gaya angkat ke atas (Archimedes)
w = gaya berat tetesan minyak

Seperti pada keadaan kedua di atas, kecepatan tetes minyak juga konstan. Sehingga resultan gaya yang bekerja pada tetesan minyak saat itu sama dengan nol. Berdasarkan hukum gerak Newton:


F = 0
F_E+w- F_A 〖- F〗_f=0
Vq/d+□(□(4/3)) πr^3 ρ_m g- □(□(4/3)) πr^3 ρ_f g-6πηrv=0

Sehingga diperoleh persamaan untuk menentukan besar muatan tetes minyak yang bergerak ke bawah karena pengaruh medan listrik adalah:
q=6πηrvd/V+(4πr^3 gd)/3V (ρ_f-ρ_m ) ( 6 )

Untuk menghitung besar muatan bintik minyak berdasarkan persamaan (5) dan (6) dibutuhkan sebuah faktor koreksi (k). Karena hukum Stokes tidak berlaku jika kecepatan benda yang bergerak dalam suatu fluida seperti pada tetesan minyak dalam udara lebih kecil dari 0,1 cm/s atau 10-3 m/s. Pada percobaan ini kecepatan bintik minyak rata-rata berada pada rentang 0,04 – 0,001 cm/s. Faktor koreksi tersebut dihitung dengan persamaan (7) di bawah ini.
k= 1/(1+b/pr) ( 7 )
dengan:
b = konstanta (8,20 x 10-3 Pa.m)
p = Tekanan barometric (mHg)
r = jari-jari bintik minyak





BAB III
METODE EKSPERIMEN
Alat dan bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan adalah:
Satu set Millikan oil drop apparatus
Transformator 12 volt DC untuk lampu halogen
Power Supply
Minyak non-votatile (Squibb #5597 mineral oil, rapat massa 886 kgm-3)
Atomizer
Stopwatch
Multimeter
Tissue
Cara Kerja
Sebelum melakukan eksperimen, plat kapasitor dibersihkan yaitu menggosoknya dengan tissue.
Menghubungkan power supply ke aliran sumber tegangan dan diatur hingga mencapai 350 – 500 volt.
Menyalakan lampu halogen kemudian mengamati apakah skala sudah nampak jelas jika diamati melalui teleskop.
Menghubungkan multimeter ke thermistor connection untuk mengukur hambatan thermistor.
Menyemprotkan tetes minyak ke dalam Dropplet Viewing Chamber secara tegak lurus.
Mengamati kehadiran bintikk minyak dan memberikan ionisasi dengan menggerakkan Ionisation Source lever ke posisi ON.
Diperkirakan telah terjadi ionisasi maka Ionisation Source lever di kembalikan ke posisi OFF.
Memilih satu bintik minyak pada teleskop, sambil menggerakkan Plate Charging Switch ke posisi muatan positif (+), Negatif (-), dan tanpa muatan.
Mengukur waktu yang digunakan bintik minyak dalam menempuh jarak tertentu, misalnya 5 skala (0,5 mm) dalam 3 keadaan yaitu bergerak keatas, bergerak ke bawah, dan bergerak ke bawah tanpa medan.
Diusahakan mengambil data lebih dari satu kali dalam 3 keadaan tersebut dengan bintik minyak yang sama.
Mengulangi kembali kegiatan 9 dengan memilih bintik minyak yang lain sampai 7 bintik minyak yang berbeda.

Identifikasi Variabel
Variabel kontrol : tekanan, hambatan, beda potensial
Variabel manipulasi : waktu
Variabel respon : muatan bintik minyak











BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan
V = 375 volt
P = 767 mmHg
R = 1,765 x 106 ohm
Tabel Pengamatan
Jarak Tempuh dalam Medan Listrik = 0,5 mm = 5 x 10-4 m
Jarak Tempuh tanpa Medan Listrik = 0,5 mm = 5 x 10-4 m
Tetesan Minyak Waktu Tempuh Tetesan Minyak (s)
Dalam Medan Listrik Tanpa Medan Listrik
Ke Atas Ke Bawah Jatuh Bebas
I 7,4 5,4 25,1
10,9 5,1 21,1
13,5 5,7 25,4

II 19,2 5,5 22,6
20,2 5,7 23,7
18,3 6,4 20,5

III 8,4 5,5 26,4
10,2 4,3 26,1
8,5 5,5

IV 8,2 5,1 28,3
8,4 5,4 30,1
7,8 5,1 29,5
8,8 5,1 29,6
V 12,1 7,1 29,2
10,5 7,6 28,3
8,2 6,2 26,4

VI 17,3 8,2 22,6
11,5 7,8 22,7


VII 11,5 5,9 20,7
11,2 5,1 21,3


Analisa Data
Menentukan suhu tetes minyak berdasarkan besar hambatan yang terbaca pada thermistor.
Hasil pengukuran thermistor diperoleh hambatan sebesar 1,765 MΩ. Berdasarkan tabel Thermistor Resistance Table nilai tersebut berada pada rentang 300 – 310 yaitu:
300 = 1,774 x 106 Ω dan 310 = 1,736 x 106 Ω, sehingga harus digunakan interpolasi untuk mencari suhunya jika hambatan sebesar 1,765 x 106 Ω.
T=31- (1,765-1,736)/(1,774-1,765) x 1^0
T=31-(0,76) x 1^0
T=30,24 atau T=273,16+30,2 0C = 303,36 K
Penentuan Viscositas Udara berdasarkan suhu pada saat percobaan.
Berdasarkan hasil interpolasi diperoleh suhu pada percobaan adalah 30,2 0C.
Dari grafik hubungan Viscositas of Dry Air terhadap temperatur diperoleh:
Suhu 300C = 1,8720 x 10-5 Nsm-2 dan
Suhu 310C = 1,8760 x 10-5 Nsm-2
Sehingga dilakukan interpolasi untuk menentukan viscositas udara pada suhu 30,20C.
η=(1,8720+(30,2-31)/(31-30) x0,004)x〖10〗^(-5) 〖Nsm〗^(-2)
η=(1,8720+0,2 x0,004)x〖10〗^(-5) 〖Nsm〗^(-2)
η=(1,8720+0,0008)x〖10〗^(-5) 〖Nsm〗^(-2)
〖η=1,8728 x 10^(-5) Nsm〗^(-2)
Penentuan massa jenis udara berdasarkan Appendix Density of Air
ρ=ρ_0 (P.273,16)/(760.T)
ρ=1,2929767.273,16/760.303,36
 = 1,1749 kgm-3
Dengan menggunakan persamaan di bawah melalui analisis Microsoft Excel, diperoleh waktu tempuh rata-rata dan kecepatan untuk setiap bintik minyak seperti pada table berikut.
trata = (t_1+t_2+t_3+ … +t_n)/n
v= y/t ̅ , dengan y = 5 x 10-4 m
Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
I 7,4 5,4 25,1
10,9 5,1 21,1
13,5 5,7 25,4
trata(s) 10,60 5,40 23,87
v(m/s) 4,72 x 10-5 9,26 x 10-5 2,09 x 10-5

Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
II 19,2 5,5 22,6
20,2 5,7 23,7
18,3 6,4 20,5
trata(s) 19,23 5,87 22,27
v(m/s) 2,6E-05 8,52E-05 2,25E-05

Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
III 8,4 5,5 26,4
10,2 4,3 26,1
8,5 5,5
trata(s) 9,03 5,10 26,25
v(m/s) 5,54E-05 9,8E-05 1,9E-05

Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
IV 8,2 5,1 28,3
8,4 5,4 30,1
7,8 5,1 29,5
8,8 5,1 29,6
trata(s) 8,30 5,18 29,38
v(m/s) 6,02E-05 9,66E-05 1,7E-05

Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
V 12,1 7,1 29,2
10,5 7,6 28,3
8,2 6,2 26,4
trata(s) 10,27 6,97 27,97
v(m/s) 4,87E-05 7,18E-05 1,79E-05

Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
VI 17,3 8,2 22,6
11,5 7,8 22,7

trata(s) 14,40 8,00 22,65
v(m/s) 3,47E-05 6,25E-05 2,21E-05

Tetesan Minyak tKe Atas tKe Bawah tJatuh Bebas
VII 11,5 5,9 20,7
11,2 5,1 21,3

trata(s) 11,35 5,50 21,00
v(m/s) 4,41E-05 9,09E-05 2,38E-05

Menghitung jari-jari bintik minyak.
Untuk menghitung jari-jari bintik minyak digunakan persamaan di bawah ini dengan kondisi bintik minyak bergerak tanpa medan listrik. Hasil perhitungan dengan computer diperlihatkan seperti table di bawah.
r =√(9/2 ηv/(ρ_m-ρ_f )g)
 = 1,8728 x 10^(-5) Nsm^(-2)
m = 886 kgm-3
f = 1,1749 kgm-3
g = 9,8 ms-2

Tetesan Minyak vt(m/s) r(m)
I 2,09E-05 4,51E-07
II 2,25E-05 4,67E-07
III 1,9E-05 4,3E-07
IV 1,7E-05 4,07E-07
V 1,79E-05 4,17E-07
VI 2,21E-05 4,63E-07
VII 2,38E-05 4,81E-07

Menghitung faktor koreksi
Pada percobaan ini kecepatan bintik minyak yang diperoleh seperti pada perhitungan di atas berada pada orde 10-5 m/s. Sehingga untuk menghitung muatan bintik harus dikalikan dengan faktor koreksi sesuai dengan hasil perhitungan pada tabel di bawah ini.
k= 1/(1+b/pr)
b = konstanta (8,20 x 10-3 Pa.m)
p = Tekanan barometric (1,01 x 105 Pa)
r = jari-jari bintik minyak

Tetesan Minyak r(m) K
I 4,51E-07 0,78
II 4,67E-07 0,79
III 4,3E-07 0,77
IV 4,07E-07 0,76
V 4,17E-07 0,77
VI 4,63E-07 0,78
VII 4,81E-07 0,79

Menghitung muatan bintik minyak
Untuk menghitung besar muatan setiap bintik digunakan persamaan (5) dan (6), tetapi harus dikalikan dengan sebuah faktor koreksi pada persamaan (7), sehingga persamaannya seperti di bawah ini.
Bintik minyak bergerak ke atas:
q=k(6πηrvd/V+(4πr^3 gd)/3V (ρ_m-ρ_f ) )
Bintik minyak bergerak ke bawah:
q=k(6πηrvd/V+(4πr^3 gd)/3V (ρ_f-ρ_m ) )


Dengan menggunakan kedua persamaan tersebut dan nilai-nilai setiap besaran dianalisis melalui computer yaitu Microsoft Excel, maka hasil yang diperoleh seperti pada tabel berikut:
Tetesan Minyak qke atas(C) qke bawah(C) qrata-rata(C)
I 1,73E-19 1,82E-19 1,78E-19
II 1,28E-19 1,66E-19 1,47E-19
III 1,78E-19 1,89E-19 1,84E-19
IV 1,73E-19 1,78E-19 1,75E-19
V 1,53E-19 1,24E-19 1,39E-19
VI 1,49E-19 1,06E-19 1,28E-19
VII 1,86E-19 1,84E-19 1,85E-19












Pembahasan
Prinsip yang digunakan pada percobaan milikan adalah pengaruh gaya gravitasi dan gaya listrik pada partikel bermuatan (tetesan minyak). Tetesan minyak yang dihamburkan dalam ruang pengamatan dipengarahi oleh medan listrik. Medan listrik tersebut ditimbulkan dari beda potensial antara elektroda positif (atas) dan elektroda negatif (bawah) yang diberikan pada pelat kondensator. Pada saat gaya gravitasi sama dengan gaya listrik maka tetesan minyak tersebut akan mengambang. Tetesan minyak dalam medan listrik dipengaruhi oleh beberapa gaya yaitu gaya berat, gaya Stokes yang merupakan gaya penghambat, gaya dorong dan gaya elektrostatis.
Percobaan ini menggunakan dua metode yaitu metode statis (keseimbangan) dan metode dinamis. Untuk metode keseimbangan, karena tetesan minyak tersebut merupakan partikel bermuatan, sehingga setelah tegangannya dihilangkan maka tetesan minyak tersebut akan turun atau jatuh pada saat tetesan minyak tersebut jatuh, laju tetesan minyak tersebut nol. Dengan demikian gaya yang bekerja pada tetesan minyak tersebut hanya gaya berat atau gaya gravitasi dan gaya dorong yang arahnya berlawanan dengan gaya berat. Kemudian tetesan minyak akan mengalami resultan gaya ke bawah. Oleh karena itu, tetesan minyak akan mengalami percepatan sehingga kecepatannya bertambah. Seiring dengan bertambahnya kecepatan, gaya Stokes akan membesar dan pada suatu ketika akan terjadi keseimbangan antara ketiga gaya tersebut, resultan ketiga gaya tersebut nol. Oleh karena itu kecepatan tetesan minyak tersebut akan konstan. Dari sini tegangan dan kecepatan tetesan minyak tersebut dapat diketahui, berdasarkan pengamatan nilai beda potensial dan lamanya waktu yang dibutuhkan tetesan minyak untuk menempuh jarak y yang diperoleh bervariasi.
Berdasarkan perhitungan dapat diperoleh nilai muatan rata-rata dari setiap tetesan minyak adalah: (1) tetes minyak I = 1,78 x 10-19 C; (2) tetes minyak II = 1,47 x 10-19 C; (3) tetes minyak III = 1,84 x 10-19 C; (4) tetes minyak IV = 1,75 x 10-19 C; (5) tetes minyak V = 1,39 x 10-19 C; (6) tetes minyak VI = 1,28 x 10-19 C; dan (7) tetes minyak VII = 1,85 x 10-19 C. Nilai-nilai tersebut menyebar disekitar nilai muatan electron berdasarkan referensi yang ada, yaitu 1,6 x 10-19 C. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa satu elektronnya adalah 1,6.10-19 C, muatan sebesar ini merupakan muatan elementer.

Read more ...