PERKEMBANGAN MEKANIKA

DAN TERMODINAMIKA

OLEH :

NAMA : SYARIVA MARIS

NIM : 4122121021

KELAS : FISIKA DIK C 2012

Dosen Pengampu : Dr. Sondang R. Manurung, M.Pd

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

2013 / 2014

SEJARAH FISIKA

PERKEMBANGAN MEKANIKA DAN TERMODINAMIKA

A. PERKEMBANGAN MEKANIKA

Mekanika merupakan cabang ilmu fisika yang termasuk paling tua

diantara yang lainnya. Mekanika berhubungan dengan materi yang mempelajari

keadaan benda, baik dalam keadaan diam maupun dalam keadaan bergerak serta

hubungan timbal balik antara gaya dan gerak.

Perkembangan ilmu mekanika memiliki 2 masa perkembangan yaitu

mekanika klasik dan mekanika modren. Mekanika klasik juga berkembang

melalui tahapan-tahapan yang terdiri dari 3 masa yaitu Zaman Pra Sains,

Periode II dan Periode III. Zaman Pra Sains dimulai pada 384 SM dan diakhiri

pada 1550 M. Periode ini cukup lama dianut karena pada masa itu gerak suatu

benda dibedakan hanya pada 2 jenis gerak, yaitu gerak alamiah dan gerak paksa.

Gerak alamiah yang dikatakan adalah gerak dengan sifat alamiah materi yang

dipengaruhi oleh unsur bumi. Pada masa Pra Sains mereka sudah mampu

membuat pompa air walapun masih dengan cara sederhana dengan

menggunakan derek dan batu dan menghitung diameter bumi melalui letak

vertikal cahaya matahari.

Pada Periode II dimulai dari tahun 1550 M hingga 1800 M.

Perkembangan mekanika terus berlanjut hingga diyakininya teori tentang

kelembaman dan berkembangnya hipotesis tentang gerak benda yang

dipengaruhi oleh resistansi udara. Masa ini juga adalah masa dimana mereka

sudah mulai membayangkan adanya ruangan hampa udara, teori tumbukan yang

saat itu mereka yakini bahwa setiap tumbukan terjadi maka daya dorong dan

momentum total tidak akan berubah untuk menghindari berhentinya dunia. Dari

beberapa eksperiment ilmuan saat itu mereka pun dapat membuat sebuah pompa

udara, penemuan generator elektrostatis serta yang paling menakjubkan

ditemukannya hukum gravitasi, hukum gerak planet, dan rumus-rumus

fundamental lainnya.

Pada masa Periode III yang dimulai sejak 1800 M-1890 M)

perkembangan mekanika fluida menjadi cabang ilmu baru fisika,kesetimbangan

benda tegar, hukum energy universal, dinyatakannya energy kinetic dalam

bentuk koordinat kartesian serta ketertarikan terhadap partikel.

Mekanika modern pun muncul karena ide-ide sederhana para ilmuwan

yang jaya pada masanya saat itu. Dimulai dari percobaan benda hitam, efek

fotolistrik, dualisme cahaya kuantisasi garis atom hydrogen, teori gelombang

materi serta yang paling tak terduga yang pada mulanya ditentang adalah teori

relativitas.

Dimana ilmuan yang mendukung adanya revolusi ilmu fisika itu adalah :

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

1. Aristoteles ( 384-332 SM )

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.

Cabang lain mekanika adalah statika. Ia merupakan studi benda-benda diam karena

kombinasi berbagai gaya. Perintis bidang ini adalah Archimedes..”

Archimedes adalah orang yang mendasarkan penemuannya dengan eksperiman.

Sehingga, ia dijuluki Bapak IPA Eksperimental.

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%.

Periode II   ( Awal Sains 1550-1800 M )

1. Galileo ( 1564 M - 1642 M)

Ilmuwan Itali besar ini mungkin lebih bertanggung jawab terhadap perkembangan

metode ilmiah dari siapa pun juga. Aristoteles mengajarkan, benda yang lebih berat

jatuh lebih cepat ketimbang 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 ringan jatuh pada kecepatan yang sama

kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat pergeseran udara.

Galileo melakukan eksperimen ini di menara Pisa (Kebetulan, kebiasaan Galileo

melakukan percobaan melempar benda dari menara Pisa tampaknya tanpa sadar). Pada

satu sisi benda ringan akan menghambat benda berat dan benda berat akan

mempercepat benda ringan, dan karena itu kombinasi tersebut akan bergerak pada suatu

laju pertengahan. Di lain pihak benda-benda yang dipadu bahkan akan membentuk

benda yang lebih berat, yang karena itu harus bergerak lebih cepat dari pada yang

pertama atau salah satunya.  

 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 kwadrat jatuhnya benda. Penemuan ini (yang berarti

penyeragaman percepatan) memiliki arti penting tersendiri. Bahkan lebih penting lagi

Galileo berkemampuan menghimpun hasil penemuannya dengan formula matematik.  

Sumbangan besar Galileo lainnya ialah penemuannya mengenai hukum kelembaman

(inersia). 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.

Analisis Galileo mencapai resolusi akhir dari masalah gerak peluru. Dia juga

memperlihatkan bagaimana komponen-komponen horisontal dan vertikal dari gerak

peluru bergabung menghasilkan lintasan parabolik. Galileo menganggap bahwa sebuah

benda yang menggelinding ke bawah pada suatu bidang miring adalah dipercepat

seragam yaitu, kecepatannya bertambah dengan besar yang sama dalam tiap interval

waktu yang kecil. Dia kemudian menunjukkan bahwa asumsi ini dapat diuji dengan

mengukur jarak yang dilalui, dari pada mencoba mengukur kecepatan secara langsung.

2. Descartes ( 1596  M – 1661 M )

Rene Descartes adalah 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 memeperoleh

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. 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.

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.

3. Torricelli (1608 M – 1647 M) dan

Evangelista Torricelli (1608-1647 ), fisikawan  Italia  kelahiran Faenza. Pada

tahun 1643  ia menetapkan tentang tekanan atmosfer  dan menemukan alat untuk

mengukurnya, yaitu barometer .

Pada tahun 1643, Torricelli membuat eksperimen sederhana, yang dinamakan Torricelli

Experiment, yaitu ia menggunakan sebuah tabung kaca kuat dengan panjang kira-kira 1

m dan salah satu ujungnya tertutup. Dengan menggunakan sarung menghadap ke atas.

Dengan menggunakan corong ia menuangkan raksa dari botol ke dalam tabung sampai

penuh. Kemudian ia menutup ujung terbuka tabung dengan jempolnya, dan segera

membaliknya. Dengan cepat ia melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh

tabung vertikal dalam sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam

tabung dan berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung 76 cm di atas permukaan

raksa dalam bejana. Ruang vakum terperangkap di atas kolam raksa.

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

Otto von Guericke (30 November  1602- 21 Mei 1686)  adalah seorang ilmuwan

Jerman, pencipta, dan politikus. Prestasi ilmiah utama nya menjadi penetapan dari  ilmu

fisika ruang hampa.Pada 1650 Guericke menemukan pompa udara. Guericke

menerapkan barometer ke ramalan cuaca untuk meteorologi.  

Kemudiannya bidang kajianya dipusatkan pada listrik, tetapi sangat sedikit hasil nya. Ia

menemukan generator elektrostatik yang pertama, “ Elektrisiermaschine”.

5. Blaise Pascal ( 1623 M -1662 M )

Blaise Pascal (19 Juni 1623- 19Agustus 1662) adalah ilmuwan Perancis Ahli

matematik, ahli ilmu fisika, dan ahli filsafat religius. Dalam bidang fisika, khususnya

mekanika, dia melakukan percobaan dengan cara mengukur beda tinggi barometer di

dasar dan di puncak gunung.

Dari keterangan-keterangannya itu nantinnya dia mengemukakan prinsip hidrostatik

yang kita kenal dengan Hukum Pascal, yaitu “Jika suatu zat cair dikenakan tekanan,

maka tekanan itu akan merambat ke segala arah sama besar dengan tidak bertambah

atau berkurang kekuatannya”.

6. Isaac Newton ( 1642 M – 1727 M )

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

Galileo. 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 W sebuah 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. 

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

1. Daniel Bernoulli (1700 M – 1780 M)

Daniel Bernoulli ( 8 Pebruari  1700 – 17 Maret  1782) adalah ilmuwan swiss Ahli

matematik. Keahlian matematikanya untuk diaplikasikan ke mekanika, terutama ilmu

mekanika zat cair (fluida) dan gas. Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di

dalammekanika 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.

2. Leonhard Euler ( 1707 M – 1783 M )

Leonard Euler lahir tahun 1707 di Basel, Swiss. Dia diterima masuk Universitas Basel

tahun 1720 tatkala umurnya baru mencapai tiga belas tahun. 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. Dalam praktek, tentu saja, obyek

benda tidak selamanya mesti kekar. Karena itu, Euler juga membuat sumbangan

penting tentang teori elastisitas yang menjabarkan bagaimana benda padat dapat

berubah bentuk lewat penggunaan tenaga luar.

 Pengetahuan modern dan teknologi akan jauh tertinggal di belakang, tanpa

adanya formula Euler, rumus-rumusnya, dan metodenya. Sekilas pandangan melirik

indeks textbook matematika dan fisika akan menunjukkan penjelasan-penjelasan ini

sudut Euler (gerak benda keras); kemantapan Euler (deret tak terbatas); keseimbangan

Euler (hydrodinamika); keseimbangan gerak Euler (dinamika benda keras); formula

Euler (variabel kompleks); penjumlahan Euler (rentetan tidak ada batasnya), curve

polygonal Eurel (keseimbangan diferensial); pendapat Euler tentang keragaman fungsi

(keseimbangan diferensial sebagian); transformasi Euler (rentetan tak terbatas); hukum

Bernoulli-Euler (teori elastisitis); formula Euler-Fourier (rangkaian trigonometris);

keseimbangan Euler-Lagrange (variasi kalkulus, mekanika); dan formula Euler-

Maclaurin (metode penjumlahan) itu semua menyangkut sebagian yang penting-

penting saja.

3. Hamilton

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 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.

4. 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

Perkembangan Mekanika Modern (1900-sekarang)

1.    Mekanika Kuantum

1)    Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi

menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk

menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh bendah hitam

2)    Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan

bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton.

3)    Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen dengan

penggunaan kuantisasi.

4)    Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.

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 Heisenberg

mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrodinger menemukan mekanika

gelombang dan persamaan Schrodinger. Schrodinger beberapa kali menunjukkan

bahwa kedua pendekatan tersebut sama. Pada tahun 1927, Heinseberg merumuskan

prinsip ketidakpastiannya dan interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang

hampir bersamaan.

6)    Tahun 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas

khusus. Dia juga menggunakan teori operator, termasuk nota bra-ket yang berpengaruh.

7)    Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk

mekanika kuantum sebagai teori operator.

8)    Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London yang

mempublikasikan penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927.

Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar,

termasuk kimiawan Amerika, Linus Pauling.

9)    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.

10) 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 elektro.

2.    Relativitas Umum

Relativitas umum diperkenalkan oleh Albert Einstein pada tahun 1916. Teori ini

merupakan penjelasan gravitasi termutakhir dalam fisika modern. Ia menyatukan teori

Einstein sebelumnya dengan hukum gravitasi Newton.

B. PERKEMBANGAN TERMODINAMIKA

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = ‘panas’ and dynamic = ‘perubahan’) adalah

fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika

berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan

termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau

pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi

(kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah

“termodinamika” biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan

ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan,

proses “super pelan”. Proses termodinamika bergantung waktu dipelajari dalam

termodinamika tak-setimbang. Karena termodinamika tidak berhubungan dengan

konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan

termostatik. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini

tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti

mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali

perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya

termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang

ini tentang termodinamika benda hitam.

Hukum-Hukum Dasar Termodinamika

a) Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamik yang menyatakan bahwa dua sistem

dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling

setimbang satu dengan lainnya.

b) Hukum Pertama Termodinamik ada keterkaitan dengan kekekalan energi. Hukum

ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama

dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang

dilakukan terhadap sistem.

c) Hukum kedua Termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan

bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk

meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

d) Hukum ketiga Termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini

menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua

proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini

juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur

nol absolut bernilai nol.

Tahun-Tahun Penting perkembangan termodinamika :

Peristiwa-Peristiwa Penting Termodinamik pada dasarnya, termodinamika adalah ilmu

yang mempelajari tentang panas sebagai energi yang mengalir. Oleh karena itu, sejarah

berkembangnya ilmu termodinamika berawal sejak manusia mulai “memikirkan”

tentang panas..

Abad ke 5 SM filsuf Yunani Parmenides, dalam karyanya hanya dikenal, puisi

konvensional berjudul On Nature, menggunakan penalaran verbal untuk mendalilkan

bahwa kekosongan, pada dasarnya apa yang sekarang dikenal sebagai vakum, di alam

tidak bisa terjadi. Pandangan ini didukung oleh argumen-argumen Aristoteles, tetapi

dikritik oleh Leucippus dan Hero dari Alexandria. Dari dulu sampai Abad Pertengahan

berbagai argumen dikemukakan untuk membuktikan atau menolak adanya vakum dan

beberapa usaha dilakukan untuk membangun vakum tapi semua terbukti berhasil.

Abad 16 dan 17 Ilmuwan Eropa Kornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei dan

Santorio Santorio pada mampu mengukur "dingin" relatif atau "hotness" udara,

menggunakan termometer udara dasar (atau thermoscope). Hal ini mungkin

dipengaruhi oleh perangkat sebelumnya yang dapat memperluas dan kontrak udara

dibangun oleh Philo dari Byzantium dan Hero dari Alexandria.350 SM Aristoteles

Adalah orang yang pertama kali melakukan percobaan tentang panas. Dia mengatakan

bahwa panas adalah bagian dari materi atau materi tersusun dari panas Penalaran yang

dilakukan oleh Aristoteles.

Tahun 1593 Galileo Galile meneruskan percobaan Aristoteles yang menganggap

bahwa panas adalah sesuatu yang dapat diukur dengan penemuannya berupa

termometer air.

Tahun 1600 an , filsuf Inggris Francis Bacon dan ilmuwan menduga: "Panas itu

sendiri, esensi dan hakekat adalah gerak dan tidak ada lagi."

Tahun 1643, Galileo Galilei, sementara umumnya menerima menyedot penjelasan

Horror vacuum diusulkan oleh Aristoteles, percaya bahwa vakum alam terbatas. Pompa

beroperasi di tambang sudah membuktikan bahwa alam hanya akan mengisi vakum

dengan air sampai ketinggian 30 kaki. Mengetahui fakta ini penasaran, Galileo

mendorong bekas muridnya Evangelista Torricelli untuk menyelidiki keterbatasan ini

seharusnya. Torricelli tidak percaya bahwa anti vakum (Horror vacui) dalam arti

perspektif ‘menghisap’ Aristoteles, yang menjadi factor utama meningkatnya air.

Sebaliknya, ia beralasan, itu adalah hasil dari tekanan yang diberikan pada cairan oleh

udara sekitarnya.Untuk membuktikan teori ini, ia mengisi sebuah tabung kaca

panjang(tertutup di salah satu ujung) dengan merkuri dan terjungkal ke dalam piring

juga mengandung merkuri. Hanya sebagian tabung kosong (seperti yang ditunjukkan

berdekatan) sekitar 30 inci cairan tetap. Seperti merkuri dikosongkan, dan vakum yang

telah dibuat di bagian atas tabung. Ini, vakum buatan manusia pertama, efektif

menyangkal teori 'menghisap' Aristoteles dan menegaskan adanya kekosongan di alam.

Tahun 1650 Otto von Guericke menemukan pompa vakum pertama didunia

digunakan untuk menyanggah Aristoteles bahwa 'alam membenci kekosongan'.

Penemuannya tentang Tekanan udara dan vakum pada pompa vakum terdiri dari piston

dan silinder pistol udara dengan dua arah flaps dirancang untuk menarik udara keluar

dari kapal itu pun terhubung ke, dan digunakan untuk menyelidiki sifat vakum dalam

banyak percobaan.Guericke Experimenta menunjukkan kekuatan tekanan udara dengan

percobaan dramatis. Dengan eksperimen Guericke menyangkal hipotesis "horor vacui",

alam yang membenci kekosongan, yang selama berabad-abad dijunjung tinggi oleh

filsuf dan ilmuwan sebagai hukum alam. Guericke menunjukkan bahwa zat tidak

ditarik oleh vakum, tetapi didorong oleh tekanan dari cairan sekitarnya.Semua

pekerjaan von Guericke pada vakum dan tekanan udara.

Tahun 1654 Regensburg melakukan percobaan pertama ia secara eksplisit mencatat

sebagai telah ditunjukkan menghancurkan kapal non-bulat seperti tersebut ditarik

dengan udara. Dia tidak menggunakan pompa vakum secara langsung di kapal, tetapi

diperbolehkan udara di dalamnya untuk memperluas ke penerima yang sebelumnya

dievakuasi. Yang kedua adalah sebuah percobaan di mana sejumlah pria terbukti

mampu menarik piston kedap udara hanya sekitar setengah jalan pada sebuah kapal

tembaga silinder. Von Guericke kemudian dilampirkan penerima nya dievakuasi ke

ruang bawah piston dan berhasil menarik piston kembali turun lagi melawan kekuatan

pria tersebut.

Tahun 1656 ahli fisika Inggris dan kimiawan Robert Boyle telah belajar desain

Guericke dan, pada dalam koordinasi dengan ilmuwan Inggris Robert Hooke,

Membangun sebuah pompa udara. Menggunakan pompa ini, Boyle dan Hooke melihat

korelasi antara tekanan, suhu, dan volume. Dalam waktu Hukum Boyle dirumuskan,

yang menyatakan bahwa tekanan dan volume berbanding terbalik.

Tahun 1679, Boyle Denis Papin membangun sebuah digester uap, yang merupakan

bejana tertutup dengan tutup erat pas bahwa uap terbatas sampai tekanan tinggi yang

dihasilkan.Kemudian menerapkan desain katup uap rilis yang membuat mesin dari

meledak. Dengan mengamati katup berirama bergerak naik dan turun, Papin

terinspirasi dari ide piston dan silinder mesin.

Tahun 1697, Thomas Savery dibangun mesin pertama berdasarkan desain Papin, diikuti

oleh Thomas Newcomen pada 1712. Meskipun mesin ini awal yang kasar dan tidak

efisien, mereka menarik perhatian para ilmuwan terkemuka saat itu.Konsep dasar dari

kapasitas panas dan panas laten, yang diperlukan untuk pengembangan termodinamika,

dikembangkan oleh Profesor Joseph Black di Universitas Glasgow, di mana James

Watt bekerja sebagai pembuat instrumen. Black dan Watt melakukan eksperimen

bersama-sama, tapi Watt yang dikandung gagasan kondensor eksternal yang

menghasilkan peningkatan besar dalam efisiensi mesin uap dengan menggambar pada

semua pekerjaan sebelumnya.

Tahun 1799 Sir Humphrey Davy dan Count Rumford menegaskan bahwa panas adalah

sesuatu yang mengalir. Kesimpulan ini mendukung prinsip kerja termometer,tapi

membantah pernyataan Aristoteles. Seharusnya hukum kenol termodinamika

dirumuskan saat itu, tapi karena termodinamika belum berkembang sebagai ilmu, maka

belum terpikirkan oleh para ilmuwan. “dua sistem dalam keadaan setimbang dengan

sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya”.

Tahun 1778, Thomas Alfa Edison memperkenalkan mesin uap pertama yang

mengkonvesi panas menjadi kerja mekanik. Tahun 1824 Sadi Carnot, berupaya

menemukan hubungan antara panas yang digunakan dan kerja mekanik yang

dihasilkan. Hasil pemikirannya merupakan titik awal perkembangan ilmu

termodinamika klasik dan beliau dianggap sebagai Bapak Termodinamika,

mempublikasikan Refleksi pada Kekuatan Motif Api, wacana pada efisiensi panas,

kekuatan, energi dan mesin. Makalah ini diuraikan hubungan energik dasar antara

mesin Carnot, siklus Carnot, dan kekuatan motif. Ini menandai dimulainya

termodinamika sebagai ilmu pengetahuan modern.

Tahun 1845, James P. Joule menyimpulkan bahwa panas dan kerja adalah dua bentuk

energi yang satu sama lain dapat dikonversi. Kesimpulan ini didukung pula oleh Rudolf

Clausius, Lord Kelvin (William Thomson), Helmhozt, dan Robert Mayer. Selanjutnya,

para ilmuwan ini merumuskan hukum pertama termodinamika (1850)

Tahun 1858 Lord Kelvin telah memperkenalkan istilah termodinamika melalui

makalahnya: An Account of Carnot’s Theory of the Motive Power of Heat.Tahun

1859,William Rankine, menulis buku teks termodinamika pertama. Dalam buku ini

dituliskan tentang “perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup

sama dengan total dari jumlah energi panas yang disuplai ke dalam sistem dan kerja

yang dilakukan terhadap sistem”

∆U = Q + W Setelah mempelajari mesin Carnot, Lord Kelvin, Planck, dan

menyimpulkan bahwa pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima

mesin diubah semuanya menjadi kerja, selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin. Hal

ini karena adalah sifat sistem yang selalu menuju ketidakteraturan, entropi (S)

meningkat. Saat itu hukum. Pada awalnya dilatih sebagai seorang ahli fisika dan

seorang profesor teknik sipil dan mekanik di Universitas Glasgow.Dasar

termodinamika statistik yang ditetapkan oleh fisikawan seperti James Clerk Maxwell,

Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius dan J.Willard Gibbs.

Tahun 1860 Hukum kedua termodinamika diperkenalkan. Menurut Clausius, besarnya

perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat

tambahan kalor (Q) pada temperatur tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah :

“total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat

seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya”

Tahun 1873-1876 Seorang ahli matematika yang Fisikawan Amerika Josiah Willard

Gibbs menerbitkan serangkaian tiga makalah, yang paling terkenal adalah Pada

Kesetimbangan Substansi heterogen, di mana ia menunjukkan bagaimana proses

termodinamika, termasuk reaksi kimia, dapat dianalisis grafis , dengan mempelajari

energi, entropi, volume, suhu dan tekanan dari sistem termodinamika sedemikian rupa,

kita dapat menentukan jika suatu proses akan terjadi secara spontan.

Tahun 1885, Boltzman menyatakan bahwa energi dalam dan entropi merupakan

besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Pernyataan ini mengawali

berkembangnya termodinamika statistik, yaitu pendekatan mikroskopis tentang sifat

termodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel yang

menyusunnya. Dasar-dasar termodinamika statistik ditetapkan oleh fisikawan seperti

James Clerk Maxwell, W. Nernst, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius

dan J. Willard Gibbs .Willard Gibbs.

Tahun 1906 Giauque dan W. Nernst merumuskan hukum ketiga termodinamika.“pada

saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan

entropi sistem akan mendekati nilai minimum”Pada tahun 1906 Giauque dan W. Nernst

merumuskan hukum ketiga termodinamika. “pada saat suatu sistem mencapai

temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati

nilai minimum”

Tahun 1911, Einstein menyatakan bahwa massa merupakan perwujudan dari energi

(E=mc2). Hal ini kemudian dibenarkan oleh ilmuwan mekanika kuantum (1900-1940)

bahwa radiasi sebagai bentuk energi bisa bersifat sebagai partikel. Pernyataan ini

seakan-akan membenarkan penalaran Aristoteles sebelumnya bahwa materi = energy

Pada tahun 1950, para ilmuwan, seperti Carl Anderson menemukan adanya partikel

antimateri yang bisa memusnahkan materi.Abad 19, Pierre Duhem menulis tentang

termodinamika kimia. Selama awal abad 20, kimiawan seperti Gilbert N. Lewis, Merle

Randall, dan EA Guggenheim menerapkan metode matematika Gibbs untuk analisis

proses kimia.

Termodinamika klasik adalah deskripsi dari satuan-satuan dan proses system

Thermodynamical yang makroskopik, sifat empiris secara langsung diukur di

laboratorium. Hal ini digunakan untuk pertukaran model energi, kerja, panas, dan

materi, berdasarkan hukum termodinamika. Kualifikasi Klasik mencerminkan fakta

bahwa itu mewakili tingkat deskriptif dalam hal parameter empiris makroskopik yang

dapat diukur di laboratorium, yang merupakan tingkat pertama pemahaman pada abad

ke-19. Sebuah penafsiran mikroskopis konsep-konsep ini diberikan oleh perkembangan

termodinamika statistik.

Awal abad 20, Termodinamika statistik, juga disebut mekanika statistik, muncul

dengan perkembangan teori atom dan molekul pada paruh kedua abad ke-19 dan,

melengkapi termodinamika dengan interpretasi interaksi mikroskopis antara partikel

individu atau kuantum-mekanis negara. Bidang ini berhubungan sifat mikroskopis atom

dan molekul individu dengan, sifat makroskopik sebagian besar bahan-bahan yang

dapat diamati pada skala manusia, sehingga menjelaskan termodinamika sebagai akibat

alami dari statistik, mekanika klasik, dan teori kuantum pada tingkat mikroskopis.

Tahun 1900, Max Planck menjelaskan Quantum termodinamika adalah studi tentang

dinamika panas dan bekerja dalam sistem kuantum. Sekitar, termodinamika kuantum

mencoba untuk menggabungkan termodinamika dan mekanika kuantum ke dalam satu

kesatuan yang koheren. Titik penting di mana "mekanika kuantum" dimulai ketika,

pada diuraikan "hipotesis kuantum", yaitu bahwa energi sistem atom dapat

terkuantisasi, yang didasarkan pada dua hukum pertama termodinamika seperti yang

dijelaskan oleh Rudolf Clausius (1865) dan Ludwig Boltzmann (1877).