Fisika (
Bahasa Yunani: φυσικός (physikos), "alamiah", dan φύσις (physis), "Alam") adalah sains atau ilmu tentang
alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau
materi dalam lingkup
ruang dan
waktu. Para
fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan
kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum
kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai
hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (
biologi,
kimia,
geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang
molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti
mekanika kuantum,
termodinamika, dan
elektromagnetika.
Fisika juga berkaitan erat dengan
matematika.
Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun, perbedaan ini tidak selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang beririsan antara fisika dan matematika, yakni fisika matematis, yang mengembangkan struktur matematis bagi teori-teori fisika
Fisika teoretis dan eksperimental
Budaya penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan
teori dan
eksperimen. Sejak abad kedua puluh, kebanyakan fisikawan perseorangan mengkhususkan diri meneliti dalam
fisika teoretis atau
fisika eksperimental saja, dan pada abad kedua puluh, sedikit saja yang berhasil dalam kedua bidang tersebut. Sebaliknya, hampir semua teoris dalam biologi dan kimia juga merupakan eksperimentalis yang sukses.
Gampangnya, teoris berusaha mengembangkan teori yang dapat menjelaskan hasil eksperimen yang telah dicoba dan dapat memperkirakan hasil eksperimen yang akan datang. Sementara itu, eksperimentalis menyusun dan melaksanakan eksperimen untuk menguji perkiraan teoretis. Meskipun teori dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, mereka saling bergantung. Kemajuan dalam fisika biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat penemuan yang tak dapat dijelaska teori yang ada, sehingga mengharuskan dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoretis sering berjalan ke arah yang salah; salah satu contohnya adalah
teori-M, teori populer dalam fisika energi-tinggi, karena eksperimen untuk mengujinya belum pernah disusun.
[sunting] Teori fisika utama
Meskipun fisika membahas beraneka ragam sistem, ada beberapa teori yang digunakan secara keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap teori ini diyakini benar adanya, dalam wilayah kesahihan tertentu. Contohnya, teori
mekanika klasik dapat menjelaskan pergerakan benda dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada
kecepatan cahaya. Teori-teori ini masih terus diteliti; contohnya, aspek mengagumkan dari mekanika klasik yang dikenal sebagai
teori chaos ditemukan pada abad kedua puluh, tiga abad setelah dirumuskan oleh
Isaac Newton. Namun, hanya sedikit fisikawan yang menganggap teori-teori dasar ini menyimpang. Oleh karena itu, teori-teori tersebut digunakan sebagai dasar penelitian menuju topik yang lebih khusus, dan semua pelaku fisika, apa pun spesialisasinya, diharapkan memahami teori-teori tersebut.
Zat dan wujudnya
Sifat Zat
Banyak benda yang dapat dilihat dan dijumpai di kehidupan sehari-hari. Misalnya pensil, kacamata, batu, kursi, air, balon berisi udara, tabung LPG berisi gas, es, air, kaca, baja, dan daun. Benda-benda tersebut tersusun dari zat yang berbeda, misalnya pensil dan batu. Namun dapat pula tersusun dari zat yang sama, misalnya air dan es. Tahukah kamu apa yang dimaksud dengan zat? Apakah zat dapat berubah wujudnya? Mari kita ikuti pembahasan berikut ini!
Berbagai macam benda yang kita jumpai memiliki kesamaan, yaitu benda-benda tersebut memerlukan ruang atau tempat untuk keberadaannya. Air di dalam gelas, menempati ruang bagian dalam gelas itu, batu di pinggir jalan menempati ruang di pinggir jalan di mana ruangan itu tidak ditempati oleh benda lain sebelum batu itu disingkirkan.
Udara dalam balon menempati ruang bagian dalam balon itu. Manusia juga menempati ruang, misalkan dalam lift hanya cukup ditempati paling banyak 8 orang dewasa, lebih dari itu ruang dalam lift tidak mencukupi lagi. Benda atau zat juga memiliki massa, sebagai contoh batu bila ditimbang dengan neraca menunjukkan nilai massa tertentu. Balon berisi udara bila dibandingkan massanya dengan balon yang kempis, akan lebih berat balon berisi udara. Hal itu menunjukkan bahwa udara memiliki massa. Dapat disimpulkan bahwa zat adalah sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruangan.
Ambillah balok kayu dan letakkan di lantai, amati bentuk dan hitunglah volumenya bila mungkin. Kemudian pindahkan ke atas meja, apakah terjadi perubahan pada bentuk maupun volumenya? Ambillah sesendok air . Amati bentuknya dan perkirakan volumenya. Kemudian tuangkan air tersebut ke sebuah piring. Bagaimana perubahan yang terjadi pada bentuknya? Apakah volumenya berubah? Apabila minyak wangi disemprotkan ke suatu ruangan biasanya dengan cepat aromanya menyebar sampai ke setiap sudut ruangan itu. Hal itu membuktikan bahwa zat minyak wangi itu berubah dari bentuk semula, yaitu botol langsung berubah bentuk memenuhi seluruh ruangan tersebut
Suhu
Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Bagaimanakah cara kalor itu berpindah? Kalor dapat berpindah dengan tiga cara, yaitu konduksi atau hantaran, konveksi atau aliran, dan radiasi atau pancaran.
1. Konduksi
Bagaimanakah perpindahan kalor secara konduksi? Lakukan kegiatan berikut!
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut.
Berdasarkan daya hantar kalor, benda dibedakan menjadi dua, yaitu:
1) Konduktor
Konduktor adalah zat yang memiliki daya hantar kalor baik. Contoh : besi, baja, tembaga, aluminium, dll
2) Isolator
Isolator adalah zat yang memiliki daya hantar kalor kurang baik. Contoh : kayu, plastik, kertas, kaca, air, dll
Dalam kehidupan sehari-hari, dapat kamu jumpai peralatan rumah tangga yang prinsip kerjanya memanfaatkan konsep perpindahan kalor secara konduksi, antara lain : setrika listrik, solder. Mengapa alat-alat rumah tangga seperti setrika, solder, panci, wajan terdapat pegangan dari bahan isolator? Hal ini bertujuan untuk menghambat konduksi panas supaya tidak sampai ke tangan kita.
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut.
Konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis zat. Kamu dapat memahami peristiwa konveksi, antara lain:
1) Pada zat cair karena perbedaan massa jenis zat, misal sistem pemanasan air, sistem aliran air panas.
2) Pada zat gas karena perbedaan tekanan udara, misal terjadinya angin darat dan angin laut, sistem ventilasi udara, untuk mendapatkan udara yang lebih dingin dalam ruangan dipasang AC atau kipas angin, dan cerobong asap pabrik.
Agar kamu lebih dapat memahami konveksi, lakukan kegiatan berikut!
Dari kegiatan yang kamu lakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa, aliran di dalam gelas disebabkan karena perbedaan massa jenis zat. Air yang menyentuh bagian bawah gelas kimia tersebut dipanasi dengan cara konduksi. Akibat air menerima kalor, maka air akan memuai dan menjadi kurang rapat. Air yang lebih rapat pada bagian atas itu turun mendorong air panas menuju ke atas. Gerakan ini menimbulkan arus kon-veksi. Pada bagian zat cair yang dipanaskan akan memiliki massa jenis menurun sehingga mengalir naik ke atas. Pada bagian tepi zat cair yang dipanaskan konveksi yang terjadi seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Pada bagian tengah zat cair yang dipanaskan, konveksi yang terjadi seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Dari kegiatan yang kamu lakukan terlihat bahwa asap turun di dalam cerobong yang tidak dipanaskan. Pada cerobong yang dipanaskan tekanan udara kecil sehingga asap akan bergerak naik ke atas. Aliran udara yang terlihat itulah yang menunjukkan konveksi pada zat gas. Tahukah kamu mengapa cerobong asap pabrik di buat tinggi? Coba kamu cari tahu alasannya! Angin laut dan angin darat merupakan contoh peristiwa alam yang melibatkan arus konveksi pada zat gas. Tahukah kamu bagaimana terjadinya angin laut dan angin darat? Coba perhatikan gambar di bawah ini!
Pada siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di daratan akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari permukaan laut, sehingga terjadi gerakan udara dari laut menuju ke darat yang biasa disebut angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk pulang ke daratan. Bagaimanakah angin darat terjadi?
Pada malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di permukaan air laut akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari daratan, sehingga terjadi gerakan udara dari darat menuju ke laut yang biasa disebut angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk melaut mencari ikan.
3. Radiasi atau pancaran
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara. Saat acara api unggun pada kegiatan Pramuka di sekolahmu, apa yang dapat kamu rasakan saat kamu berada di sekitar nyala api unggun? Kamu akan merasakan hangatnya api unggun dari jarak berjauhan. Bagaimanakah panas api unggun dapat sampai ke badanmu? Kalor yang kamu terima dari nyala api unggun disebabkan oleh energi pancaran. Alat yang digunakan untuk mengetahui adanya radiasi kalor atau energi pancaran kalor disebut termoskop. Termoskop terdiri dari dua buah bola kaca yang dihubungkan dengan pipa U berisi air alkohol yang diberi pewarna. Perhatikan gambar!
Salah satu bola lampu dicat hitam, sedangkan yang lain dicat putih. Apabila pancaran kalor mengenai bola A, hal ini mengakibatkan tekanan gas pada bola A menjadi besar. Hal ini mengakibatkan turunnya permukaan zat cair yang ada di bawahnya. Bagaimanakah sifat radiasi dari berbagai permukaan? Sifat radiasi berbagai permukaan dapat diselidiki dengan menggunakan alat termoskop diferensial. Alat yang digunakan untuk menyelidiki sifat radiasi berbagai permukaan disebut termoskop diferensial. Kedua bola lampu dicat dengan warna yang sama, tetapi di antara bola tersebut diletakkan bejana kubus yang salah satu sisinya permukaannya hitam kusam dan sisi lainnya mengkilap. Jika bejana kubus diisi dengan air panas, akan terlihat permukaan alkohol di bawah bola B turun. Perbedaan ini disebabkan karena kalor yang diserap bola B lebih besar daripada bola A. Dari hasil pengamatan yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa:
1) Permukaan benda hitam, kusam, dan kasar merupakan pemancar dan penyerap kalor yang baik.
2) Permukaan benda putih, mengkilap dan halus merupakan pemancar dan penyerap kalor yang buruk
.
