Gaya Fundamental dan Aplikasinya
1.
Gaya Nuklir Kuat (Gaya
Inti Kuat)
Gaya Nuklir kuat adalah gaya yang menjaga neutron dan proton tetap berada pada inti atom, menajaga agar quark (partikel elementer yang menciptakan partikel hadron yang terdiri dari dua jenis yaitu meson dan baryon (proton dan neutron) tetap terikat dalam proton dan neutron. Oleh gaya nuklir kuat proton dan neutro diatur jaraknya dengan sangat tepat, karena apa bila gaya ini sedikit lebih lemah maka neutron dan proton akan menjauh, dan apabila gaya nuklir ini lebih kuat maka proton dan neutron akan bertabrakan. Gaya nuklir kuat bernilai: 15). Contoh dari gaya ini yaitu ketika Gaya kuat antara partikel nuklir bertanggung jawab atas terjadinya reaksi termonuklir pada pusat matahari, sehingga energi yang dilepaskan bisa mencapai bumi dalam bentuk cahya matahari.
2.
Gaya Nuklir Lemah (Gaya
Inti Lemah)
Gaya
Nuklir lemah merupakan sebuah gaya yang bertanggung jawab atas keseimbangan
proton dan neutron. Saat ini atom mengalami peluruhan radioaktif. Inti atom
yang tidak stabil dapat memancarkan sinar radiasi berbahaya, oleh karena itu
gaya inti lemah dalam kasus ini berfungsi untuk menjaga agar tidak terkena
radiasi yang membahayakan manusia.
Gaya Nuklir lemah merupakan gaya yang paling lemah apabila dibandingkan dengan gaya elektromagnetis dan gaya nuklir kuat dengan perbandingannya yaitu 10-11 kali kekuatan gaya elektromagnetik dan 10-13 kali gaya nuklir kuat. Salah satu efek dari gaya ini adalah peluruhan beta, di mana sebuah neutron dalam initi radioaktif diubah menjadi proton yang mengusir sebuah elektron dan sebuah partikel yanhg dapat dianggap tidak memiliki massa (antineutino), interaksi lemah antara antineutrino dengan dengan zat biasa meruppakan interaksi yang sangat lemah sehingga sebuah antinetrino dapat dengan mudah menembus dinding dari timbal yang memiliki ketebalan hingga jutaan kilometer. Gaya Nuklir lemah bernilai 7,03 x 10-3. Contoh dari gaya nuklir lemah yaitu ketika karakteristik dari partikel subatomik (neutrino) turut berperan ketika terjadinya meledaknya sebuah bintang menjadi supernova.
3.
Gaya Elektromagnetik (Interaksi
Elektromagnetik)
Pada
interaksi eklektromagnetik ini meliputi
gaya listrik dan gaya magnet. Gaya elektromagnetik adalah gaya yang disebabkan
oleh medan elektromagnetik terhadap pertikel-partikel bermuatan listrik. Gaya
elektromaagnetik menyebabkan partikel yang bermuatan berlawanan saling tarik
menarik dan membuat partikel yang bermuatan sama saling tolak menolak.
Gaya-gaya magnet terjadi di dalam interaksi-interaksi antar magnet atau bisa
juga antara sebuah magnet dengan sebatang besi. Interaksi magnet sendiri
merupakan hasil dari muatan-muatan listrik yang bergerak. Pada suatu
elektromagnet suatu arus listrik yang terdapat di dalam sebuah kumparan kawat
menyebabkan interaksi-interaksi magnetik. Gaya nuklir lemah berfungsi untuk
menjaga agar elektron dan proton tetap bersama dalam atom, dan menjaga atom-atom
agar tetap bersama dalam molekul. Gaya ini dapat kita temukan dalam kehidupan
sehari-hari. Contohnya yaitu pada
gaya-gaya kontak, seperti gaya normal, gesekan, dan hambatan fluida, pada gaya-gaya tersebut terjadi kombinbasi pada
seluruh gaya yang diberikan pada atom-atom tersebut oleh atom-atom yang
terdapat disekeliling benda tersebut. Contoh lain dari gaya elektromagnetik
yaitu ketika sebuah sisir
digosok-gosokan pada rambut, maka sisir tersebut dapat digunakan untuk menarik
potongan-potongan kertas atau bulu-bulu yang ringan, inetraksi inin terjadi
karena muatan listrik pada sisir tersebut. Semua ataom mengandung muatan
listrik positif dan negatif, sehingga atom-atom dan molekul dapat memberikan
gaya listrik pada atom dan molekul
lainnya. Gaya elektromagnetik berniali 3,05 x 10-12.
Contoh penerapan dalam
kehidupan sehari-hari :
(1) Generator
Generator
adalah alat yang menggunakan prinsip kerja berdasarkan induksi elektromagnetik.
Generator mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada
generator dapat diperoleh dari angin atau air. Berdasarkan arus yang
dihasilkan, generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu generator AC dan
generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak – balik dan generator DC
menghasilkan arus searah. Generator yang sederhana dapat kita temukan pada
sepeda yang berguna untuk menyalakan lampu sepeda.
(2) Transformator
Transformator
adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik
dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui
suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet.
4.
Gaya Gravitasi
a
Pengertian
Gaya
gravitasi adalah gaya tarik menarik antara partikel bermassa. Di fisika modrn
gaya gravitasi didefinisikaan dengan teori relativitas umum Einstein dan teori
gravitasi universal Newton. Gravitasi memberikan efek yang sangat besar bagi
alam semsta, contohnya yaitu gravitasi matahari yang menjaga agar benda langit
yang mengintarinya tetap berada pada orbitnya, misalnya yaitu gaya gravitasi
menyebabkan gerakan orbital dari bumi mengelilingi matahari dan gerakan orbital
bulan mengelililingi bumi. Gaya
gravitasi bernmilai 5.9 x 10-39.
b
Rumus
Hukum Gravitasi (law of
gravitation)
“Setiap partikel yang ada di alam semesta menarik setiap parttikel lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan hasil kali massa-massa partikel tersebut, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak diantara partikel-partikel tersebut”
Dengan :
Fg = Besar gaya gravitasi pada suatu partikel
(N)
G = Konstanta Gravitasi (6,67 x 10-11
N.m2/kg2)
m1 = Masa
Partikel 1 (Kg)
m2 = Masa
Partikel 2 (Kg)
r =
Jarak antara kedua partikel (m)
c
Aplikasi (Black Hole)
1) Pengertian
Lubang hitam adalah suatu peristiwa
pemusatan massa yang cukup besar dan menghasilkan gaya gravitasi yang sangat
besar yang dapat mencegah apa pun lolos darinya kecuali melalui perilaku
terowongan kuantum. Medan gravitasinya yang sangat kuat menyebabkan kecepatan
lepas di dekatnya mendekati kecepatan cahaya. Tidak ada sesuatu, termasuk radiasi elektromagnetik,
bahkan cahaya hanya dapat masuk tetapi tidak dapat keluar atau melewatinya (lolos
dari gravitasinya), dari sini diperoleh kata “hitam”.
2) Sejarah
Teori
lubang hitam pertama kali diperkenalkan oleh John Michel dan Pierre Simon
Laplace pada abad ke 18, yang kemudian dikembangkan oleh Kaarl Schawarzchild
dengan berdasarkan teori relativitas Albert Einstein pada tahhun 1916, kemudian
teori ini semakin populer ketika dipopulerkan kemabli oleh Stephen William
Hawking.
Pada
mulannya suatu bintang terbentuk dengan kondisi tingkat radiasi dan gravitasi
yang seimbang. Semakin lama, bintang akan kehabisan bahan bakar untuk melakukan
fusi, kemudian tingkat radiasinnya akan semakin melemah. Maka akan terjadi
ketidakseimbangan diaman gravitasinnya lebih kuat yang menyebabkan bintang
tersebut hancur dengan sendirinnya, hingga pada titik tertentu bintang ini akan
meledak (supernova).
Ledakan
ini akan membuat kepadatan benda terus meningkat dan memaksa gravitasi untuk
terus meningkat yang kemudian dapat menbciptakan sebuah Black Hole.
Lama-kelamaaan
lun=bang hitam ini dapat mati dengan sendirinnya, seiring berjalannya waktu
lubang hitam ini akan mengecil karena tekanan gravitasinnya sendiri, hingga
nantinya akan menghasilkan ledakan yang sangta besar. Tetapi proses ini
berlangsung dalam waktu yang lama, sehingga kemungkinann beasar manusia tidak
bisa mengamati ledakan ini.
3) Teori
Lubang hitam
(1) Teori
Relativitas umum
Menurut teori ini
Stephen Hawking menyatakan bahwa lubang hitanm terbentuk dari bintang raksasa
yang tekaanan gravitasinnya sangat besar sehingga dapat menarik energi dan
materi di dekatnya yang nantinya akan musnah ditelan luabng hitam.
(2) Teori
Fisika Kuantum
Menurut teori ini
materi dan energi tidak dapat dihancurkan namun hanya bisa berganti wujud.
Menurut Hawking lubang hitam tidak menghancurkan segala yang diisapnya, namun
hanya menyimpan apa yang diisapnya dalam waktu yang lama. Setelah lubang hitam
rusak dan mati, apa yang pernah diisapnya dipancarkan kembali ke jagad raya
dalam keadaan tercerai-berai.
(3) Teori
Evolusi Bintang
Menurut teori ini
lubang hitam berasala dari bintang biru yang memiliki suhu permukaan lebih dari
25.000 oC, dan memerlukan waktu kira-kiar 10 juta tahun untuk
pemmbakaran hidroogennya, yang kemudia menjadi bintang biru raksasa.
Pengamatan pada
teleskop ssinar-X ruang angkasa
menunjukan kekuatan gaya tarik gravitasi lubang hitam menyebabkan banyak
bintang yang hancur dan itelan oleh nya.
4) Sifat
dan struktur lubang hitam
(1) Cara
Kerja Blac Hole
Seperti vakum cleaner
raksasa yang tidak terlihat, gerakannya sulit untuk dideteksi, penyerapan
benda-benda terjadi ssangat cepat., dan pergerakan dari Balck Hole terjadi
secara terus mnerus dan teratur.
(2) Mendeteki
keberadaan Black Hole
Cara untuk mengamati
Black Hole yaitu dengan mengamati bintang yang hilang secara tiba-tiba.
(3) Suara
Black Hole
Seorang ilmuan NASA mengungkapkan
ketika black hole beraksi, terdapat
gelombang suara (sebagai hasil dari penyerapan suatu objek oleh black hole) dengan
irama tertentu yang keluar dari black hole.
(4) Pertumbuhan
Black Hole
Pertumbuhan black hole dengan pertumbuhan galaksi saling berhubungan satu sama lain. Semakin padat suatu galaksi “semakin banyak bintang baru yang terbentuk” maka akan semakin besar kemungkinan black hole dapat menyerap bintang-bintang tersebut, maka massa dari black hole pun bertambah.
5) Jenis-jenis
Black Hole
(1) Miniature
Black Hole
Merupakan Black Hole
yang paling kecil. Miniatur Black Hole sebenarnya belum ditemukan, tetapi para
ilmuan mengasumsikan bahwa black hole yang massanya jauh lebih kecil dari
matahari ada di suatu tempat. Miniatur Black Hole terbentuk tidak lama setelah
pembentukan tata surya berdasarkan teori Bog Bang sekitar 13 miliar tahun yang
lalu.
(2) Stellar
Black Hole
Yaitu Black Hole yang
terbentuk dari bintang yang besar massannya leboh dai 30 kali massa matahari .
Stellar Black Hole berlokasi di ruang antar bintang atau intersellar.
(3) Supermassive
Black Hole
Yaitu Black Hole yang
memilki ukuran dan kekuatan yang super besar dan biassannya terletak di pusat
galaksi. Massa dari Supermassive Black Hole ini dapat mencapai miliaran kali
massa matahari, galaksi bima ssakti,
mempunyai satu black Hole super,massive di pusatnya.
(4) White
Hole
White
Hole merupakan Black Hole yang dapat memutahkan materi yang diserap oleh Black
Hole, namun ini hanya sebatas teori para ilmuan , secara nyata belum ada
pembuktiannya.
White Hole sangat erta kaitannya dengan time travel . Apablia benar bahwa ujunbg dari Black Hole adalah White Hole yang menghubungkan duat tempat terpisah seperti tunel yang dapat mempersingkat perjalanan waktu, maka time travel mungkin dapat dilakukan. White Hole doteliti oleh prof.Michiku yang menyatakan secara teoritis time travell melalui White Hole itu dapat diterapkan namun praktenya hampir mustahil.
Seusui
dengan hukum kekekalan energi dan kekekalan massa:
E
masuk = E hilang + E yang keluar
Hal in berarti massa
yang masuk harus sama dengan mnassa yang hilang dan keluar. Black Hole
menghisap massa dan White Hole yang mengeluarkannya.
Kecepatan di sekitar
Black Hole hampir absolte jadi kecepatan hembusan di sekitar Whgite Hole juag
mendekati absolute. Dapat disimpulkan
bahwa White Hole merupakan mosterkosmis yang berfungsi untuk menegkuarkan seluruh
materi yang sudah dihisap oleh Black Hole.
(5) Parallel
Universe (Wormhole)
Apabila
ujung dari Black Hole adalahg White Hole dengam Big Bangnhya maka akan
membentuk jagad raya baru. Apabila di jagad ini terdapat miliaran Galaxy dan
miliaran Black Hole maka begitu juga dengan parallel universe.
Worm Hole berfungsi
seperti jalan pintas yang meghubungkan anatar dua runag dan waktu yang berbeda. Menurut para ilmuan ini merupakan
salah satu cara untuk mencapai tinglkatalam semesta yang lebih tinggi.
6) Fakta
unik Black Hole
(1) Cahaya
melengkung sangat dalam di dekat Black Hole sehingga apabila kiat berdiri di
dekatnya dan berdiam membelakangi, kita dapat melihat berbagai bayangan dari
setiap bintang di jagad raya, dan dapat melihat bagian belakang kepala kita
sendiri.
(2) Di
bagian dalam sebuh luabng hitam, ketentuan-ketentuan mengenai jarak dan waktu
berlaku kebalikan yaitu, saat ini kita tidak bisa menghindari perjalanan menuju
ke masa depan, di dalam black hole kita tidak dapat menghidar dari
singularitas.
(3) Ketika
kita berdiri pada sebuah jarak aman dari black hole dan melihat seorang teman
jatuh ke dalamnya, dia akan terlihat bergerak melamban dan hampir berhenti
ketika sampai di tepian event horizon. Bayangannya akan memudar dengan sangat
cepat. Tetapi dari sudut pandangnya dia akan melihat event horizont dengan aman
, dan akan bertemu dengan ajalnya di singularitas.
(4) Black
Hole adalah objek yang paling sederhana di jagad raya. Kita dapat
mengambarkannya secara utuh dengan hannya mengetahui massa, olakan, dan muatan
listriknya.
(5) Black
Holoe dapat menguap, tetapi dengan sangat lambat. Untuk ukuran massa sebuah
gunung akan bertahan 10 miliar tahun, dan utuk massa seukuran matahari proses
penguapannya akan selesai setelah 1067 tahun,
(6) Black
Hole tidak meradiasikan cahaya, dan ketika sebuah objek jatuh ke dalamnya tidak
akan mampu lagi memancarkan cahayanya. Hal ini akan memudahklan dalam
mendeteksi Black Hole , yaitu hanya ketika sebuah lubang hitam
berada dalam wujudnya yang kembar dan efek gravitasi menyebabkan pasangannya
itu menghasilkan gas, kita dapat mendeteksi sinar-X. Sinar yang berasal dari
piringan-piringan di sekitar lubang hitam terlihat sangat mirip dengan sinar
yang berasal dari piringan-piringan di sekitar bintang-bintang neutron.
(7) Kita dapat
menduga keberadaan dari sebuah lubang hitam di pusat sejumlah galaksi
apabila bintang-bintang bergerak sangat cepat di sekitar sejumlah objek yang
tidak terlihat. Hal ini di kemukakan oleh Prof. JownKin. H. Steel : Bahwa
“Suatu hari nanti bumi beserta waktu-waktunya akan terserap habis oleh Monster
Gravity ini”.
Daftar Pustaka :
Halliday
dkk.2005. Fisika Dasar. Jakarta:Erlangga
Young&Freedman.2002.
Fisika Universitas edisi kesepuluh jilid 1.Jakarta:Erlangga
Young&Freedman.2004.
Fisika Universitas edisi kesepuluh jilid
2.Jakarta:Erlangga
Giancoli, Duglas
C .1998. Fisika Prinsip dan Aplikasi.Jakarta:
Erlangga
A, Tipler Paul .
1991. Fisika Untuk Sains dan Teknik. Jakarta:
Erlangga
David Halliday&Robet
Resnick.1996. FISIKA Edisi ke-3 Jilid 1 . Jakarta: Erlangga
https://www.infoastronomy.org/2013/01/mengenal-gaya-fundamental-alam-semesta.html
Posting Komentar
Posting Komentar