MATERI FISIKA : Pengertian dan Manfaat Fisika dalam Kehidupan Sehari-hari Beserta Contoh Ilmu Fisika

MANFAAT FISIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

            Manusia dan lingkungan merupakan kesatuan yang tidak bisa terpisahkan. Karena semua aktifitas manusia dalam kehidupan tidak pernah  lepas dari fenomena alam. Baik secara disadari maupun tidak disadari dalam beraktifitas manusia selalu berhadapan dengan fenomena alam. Sebagian besar  manusia dalam melakukan aktifitasnya tidak memperhatikan fenomena alam yang terjadi. Kebanyakan manusia hanya memperhatikan hal-hal yang berkaitan dengan tujuan yang akan dicapai. Dalam fenomena alam terdapat fenomena fisis. Namun terkadang manusia masih kurang memperhatikan fenomena fisis tersebut yang terjadi dalam aktifitasnya, kecuali fenomena fisis yang sesuai dengan tujuan kegiatan atau fenomena fisis itu langka bagi mereka.

Fenomena fisis yaitu kejadian yang di dalamnya terdapat variabel fisis. Adapun yang dimaksud variabel fisis yaitu variabel-variabel yang dapat dinyatakan dalam angka-angka (kuantitatif). Seperti yang dikemukakan oleh (Supriyono, 2003:8) bahwa hakikat fisika yakni fisika bukan hanya sekedar kumpulan fakta dan prinsip tetapi lebih dari itu fisika juga mengandung cara-cara bagaimana memperoleh fakta dan prinsip tersebut beserta fisikawan dalam melakukannya. Konsep fisika atau ilmu fisika akan bernilaiguna bagi manusia jika ilmu fisika sudah diwujudkan dalam teknologi. Berbagai teknologi yang ada dapat digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia.

Adanya berbagai peralatan canggih yang berkembang saat ini tentunya tidak lepas dari ilmu fisika, karena dalam pembuatannya semua peralatan canggih saat ini berdasar pada ilmu fisika. Mulai dari peralatan dapur sampai peralatan industri menggunakan prinsip kerja yang ada di ilmu fisika. Ketika konsep fisika sudah diwujudkan dalam bentuk teknologi peralatan maka ilmu fisika baru berguna bagi manusia.

A.Pengertian Fisika

Makna secara luas, fisika adalah ilmu tentang alam. Hal ini merujuk pada kata fisika yang berasal dari bahasa Yunani yaitu φυσικός (fysikós) yang mempunyai arti “alamiah”, dan φύσις (fýsis) yang mempunyai arti “alam”. Dalam kajian tentang alam, 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. Dimana sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika, misalnya Hukum Kekekalan Energi, Hukum Pemantulan Gelombang, Hukum Newton, dan lain-lain. Fisika sering disebut sebagai “ilmu paling mendasar”, karena setiap ilmu alam lainnya (kimia, biologi, 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 elektronika, termodinamika dan mekanika kuantum.

Ilmu fisika merupakan ilmu yang berkaitan erat dengan ilmu matematika. Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi matematis. Ilmu matematika yang digunakan dalam fisika biasanya lebih rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah fisika berkaitan dengan 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.

B. Manfaat Mempelajari Fisika

Sudah merupakan hal yang sering kita dengar mengenai pernyataann sebagian orang atau mungkin sebagian besar orang beranggapan bahwa fisika itu sulit. Mereka beraggapan bahwa fisika itu merupakan ilmu yang  penuh dengan rumus dan hitungan matematis tingkat tinggi. Sehingga mengakibatkan tidak semua orang dapat belajar fisika dengan baik. Bahkan fisika sering pula dianggap sebagai momoknya pelajaran. Keadaan ini hampir sama dengan anggapan pada matematika.

Akan tetapi terlepas dari semua anggapan di atas, ada sesuatu yang lebih penting untuk kita pikirkan. Yaitu tentang apa untungnya kita belajar fisika, dan apa ruginya jika kita tidak mau belajar fisika. Padahal baik disadari maupun tidak pada hakikatnya setiap manusia membutuhkan ilmu pengetahuan dan mengikuti perkembangan teknologi agar dapat menjalani kehidupan ini secara harmonis. Dimana perkembangan teknologi itu tentu merupakan implikasi dari ilmu fisika yang telah di pelajari oleh para pakar yang ahli di bidangnya.

Mempelajari fisika mempunyai banyak manfaat. Mulai awal dipelajarinya ilmu fisika, fisika telah  terbukti mampu membantu memudahkan manusia dalam menjalani aktivitas kehidupan sehari-hari. Ada beberapa manfaat mempelajari fisika antara lain:

·         Fisika berperan besar dalam penemuan-penemuan teknologi.

·         Melalui fisika dapat menyingkap rahasia alam.

·         Fisika berada di depan dalam perkembangan teknologi.

·         Fisika sebagai ilmu dasar yang  mempunyai andil dalam pengembangan ilmu-ilmu lain.

·         Fisika melatih kita untuk berpikir logis dan sistematis.

C. Contoh Aplikasi Ilmu Fisika

Pada bagian ini akan dibahas mengenai beberapa contoh implementasi konsep-konsep yang ada pada ilmu fisika dalam kehidupan sehari-hari. Adapun konsep yang dibahas disini adalah konsep secara umum dari materi fisika yang telah dibahas sebelumnya. Adanya beberapa contoh penerapan ilmu fisika dalam kehidupan sehari-hari juga dapat memberikan bekal kepada semua orang khususnya bagi para pelajar untuk lebih memahami pentingnya  mempelajari ilmu fisika karena dengan adanya ilmu fisika manusia dalam memenuhi menyelesaikan pekerjaanya lebih ringan. Berikut adalah beberapa contoh peralatan pemenuhan kebutuhan sehari-hari yang menggunakan konsep fisika :

1.Konsep Optik dan Cahaya

Jika kita membicarakan tentang optik tentu tidak terlepas dari cahaya. Alat optik selalu bekerja dengan peran cahaya. Bisa kita perhatikan bersama, pada orang yang menderita cacat mata rabun dekat (hipermetropi). Bagi penderita rabun dekat tentu mereka sangat membutuhkan peran dari alat bantu melihat yang berupa kaca mata. Akan tetapi tidak semua kaca mata dengan sembarang lensa dapat digunakannya, tetapi khusus kaca mata yang berlensa cembung ( positif), mengapa demikian? Itu karena pada penderita rabun dekat cahaya tidak tepat jatuh di retina tetapi di belakang retina, maka penderita harus kaca mata berlensa cembung karena lensa cembung bersifat mengumpulkan sinar maka sinar datang pada saat melihat yang awalnya jatuh di belakang retina dengan kaca mata berlensa cembung akan dikumpulkan sehingga jatuh tepat di retina sehingga penderita dapat melihat dengan jelas objek yang dilihat.

Sedangkan pada penderita  rabun jauh (miopi) sangat membutuhkan lensa cekung karena dengan lensa cekung yang awalnya sinar datang jatuh di depan retika akan disebarkan oleh lensa cekung sehingga tepat jatuh di retina dan dapat terlihat dengan jelas onjek yang dilihat. Itu karena sifatdari cermin cekung yang menyebarkan sinar.

  Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik ( tidak memerlukan medium ) untuk merambat. Sehingga cahaya dapat merambat tanpa memerlukan medium.

Alat optik adalah alat-alat yang menggunakan lensa dan memerlukan cahaya. Mata merupakan alat optik alami. Mata kita memiliki kemampuan untuk melihat sangat terbatas, yaitu tidak dapat melihat dengan jelas benda-benda kecil, benda-benda yang sangat jauh dan tidak dapat merekam apa yang dilihatnya dengan baik.  Oleh sebab itu mata kita harus dibantu dengan alat-alat optik buatan seperti kamera, lup, mikroskop, dan teropong. Pemanfaatan konsep fisika dalam bidang optik juga banyak digunakan oleh manusia. Contoh pemanfaatan bidang optik yaitu pemanfaatan cermin dan lensa. Cermin dimanfaatkan diantaranya untuk kaca spion, kaca rias, OHP, reflektor lampu senter, reflektor sepeda motor, reflektor mobil, dan pengumpul cahaya pada mikroskop. Pemanfaatan lensa diantaranya dalam: lup, teleskop, mikroskop, kacamata, OHP, proyektor, kamera.

Prinsip kerja dari cermin adalah pemantulan atau refleksi cahaya. Sinar yang datang pada cermin akan dipantulkan kembali. Pembentukan bayangan pada cermin memanfaatkan sinar-sinar istimewa pada cermin. Cermin cekung dan cembung memiliki sinar istimewa yang berbeda. Berikut penjelasan mengenai pemantulan pada cermin:

Kita dapat melihat benda disebabkan oleh dua hal, yang pertama, benda bisa memancarkan cahaya atau benda tersebut adalah sumber cahaya, dan yang kedua adalah benda tersebut memantulkan cahaya dari sumber cahaya sehingga mata kita bisa menangkap cahaya terpantul dan kita bisa melihat benda tersebut.

Pemantulan pada cermin datar

Hukum pemantulan pada cermin datar: "sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar" , " sudut datang selalu sama dengan pantul"
Sifat bayangan dari cermin datar:

1.      besar bayangan sama dengan besar benda

2.      jarak bayangan sama dengan jarak benda

3.      benda dan bayangan simetrik terhadap bidang cermin

4.      semu atau maya karena tidak dapat ditangkap dengan layar.

Pemantulan pada cermin cekung

Pada pemantulan cermin cekung bayangan dihasilkan dari perpotongan dua sinar pantul. sinar pantul pada cermin cekung di hasilkan dari sinar datang, atau yang sering dikenal dengan sinar utama. sifat sifat sinar utama dari cermin cekung adalah:

1.      berkas sinar yang sejajar sumbu utama cermin, dipantulkan melalui titik api (fokus)

2.      berkas sinar yang melalui fokus akan dipantulkan sejajar sumbu utama

3.      berkas sinar yang melalui titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali seperti sinar datang.

Jenis-Jenis Spektrum Gelombang Elektromagnetik dan Fungsinya

Apakah Gelombang Elektromagnetik ??

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat walau tidak ada medium

Keberadaan gelombang elektromagnetik didasarkan pada hipotesis Maxwell “ James Clark Maxwell ” dengan mengacu pada 3 fakta relasi antara listrik dan magnet yang sudah ditemukan :

a.       percobaan Oersted yang berhasil membuktikan : arus listrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet disekitarnya (jarum kompas menyimpang bila di dekatkan pada kawat yang dialiri arus listrik

b.      percobaan Faraday yang berhasil mebuktikan batang konduktor yang menghasilkan GGL induksi pada kedua ujungnya bila memotong medan magnet

c.       percobaan Faraday yang menunjukkan perubahan fluks magnetik pada kumparan menghasilkan arus induksi dalam kuparan tersebut

Didasarkan pada penemuan Faraday “Perubahan Fluks magnetik dapat menimbulkan medan listrik” dan arus pergeseran yang sudah dihipotesakan Maxwell sebelumnya, maka Maxwell mengajukan suatu hipotesa baru : “Jika perubahan fluks magnet dapat menimbulkan medan listrik maka perubahan Fluks listrik juga harus dapat menimbulkan medan magnet” Hipotesa ini dikenal dengan sifat simetri medan listrik dengan medan magnet.

Bila Hipotesa Maxwell benar, konsekuensinya perubahan medan listrik akan mengakibatkan medan magnet yang juga berubah serta sebaliknya dan keadaan ini akan terus berulang. Medan magnet atau medan listrik yang muncul akibat perubahan medan listrik atau medan magnet sebelumnya akan bergerak (merambat) menjauhi tempat awal kejadian. Perambatan medan listrik dan medan magnet inilah yang disebut sebagai gelombang elektromagnetik.

Kebenaran Hipotesa Maxwell tentang adanya gelombang elektromagnetik pada akhirnya dibuktikan oleh “ Heinrich Hertz”

Spektrum merupakan ragam dari rentangan panjang dari suatu gelombang radiasi. Spektrum gelombang elektromagnetik adalah ragam gelombang elektromagnetik yang dikategorikan berdasarkan rentang frekuensinya. Spectrum gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh transisi elektron yaitu ketika suatu electron berpindah dari orbit satu ke orbit yang lain.
Jenis-Jenis spektrum gelombang elektromagnetik ada 7 macam. Jenis tersebut dikategorikan berdasarkan besar frekuensi gelombangnya. Jika diurutkan dari frekuensinya yang paling besar ke yang paling kecil adalah :

Gelombang Radio

Gelombang ini memiliki panjang sekitar 10³ meter dengan frekuensi sekitar 10⁴ Hertz. Sumber gelombang ini berasal dari rangkaian oscillator elektronik yang bergetar. Rangkaian oscillator tersebut terdiri dari komponen resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C). Spektrum gelombang radio dimanfaatkan manusia untuk teknologi radio, televisi, dan telepon.

Gelombang Mikro

Gelombang ini memiliki panjang sekitar 10^-2 meter dengan frekuensi sekitar 10⁸ hertz. Gelombang ini dihasilkan oleh tabung klystron, kegunaanya sebagai penghantar energy panas. Salah satu contoh penggunaan gelombang micro yaitu pada oven microwave yang berupa efek panas untuk memasak. Gelombang micro dapat mudah diserap oleh suatu benda dan juga menimbulkan efek pemanasan pada benda tersebut. Selain itu, gelombang micro juga dapat digunakan untuk mesin radar.

Gelombang Infra Merah

Gelombang ini memiliki panjang sekitar 10^-5 meter dengan frekuensi sekitar 10¹² hertz. Gelombang infra merah dihasilka ketika molekul electron bergetar karena panas, contohnya tubuh manusia dan bara api. Manfaat kegunaan lain yaitu untuk remote TV dan transfer data di ponsel.

Gelombang Cahaya Tampak

Sesuai namanya, spketrum ini berupa cahaya yang dapat ditangkap langsung oleh mata manusia. Gelombang ini memiliki panjang 0.5x10^-6 meter dengan frekuensi 10¹⁵ hertz. Dan  gelombang cahaya tampak sendiri terdiri dari 7 macam yang disebut warna. Jika diurutkan dari yang paling besar frekuensinya adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

Gelombang Ultra Violet

Gelombang UV memiliki panjang 10^-8 meter dengan frekuensi 10¹⁶ hertz. Gelombang ini berasal dari matahari dan juga dapat dihasilkan oleh transisi elektron dalam orbit atom, busur karbon, dan lampu mercury. Funsi UV dapat bermanfaat dan dapat berbahaya bagi manusia. Salah satu contoh fungsi sinar UV adalah sebagai detector untuk membedakan uang asli dan uang palsu.

Gelombang Sinar X

Gelombang ini memiliki panjang 10^-10 meter dan memiliki frekuensi 10¹⁸ hertz. Gelombang sinar X sering disebut juga dengan sinar rontgen, karena gelombang ini banyak dimanfaatkan untuk kegiatan rontgen di rumah sakit.

Gelombang Sinar Gamma

Gelombang ini memilik panjang 10^-12 meter dengan frekuensi 10²⁰ hertz. Dihasilkan dari peristiwa peluruhan radioaktif atau inti atom yang tidak stabil.Gelombang sinar gamma merupakan gelombang yang memiliki frekuensi paling besar dan serta panjang gelombang terkecil. Sehingga daya tembusnya sangat besar, bahkan bisa menembus plat besi. Salah satu fungsi dari sinar gamma yaitu dapat digunakan dalam kedokteran sebagai pembunuh sel kanker dan sterilisasi alat – alat kedokteran.

Setelah membaca penjelasan di atas, tentunya kita semua dapat melihat betapa ilmu tentang spektrum gelombang magnetik ini sangat penting bagi kemajuan teknologi di bumi. Untuk itu, kita harus terus belajar demi penemuan lain yang lebih mutakhir.

Sinar Inframerah

Sinar inframerah memiliki jangkauan frekuensi antara 1011 hertz sampai 1014 hertz. Sinar inframerah dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit atom. Benda yang memiliki temperatur yang lebih relatif terhadap lingkungannya akan meradiasikan sinar inframerah, termasuk dari dalam tubuh manusia. 

-Untuk terapi fisik, menyembuhkan penyakit cacar dan encok (physical therapy)

-Untuk fotografi pemetaan sumber daya alam, mendeteksi tanaman yang tumbuh di bumi dengan detail

-Untuk fotografi diagnosa penyakit

-Digunakan pada remote control berbagai peralatan elektronik, alarm pencuri

-Mengeringkan cat kendaraan dengan cepat pada industri otomotif

-Pada bidang militer,dibuat teleskop inframerah yang digunakan melihat di tempat yang gelap atau berkabut.

-Sinar infra merah dibidang militer dimanfaatkan satelit untuk memotret permukaan bumi meskipun terhalang oleh kabut atau awan.

Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet dihasilkan dari radiasi sinar Matahari. Selain itu, dapat juga dihasilkan dari transisi elektron dalam orbit atom. Jangkauan frekuensi sinar ultraviolet, yaitu berkisar diantara 105 hertz sampai dengan 1016 hertz. 

-Untuk proses fotosintesis pada tumbuhan

-Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh manusia

-Dengan peralatan khusus dapat digunakan untuk membunuh kuman penyakit, menyucihamakan ruangan operasi rumah sakit berikut instrumen-instrumen pembedahan

-Untuk memeriksa keaslian tanda tangan di bank-bank

Sinar X (Sinar Rontgen)

Sinar-X, dikenal juga sebagai sinar Rontgen. Sinar-X dihasilkan dari peristiwa tumbukan antara elektron yang dipercepat pada beda potensial tertentu. 

-Dimanfaatkan di bidang kesehatan kedokteran untuk memotret organ-organ dalam tubuh (tulang), jantung, paru-paru, melihat organ dalam tanpa pembedahan, foto Rontgen

-Untuk analisa struktur bahan / kristal

-Mendeteksi keretakan / cacat pada logam

-Memeriksa barang-barang di bandara udara / pelabuhan

1. Dapat merusak rantai DNA

2. Dapat menyebabkan kanker dan mutasi genetik

ULTRAVIOLET

l Berada antara sinar-x dan sinar tampak dalam spektrum elektromagnetik

l Digolongkan menjadi tiga, yakni:

a. Near Ultraviolet (NUV)

# UV A (Gelombang panjang)

# UV B (Gelombang medium)

# UV C (Gelombang pendek)

b. Far/Vacuum Ultraviolet (FUV/VUV)

c. Extreme/Deep Ultraviolet (EUV/DUV)

KEGUNAAN ULTRAVIOLET

l Penggunaan lampu fluorescent

l Membantu pembentukan vitamin D pada tubuh

l Sterilisasi alat-alat medis

l Sebagai disinfektan dalam pengolahan air minum

l Menghilangkan berbagai mikroorganisme yang terdapat dalam makanan

INFRA MERAH

l Mempunyai frekuensi antara 1012 Hz sampai 1014 Hz

l Mempunyai panjang gelombang antara 10-4 m sampai 10-6 m

l Dibagi menjadi 3 daerah:

a. Daerah inframerah jauh

b. Daerah inframerah tengah

c. Daerah inframerah dekat

l Contoh : remote control dan kamera inframerah

KEGUNAAN INFRA MERAH

l Mendiagnosa suatu penyakit

l Mendeteksi masalah sirkulasi,radang sendi,arthritis,dan kanker.

l Digunakan dalam Night Vision Device

l Sebagai sumber panas

l Sebagai media transmisi data untuk komunikasi jarak pendek

GELOMBANG RADIO

l Gelombang radio adalah suatu bentuk energi listrik yang merambat seperti gelombang melalui udara atau ruang angkasa dan menyebar ke seluruh penjuru

l Kegunaan:

a.Gelombang frekuensi rendah untuk perkapalan

b.Gelombang frekuensi sedang untuk peman- car roket

c.Gelombang frekuensi tinggi untuk pemancar TV