teori emisi

1.Teori Emisi atau Teori Partikel
Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka manusia akan mendapat kesan melihat benda tersebut.
Alasan dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:

• Karena partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat merambat lurus tanpa terpengaruh gaya gravitasi bumi.
• Ketika cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akan akan dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul sehingga sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di atas bidang pantul.
• Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan dengan peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda ketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan yang lebih tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang lebih rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atas dianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidang miring merupakan batas antara udara dan air, gerak bola dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newton menganggap bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault (1819 – 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

2. Teori Gelombang

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.
Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan.
Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.
3. Teori Elektromagnetik

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 – 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh :

• Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudolph Hertz (1857 – 1894) yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
• Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852 – 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
• Percobaan Stark (1874 – 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya.

4. Teori Kuantum

Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 – 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki massa
Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu. Akibatnya percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik elektron bergantung pada intensitas cahaya.
Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.

energi

I.KERJA DAN ENERGI RELATIVITAS

Ketika kita mengembangkan hubungan antara kerja  dan enegi kinetik ,kita menggunakan hukum –hukum newton untuk gerak.Bila kita menggeneraliasikan hukum-hukum ini menurut prinsip relativitas,kita memerlukan generalisasi yang bersangkutan dari prsamaan untuk energi kinetik .

          Kita menggunakan prinsip kerja –energi,yang dimulai dengan definisi  kerja.Bila  gaya netto dan  perpindahan  berada dalam arah yang sama maka kerja yang dilakukan oleh gaya tersebut adalah .Kita memsubsitusikan pernyataan  untuk  F dari persamaan  (persamaan  pada  momentum  relativitas),yakni versi relativitas yang dapat diaplikasikan dari hukum kedua newton.Dalam menggerakkan sebuah partikel yan massa dianya dari titik₁  ke titik _2.

                     ₍₁₎

Untuk  menurunkan  generalisasi dari pernyataan untuk energi kinetik K sebagai fungsi dari laju v ,kita ingin mengkonversikanny menjadi sebuah integral pada v.Tetapi mula-mula kita mengingat bahwa energi kinetik dari sebuah partikel sama dengan kerja netto yang dilakukan pada partikel itu dalam menggerakkan partikel itu dari keadaan diam menjadi laju   .Jadi kita anggap laju itu adalah nol dititik x₁ dan dititik x_2.Maka agar tidak keliru dalam membedakan variable integrasi dengan laju akhir ,kita mengubah   menjadi _x ._x  adalah komponen x yang berubah dari kecepatan partikel itu dari keadaan diam menjadi laju V.Kita juga menyadari bahwa  dan_x ,berturut-turut adalah perubahan yang sangat kecil dari x dan _x,dalam integral waktu .Karena  dan  ,maka kit dapat menulis kembali  alam persamaan sebagai

                                 (2)

              Dengan membuat subsitusi ini maka akan member kita

                                                                (3)

         Kita  dapat  menghitung  integral  ini  dengan  perubahahan  sederhana  dari variable ; hasil akhirnya

 (energi kinetik relativitas)     (4)

        

              Persamaan  (4)  betul,maka  persamaan  itu  juga  harus mendekati pernyataan Newtonian   .Bila  jauh lebih kecil dari c.untuk membuktikan ini,kita mengekspansikan akar itu,dengan menggunakan teorema binomial kedalam bentuk.

                                (5)

          Dalam kasus kita , dan  ,dan kita mendapat

                 (6)

          Dengan menggabungkan ini dengan ,kita mendapat

                                                      +…                          (7)

          ENERGI DIAM

             Persamaan (4) untukenergi  kinetik,yakni  energi  yang ditimbulkan oleh gerak partikel itu, mengikutsertakan sebuah suku energi

   yang bergantung pada gerak dan suku energy kedua  yang tidak bergantung pada gerak.Kelihatannya bahwa energy kinetik dari sebuah partikel adalah selisih diantara energi total (total energy) E dan energi  yang dipunyai oleh partikel itu walau bila partikel itu diam.Jadi kita dapat menuliskan kembali persamaan (4)

Sebagai

 (energi total dari sebuah partikel)    (8)

               Untuk sebuah partikel yang diam (K= 0),kita melihat bahwa

.Energi  yang diasosiasikan dengan massa diam m dan bukan dengn gerak dinamakan energi diam( energy) dari partikel itu.

            

            Hukum kekekalan  massa-energi  yang  lebih umum ini adalah  prinsip fundamental  yang   terlibat  dalam  pembangkitan  daya melalui  reaktor  nuklir .Bila sebuah inti uranium  mengalami pembelahan atau fisi  dalam sebuah reaksi nuklir ,maka jumlah dari massa –massa diam dari pecahan –pecahan yang dihasilkan lebih kecil dari massa diam dari inti ninduk itu .Sejumlah energi dilepas yang menyamai pengurangan massa dikalikan oleh c² .Kebanyakan dari energi ini dapat digunakan untuk menghasilkan uap untuk mengoperasikan turbin pembangkit daya listrik.

                                                                             

               Kita juga dapat menghubungkan energi total E dari sebuah partikel (energi kinetic ditambah energi diam)secara langsung pada momentumnya dengan menggabungkan persamaan (…) untuk momentum relativistik dan persamaan (8) untuk energi total untuk mengeliminasi kecepatan partikel itu.Prosedur yang paling sederhana adalah dengan menuliskan kembali persamaan-persamaan ini dalam bentuk –bentuk yang berikut.

 dan                        (9)

                                                                       

  Dengan mengurangkan persamaan keduadaripersamaan pertama dan dengan menyusunnya kembali,kita dapat

  (energi total ,energi diam ,dan momentum )   (10)

Sekali lagi kita melihat bahwa untuk sebuah partikel yng diam (p=0) ,E=mc² .

                      

                              Energi kinetik  :