Jumat, September 18, 2009

Ilmuan Memecahkan Misteri "Air Kaca"

Air mempunyai beberapa sifat yang luar biasa. Air adalah satu-satunya zat alami yang dapat ditemukan dalam tiga keadaan (padat, cair dan gas) dalam jarak suhu natural bumi. Bentuk padatnya kurang rapat daripada bentuk cairnya, itulah mengapa es mengapung. Air juga dapat menyerap panas dalam jumlah banyak, mempunyai tegangan permukaan yang tinggi dan tidak dapat dimampatkan.

Perbedaan air yang jarang diketahui, tetapi sangat menarik bagi kimiawan adalah kelakuan anehnya pada transisinya ke fase kaca. “Fase kaca” adalah bagian dari zat padat. Air kaca dan es misalnya mempunyai struktur kimia dan bentuk yang sama tetapi berbeda struktur. Es berbentuk kristal sedangkan “kaca” pendek dan tebal. Ketika air bertransisi ke fase kaca, air berlaku sangat aneh, sebuah fakta yang mencengangkan peneliti.

Profesor dari Arizona State University C. Austen Angell telah menemukan petunjuk penting yang menjelaskan kelakuan aneh air pada transisi kaca dan menambah informasi penting pada air di fase cair. Penelitiannya dipublikasikan pada jurnal Science edisi 1 Februari 2008. “Kita tahu banyak mengenai kaca yang membentuk silica, gula dan logam. Logam kaca kini digunakan sebagai bahan stik golf. Tetapi pentingnya air “kaca” dan peranannya dalam menjelaskan sifat air masih misteri” sebut Angell.

Banyak bentuk kaca mengalami kenaikan bertahap dalam kapasitas panas hingga titik transisi kunci dicapai. Pada titik suhu kaca ini materi akan melompat ke zona kapasitas panas yang dua kali lipat lebih tinggi dan berubah dai padat menjadi cairan viskositas tinggi. Hal ini muncul bahkan pada larutan dimana air adalah komponen utama. Pada air murni sesuatu yang berbeda terjadi. Ketika air kaca dingin dipanaskan, kapasitas panasnya tidak berubah hingga 136 K. kemudian pada 150 K air mengalami kristalisasi. Jika didekati dari arah lain, air juga menghasilkan efek aneh yang sama.

Angell ingin tahu apa yang berlangsung pada suhu 150-250 K. Dia menduga disitulah transisi kaca untuk air kaca terjadi. Dia memecahkan masalah dengan melihat perilaku air yang sangat dingin dan es kaca yang dikurung secara nano. Air nanoconfined adalah air yang dimasukkan ke pori dengan diameter 2 nm ( sekitar 5 kali skala ikatan kimia). Menggunakan sifat air pada fase ini dan mengkombinasikannya dengan sifat air yang disimpulkan dari hukum termodinamis, dia dapat memperkirakan kapasitas panas yang mungkin terjadi pada daerah itu dan memunculkan transisi koperatif untuk menjelaskan kelakuan aneh materi tersebut.

“Kapasitas panas air tiba-tiba menggila mendekati transisi ini dan sebelum tahu apa yang terjadi, air berkristalisasi. Salah satu trik untuk mengetahui apa yang terjadi adalah menaruh air dalam kurungan berukuran nano sehingga air tak bisa berkristalisasi. Kami menemukan kelakuan yang sama tapi tanpa data jarak .” sebut Angell

Menurut Angell, air tidak berperilaku seperti pembentuk kaca lainnya dan kurang memiliki karakteristik lompatan kapasitas panas ke fase kaca; tetapi karena banyaknya ikatan hidrogen air berlaku seperti fase kristalin, membuat terjadinya transisi order-disorder. Transisi ini menyerap semua kapasitas panas disekitar 220 K sehingga membuat transisi kaca pada 136 K tak begitu dramatis.

Ini juga memberi Angell ide untuk skenario baru untukmenjelaskan kelakuan aneh air super dingin, sesuatu yang sesuai dengan kelakuan yang teramati namun tak memerlukan titik kritis. “Saya ingin menemukan jawaban dari teka-teki apa yang terjadi pada suhu 150-250 K, dan saya bekerja dari fase kaca dan kurungan nano. Air dalam ukuran besar tak akan seperti itu. Tapi bagaimanapun inilah bagian penting dari keseluruhan dan mendukung kesimpulan yang kita dapat yaitu air memiliki termodinamis yang berbeda dari cairan pembentuk kaca lainnya.” jelas Angell


Sumber: Arizona State University



Terakhir diperbaharui ( Wednesday, 12 March 2008 )

Senin, September 07, 2009

Berlibur Bersama Fisika

“Wuiii untung saja ada gaya sentrifugal, kalau tidak saya bisa jatuh waktu melewati loop

(lintasan melingkar) roller coaster”. Saya gosok telinga saya, apa benar yang saya dengar, apa saya sedang bermimpi. Bukankah gaya sentrifugal itu istilah fisika, kenapa muncul di taman hiburan seperti dunia fantasi di Ancol ini? Tapi itulah komentar yang saya dengar dari seorang pengunjung suatu taman hiburan.


Selama setahun terakhir ini saya meneliti konsep‐konsep fisika suatu taman hiburan. Saya terkejut sekali, ternyata suatu taman hiburan model Disney Land, Disney World ataupun Dunia Fantasi sangat kaya dengan konsep Fisika. Mereka dapat dijadikan laboratorium raksasa untuk mata pelajaran Fisika.


Kita mulai dengan roller coaster. Dalam wahana ini penumpang naik kendaraan yang tidak bermesin. Kendaraan ini dinaikkan ke puncak bukit pertama dengan menggunakan semacam ban berjalan (conveyor belt). Lintasan naiknya dibuat tidak terlalu curam karena kita tahu semakin curam lintasan, semakin besar daya motor
penggerak ban berjalannya (biaya yang dikeluarkan lebih mahal). Puncak bukit pertama

dibuat lebih tinggi dari puncak bukit selanjutnya ataupun dari tinggi loop. Tujuannya agar kendaraan mempunyai energi potensial yang cukup besar sehingga mampu melintasi seluruh lintasan dengan baik.













Gb. 1 Roller Coaster

Ketika meluncur dari bukit pertama, penumpang dilepas dan jatuh bebas dipercepat. Agar efek jatuh bebas ini dapat lebih dirasakan, lintasan luncuran dibuat berbentuk seperti sebuah parabola (lintasan benda dibawah medan gravitasi). Gerakan turun dipercepat ini membuat jantung dan alat‐alat tubuh sedikit terangkat dari tempat semula (inersia). Efek inersia inilah yang memberikan sensasi‐sensasi tertentu seperti semangat rasanya mau terbang, timbul rasa mual dsb.


Memasuki loop, penumpang dihadapkan pada loop yang berbentuk seperti tetes cair. Loop tidak dibuat seperti lingkaran penuh karena pada titik terendah loop lingkaran penumpang akan mengalami bobot 6 kali bobot semula. Dengan bobot demikian besar, darah tidak mampu mengalir ke otak, mata berkunang‐kunang dan orang akan pingsan. Dengan lintasan berbentuk tetes cair, bobot maksimum yang dirasakan penumpang sekitar 3,7 bobot semula. Bobot sebesar ini tidak terlalu berbahaya bagi penumpang. Dipuncak loop penumpang berada pada posisi terbalik. Penumpang tidak akan jatuh karena gaya sentrifugal (arah ke atas) yang dirasakan mampu mengimbangi
gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi.






Gb. 2 Loop



Gaya sentrifugal yang dirasakan penumpang bukan hanya pada loop saja, tetapi juga pada belokan‐belokan tajam yang dibuat sepanjang lintasan. Ketika penumpang berbelok kekanan, penumpang akan terlempar ke kiri. Sebaliknya ketika berbelok ke kiri penumpang akan berbelok ke kanan. Orang akan terpental lebih keras jika berpegang

erat‐erat pada batang pengaman, karena itu agar lebih nyaman banyak penumpang membiarkan tangan mereka bebas sambil berteriak‐teriak.


Keluar dari roller coaster kita lanjutkan perjalanan ke Swinging boat atau Kora‐kora. Berbeda dengan roller coaster, Kora‐kora tidak meluncur di atas suatu lintasan besi. Kora‐kora bergerak bolak‐balik seperti sebuah bandul. Di lintasan terbawah Kora‐kora terdapat suatu ban yang mendorong Kora‐kora agar selalu dapat berayun dengan sempurna. Setiap kali kora‐kora berayun turun, seperti pada roller coaster, penumpang mengalami berbagai perasaaan : ngeri, mual, hilang semangat dsb. Perasaan atau
sensasi terbesar akan dirasakan oleh penumpang yang duduk dibarisan belakang,

karena penumpang ini akan jatuh bebas dengan percepatan maksimum.





Gb. 3. Kora‐kora



Capai berteriak karena ngeri dan mual, kita masuk ke arena bom‐bom car atau mobil senggol. Arena ini merupakan arena terbaik untuk belajar tumbukan. Mobil senggol bergerak dengan tenaga listrik yang diperoleh dari jala‐jala listrik diatasnya. Pada tongkat penghubung mobil dengan jala‐jala sering terlihat percikan listrik akibat tegangan listrik yang sangat tinggi pada jala‐jala ini. Percikan terlihat ketika hubungan tongkat ini dengan jala‐jala terputus. Karena energi yang diperoleh tiap mobil sama, maka mobil berpenumpang ringan relatif dapat bergerak lebih cepat. Agar ketika bertumbukan, Anda merasa nyaman maka disekeliling mobil diberi ikat pinggang karet.

Karet ini akan menyerap efek tumbukan. Ketika mobil berpenumpang ringan ditabrak oleh mobil berpenumpang berat, penumpang yang ringan akan merasakan terlempar.
Hal ini sesuai dengan hukum kekekalan momentum.





Gb. 4. Mobil Senggol



Arena The Swing atau ontang anting membawa kita mengerti konsep gaya sentrifugal. Ketika ontang‐anting mulai berputar, kursi ontang‐anting mulai membentuk sudut. Makin cepat putaran, makin besar gaya sentrifugal yang dirasakan kursi itu. Akibatnya sudut yang dibuat kursi terhadap garis vertikal makin besar. Namun ada keanehan, sudut yang dibuat kursi ini sama untuk semua penumpang, tidak tergantung pada berat penumpang
Berat orang memang berusaha memperkecil sudut namun gaya sentrifugal akan
memperbesar sudut itu. Pengaruh kedua gaya saling menghapuskan sehingga sudut simpangan kursi sama besar untuk berbagai orang.





Gb. 5 Ontang‐anting

Selesai dari ontang‐anting, para pengunjung bisa mengunjungi arena lain seperti Dumbo (Gajah Bledug) untuk mempelajari bagaimana sistem hidraulik; Big Wheel (Bianglala) untuk belajar bagaimana mengatur keseimbangan kursi, Air Terjun Niagara untuk
belajar gerak jatuh bebas, Pontang‐pontang untuk belajar menggabungkan kecepatan secara vektor dan Flying Condor (Rajawali) dengan konsep katrolnya.


Luar biasa sekali bukan? Begitu kayanya pelajaran fisika dalam suatu taman hiburan! Sayang sekali jika suatu laboratorium fisika yang demikian besar kurang dimanfaatkan secara maksimal. Padahal kombinasi hiburan dan laboratorium fisika raksasa dalam suatu taman hiburan merupakan suatu hal yang mampu mengubah persepsi orang tentang fisika. Fisika tidak akan lagi dianggap sebagai suatu momok yang menakutkan, tetapi akan menjadi suatu pelajaran yang sangat asyik dan sangat menyenangkan.
Yohanes Surya Ph.D (Ketua TOFI)

Parade Fisika Binatang Laut

Ikan-ikan laut terlihat nyaman berenang kesana-kemari, menikmati indahnya dunia air. Lumba-lumba dengan gembira mempertontonkan keahliannya berakrobat di dalam air sambil sesekali muncul di permukaan dan mengundang decak kagum semua yang menyaksikan atraksinya. Ikan hiu dan paus berlomba- lomba menjadi yang paling ditakuti di kerajaan air dengan bermodalkan ukuran tubuh yang sangat fantastis. Betapa menakjubkannya pemandangan indah dunia laut, betapa asyiknya menikmati tontonan fantastis yang diperlihatkan binatang- binatang laut. Dan satu lagi yang sering tidak disadari, betapa berlimpahnya pelajaran yang bisa diambil dari aktivitas-aktivitas binatang laut, terutama pelajaran yang berkaitan dengan fisika.
Hal pertama yang paling jelas kaitannya antara binatang laut dengan konsep-konsep fisika adalah kemampuan berenang yang sangat baik yang dimiliki oleh binatang-binatang laut. Bentuk tubuh ikan-ikan laut dirancang sedemikian rupa supaya mereka dapat berenang dengan cepat dan mudah. Bentuk ramping yang disebut streamline ini menjadi begitu populer dan banyak ditiru oleh manusia dalam berbagai kreasi teknologi, seperti desain kapal selam.
Penguin dan paus tidak akan pernah tenggelam tanpa perlu berenang sama sekali, sedangkan lumba-lumba dan hiu harus terus berenang supaya tidak tenggelam ke dasar laut. Konsep fisika yang dapat menjelaskan fenomena ini adalah buoyancy (adanya gaya keatas). Binatang laut yang memiliki massa jenis lebih besar dari massa jenis air akan tenggelam ke dasar laut, sedangkan binatang yang memiliki massa jenis lebih kecil dari massa jenis air akan terapung. Banyak ikan laut yang memiliki massa jenis yang hampir sama dengan massa jenis air laut sehingga mereka dapat melayang. Massa jenis binatang laut banyak dipengaruhi oleh jumlah udara yang terperangkap di paru-paru, bulu-bulu, maupun sirip berenang. Semakin banyak udara yang dapat ditampung semakin besar volume binatang sehingga massa jenisnya semakin kecil. Manusia umumnya tetap tidak




bisa terapung walaupun sudah menghirup napas sebanyak mungkin, karena massa jenisnya masih lebih besar dari massa jenis air.
Kemampuan berenang ini ternyata masih dilengkapi lagi dengan berbagai kemampuan fantastis yang dimiliki binatang-binatang laut untuk menunjang kehidupan mereka di dunia air. Salah satu yang paling menarik dan banyak ditiru oleh manusia adalah bioelectricity (aktivitas elektrik pada makhluk hidup). Paus biru dapat berkomunikasi satu sama lain menggunakan gelombang infrasonik yang sangat canggih. Lumba-lumba memiliki sistem ultrasound dengan kekuatan empat kali lebih besar dari teknologi ultrasound manusia. Hiu dapat mendeteksi perubahan terkecil gelombang listrik dan elektromagnetik yang biasanya disebabkan oleh adanya organisme lain (termasuk manusia) di laut sekitarnya. Hiu macan (tiger sharks) memiliki alat yang dapat mendeteksi gelombang listrik (electroreceptors) yang terletak di sekitar mulutnya. Electroreceptor yang sangat
sensitif ini mampu mendeteksi sampai 5x10-12 Volt. Tubuh manusia yang

berenang di laut (juga berbagai binatang lain) menyebabkan terjadinya perubahan gelombang listrik (perubahannya sangat kecil). Air laut yang mengandung garam (elektrolit) menghantarkan sinyal-sinyal listrik ini sehingga dapat dideteksi oleh electroreceptor hiu. Saat itu juga hiu dapat mengetahui keberadaan calon
mangsanya tersebut dan langsung memulai serangan untuk mendapatkan makanan.





Gambar 1 Lumba-lumba yang pandai



Lumba-lumba dan paus biru sangat sensitif terhadap suara dan mampu mengeluarkan dan mendeteksi suara pada frekuensi sepuluh kali lebih besar dari frekuensi suara yang dapat didengar manusia (frekuensi ultrasonik). Kemampuan




ini digunakan untuk bernavigasi di dunia laut yang gelap (echolocation), menangkap mangsa, dan berkomunikasi dengan kawanannya (paus biru bahkan mampu menggunakan gelombang infrasonik yang memiliki frekuensi sangat rendah untuk berkomunikasi dengan sesamanya). Lumba-lumba memancarkan gelombang suara frekuensi tinggi yang kemudian memantul pada tubuh mangsanya. Gelombang pantulan ini diterima kembali oleh lumba-lumba dan diproses sebagai informasi tentang lokasi, jarak, kecepatan, arah, dan ukuran mangsa yang diincarnya tersebut. Lumba-lumba bahkan bisa melihat gambar mangsa tersebut. Sistem sonarnya bahkan dapat melakukan penetrasi pada tubuh mangsanya sehingga dapat melihat gambar kerangka tulang dan mendengar detak jantungnya. Hal ini sama dengan sistem ultrasound yang digunakan di dunia kedokteran untuk melihat kondisi janin dan mendengar detak jantung manusia. Jadi, lumba-lumba dapat melihat janin yang masih dikandung tanpa sinar-X dan alat USG yang digunakan manusia!
Binatang laut yang berukuran kecil pun ternyata mampu mengeluarkan gelombang listrik yang sangat besar. Salah satunya adalah belut listrik (electric eel) yang dapat memancarkan sengatan listrik yang mampu membunuh seekor kuda. Siapa yang pernah menyangka bahwa binatang sekecil itu dapat membunuh
binatang lain yang ukurannya berpuluh-puluh kali lebih besar?





Gambar 2 Belut listrik yang mampu membunuh kuda



Ternyata binatang-binatang laut yang tampak tenang dan tidak berbahaya pun tidak dapat diremehkan kemampuannya. Semua itu bisa terjadi karena fisika. Setiap hari binatang-binatang laut ini terus mempertontonkan atraksi menarik bagaikan parade fisika di dunia laut yang indah. Manusia sudah sering dan akan terus belajar dari kehidupan di bawah laut yang mempesona ini. (Yohanes Surya)

Industri butuh Fisika lho...

Dalam beberapa minggu terakhir ini penulis sedang menyiapkan materi seminar applikasi MIPA dalam industri. Penulis tidak menyangka, ternyata penerapan MIPA khususnya fisika dalam industri luar biasa banyak, jauh lebih banyak dari apa yang penulis duga sebelumnya. Rasanya tanpa fisika tidak mungkin industri berkembang seperti sekarang. Sebut saja riset serat optik. Kalau saja serat optik tidak ditemukan, mungkin industri komunikasi yang bernilai miliaran dollar amerika dan telah memperkerjakan jutaan orang, tidak pernah ada.

Industri memang tidak bisa dipisahkan dari Fisika. Hampir setiap kali fisikawan menemukan material baru selalu disusul dengan timbulnya industri baru. Misalnya penemuan liquid crystal, material yang mempunyai sifat liquid (cair) dan kristal. Sifat optik liquid crystal yang mampu merubah diri menjadi lebih gelap atau lebih terang dibawah medan listrik tertentu telah menumbuhkan industri senilai lebih dari $ 10 billion (miliar dollar Amerika) berupa produk layar komputer lap-top, televisi hemat energi, jam, disk optik yang dapat ditulis/dihapus, dan smart window (jendela yang berubah warna karena perubahan suhu).

Penemuan polimer, material yang susunan molekulnya panjang, telah dimanfaatkan NIKE untuk membuat industri yang besar dengan menciptakan sepatu yang lentur dan tahan lama. Polimer juga telah dikembangkan untuk menjadi material yang lebih kuat dari baja tetapi lebih ringan dari alumunium. Polimer jenis ini dipakai sebagai kerangka mobil dalam industri otomotif. Polimer jenis lain dipakai untuk membuat engsel buatan, kulit buatan, tulang buatan, katup jantung buatan dan lebih dari 5000 alat kedokteran serta berbagai produk yang menggunakan biomaterial. Polimer ini telah membuat industri kedokteran berkembang pesat sekali.

Penemuan material komposit (campuran grafit-epoksi) yang ringan, tidak mudah rusak dan anti air seperti serat kaca telah mendorong perkembangan industri alat musik (gitar, biola dsb) dan alat olah raga. Juga penemuan komposit teflon telah menumbuhkan industri yang produknya berupa alat rumah tangga (alat masak) dan berbagai pakaian tahan panas.

Selanjutnya penelitian thin film telah mampu membuat rumah lebih hangat dimusim dingin dengan memantulkan panas kembali kedalam rumah. Thin film juga menjadi dasar dari pembuatan jendela “pintar” yang tahu kapan harus menyerap panas dan kapan harus memantulkannya. Penelitian di bidang thin film telah membantu pertumbuhan industri penyemprotan/pelapisan.

Disamping penemuan material baru, berbagai riset fisika lainnya juga telah mendorong tumbuhnya berbagai industri misalnya: riset semikonduktor, integrated circuit (IC), global positioning system (GPS), material magnetik, laser dan energi lingkungan.

Penemuan semikonduktor tahun 1947 yang dilanjutkan dengan pengembangan IC dimana ribuan komponen elektronik seperti dioda dan transistor dipaketkan dalam suatu tempat yang kecil sekali, telah merubah pola hidup manusia. IC yang kecil itu kini dapat ditemukan dalam pesawat telefon, radio, TV digital, kulkas, mesin ATM , microwave dan mobil. Penelitian IC dan elektronika mikro membuat komputer lebih kecil, lebih cepat dan lebih murah. Kalau dulu harga komputer jutaan dollar kini hanya jutaan rupiah. Dengan adanya IC, komputer yang tadinya beratnya puluhan ton kini menjadi sangat ringan hanya beberapa kilogram. Tahun 1950 hanya ada 10 komputer, sekarang karena lebih murah dan lebih kecil, komputer sangat banyak jumlahnya. Hampir di setiap tempat kita temukan komputer. Industri komputer telah menciptakan lebih dari 2,6 juta lapangan pekerjaan dan bernilai lebih dari $ 400 billion (6,5 % dari GDP amerika serikat). Di dalam industri otomotif, IC dibuat agar pemakaian bahan bakar lebih irit, untuk mengontrol alat penyelamat waktu tabrakan (air bag) dan pemakaian GPS (global position system).

Global Position System (GPS) merupakan suatu sistem pendeteksian benda. Dengan GPS seorang pilot pesawat pengintai bisa mengetahui secara tepat dimana lokasi pesawat musuh, seorang tentara bisa bergerak walaupun situasi gelap, seorang pengemudi dapat menemukan lokasi tempat yang ditunjukkan peta dengan tepat, seorang pemancing bisa tahu dimana lokasi mata kailnya ketika dilemparkan ke laut dan seorang pemain golf bisa tahu dimana posisi bola golf. Dengan pemakaian yang begitu luas GPS telah menjadi suatu industri yang besar dan menjanjikan. Industri GPS telah memperkerjakan lebih dari 2,3 juta di Amerika serta menghasilkan uang yang besarnya sekitar 4-5 % GDP Amerika.

Tahun 1954 Charles Townes hanya mengeluarkan uang $ 30.000 untuk mengembangkan maser yang menjadi pendahulu laser. Laser bersama dengan material magnetik telah menghidupkan berbagai industri yang berhubungan dengan penyimpanan data seperti CD (compact disc) dan video. Laser juga telah membangkitkan industri dalam rumah sakit (alat-alat operasi kanker, operasi katarak dsb), industri telekomunikasi (serat optik), industri pertahanan, dan berbagai industri yang memakai scanner (misalnya scanner di mal-mal atau di pintu masuk suatu tempat rahasia).

Dalam bidang energi dan lingkungan riset fisika telah memanfaatkan energi matahari dan energi angin. Pemakaian sel surya (solar cell) telah tumbuh lebih dari 15% pertahun sedangkan biaya pembuatannya berkurang lebih dari 90%. Efisiensi dari fotovoltaik sel juga naik lebih dari 500% sejak tahun 1978. Industri sel surya sudah berkembang dengan baik dan prospek ke depannya sangat menjanjikan. Untuk energi angin penemuan motor yang lebih efisien dan material yang lebih ringan untuk turbin telah mengurangi biaya lebih dari 90% sejak tahun 1981, membuat pemanfaatan energi angin sangat menjanjikan serta membuatnya kompetitif dengan batu bara. Pasar dari energi angin lebih dari $ 2,4 billion dan dapat menciptakan ribuan pekerjaan.

Industri lain seperti industri kedokteran, banyak dipacu oleh penelitian fisika. MRI (Magnetic Resonance Imaging), PET (Positron Emission Tomography), CAT (Computer Axial Tomography) dan ultra sound telah berkembang menjadi industri yang menarik. MRI bekerja berdasarkan kelakuan atom-atom yang kontras dibawah medan magnetik. MRI mampu membuat bayangan dari struktur bagian dalam tubuh seperti otak, jantung dsb. PET yang awalnya adalah alat untuk fisika partikel, mampu mengukur aktifitas otak dan melihat jika ada kerusakan dalam otak itu. CAT (computer axial tomography) menggunakan sinar X untuk mengetahui keadaan tubuh manusia. Sedangkan ultra sound untuk melihat keadaan bayi sebelum lahir ataupun untuk mengetahui kedalaman laut.

Dalam bidang kecantikanpun industri dipacu oleh penelitian fisika berupa penelitian material yang mampu menahan kulit dari sengatan matahari.

Apakah cerita sukses fisika dalam industri masih akan berlangsung terus?

Dalam perkembangan ke depan ada 3 industri yang sangat penting yaitu: industri yang berkaitan dengan teknologi informasi, industri yang berkaitan dengan bioteknologi dan industri yang berkaitan dengan energi. Dalam ketiga industri ini fisika masih akan memegang peranan penting.

Dalam teknologi informasi, riset fisika akan berkisar pada bagaimana membuat informasi lebih mudah diakses. Dalam hal ini riset superkonduktor dan riset teknologi-nano (teknologi seukuran atom) akan sangat penting. Lebih-lebih setelah ditemukannya magnesium diborida (MgB2) pada bulan Febuari 2001 sebagai material yang mempunyai sifat sebagai superkonduktor (mempunyai hambatan listrik nol) pada suhu yang cukup tinggi 38 K. Teknologi-nano berusaha menemukan jalan bagaimana agar komputer lebih powerful. Bukan itu saja, teknologi-nano juga diharapkan dapat menjadi pembuka jalan untuk ditemukannya material-material baru yang bermanfaat bagi kehidupan manusia.

Dalam bioteknologi, penelitian akan berkisar pada pemetaan genom yang digunakan untuk pengobatan genetika, pemuliaan tanaman atau hewan serta kloning makhluk hidup. Pemetaan genom akan lebih berhasil jika menggunakan komputer yang kemampuannya ratusan kali lebih cepat dari komputer PC yang ada sekarang. Riset fisika akan membantu agar ini bisa tercapai dalam waktu lebih cepat.

Dalam bidang energi, riset fisika akan difokuskan pada pencarian alternatif sumber energi baru selain minyak. Pengembangan reaksi fusi terkendali, pemanfaatan tenaga matahari dan pemanfaatan tenaga angin akan menjadi riset andalan.

Bagaimana dengan riset fisika partikel, riset fisika nuklir, fisika plasma, astronomi, condensed matter dan lainnya?

Riset-riset ini masih akan terus berlangsung untuk menguak banyak rahasia alam. Hasil sampingan riset ini diharapkan akan bermanfaat untuk industri misalnya penemuan world wide web (www) oleh para ahli fisika partikel di CERN tahun 1989, secara tidak sengaja telah menjadi suatu industri internet yang luar biasa besar.
Bagaimana dengan Indonesia? Akankah industri di Indonesia berkembang pesat seperti di negara maju? Jawabnya adalah ya, jika di Indonesia banyak orang mau jadi fisikawan dan sebagian fisikawan ini tidak malu-malu terjun ke industri. (***)


(Yohanes Surya)

Einstein: Newton forgive me….

Itu kata-kata Einstein saat teori yang dihasilkannya ternyata berhasil menggulingkan teori Isaac Newton, seorang fisikawan legendaris, yang teorinya dipercaya oleh dunia sebelum munculnya teori Einstein yang mengobrak-abrik semuanya. Albert Einstein membuat heboh dengan Teori Relativitas Khusus (The Special Theory of Relativity) yang ditelorkannya pada tahun 1905. Sebentar lagi, teori yang pernah mengagetkan dunia ini akan merayakan ulang tahunnya yang ke-100! Perayaan seabadnya (Centenary) teori si jenius Albert Einstein ini bisa dilihat dari ramainya majalah-majalah ilmiah yang mulai membahas kembali teori yang sudah mengguncang dunia selama seratus tahun ini. Tahun 2005 bahkan dicanangkan sebagai The World Year of Physics untuk mengenang kebesaran Einstein. Apa sih istimewanya teori ini? Koq seluruh dunia begitu heboh merayakan kelahirannya ini? Yuk, kita ikut dalam gosip seru tentang apa yang menjadi dasar lahirnya teori ini...

Seorang ahli matematika dari Perancis, Jules Henri Poincaré, pernah mengajukan perumpamaan berikut. Di suatu malam, kita sedang asyik tidur dengan lelap di tempat tidur kita yang nyaman. Tiba-tiba seluruh jagad raya mengembang sehingga ukurannya menjadi seribu kali lebih besar dari ukuran semula. Seluruh jagad raya ini maksudnya semua benda di bumi dan di luar bumi, mulai dari benda-benda mati sampai semua jenis makhluk hidup, termasuk kita sendiri yang sedang lelap tertidur. Karena kita sedang asyik bermimpi, kita tidak menyadari kejadian ini. Sewaktu kita terbangun di pagi harinya, apa kita bisa merasakan bahwa semuanya sudah menjadi lebih besar? Apa kita bisa merasakan perbedaannya? Kalaupun kita diberi tahu bahwa ada kejadian menghebohkan tersebut saat kita tertidur, apakah ada yang bisa membuktikannya? Pasti kita tidak merasakan perbedaan apa pun walaupun seluruh jagad raya kini sudah berubah ukurannya. Ini karena semuanya ikut berubah sehingga tidak ada satu pun yang bisa dijadikan patokan untuk mengukur terjadinya perubahan tersebut. Karena itu, kita juga tidak mungkin bisa membuktikan bahwa seluruh jagad raya ini kini telah menjadi seribu kali lebih besar. Semua terlihat sama. Lain halnya jika hanya tubuh kita yang tiba-tiba menciut menjadi sangat kecil (ingat film fiksi Honey, I Shrunk the Kids!), sedangkan seluruh jagad raya tetap pada ukurannya semula. Tidak ada satu pun yang berubah ukuran kecuali tubuh kita sendiri. Wah, sudah pasti kita langsung panik karena kita bisa langsung merasakan perbedaan itu. Kita langsung tahu apa yang terjadi karena kita bisa melihat bahwa sekeliling kita tiba-tiba tampak seperti raksasa. Baju yang kita pakai tiba-tiba kedodoran, dan cincin yang biasa melingkar manis di jari kita tiba-tiba tampak seperti lingkaran raksasa yang berat dan menyeramkan karena hampir jatuh menimpa tubuh kerdil kita itu. Tetapi, apakah itu berarti bahwa tubuh kita yang mengecil, atau sekeliling kita yang tiba-tiba membesar? Hmm... bingung juga ya!

Bagaimana cara kita menentukan mana yang besar dan mana yang kecil? Apakah planet bumi yang kita tempati ini bisa disebut berukuran besar? Kalau dibandingkan dengan ukuran bola basket yang biasa kita mainkan di sekolah, tentu saja planet bumi ini tampak seperti bola raksasa yang sangat besar! Tetapi kalau kita bandingkan dengan matahari, planet bumi ini termasuk kecil! Jadi, yang mana yang benar? Besar atau kecil? Tidak ada yang benar, dan tidak ada yang salah! Itulah letak permasalahannya. Ukuran tidak bisa dinyatakan secara absolut. Untuk mengukur sesuatu kita perlu sesuatu yang lain sebagai perbandingannya. Ini berarti bahwa ukuran (orang fisika lebih senang menyebutnya sebagai: Length) selalu bersifat relatif, tidak ada yang mutlak berukuran besar ataupun kecil.

Sekarang kita coba lihat kasus lain. Masih ingat cerita si Kancil yang gesit dan lincah? Kancil bisa berlari sangat cepat. Tunggu dulu! Apa benar kancil itu cepat? Kalau dibandingkan dengan siput, sudah pasti si kancil terlihat sangat cepat. Kalau dibandingkan dengan juara olimpiade pun kancil masih terlihat sangat cepat. Tetapi kalau kita bandingkan dengan pesawat terbang, tentu saja si kancil jadi terlihat begitu lambat. Apa ini berarti pesawat terbang itulah yang cepat? Tidak juga! Kalau kita lihat roket yang meluncur ke luar angkasa, kita bisa langsung tahu bahwa roket itu jauh lebih cepat dari pesawat terbang biasa. Ini berarti, kecepatan pun merupakan sesuatu yang relatif. Kita juga bisa membuktikan ini saat kita sedang mengantar saudara kita yang akan pergi ke luar kota naik kereta api cepat. Sewaktu kereta mulai meluncur, kita melihat saudara kita itu melesat dengan cepat. Tetapi di dalam kereta itu sendiri, orang yang duduk di sebelah saudara kita itu melihat bahwa saudara kita itu duduk diam dan tenang di sebelahnya. Jadi, bagi kita yang sedang berada di luar kereta yang sedang meluncur itu, saudara kita memang terlihat bergerak dengan cepat. Tetapi bagi semuanya yang ada di dalam kereta, ia terlihat sedang diam. Jadi, waktu (Time) tidak mempunyai nilai absolut, sama seperti ruang (Space). Semuanya harus selalu dibandingkan dengan sesuatu yang bisa dijadikan patokan. Misteri inilah yang diutak-atik oleh otak jenius Einstein sehingga melahirkan teori relativitasnya yang terkenal itu. Semua hal yang tampak sebagai sesuatu yang absolut ternyata merupakan sesuatu yang relatif.

Ada dua postulat dalam teori relativitas khusus ini. Yang pertama menyatakan bahwa semua hukum fisika yang berlaku di bumi, berlaku juga di seluruh jagad raya. Yang kedua menyatakan bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa selalu konstan (sekitar tiga ratus juta meter per detik, atau sering ditulis dalam bentuk kerennya: 3.108 meter per detik). Postulat yang kedua ini menunjukkan bahwa bagaimanapun cara kita mengukurnya, kecepatan cahaya tidak pernah berubah. Apa pun patokan yang kita gunakan untuk mengukur kecepatan cahaya, di mana pun posisi kita saat mengukur, dan berapa pun kecepatan kita (apakah kita sedang bergerak atau sedang duduk diam) saat mengukur, kecepatan cahaya selalu konstan. Ini menunjukkan bahwa kecepatan cahaya merupakan satu-satunya yang bersifat absolut. Postulat yang pertama pun menyatakan bahwa kondisi ini selalu berlaku di mana pun juga. Ini berarti, jika kita mengukur kecepatan cahaya di galaksi lain, kita tetap mendapatkan hasil yang sama, yaitu tiga ratus juta meter per detik!

Postulat-postulat Einstein ini ternyata memberi dampak besar bagi dunia. Ia pernah mencoba menjelaskan efek yang dihasilkan dari teorinya ini dalam perumpamaan berikut. Misalnya ada sebuah kereta yang sedang meluncur cepat. Si A sedang duduk dengan tenang dalam salah satu gerbong kereta itu. Si B sedang berdiri diam di luar kereta dan mengamati kereta yang meluncur di depannya itu. Sewaktu gerbong kereta yang dinaiki si A meluncur tepat di depannya, tiba-tiba ada kilat menyambar di dua tempat yang berbeda. Kilat pertama menyambar 100 meter di sebelah kanan B, sedangkan kilat yang satunya lagi menyambar 100 meter di sebelah kiri B. Saat kedua kilat menyambar, posisi A tepat di depan B. Karena si B sedang berdiri diam di luar kereta yang sedang meluncur, si B melihat kedua kilat itu menyambar pada saat yang bersamaan. Tetapi lain halnya dengan si A. Si A yang sedang berada di dalam kereta yang meluncur cepat (ke arah kanan si B) melihat kedua kilat menyambar satu per satu. Kilat yang pertama terlihat lebih dulu, beberapa saat kemudian baru kilat yang kedua terlihat oleh A. Padahal jarak A terhadap kilat pertama dan kedua sama dengan jarak B terhadap kedua kilat itu. Perbedaan ini disebabkan bedanya kerangka acuan A dan B (frame of reference). Si A sedang ‘meluncur’, sedangkan si B sedang berdiri ‘diam’. Karena si A sedang bergerak menuju kilat yang pertama, tentu saja kilat yang pertama itu terlihat lebih dulu. A bergerak menjauhi kilat yang kedua, sehingga kilat yang kedua tampak menyambar sesudah kilat yang pertama. Bagi si B yang sedang diam dan tidak mendekati maupun menjauhi kedua kilat itu, keduanya tampak menyambar pada waktu yang bersamaan. Yang mana yang benar? Keduanya benar! Tidak ada yang salah. Karena itulah ini dinamakan relativitas. Semua bergantung pada kerangka acuan yang digunakan. Dan apa pun kerangka acuannya, hukum-hukum fisika yang sama selalu berlaku (postulat 1). Sekarang jika si A dan si B sama-sama diminta untuk menghitung kecepatan cahaya, apa hasilnya akan berbeda? Tidak! Walaupun si A sedang bergerak dan si B sedang diam, keduanya akan mendapati bahwa kecepatan cahaya tetap tiga ratus juta meter per detik.

Ada konsekuensi dari teori relativitas ini. Yang paling terkenal adalah mulurnya waktu dan kontraksi panjang. Mulurnya waktu, atau bahasa kerennya Time Dilation, ini maksudnya bahwa jika suatu jam bergerak dengan kecepatan tertentu, waktunya akan memuai (mulur). Misalnya ada seorang astronot yang membawa jam tangannya saat menjalankan misi ke luar angkasa. Pesawat luar angkasa yang membawanya meluncur sangat cepat. Jika kita, yang berada di bumi, punya teropong yang sangat sensitif dan bisa melihat ke dalam pesawat yang sedang meluncur cepat itu, kita bisa menggunakan teropong itu untuk mengintip jam tangan si astronot. Sebelum si astronot berangkat kita sudah menyesuaikan jam tangan itu dengan jam tangan yang kita gunakan di bumi. Aneh, di jam tangan si astronot yang sedang meluncur di luar angkasa itu koq lebih lambat dibanding jam tangan kita di bumi? Padahal sebelum ia berangkat kedua jam sudah dicocokkan dan si astronot tidak mengubahnya sama sekali sejak keberangkatannya itu. Jarum detiknya tampak bergerak lebih lambat dibanding jarum detik di jam tangan kita. Inilah yang disebut dengan waktu yang mulur saat bergerak pada kecepatan tinggi. Semakin besar kecepatan gerak suatu benda atau partikel, waktu akan berjalan semakin lambat bagi benda atau partikel tersebut! Tentu saja hal ini tidak dirasakan oleh si astronot. Menurut si astronot, jam tangannya tidak berubah kecepatannya, yang berubah justru kecepatan jam tangan kita di bumi yang tampak bergerak lebih cepat. Hal ini disebabkan segala sesuatu di dalam pesawat astronot bergerak lambat termasuk proses metabolisma tubuh, getaran atom dan sebagainya.

Kontraksi panjang juga berkaitan dengan perbedaan kecepatan. Misalnya si astronot agak lelah, lalu mulai berbaring di tempat tidur yang sudah disediakan di pesawat luar angkasanya. Dengan teropong yang sama, kita bisa mengintip si astronot yang tidur berbaring itu. Aneh, sewaktu berbaring koq si astronot tampak lebih pendek? Sewaktu ia masih di bumi dan pesawatnya belum berangkat, ia tampak tinggi. Lebih aneh lagi, sewaktu ia sudah terbangun lagi dari tidurnya dan kembali berdiri, tiba-tiba ia kelihatan tinggi seperti biasa. Tetapi ia juga kelihatan lebih kurus saat berdiri! Ada apa ini? Apa ia menyusut sewaktu sedang tidur? Tentu tidak! Karena ia sedang berada dalam pesawat yang meluncur cepat, saat ia tidur kita melihat panjang tubuhnya menciut (terjadi kontraksi panjang). Saat ia berdiri, kita melihat lebar tubuhnya menciut (juga merupakan kontraksi panjang). Ia sendiri tidak merasakan perubahan apa-apa di dalam pesawat. Nah, inilah serunya teori relativitas!

Tunggu dulu! Ada yang lebih seru lagi dari ini. The Twin Paradox. Apa itu? Misalnya kita pergi ke ruang angkasa menggunakan pesawat yang meluncur sangat cepat menjauhi bumi, dan kemudian kembali lagi ke bumi sepuluh tahun setelah pesawat lepas landas. Bagi kita yang berada di pesawat itu, kita hanya pergi selama satu tahun saja (karena adanya time dilation)! Jika kita punya saudara kembar yang menunggu kita di bumi, kita bisa melihat sendiri bahwa saat kita mendarat, kembaran kita (yang lahirnya bersamaan dengan kita) sudah 9 tahun lebih tua dari kita! Ini adalah salah satu akibat dari dilatasi waktu. Aneh tapi nyata!

Teori relativitas khusus ini telah banyak digunakan oleh para fisikawan dalam menelorkan karya-karya hebatnya. Sudah banyak bukti-bukti yang menunjukkan kebenarannya. Inilah hebatnya Einstein! Ia menelorkan teori tersebut murni dari hasil pemikiran otaknya saja, tanpa ada bantuan dari siapapun. Ia tidak pernah berdiskusi dengan siapapun dan tidak pernah menjalankan percobaan apapun untuk mendukung teori ini. Tetapi ternyata teori ini justru terbukti benar saat beberapa fisikawan mencobanya dalam berbagai eksperimen. Teori Einstein yang menelorkan konsep kecepatan cahaya inipun membuat heboh dunia karena bertentangan dengan teori Newton. Menurut Newton, jika sebuah benda yang sedang bergerak akan terus bergerak pada kecepatan sama jika tidak ada gaya lain yang mempengaruhinya. Jika kita memberikan gaya tambahan (secara terus-menerus) pada benda yang bergerak itu, maka gerakannya akan terus dipercepat. Ini berarti kecepatannya terus bertambah sampai pada kecepatan tak hingga, asalkan kita terus memberikan gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat benda itu. Einstein langsung menyatakan: “Newton, forgive me…” karena menurut Einstein ini tidak mungkin terjadi! Semakin besar kecepatan yang diinginkan semakin besar pula gaya yang harus diberikan. Untuk mencapai kecepatan cahaya, kita harus memberikan energi dalam jumlah yang tak hingga (infinite). Hal ini tidak mungkin bisa dilakukan karena energi hanya ada dalam jumlah tertentu (finite) sebagai akibat dari Hukum Kekekalan Energi (energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan). Jumlah energi yang tersedia tidak pernah bertambah sehingga kecepatan cahaya tidak mungkin bisa dicapai.

Disamping Teori Relativitas Khusus, Einstein juga mengembangkan Teori Relativitas Umum (The General Theory of Relativity). Dalam teori ini Einstein memperhitungkan pengaruh gravitasi pada cahaya. Einstein menunjukkan bahwa lintasan cahaya akan mengalami pembelokan ketika berada dekat dengan benda-benda luar angkasa yang besar-besar itu. Tahu nggak, teori ini berhasil lolos ujian yang amat sulit, yaitu ketika menentukan gerakan presesi dari perihelion orbit planet Merkuri. Kemudian pada tahun 1919 ketika terjadi gerhana matahari total di teluk Guinea, Afrika sekelompok ilmuwan Inggris berusaha membuktikan adanya pembelokan cahaya bintang ketika berada dekat sekali dengan matahari seperti yang diramalkan oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Para astronomer memfoto berbagai posisi suatu bintang tertentu ke arah matahari dan kemudian mengulangi 6 bulan kemudian. Ternyata ramalan Einstein benar! Saat itu Einstein menjadi sangat terkenal. (***)


(Yohanes Surya)

Atraksi Fisika di Udara

Atraksi Fisika di Udara



Sekumpulan burung Pelikan, Camar dan Angsa terbang indah di udara. Suatu atraksi udara yang sangat menakjubkan! Ada rasa iri yang dapat dimengerti saat manusia menyaksikan pertunjukan ini. Ternyata semua akal budi dan kepandaian manusia belum dapat menyaingi kemampuan burung yang dapat terbang dengan mulus dan sempurna tanpa menggunakan alat bantu mesin‐mesin besar yang mengeluarkan suara bising yang memekakkan telinga seperti pesawat‐pesawat ciptaan manusia. Apa rahasianya? Bagaimana burung bisa terbang, mengalahkan semua keterbatasan akibat berat tubuh mereka dan gravitasi bumi? Mereka bahkan selalu terbang sebagai kawanan burung yang dengan kompak menjelajahi udara dengan gerak‐gerik yang indah. Kalah kompakkah manusia?



Gambar 1 Seekor pelikan sedang beratraksi di udara





Atraksi terbang burung‐burung di udara ini ternyata melibatkan ilmu fisika. Ada 4 jenis gaya yang terlibat dalam atraksi udara tertua ini.


1. Drag Force, yaitu gaya hambat udara. Gaya ini berasal dari tumbukan molekul‐molekul udara dengan tubuh burung. Arah gaya ini selalu berlawanan dengan arah gerak burung. Sedangkan besar gaya ini sangat




tergantung pada luas permukaan burung dan kecepatan burung. Semakin luas permukaan burung semakin besar gaya hambatnya. Semakin cepat burung bergerak semakin besar pula gaya hambatnya ini. Suatu ilustrasi yang dapat menggambarkan drag‐force (hambatan) udara ini adalah hambatan yang dirasakan saat kita berjalan melawan arah angin yang kencang. Hambatan ini semakin terasa besar ketika kita membuka lengan kita lebar‐lebar (memperluas permukaan tubuh kita) atau ketika kita bergerak lebih cepat.
2. Lift Force (gaya angkat) merupakan gaya yang mengangkat burung ke atas. Ada 2 hal yang dapat menimbulkan gaya angkat ini: kepakan sayap dan aliran udara yang lewat sayap. Ketika burung mengepakkan sayap ke bawah, burung menekan udara ke bawah, akibatnya udara akan menekan balik dan mendorong burung ke atas (hukum aksi‐reaksi). Semakin cepat kepakan sayap, semakin besar gaya keatasnya. Itu sebabnya burung merpati yang hendak terbang akan mengepakan sayapnya secara cepat. Burung yang berat seperti Kori Bustard dari Afrika tentu harus mempunyai otot dada yang kuat sehingga mampu mengepakan sayap lebih cepat untuk mengangkat tubuhnya yang gembrot itu (19 kg).
(Karena ototnya keras, daging Kori Bustard keras....kurang enak dimakan).




Aliran udara Aliran udara


Sayap burung



Aliran udara

Gb.2 aliran udara pada sayap burung.




Pada Gb. 2 digambarkan aliran udara ketika melewati sayap. Udara yang mengalir lewat bagian atas sayap akan bergerak lebih cepat karena udara ini harus menempuh lintasan yang lebih jauh. Akibatnya tekanan dibagian ini lebih kecil dibandingkan dengan tekanan udara dibawah sayap. Perbedaan tekanan ini memberikan gaya angkat pada burung. Semakin melengkung (semakin aerodinamis) sayap semakin besar gaya angkatnya.
3. Thrust (gaya dorong) yaitu gaya yang mendorong burung bergerak maju.

Gaya ini dihasilkan melalui kepakan sayap yang bergerak seperti angka 8 rebah (dilihat dari samping). Kepakan sayap menghasilkan suatu pusaran udara (vorteks) yang dapat memberikan suatu dorongan bagi burung untuk bergerak maju di udara. Besar‐kecilnya gaya dorong ini sangat tergantung pada kekuatan otot terbang.


4. Weight (gaya berat) yaitu gaya tarik gravitasi bumi. Besarnya sangat tergantung pada massa burung. Arahnya vertikal ke bawah.





















Gambar 3 Gaya‐gaya pada burung yang sedang terbang



Kombinasi ke 4 gaya ini dimanfaatkan burung untuk melakukan berbagai atraksi seperti parachutting (gerak parasut), gliding (meluncur), flight (terbang ke depan), dan soaring (membubung) (pintar yach burung‐burung ini....)







Parachuting (gerak parasut)



Gerak parasut merupakan gerak jatuh di udara (bisa miring bisa pula vertikal). Sudut miringnya lebih besar dari 450 terhadap garis mendatar. Untuk melakukan gerak parasut, burung rajawali harus memperbesar gaya hambatnya (drag force) caranya adalah dengan memperbesar luas permukaannya (misalnya dengan melebarkan sayapnya).


Gliding (meluncur)



Gliding (meluncur) yaitu gerak jatuh yang membentuk sudut lebih kecil dari 45° dengan garis mendatar. Fokus utama dalam gliding adalah meluncur semendatar mungkin. Ini dilakukan dengan memperkecil gaya hambat udara. Dalam melakukan gliding burung Fulmar dapat menempuh jarak mendatar 8,5 meter tetapi hanya turun 1 meter saja. Burung pemakan bangkai (Vultures) lebih bagus lagi, burung ini dapat menempuh jarak mendatar 22 jarak meter dengan turun hanya 1 meter.


Flight (terbang)



Gerakan flight (terbang) dilakukan dengan mengepakkan sayap. Kepakan sayap digunakan untuk menghasilkan gaya dorong ke depan (thrust) dan gaya angkat (lift). Gaya dorong dan gaya angkat ini dapat diatur oleh burung untuk mengendalikan arah, kecepatan, dan ketinggiannya (ternyata otak burung cukup cerdas untuk menghitung fisika he...he..he.....).
Ketika burung hantu turun dengan kecepatan tinggi untuk menangkap

tikus, burung hantu mengecilkan drag force dengan merampingkan tubuhnya atau menekuk sayapnya. Ketika sudah dekat dengan mangsanya (akan




mendarat), burung hantu memperlambat gerakannya dengan memperbesar drag force yaitu dengan mengembangkan sayapnya (wuiii ...hebat sekali ilmu fisika burung hantu ini...)


Soaring (gerak membubung)



Gerak membubung merupakan gerak naik tanpa mengepakkan sayap. Gerakan ini dapat dilakukan dengan memanfaatkan arus udara. Akibat pemanasan matahari suhu udara yang dekat permukaan bumi menjadi lebih panas, udara panas ini akan naik ke atas dan menimbulkan arus udara ke atas. Arus udara inilah yang dimanfaatkan oleh burung rajawali untuk membubung tinggi tanpa perlu mengepakan sayapnya yang besar (hemat energi lho...). Burung camar atau burung albatros, lain lagi. Untuk membubung, burung camar memanfaatkan arus udara yang dipantulkan oleh permukaan air laut. Itu sebabnya burung camar selalu berada dekat‐dekat dengan permukaan laut.


Parade Burung Terbang



Pernah lihat angsa atau burung terbang bermigrasi (berpindah tempat)? Angsa ini umumnya terbang berkelompok membentuk suatu parade yang sangat indah, jarang ditemukan angsa terbang jauh sendirian. Selain untuk meningkatkan keamanan terhadap serangan predator, kebersamaan itu juga mengurangi resiko tersesat di jalan saat melakukan migrasi jarak jauh. Dalam melakukan migrasi dari satu tempat ke tempat lain angsa‐angsa ini memanfaatkan medan magnetik bumi sebagai penunjuk arah.
Dalam melakukan parade, angsa‐angsa ini seringkali membentuk formasi

seperti huruf V (gambar 4). Angsa yang paling depan (pemimpin) merupakan pembuka jalan yang harus bekerja keras “memecah” hambatan udara, sehingga angsa dibelakangnya dapat bergerak lebih mudah. Ketika pemimpin ini lelah,




temannya segera menggantikan posisinya (wah ternyata angsa tidak egois ...nggak mau enak sendiri).
Dalam formasi huruf V ini gerakan angsa‐angsa dalam kawanan ini sangat sinergi sehingga mereka tidak perlu keluar tenaga terlalu besar (pemakaian energi lebih efisien) untuk melakukan perjalanan yang jauh (wah tampaknya kita harus belajar dari angsa dalam bekerja sama...).
Angsa‐angsa ini tampak kompak sekali, seakan‐akan tidak pernah ada

yang salah arah. Sebenarnya berbagai kesalahan arah terbang tetap terjadi, hanya saja kesalahan itu dapat dengan cepat dileburkan sehingga tidak terlihat mempengaruhi arah terbang kawanan. Pada gambar 4, sekumpulan angsa sedang bergerak ke arah utara. Jika satu angsa menyimpang dari posisi (1) ke posisi (2) lalu ke posisi (3) dan (4), maka angsa‐angsa lain akan berusaha menyesuaikan diri (dengan memperhatikan aliran udara dan kondisi udara disekitarnya) sedemikian sehingga terjadi perubahan posisi tetapi arah gerak kawanan tetap tidak berubah yaitu tetap ke arah utara. Eh tahu nggak... konsep perubahan posisi ini dapat diterapkan dalam ilmu manajemen modern lho. Menurut konsep ini jika ada seorang mempunyai ide yang dapat menyimpangkan arah perusahaan tetapi menguntungkan perusahaan itu, orang ini tidak akan dikucilkan. Teman‐temannyalah yang akan menyesuaikan diri sedemikian sehingga misi dan visi perusahaan tetap tidak berubah, walaupun mungkin posisi teman‐temannya itu bisa berubah (wah keren... belajar dari angsa).






Gambar 4 Formasi terbang kawanan burung



Memang asyik mengamati gerakan‐gerakan burung. Ternyata dalam ilmu fisika kita harus banyak belajar dari burung. Begitu indah dan mempesonanya atraksi fisika yang mereka pertontonkan di udara selama jutaan tahun sehingga rasanya kita ini tidak ada apa‐apanya.


(Yohanes Surya).

Plastik Politiofena, Plastik Superkonduktor Pertama

Plastik superkonduktor dimuat di Kompas Agustus 2002. Tulisan saya ini berkisah tentang tantangan dan keberhasilan pembuatan plastik superkonduktor dari plastik politiofena. Secara singkat, selain membuka cakrawala baru ilmu superkonduktor, penemuan plastik superkonduktor dari plastik politiofena ini merupakan lompatan teknologi plastik. Sebelumnya, plastik hanya mampu dibuat menjadi plastik konduktor dan plastik semikonduktor.



Plastik Superkonduktor

Kita pasti tidak asing lagi dengan plastik, material sintetik yang dapat dilelehkan dan dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk. Plastik telah digunakan dalam semua bidang. Sebagai contoh, plastik digunakan sebagai pembungkus kabel tembaga (karena sifat insulatornya) yang melindungi manusia dari sengatan listrik.

Kata plastik sendiri berasal dari bahasa Latin plasticus, yang artinya mudah dibentuk. Plastik dibuat dari polimer organik, yakni molekul raksasa yang dibangun dari pengulangan atom-atom karbon (monomer karbon). Di tahun 1970-an, Alan J Heeger, Alan G McDiarmid, dan Hideki Shirakawa (pemenang Nobel Kimia 2000) berhasil mentransformasikan plastik dari berupa insulator menjadi konduktor (pengantar listrik). Mereka menggunakan plastik yang terbuat dari polimer organik terkonjugasi (polimer organik yang ikatan ganda-duanya berselang-seling dengan ikatan tunggalnya) dan menambahkan pengotor kimia untuk mengubah sifat listrik plastik tersebut.

Sejak itu, penelitian terhadap sifat kelistrikan plastik (dari material organik terkonjugasi) berkembang pesat. Plastik-plastik konduktor dan atau semikonduktor telah berhasil dibuat dan digunakan sebagai material alternatif untuk logam dan semikonduktor anorganik konvensional. Jendela “pintar” yang secara otomatis dapat menjaga kesejukan gedung dari panasnya sinar Matahari, dioda emisi cahaya (LED), dan sel surya merupakan contoh barang-barang elektronik yang memanfaatkan plastik-plastik tersebut.

Meskipun konduktivitas dan semikonduktivitas material plastik telah diinvestigasi secara ekstensif, namun superkonduktivitas material ini belum pernah dilaporkan. Pembuatan plastik superkonduktor yaitu plastik yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai tertentu, ternyata jauh lebih sulit.

Tantangan utama dalam pembuatan plastik superkonduktor adalah mengatasi keacakan struktur inheren plastik-mirip dengan keacakan untaian mi yang telah dimasak-yang mencegah interaksi-interaksi elektronik yang penting untuk superkonduktivitas. Setelah dua puluh tahun, barulah tantangan tersebut dapat diatasi oleh Dr Bertram Batlogg dan koleganya dari Bell Laboratories di Murray Hill, New Jersey, Amerika Serikat. Mereka mampu mengatasi tantangan itu melalui pembuatan larutan yang mengandung plastik, politiofena. Politiofena adalah salah satu jenis polimer organik terkonjugasi yang berupa semikonduktor pada suhu ruang sehingga telah digunakan dalam pembuatan komponen optoelektronik terintegrasi dan sirkuit terintegrasi (IC).

Bertram Batlogg Dengan metode penataan sendiri (self-organization), mereka mampu membuat tumpukan film (lapisan tipis) politiofena yang luar biasa rapi (remarkably well-ordered), mirip dengan tumpukan untaian mi yang belum dimasak. Sebagai pengganti pengotor kimia (yang diketahui dapat merusak kerapian film politiofena), mereka menempatkan film politiofena pada lapisan aluminium oksida dan elektroda-elektroda emas pada peralatan elektronik yang dikenal sebagai field-effect transistor. Transistor tersebut menghasilkan medan listrik yang dapat mengeluarkan elektron dari film politiofena, sehingga elektron tersisa lebih mudah bergerak dan mengantarkan listrik. Pada suhu minus 455 derajat Fahrenheit (2,35 K), plastik politiofena tersebut bersifat superkonduktor.

Mereka mempublikasikan temuannya dalam jurnal Nature pada tanggal 8 Maret 2001. Plastik superkonduktor tersebut termasuk dalam Chemistry Highlight 2001 menurut Chemical & Engineering News volume 79, 10 Desember 2001.

Dibandingkan dengan material superkonduktor lain, plastik superkonduktor tersebut termasuk superkonduktor lemah dan suhu kritisnya (suhu di mana material menjadi superkonduktor) jauh di bawah suhu tinggi. Superkonduktor suhu tinggi bekerja pada suhu sampai minus 200 derajat Fahrenheit (sekitar 145 K). Walaupun demikian, plastik superkonduktor diyakini lebih murah dan lebih mudah dibuat serta dibentuk daripada material superkonduktor lain. Untuk itu, Batlogg dan kawan-kawan optimistis dapat meningkatkan suhu kritis plastik superkonduktor tersebut dengan cara mengubah struktur molekuler plastik itu. Bahkan, Zhenan Bao, kimiawan yang terlibat dalam penelitian tersebut, mengklaim bahwa metode yang mereka kembangkan dapat membuat material organik lain menjadi superkonduktor.

Di akhir artikelnya, para peneliti Bell Labs tersebut mencatat bahwa plastik superkonduktor pertama yang telah mereka temukan memungkinkan diaplikasikan dalam bidang elektronika superkonduksi dan komputer masa depan yang menggunakan kalkulasi mekanika kuantum.

Walaupun usia plastik superkonduktor baru sekitar satu tahunan dan belum diaplikasikan, namun yang pasti pencapaian ini merupakan terobosan yang membuka cakrawala baru ilmu dan teknologi superkonduktor.

Dikutip dari :Harian Kompas 16 Agustus 2002
Herman Yudiono, Mahasiswa Jurusan Kimia FMIPA IPB Bogor