Perkembangan Ilmu Gerak (Periode I)

Mekanika merupakan cabang ilmu fisika tertua yang berhubungan dengan materi (benda), yaitu ilmu yang mempelajari gerak benda, baik benda yang diam (statika) maupun benda yang bergerak (kinematika dan dinamika)

• Kinematika merupakan ilmu fisika yang mempelajari gerak suatu benda tanpa memperhatikan penyebab gerak benda tersebut, sedangkan 
• Dinamika merupakan ilmu fisika yang mempelajari gerak suatu benda dengan memperhatikan atau memperhitungkan penyebab gerak benda tersebut.

Masalah mekanika merupakan hal yang cukup penting dalam perkembangan ilmu fisika untuk kita pelajari karena masalah mekanika sangat erat kaitannya dengan peristiwa yang tejadi dalam kehidupan kita sehari-hari. Sebagaimana kita ketahui bahwa fisika merupakan ilmu yang mempelajari gejala alam yang dapat diamati dan diukur, dan kasus mekanika merupakan salah satu gejala alam yang dapat diamati dan diukur. 

Dalam perkembangannya, mekanika dibagi dalam menjadi dua yaitu mekanika klasik dan mekanika kuantum. Mekanika klasik dititik beratkan pada benda-benda yang bergerak dengan kecepatan jauh dibawah  kecepatan cahaya, sedangkan mekanika kuantum dititik beratkan pada benda-benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya. Berdasarkan alasan di atas maka kita perlu mengetahui sejarah perkembangan mekanika tiap periodisasi sejarah fisika.

Perkembangan mekanika didasarkan pada perkembangan sejarah fisika yang dikemukakan oleh Richmyer dan rekan-rekannya tahun 1955 yaitu :

      A.    Periode I ( Pra Sains. . . sampai dengan 1550 M )

      1.      Aristoteles ( 384-332 SM )

Aristoteles dilahirkan di kota Stagira, Macedonia, 384 SM. Ayahnya seorang ahli fisika kenamaan. Pada umur tujuh belas tahun Aristoteles pergi ke Athena belajar di Akademi Plato. Dia menetap di sana selama dua puluh tahun hingga tak lama Plato meninggal dunia. Dari ayahnya, Aristoteles mungkin memperoleh dorongan minat di bidang biologi dan "pengetahuan praktis". Di bawah asuhan Plato dia menanamkan minat dalam hal spekulasi filosofis.  Nyaris tidak terbantahkan, Aristoteles seorang filosof dan ilmuwan terbesar dalam dunia masa lampau. Dia memelopori penyelidikan ihwal logika, memperkaya hampir tiap cabang falsafah dan memberi sumbangsih tak terberikan besarnya terhadap ilmu pengetahuan.

Aristoteles merupakan orang pertama pada periode ini yang mengemukakan cabang mekanika yang berurusan dengan hubungan timbal balik antara gerak dan gaya yaitu bidang dinamika. Ia mengemukakan suatu argumen tentang sifat bawaan dari berbagai benda yang memberikan alasan untuk berbagai sifat tersebut dalam daya intrinsik khusus dari benda itu sendiri.

Aristoteles membedakan dua jenis gerak yaitu gerak alamiah (pure motion) dan gerak paksa (violent motion). Menurutnya tiap unsur memiliki “tempat alamiah” di alam semesta ini seperti di pusat bumi yang dikelilingi oleh air  udara dan api. Dengan cara serupa, tiap unsur memiliki suatu gerak alamiah untuk bergerak kearah tempat alamiahnya jika ia tidak ada di sana. Umumnya, bumi dan air memiliki sifat berat, yaitu cenderung bergerak ke bawah, sementara udara dan api memiliki sifat levitasi, yaitu cenderung bergerak ke atas. Gerak alamiah ether adalah melingkar, dan ether selalu dalam tempat alamiahnya. Gerak paksa disebabkan oleh gaya luar yang dikenakan dan boleh ke sembarang arah. Gerak tersebut akan berhenti segera setelah gaya dihilangkan.

. Salah satu kekurangan dinamika Aristoteles adalah bahwa kecepatan sebuah benda akan menjadi tak hingga jika tak ada resistansi terhadap geraknya. Adalah sukar sekali bagi para penganut aliran Aristoteles (Aristotelian) untuk membayangkan gerak tanpa resistansi. Memang, kenyataan bahwa gerak seperti itu akan menjadi cepat secara tak terhingga jika tak ada gesekan dengannya seperti seperti benda yang bergerak di ruang kosong.

Teori Aristoteles bahwa gerak paksa membutuhkan suatu gaya yang bekerja secara kontinyu ternyata bisa disangkal dengan memandang gerak proyektil. Aristoteles mencontohkan pada sebuah anak panah yang ditembakkan dari sebuah busur akan tetap bergerak untuk beberapa jarak meskipun jelas-jelas tidak selamanya didorong. busur entah bagaimana memberi suatu “daya gerak” kepada udara, yang kemudian mempertahankan anak panah tetap bergerak. Penjelasan ini sangat tidak meyakinkan, dan masalah gerak peluru terus berlanjut hinga membuat kesal para Aristotelian selama berabad-abad.

         2    Archimedes (287-212 SM)

Archimedes ilmuwan Yunani abad ke-3 SM. Archimedes adalah seorang arsitokrat. Archimedes adalah anak astronom Pheidias yang lahir di Syracuse, koloni Yunani yang sekarang dikenal dengan nama Sisilia. Membicarakan Archimedes tidaklah lengkap tanpa kisah insiden penemuannya saat dia mandi. Saat itu dia menemukan bahwa hilangnya berat tubuh sama dengan berat air yang dipindahkan. Dia meloncat dari tempat mandi dan berlari terlanjang di jalanan Syracuse sambil berteriak “Eureka, eureka!” (saya sudah menemukan, saya sudah menemukan). Saat itulah Archimedes menemukan hukum pertama hidrostatik. Kisah di atas diawali oleh tukang emas yang tidak jujur dengan mencampurkan perak ke dalam mahkota pesanan Hieron. Hieron curiga dan menyuruh Archimedes untuk memecahkan problem tersebut atau melakukan pengujian tanpa merusak mahkota. Rupanya saat mandi tersebut, Archimedes memikirkan problem tersebut.

Cabang lain mekanika adalah statika. Ia merupakan studi benda-benda diam karena kombinasi berbagai gaya. Perintis bidang ini adalah Archimedes. Archimedes adalah juga pendiri ilmu hidrostatika, yaitu studi tentang keseimbangan gaya-gaya yang mereka kenakan pada benda-benda tegar. Dalam bukunya yang berjudul “benda-benda merapung” ia menyatakan suatu prinsip terkenal yaitu”benda-benda yang lebih berat dari cairan bila ditempatakan dalam cairan akan turun ke dasar cairan tersebut. Bila benda tersebut ditimbang beratnya dalam cairan tersebut akan  lebih ringan dari berat yang sebenarnya, seberat zat cair yang dipisahkannya.”

Sumbangsih lain dari Archimedes yaitu Prinsip-prinsip fisika dan matematika diaplikasikan oleh Archimedes seperti  pompa ulir, untuk mengangkat air dari tempat yang lebih rendah maupun untuk tujuan perang. Memang tidak dapat dihindari bahwa suatu penemuan biasanya akan dipicu oleh suatu kebutuhan mendesak. Cermin pembakar, derek (crane) untuk melontarkan panah dan batu atau menenggelamkan kapal adalah penguasaan fisika Archimedes yang dapat dikatakan luar biasa pada zamannya. Kontribusi penghitungan Л (pi) dari Archimedes barangkali dapat disebut sebagai awal bagi para pengikut untuk meniru metode yang dipakai untuk menghitung luas lingkaran. Terus memperbanyak jumlah segi enam untuk menghitung besaran Л (pi) mengilhami para matematikawan berikutnya bahwa adanya suatu ketidakhinggaan - seperti paradoks Zeno, dimana hal ini mendorong penemuan kalkulus. Archimedes adalah orang yang mendasarkan penemuannya dengan eksperiman. Sehingga, ia dijuluki Bapak IPA Eksperimental.

       3.      Eratoshenes (273 – 192 SM)

Eratoshenes melakukan penghitungan diameter bumi pada tahun 230 SM. Dia menengarai bahwa kota Syene di Mesir terletak di equator, dimana matahari bersinar vertikal tepat di atas sumur pada hari pertama musim panas.  Eratoshenes mengamati fenomena ini tidak dari rumahnya, dia menyimpulkan bahwa matahari tidak akan pernah mencapai zenith di atas rumahnya di Alexandria yang berjarak 7° dari Syene. Jarak Alexandria dan Syene adalah 7/360 atau 1/50 dari lingkaran bumi yang dianggap lingkaran penuh adalah 360°. Jarak antara Syene sampai Alexandria +/- 5000 stade. Dengan dasar itu dibut prakiraan bahwa diameter bumi berkisar:

50x5000 stade = 25.000stade = 42.000Km.

Pengukuran tentang diameter bumi diketahui adalah 40.000 km. Ternyata, astronomer jaman kuno juga tidak kalah cerdasnya, dengan deviasi kurang dari 5%.