Perkembangan Ilmu Gerak (Periode II)

       B.    Periode II  ( Awal Sains 1550-1800 M )

      1.      Galileo ( 1564 M - 1642 M)

Ilmuwan Itali besar ini mungkin lebih bertanggung jawab terhadap perkembangan metode ilmiah dari siapa pun juga. Galileo lahir di Pisa, tahun 1564. Selagi muda belajar di Universitas Pisa tetapi mandek karena urusan keuangan. Meski begitu tahun 1589 dia mampu dapat posisi pengajar di universitas itu. Beberapa tahun kemudian dia bergabung dengan Universitas Padua dan menetap di sana hingga tahun 1610. Dalam masa inilah dia menciptakan tumpukan penemuan-penemuan ilmiah.

Aristoteles mengajarkan, benda yang lebih berat jatuh lebih cepat ketimbang benda yang lebih ringan, dan bergenerasi-generasi kaum cerdik pandai menelan pendapat filosof Yunani yang besar pengaruh ini. Tetapi, Galileo memutuskan mencoba dulu benar-tidaknya, dan lewat serentetan eksperimen dia berkesimpulan bahwa Aristoteles keliru. Yang benar adalah, baik benda berat maupun ringan jatuh pada kecepatan yang sama kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat pergeseran udara. Aristoteles mengajarkan, benda yang lebih berat jatuh lebih cepat ketimbang benda yang lebih enteng, dan bergenerasi-generasi kaum cerdik pandai menelan pendapat filosof Yunani yang besar pengaruh ini. Tetapi, Galileo memutuskan mencoba dulu benar-tidaknya, dan lewat serentetan eksperimen dia berkesimpulan bahwa Aristoteles keliru. Yang benar adalah, baik benda berat maupun enteng jatuh pada kecepatan yang sama kecuali sampai batas mereka berkurang kecepatannya akibat pergeseran udara.   Galileo melakukan eksperimen ini di menara Pisa (Kebetulan, kebiasaan Galileo melakukan percobaan melempar benda dari menara Pisa tampaknya tanpa sadar). Pada satu sisi benda ringan akan menghambat benda berat dan benda berat akan mempercepat benda ringan, dan karena itu kombinasi tersebut akan bergerak pada suatu laju pertengahan. Di lain pihak benda-benda yang dipadu bahkan akan membentuk benda yang lebih berat, yang karena itu harus bergerak lebih cepat dari pada yang pertama atau salah satunya.  

 Mengetahui hal ini, Galileo mengambil langkah-langkah lebih lanjut. Dengan hati-hati dia mengukur jarak jatuhnya benda pada saat yang ditentukan dan mendapat bukti bahwa jarak yang dilalui oleh benda yang jatuh adalah berbanding seimbang dengan jumlah detik kwadrat jatuhnya benda. Penemuan ini (yang berarti penyeragaman percepatan) memiliki arti penting tersendiri. Bahkan lebih penting lagi Galileo berkemampuan menghimpun hasil penemuannya dengan formula matematik.  

Sumbangan besar Galileo lainnya ialah penemuannya mengenai hukum kelembaman (inersia). Sebelumnya, orang percaya bahwa benda bergerak dengan sendirinya cenderung menjadi makin pelan dan sepenuhnya berhenti kalau saja tidak ada tenaga yang menambah kekuatan agar terus bergerak. Tetapi percobaan-percobaan Galileo membuktikan bahwa anggapan itu keliru. Bilamana kekuatan melambat seperti misalnya pergeseran, dapat dihilangkan, benda bergerak cenderung tetap bergerak tanpa batas.

 Analisis Galileo mencapai resolusi akhir dari masalah gerak peluru. Dia juga memperlihatkan bagaimana komponen-komponen horisontal dan vertikal dari gerak peluru bergabung menghasilkan lintasan parabolik.

Galileo menganggap bahwa sebuah benda yang menggelinding ke bawah pada suatu bidang miring adalah dipercepat seragam yaitu, kecepatannya bertambah dengan besar yang sama dalam tiap interval  waktu yang kecil. Dia kemudian menunjukkan bahwa asumsi ini dapat diuji dengan mengukur jarak yang dilalui, dari pada mencoba mengukur kecepatan secara langsung.

      2.      Descartes ( 1596  M – 1661 M )

Rene Descartes lahir Di desa La Haye tahun 1596, filosof, ilmuwan, matematikus Perancis yang tersohor abad 17. Waktu mudanya dia sekolah Yesuit, College La Fleche. Begitu umur dua puluh dia dapat gelar ahli hukum dari Universitas Poitiers walau tidak pernah mempraktekkan ilmunya samasekali. Meskipun Descartes peroleh pendidikan baik, tetapi dia yakin betul tak ada ilmu apa pun yang bisa dipercaya tanpa matematik. Karena itu, bukannya dia meneruskan pendidikan formalnya, melainkan ambil keputusan kelana keliling Eropa dan melihat dunia dengan mata kepala sendiri. Berkat dasarnya berasal dari keluarga berada, mungkinlah dia mengembara kian kemari dengan leluasa dan longgar. Tak ada persoalan duit.  Hukum Gerak Descartes terdiri atas dua bagian, dan memprediksi hasil dari benturan antar dua massa:

1.          bila dua benda memiliki massa dan kecepatan yang sama sebelum terjadinya benturan, maka keduanya akan terpantul karena tumbukkan, dan akan mendapatkan kecepatan yang sama dengan sebelumnya.

2.          bila dua benda memiliki massa yang sama, maka karena tumbukkan tersebut, benda yang memiliki massa yang lebih kecil akan terpantul dan menghasilkan kecepatan yang sama dengan yang memiliki massa yang lebih besar. Sementara, kecepatan dari benda yang bermassa lebih besar tidak akan berubah

Descartes telah memunculkan hukum ini berdasarkan pada perhitungan simetris dan suatu gagasan bahwa sesuatu harus ditinjau dari proses tumbukkan. Sayangnya, gagasan Descartes memiliki kekurangan yang sama dengan gagasan Aristoteles yaitu masalah diskontinuitas.

Descartes menerima prinsip Galileo bahwa benda-benda cenderung untuk bergerak dalam garis lurus, dia beranggapan bahwa tidak pernah ada sembarang ruang kosong ke dalam mana sebuah benda dapat bergerak. maka konsekuensinya adalah  satu-satunya gerak yang mungkin adalah rotasi dari suatu kumpulan partikel-partikel..

Pengaruh besar lain dari konsepsi Descartes adalah tentang fisik alam semesta. Dia yakin, seluruh alam kecuali Tuhan dan jiwa manusia bekerja secara mekanis, dan karena itu semua peristiwa alami dapat dijelaskan secara dan dari sebab-musabab mekanis. Atas dasar ini dia menolak anggapan-anggapan astrologi, magis dan lain-lain ketahayulan. Berarti, dia pun menolak semua penjelasan kejadian secara teleologis. (Yakni, dia mencari sebab-sebab mekanis secara langsung dan menolak anggapan bahwa kejadian itu terjadi untuk sesuatu tujuan final yang jauh). Dari pandangan Descartes semua makhluk pada hakekatnya merupakan mesin yang ruwet, dan tubuh manusia pun tunduk pada hukum mekanis yang biasa. Pendapat ini sejak saat itu menjadi salah satu ide fundamental fisiologi modern.

Descartes menyukai suatu alam dengan suatu mekanisme mesin jam yang besar sekali, yaitu alam yang mekanistik, yang diciptakan oleh Tuhan dengan suatu pasokan materi dan gerak yang tetap. Agar mesin dunia tidak “berhenti akhirnya”, dia berasumsi bahwa kapanpun dua partikel bertumbukan, daya dorong atau momentum total mereka harus tetap tak berubah. Descartes mendefinisikan momentum sebagai perkalian massa dan kecepatan, mv. Ini tidak sepunuhnya benar kecuali “kecepatan” diperlakukan sebagai sebuah vektor yaitu suatu besaran yang memiliki arah tertentu di dalam ruang sehingga kecepatan-kecepatan yang sama dalam arah belawanan akan saling menghilangkan.

Sedikitnya ada lima ide Descartes yang punya pengaruh penting terhadap jalan pikiran Eropa: (a) pandangan mekanisnya mengenai alam semesta; (b) sikapnya yang positif terhadap penjajagan ilmiah; (c) tekanan yang, diletakkannya pada penggunaan matematika dalam ilmu pengetahuan; (d) pembelaannya terhadap dasar awal sikap skeptis; dan (e) penitikpusatan perhatian terhadap epistemologi.

      

       3.      Torricelli (1608 M – 1647 M) dan

Evangelista Torricelli (1608-1647), fisikawan Italia kelahiran Faenza dan belajar di Sapienza College Roma. Ia menjadi sekretaris Galileo selama 3 bulan sampai Galileo wafat pada tahun 1641. Tahun 1642 ia menjadi profesor matematika di Florence. Pada tahun 1643 ia menetapkan tentang tekanan atmosfer dan menemukan alat untuk mengukurnya, yaitu barometer.

Pada tahun 1643, Torricelli membuat eksperimen sederhana, yang dinamakan Torricelli Experiment, yaitu ia menggunakan sebuah tabung kaca kuat dengan panjang kira-kira 1m dan salah satu ujungnya tertutup. Dengan menggunakan sarung menghadap ke atas. Dengan menggunakan corong ia menuangkan raksa dari botol ke dalam tabung sampai penuh. Kemudian ia menutup ujung terbuka tabung dengan jempolnya, dan segera membaliknya. Dengan cepat ia melepaskan jempolnya dari ujung tabung dan menaruh tabung vertikal dalam sebuah bejana berisi raksa. Ia mengamati permukaan raksa dalam tabung dan berhenti ketika tinggi kolom raksa dalam tabung 76 cm di atas permukaan raksa dalam bejana. Ruang vakum terperangkap di atas kolam raksa.

      4.      Otto von Guericke ( 1602 M – 1686 M)

Otto von Guericke (30 November  1602- 21 Mei 1686)  adalah seorang ilmuwan Jerman, pencipta, dan politikus. Prestasi ilmiah utama nya menjadi penetapan dari  ilmu fisika ruang hampa.

Pada 1650 Guericke menemukan pompa udara. Guericke menerapkan barometer ke ramalan cuaca untuk meteorologi.  Kemudiannya bidang kajianya dipusatkan pada listrik, tetapi sangat sedikit hasil nya. Ia menemukan generator elektrostatik yang pertama, “ Elektrisiermaschine”.

      5.      Blaise Pascal ( 1623 M -1662 M )

Blaise Pascal (19 Juni 1623- 19Agustus 1662) adalah ilmuwan Perancis Ahli matematik, ahli ilmu fisika, dan ahli filsafat religius. Dalam bidang fisika, khususnya mekanika, dia melakukan percobaan dengan cara mengukur beda tinggi barometer di dasar dan di puncak gunung. Dari keterangan-keterangannya itu nantinnya dia mengemukakan prinsip hidrostatik yang kita kenal dengan Hukum Pascal, yaitu “Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah sama besar dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya”.

      6.       Isaac Newton ( 1642 M – 1727 M )

Isaac Newton (1642-1727), lahir di Woolsthrope, Inggris. Dia  lahir di tahun kematian Galileo. Dia belajar di Universitas Cambridge dan pada usia awal 20-an ketika dia membuat tiga penemuan besarnya teori matematikanya yang sekarang dikenal dengan kalkulus, teori gravitasi, dan tentang komposisi cahaya. Karya besarnya, Mathematical Principles of Natural Philosophy (biasa disebut Principia) diterbitkan pada 1687.

 Penemuan-penemuan Newton yang terpenting adalah di bidang mekanika, pengetahuan sekitar bergeraknya sesuatu benda didasarkan pada tiga hukum fundamental. Hukum pertamany adalah hukum inersia Galileo, Galileo merupakan penemu pertama hukum yang melukiskan gerak sesuatu obyek apabila tidak dipengaruhi oleh kekuatan luar. Tentu saja pada dasarnya semua obyek dipengaruhi oleh kekuatan luar dan persoalan yang paling penting dalam ihwal mekanik adalah bagaimana obyek bergerak dalam keadaan itu.

Masalah ini dipecahkan oleh Newton dalam hukum geraknya yang kedua dan termasyhur dan dapat dianggap sebagai hukum fisika klasik yang paling utama. Hukum kedua (secara matematik dijabarkan dengan persamaan F = m.a atau a = F/m) menetapkan bahwa percepatan obyek adalah sama dengan gaya netto dibagi massa benda. Hukum kedua Newton memiliki bentuk sama seperti hukum dinamika Aristoteles, v = kF/R, dengan dua perbedaan penting. Yang satu adalah bahwa gaya menghasilkan percepatan dari pada kecepatan, sehingga dalam ketidak hadiran gaya, kecepatan tetap konstan (hukum pertama). Perbedaan yang lain adalah bahwa hambatan terhadap gerak adalah disebabkan oleh massa benda itu sendiri,  terhadap medium di mana ia bergerak. Terhadap kedua hukum itu Newton menambah hukum ketiganya yang masyhur tentang gerak (menegaskan bahwa pada tiap aksi, misalnya kekuatan fisik, terdapat reaksi yang sama dengan yang bertentangan) serta yang paling termasyhur penemuannya tentang kaidah ilmiah hukum gaya berat universal.

Newton juga membedakan antara massa dan berat. Massa adalah sifat intrinsik suatu benda yang mengukur resistansinya terhadap percepatan, sedangkan  berat adalah sesungguhnya suatu gaya, yaitu gaya berat yang bekerja pada sebuah benda. Jadi berat W sebuah benda adalah W = ma_g, di mana a_g adalah percepatan karena gravitasi. Keempat perangkat hukum ini, jika digabungkan, akan membentuk suatu kesatuan sistem yang berlaku buat seluruh makro sistem mekanika, mulai dari ayunan pendulum hingga gerak planet-planet dalam orbitnya mengelilingi matahari. Newton tidak cuma menetapkan hukum-hukum mekanika, tetapi dia sendiri juga menggunakan alat kalkulus matematik, dan menunjukkan bahwa rumus-rumus fundamental ini dapat dipergunakan bagi pemecahan masalah fisika.

Diantara banyak prestasi Newton, ada satu  yang merupakan penemuan terbesar ialah ‘Hukum Gravitasi’. Pada penemuan ini, Newton menggunakan dengan baik penemuan penting sebelumnya tentang pergerakan angkasa yang dibuat oleh Kepler dan yang lainnya. Newton menyadari hukum semacam ini pada pertengahan 1660. Pada masa kreatif ini, ia menulis hampir satu abad kemudian bahwa,“Saya menarik kesimpulan bahwa kekuatan yang menjaga planet-planet pada orbitnya pasti berbanding terbalik sama dengan kuadrat dari jarak mereka dengan pusat dimana mereka berevolusi”. Diungkapkan sebagai sebuah persamaan 

di mana F gaya gravitasi diantara dua benda bermassa m₁ dan m₂, r adalah jarak antara pusat-pusatnya, dan G adalah tetapan gravitasi . Gerak sebuah planet mengelilingi matahari adalah suatu kombinasi gerak garis lurus yang ia harus miliki jika tak ada gaya yang bekerja kepadanya dan percepatannya karena gaya gravitasi matahari.