Efek Compton

Efek compton ditemukan oleh Arthur Holy Compton pada tahun 1923. Menurut teori kuantum cahaya, foton berlaku sebagai partikel, hanya foton tidak memiliki massa diam. Jika pendapat ini benar, maka berdasarkan peristiwa efek fotolistrik yang dikemukakan oleh Einstein, Arthur Holy Compton pada tahun 1923 telah mengamati gejala-gejala tumbukan antara foton yang berasal dari sinar X dengan elektron. Compton mengamati hamburan foton dari sinar X oleh elektron dapat diterangkan dengan menganggap bahwa foton seperti partikel dengan energi hf dan momentum hf/c cocok seperti yang diusulkan oleh Einstein.

Penemuan Efek Compton

Percobaan Compton cukup sederhana yaitu sinar X monokromatik (sinar X yang memiliki panjang gelombang tunggal) dikenakan pada keping tipis berilium sebagai sasarannya. Kemudian untuk mengamati foton dari sinar X dan elektron yang terhambur dipasang detektor. Sinar X yang telah menumbuk elektron akan kehilangan sebagian energinya yang kemudian terhambur dengan sudut hamburan sebesar θ terhadap arah semula. Berdasarkan hasil pengamatan ternyata sinar X yang terhambur memiliki panjang gelombang yang lebih besar dari panjang gelombang sinar X semula. Hal ini dikarenakan sebagian energinya terserap oleh elektron. Jika energi foton sinar X mula-mula hf dan energi foton sinar X yang terhambur menjadi (hf – hf’) dalam hal ini f > f’, sedangkan panjang gelombang yang terhambur menjadi tambah besar yaitu λ > λ’.

Skema Percobaan Efek Compton

Skema percobaan Compton untuk menyelidiki tumbukan foton dan elektron

Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi Compton berhasil menunjukkan bahwa perubahan panjang gelombang foton terhambur dengan panjang gelombang semula, yang memenuhi persamaan :

dengan

λ = panjang gelombang sinar X sebelum tumbukan (m)
λ’ = panjang gelombang sinar X setelah tumbukan (m)
h = konstanta Planck (6,625 × 10^-34 Js)
m_o = massa diam elektron (9,1 × 10^-31 kg)
c = kecepatan cahaya (3 × 10⁸ ms^-1)
θ = sudut hamburan sinar X terhadap arah semula (derajat atau radian)

Besaran  sering disebut dengan panjang gelombang Compton. Jadi jelaslah sudah bahwa dengan hasil pengamatan Compton tentang hamburan foton dari sinar X menunjukkan bahwa foton dapat dipandang sebagai partikel, sehingga memperkuat teori kuantum yang mengatakan bahwa cahaya mempunyai dua sifat, yaitu cahaya dapat sebagai gelombang dan cahaya dapat bersifat sebagai partikel yang sering disebut sebagai dualime gelombang cahaya.

Hukum Kekekalan Momentum

Hukum kekekalan momentum menyatakan bahwa “jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, maka momentum total sesaat sebelum sama dengan momentum total sesudah tumbukan”. ketika menggunakan persamaan ini, kita harus memerhatikan arah kecepatan tiap benda.

Hukum Kekekalan Momentum

Huygens, ilmuwan berkebangsaan belkita, melakukan eksperimen dengan menggunakan bola-bola bilyar untuk menjelaskan hukum kekekalan momentum. Perhatikan uraian berikut. Dua buah bola pada gambar diatas bergerak berlawanan arah saling mendekati. Bola pertama massanya m1, bergerak dengan kecepatan v1. Sedangkan bola kedua massanya m2 bergerak dengan kecepatan v2. Jika kedua bola berada pada lintasan yang sama dan lurus, maka pada suatu saat kedua bola akan bertabrakan.

Dengan memperhatikan analisis gaya tumbukan bola pada gambar diatas ternyata sesuai dengan pernyataan hukum III Newton. Kedua bola akan saling menekan dengan gaya F yang sama besar, tetapi arahnya berlawanan. Akibat adanya gaya aksi dan reaksi dalam selang waktu Δ t tersebut, kedua bola akan saling melepaskan diri dengan kecepatan masing-masing sebesar v’₁ dan v’₂. Penurunan rumus secara umum dapat dilakukan dengan meninjau gaya interaksi saat terjadi tumbukan berdasarkan hukum III Newton.

F_aksi = – F_reaksi

F₁ = – F₂

Impuls yang terjadi selama interval waktu Δ t adalah F₁ Δ t = -F₂ Δ t . kita ketahui bahwa I = F Δ t = Δ p , maka persamaannya menjadi seperti berikut.

Δp₁ = – Δp₂
m₁v₁ – m₁v’₁ = -(m₂v₂ – m₂v’₂)
m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v’₁ + m₂v’₂
p₁ + p₂ = p’₁ + p’₂
Jumlah momentum awal = Jumlah momentum akhir

Keterangan:

p₁, p₂ : momentum benda 1 dan 2 sebelum tumbukan
p_‘1, p’₂ : momentum benda 1 dan 2 sesudah makanan
m₁, m₂ : massa benda 1 dan 2
v₁, v₂ : kecepatan benda 1 dan 2 sebelum tumbukan
v’₁, v’₂ : kecepatan benda 1 dan 2 sesudah tumbukan

Bunyi Hukum Kekakalan Momentum

Persamaan di atas dinamakan hukum kekekalan momentum. Hukum kekakalan momentum menyatakan bahwa “jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem, maka momentum total sesaat sebelum sama dengan momentum total sesudah tumbukan”. ketika menggunakan persamaan ini, kita harus memerhatikan arah kecepatan tiap benda.

Contoh Aplikasi Hukum Kekekalan Momentum

Contoh aplikasi dari hukum kekekalan momentum adalah roket dan pistol. Pada Gambar 5.3 tampak sebuah pistol yang digantung pada seutas tali. Saat peluru ditembakkan ke kanan dengan alat jarak jauh seperti remote, senapan akan tertolak ke kiri. Percepatan yang diterima oleh pistol ini berasal dari gaya reaksi peluru pada pistol (hukum III Newton).

Contoh aplikasi yang lain adalah pada sistem roket. Percepatan roket diperoleh dengan cara yang mirip dengan bagaimana senapan memperoleh percepatan. Percepatan roket berasal dari tolakan gas yang disemburkan roket. Tiap molekul gas dapat dianggap sebagai peluru kecil yang ditembakkan roket. Jika gaya gravitasi diabaikan, maka peristiwa peluncuran roket memenuhi hukum kekekalan momentum.

Mula-mula sistem roket diam, sehingga momentumnya nol. Sesudah gas menyembur keluar dari ekor roket, momentum sistem tetap. Artinya momentum sebelum dan sesudah gas keluar sama. Berdasarkan hukum kekekalan momentum, besarnya kelajuan roket tergantung banyaknya bahan bakar yang digunakan dan besar kelajuan semburan gas. Hal inilah yang menyebabkan wahana roket dibuat bertahap banyak.

Penerapan hukum kekekalan momentum linear pada roket

Hukum Kekekalan Energi

Kekekalan Energi dan Contohnya

Dalam ilmunya yaitu fisika, hukum kekekalan energi ini adalah sebuah hukum yang menyatakan jika energi adalah kekal dan dikonversi dalam sebuah sistem. Seperti halnya yang kita telah pelajari sejak masih sekolah di Sekolah Dasar jika energi dapat dikonversi menjadi bentuk lain energi. Misalnya energi potensial yang dapat diubah menjadi energi kinetik. Dalam kehidupan sehari-hari, kita tentunya telah memanfaatkan banyak sekali energi yang membantu kita dalam kegiatan sehari-hari. Mungkin banyak diantara kita yang tidak menyadarinya.

Mungkin Anda belum paham dengan penjelasan mengenai hukum kekekalan energi yang kami jelaskan tadi. Baiklah, kami akan memberikan sedikit contoh untuk Anda. Seperti yang kita ketahui jika energi tidak dapat dimusnahkan dan hanya dapat diubah ke bentuk yang lainnya. Jadi, energi yang terlibat dalam suatu proses kimia dan fisika merupakan hanya perubahan dan perpindahan dari bentuk energi yang satu ke energi yang lainnya. Contohnya yaitu bentuk energi radiasi yang diubah menjadi energi panas, dan energi kimia yang diubah menjadi energi listrik.

Teori Hukum Kekekalan Energi

Energi dalam alam semesta bersifat tetap sehingga menjadikannya disebut sebagai kekekalan energi. Semua energi yang ada tidak dapat dimusnahkan dan hanya dapat diubah menjadi bentuk energi lainnya. Energi dibagi menjadi beberapa bentuk, yaitu bentuk energi kinetik, energi potensial, dan bentuk energi lainnya. Setiap energi yang ada tersebut dapat dimanfaatkan manusia untuk membantunya dalam kehidupan sehari-hari. Dengan demikian manusia menjadi lebih mudah dalam melakukan berbagai hal dalam kesehariannya berkat energi yang dapat dimanfaatkannya.

Berbicara mengenai energi, tentu kita hidup juga berkat adanya energi. Mungkin kita akan membahasnya sedikit untuk Anda mengenai energi. Energi sendiri dibagi menjadi energi kinetic dan potensial. Untuk lebih jelasnya, berikut adalah penjelasan mengenai energi kinetic dan energi potensia.

Energi kinetic yaitu energi yang dimiliki suatu benda tertentu saat bergerak. Energi ini memiliki beberapa jenis yaitu energi kinetic vibrasi, dan energi kinetic rotasi. Secara matematis, energi kinetik dihitung sebagai ½  dari massa suatu benda dikalikan dengan kecepatan tubuh kuadart, sehingga KE = ½ mv^2. Lalu bagaimana energi ditranfer? Seperti yang kita ketahui salah satu konsep yang mendasari energi kinetik adalah bagimana memahami transfer energi bekerja dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Contohnya yaitu ketika massa atau benda diam (tidak bergerak), maka benda tersebut dianggap memiliki energi potensial. Akan tetapi ketika kekuatan diterapkan pada benda tersebut, maka energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Setelah ditranfer, energi kinetik suatu benda dapat diubag menjadi bentuk lain, seperti gravitasi ataupun energi elastis.

Contoh  energi kinetik yang lainnya adalah, sebuah planet yang berputar mengelilingi matahari, sebuah kendaraan yang bergerak, anak yang mengetik di komputer, seorang bayi yang merangkak, seorang yang berjalan atau berlari dan masih banyak lagi.

Sedangkan energi potensial itu merupakan energi yang disimpan sementara dalam sebuah benda saat diam pada medan gaya. Untuk lebih jelasnya, berikut adalah  perumpamaan untuk energi kinetik. Bagaimana jika bola disimpan di atas mobil yang sedang diangkut oleh mobil derek?Jika bola tetap diam apakah ada energi kinetik di dalamnya? Jawabannya adalah iya. Hal ini dikarenakan energi potensial merupakan energi yang disimpan sementara di dalam sebuah benda dalam keadaan diam.

Intinya bentuk energi yang ada dapat Anda rubah menjadi bentuk energi yang lainnya tapi tidak dapat dimusnahkan. Banyak sekali hal yang dapat Anda lakukan untuk membuat dan mengubah energi yang ada menjadi energi yang lainnya sehingga Anda dapat memanfaatkannya dengan maksimal.

Ingatlah dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan jika energi tidak dapat dimusnahkan tapi hanya dapat diubah menjadi energi lainnya. Misalnya saja Anda dapat memanfaatkan energi panas matahari untuk menyalakan sebuah lampu atau listrik. Itulah pemanfaatan energi yang dapat Anda lakukan atau pengubahan energi yang dapat Anda lakukan. Apakah Anda dapat menghilangkan energi panas matahari? Tentu jawabannya adalah tidak bukan? Nah, itulah mengapa energi disebut kekal.