TUGAS PRESENTASI FISIKA MODEREN

PERCOBAAN MICHELSON-MORLEY

Nama Kelompok :1. Nurfaizah (1108205005)2. I Gede Surya Adi Pranata (1108205006)3. I Made Oka Guna Antara (1108205007)4. Made Budi Setiono (1108205008)5. I Gst A Ngr Ari Kusuma P (1108205009)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2011

LATAR BELAKANG

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang merambat tanpa memerluka

suatu medium namun Menurut teori gelombang Huygens, cahaya memerlukan medium untuk

merambat. Jadi, cahaya dapat mencapai Bumi dari Matahari karena di ruang hampa yang

dilalui cahaya ada medium perambatan gelombang cahaya yang disebut eter. Namun, belum

ada bukti langsung akan keberadaan eter tersebut. Pada tahun 1881 Albert. A. Michelson

menemukan suatu inferometer optic (alat yang berdasarkan inferrensi cahaya) sangat

sensitive sekali. Pada tahun 1887 bersama dengan E.W Morly Mischelson melakukan suatu

eksperimen dengan alat ini untuk menguji apakah eter itu ada atau tidak. Percobaan itu

berdasarkan prinsip penjumlahan vector kecepatan. Dengan mengamati pola-pola interfrensi

kita dapat menentukan apakah eter itu ada. Dan sampai pada akhir dari percobaan yang telah

dilakukan oleh Michelson-morley ternyata eter itu tidak ada. Analisis tehadap hasil

percobaan menunjukkan kegagalan dalam pengamatan pergerakan bumi terhadap eter.

Percobaan ini juga telah disebut sebagai titik tolak untuk aspek teoritis revolusi ilmiah kedua.

PEMBAHASAN

Percobaan Michelson-Morley, salah satu percobaan paling penting dan masyhur

dalam sejarah fisika, dilakukan pada tahun 1887 oleh Albert Michelson dan Edward Morley

di tempat yang sekarang menjadi kampus Case Western Reserve University. Percobaan ini

dianggap sebagai petunjuk pertama terkuat untuk menyangkal keberadaan ether sebagai

medium gelombang cahaya.Percobaan ini juga telah disebut sebagai "titik tolak untuk aspek

teoretis revolusi ilmiah kedua". Albert Michelson dianugerahi hadiah Nobel fisika tahun 1907

terutama untuk melaksanakan percobaan ini.

Dalam percobaan ini Michelson dan Morley berusaha mengukur kecepatan planet

Bumi terhadap ether, yang pada waktu itu dianggap sebagai medium perambatan gelombang

cahaya.Analisis terhadap hasil percobaan menunjukkan kegagalan pengamatan pergerakan

bumi terhadap ether.

Pada tahun 1881 Michelson-Morley melakukan percobaan untuk mengetahui gerak

absolut bumi menggunakan interferometer. Dalam percobaan tersebut diharapkan ada beda

frekuensi  antara sinar yang dipantulkan dari cermin C1 dengan sinar yang dipantulkan dari

cermin C2 karena bumi bergerak relative dengan kecepatan v, seperti digambarkan secara

sederhana dalam gambar 1 berikut :

Gambar 1 : Percobaan Michelson-Morley menggunakan interferometer

Setelah mencoba berkali-kali, hasilnya tetap bertolak belakang dengan hasil yang

diharapkan. Tidak ada beda frekuensi sama sekali antara sinar yang dipantulkan dari

cermin C1 dengan sinar yang dipantulkan oleh cermin C2. Merespon hasil percobaan

tersebut, 24 tahun kemudian Einstein mengajukan postulatnya yang terkenal sebagai

kelahiran STR.

1. Postulat pertama adalah  hukum-hukum fisika berlaku sama untuk setiap pengamat di

dalam kerangka acuan yang inersial.

2. Postulat kedua adalah laju cahaya dalam ruang hampa adalah sama, sebesar c,dalam

segala arah dan dalam semua kerangka acuan yang inersial.

Postulat kedua sangat memuaskan penjelasan terhadap kasus Michelson-Morley, tetapi dalam

perjalanan selanjutnya menimbulkan beberapa paradoks antara lain :

1. Paradoks si Kembar, umur si-kembar akan berbeda saat mereka bertemu kembali

setelah salah satunya melakukan perjalanan yang sangat cepat.

2. Perubahan panjang benda yang diamati. Terjadi perubahan bentuk benda yang

diamati, menjadi lebih gepeng karena gerakan. Untungnya kita juga tidak diajarkan

bahwa si-kembar yang melakukan perjalanan yang sangat cepat tidak gepeng karena

perjalanan tersebut. Tetapi ini juga berlawanan dengan paradoks si kembar itu sendiri.

Karena teori relativitas selama ini menyarankan ada perubahan fisis pada kerangka

inersia atas perjalanan si-kembar, sementara pada kasus gepengnya benda justru

menyarankan hal yang sebaliknya.

3. Kecepatan benda diatas c hanya dimiliki oleh benda imaginer (yang selalu bergerak).

Hal ini sebenarnya tidak ada kaitannya antara c sebagai kurir informasi dengan

kecepatan benda. Sama saja dengan jika kita mengamati menggunakan telinga,

kecepatan rambat bunyi tidak menjadikan benda tidak bisa memiliki gerak diatas

kecepatan suara.

4. Ketidak sinkronan waktu. Kerangka inersia yang menjadi landasan pertama saat

penurunan toeri relativitas khusus menjadi kehilangan maknanya.

Redefition STR menambahkan satu ide fundamental, yang akan membuat paradoks-

paradoks yang dihasilkan oleh teori relatifitas khusus maupun relatifitas umum akan

menghilang dan bisa dijelaskan secara elegan. Postulat ketiga  adalah dalam ruang hampa,

sebaran cahaya memiliki arah menjauhi sumber secepat c membentuk permukaan

bola. Postulat ketiga ini dibuktikan kebenarannya oleh bidang telekomunikasi

modern.Postulat ketiga menyarankan STR harus memperhatikan arah sebaran cahaya dari

sumber kepada pengamat.

Redefinition STR setidaknya bisa memuaskan dalam hal :

1. Penjelasan tidak adanya beda frekuensi pada percobaan Michelson-Morley

2. Penyelesaian paradoks si-kembar dalam STR

3. Menjelaskan fenomena shifting efek dopler

4. Menjelaskan kaitan sinkronisasi dan unsinkronisasi waktu

5. Menjelaskan keterkaitan inersia Newton dengan Relatifitas dengan lebih baik

6. Menjelaskan kebenaran tidak adanya kasus gepengnya benda yang bergerak sangat

cepat saat pengamatan

7. Kemungkinan Bisa menguji teori bigbang

8. Dan hal-hal lainnya yang berkaitan dengan Relativitas.

9. Kemungkinan bisa menjelaskan dengan lebih baik fenomena gerak kosmos dan

mikrokosmos.

Analisa Percobaan Michelson Morley berdasarkan RSTR

Hubungan antara waktu pengamatan dan waktu inersia dalam RSTR bisa dituliskan sebagai :

∆t.βp = βs.∆to

Dimana ∆t adalah waktu pengamatan, ∆to adalah waktu inersial, βp adalah faktor dilasi karena

gerak pengamat dan βs adalah faktor dilasi karena gerak sumber. Faktor dilasi dalam sumbu

searah sebaran cahaya (sumbu x atau sumbu r) adalah :

β = (1±(v/c))  

Dan faktor dilasi dalam sumbu atau bidang yang tegak lurus arah sebaran cahaya (bidang yz),

faktor dilasi adalah :

β=√ (1±(v/c)2)            

Untuk mempermudah pembahasan kasus percobaan Michelson Morley, kasus tersebut kita

pecah menjadi  dua bagian yaitu : Bagian P-C1-P dan bagian P-C2-P, seperti digambarkan

dalam gambar 2 dan gambar 3.

Bagian P-C1-P:

Gambar 2 : Gerak P dan C1 tegak lurus dengan arah sebaran cahaya

Dalam kerangka inersia, ∆to total adalah saat sinar dipancarkan oleh P dan dipantulkan oleh

C1 (∆toy1) sampai sinar pantulan dari C1 diterima kembali oleh P (∆toy2). Hal ini bisa

dituliskan sebagai :

∆toy=∆toy1 +  ∆toy2 ……………(1a)

Karena C1 dan P bergerak dengan kecepatan v, bagian ini bisa kita bayangkan sebagai 2

benda yang kejar-mengejar, C1 relatif menjauhi P dengan kecepatan v dan P relative

mendekati C1 dengan kecepatan v. ∆ty total adalah waktu tempuh sinar mulai saat

dipancarkan oleh P dan dipantulkan oleh C1 (∆ty1) sampai sinar pantulan dari C1 diterima

kembali oleh P (∆ty2). Hal ini bisa dituliskan sebagai :

∆ty=∆ty1 +  ∆ty2 ………..(2a)

Saat sinar dari P menuju cermin C1,  maka P menjadi Sumber dan C1 menjadi Pengamat.

Untuk kasus dimana pengamat C1 relatif menjauhi sumber P dan sumber P relative

mendekati pengamat C1 dengan kecepatan v dalam arah bidang yz, kita akan dapatkan

hubungan dilasi waktu adalah sebagai berikut :

∆ty1.βc1 = βp.∆toy1 ………………..(3a)

βp=√ (1-(v/c)2)                ………………(3b)

βc1=√ (1-(v/c)2)            ……………….(3c)

Karena kecepatan (v) P dan C1 sama, dengan memasukkan (3b) dan (3c) kedalam (3a)

maka :

∆ty1= ∆toy1 ……………(3d)

Saat sinar dipantulkan oleh cermin C1 menuju P  maka C1 menjadi Sumber dan P menjadi

Pengamat. Untuk kasus dimana sumber C1 relatif menjauhi pengamat P dan pengamat P

relative mendekati sumber C1 dengan kecepatan v dalam arah bidang yz, kita akan dapatkan

hubungan dilasi waktu adalah sebagai berikut :

∆ty2.βp = βc1.∆toy2 …………………….(4a)

βp=√ (1+(v/c)2)    …………………….(4b)

βc1=√ (1+(v/c)2)  …………………….(4c)

Karena kecepatan (v) P dan C1 sama, dengan memasukkan (4b) dan (4c) kedalam (4a)

maka :

∆ty2= ∆toy2 ……………(4d)

Hasil persamaan (3d) dan (4d) kita masukkan dalam persamaan (2a) akan didapat :

∆ty=∆toy1 +  ∆toy2 ………..(5a)

Dengan mensubtitusi persamaan (1a) kedalam persamaan (5a) akan didapat :

∆ty=∆toy ……….. ……….(6a)

Bagian P-C2-P :

Gambar 3 : Gerak P dan C2 searah dengan arah sebaran cahaya

Dalam kerangka inersia, ∆to total adalah saat sinar dipancarkan oleh P dan dipantulkan oleh

C2 (∆tox1) sampai sinar pantulan dari C2 diterima kembali oleh P (∆toy2). Hal ini bisa

dituliskan sebagai :

∆tox=∆tox1 +  ∆tox2 ………………  (1b)

Karena C2 dan P bergerak dengan kecepatan v, bagian ini bisa kita bayangkan sebagai 2

benda yang kejar-mengejar, C2 relatif menjauhi P dengan kecepatan v dan P relative

mendekati C2 dengan kecepatan v. ∆tx total adalah waktu tempuh sinar mulai saat

dipancarkan oleh P dan dipantulkan oleh C2 (∆tx1) sampai sinar pantulan dari C2 diterima

kembali oleh P (∆tx2). Hal ini bisa dituliskan sebagai :

∆tx=∆tx1 +  ∆tx2 ……………………(2b)

Saat sinar dari P menuju cermin C2 maka P menjadi Sumber dan C2 menjadi Pengamat.

Untuk kasus dimana pengamat C2 relatif menjauhi sumber P dan sumber P relative

mendekati pengamat C2 dengan kecepatan v dalam arah sebaran cahaya (sumbu x), kita akan

dapatkan hubungan dilasi waktu adalah sebagai berikut :

∆tx1.βc2 = βp.∆tox2 ……………………(7a)

βp= (1-(v/c))   ……………………….(7b)

βc2 = (1-(v/c))   ………………………(7c)

Karena kecepatan (v) P dan C2  sama, dengan memasukkan (7b) dan (7c) kedalam (7a)

didapat  :

∆tx1= ∆tox1 ……………………(7d)

Saat sinar dipantulkan oleh cermin C2 maka C2 menjadi Sumber dan P menjadi Pengamat.

Untuk kasus dimana sumber C2 relatif menjauhi pengamat P dan pengamat P relative

mendekati sumber C2 dengan kecepatan v dalam arah sebaran cahaya (sumbu x), kita akan

dapatkan hubungan dilasi waktu adalah sebagai berikut :

∆tx2.βp = βc2.∆tox2 ………………….(8a)

βp = (1+(v/c))   …………………….(8b)

βc2 = (1+(v/c))   …………………….(8c)

Karena kecepatan (v) P dan C2 sama, dengan memasukkan (8b) dan (8c) kedalam (8a)

maka :

∆tx2= ∆tox2 ……………(8d)

Hasil persamaan (7d) dan (8d) kita masukkan dalam persamaan (2b) akan didapat :

∆tx=∆tox1 +  ∆tox2 ………..(5b)

Dengan mensubtusi persamaan (1b) kedalam persamaan (5b) akan didapat :

∆tx=∆tox ……….. ……….(6b)

Perbandingan frekuensi P-C1-P dengan P-C2-P

Frekuensi didefinisikan sebagai jumlah gelombang dalam satu detik.Satu gelombang dihitung

sebagai titik antara puncak ke puncak atau lembah ke lembah. Karenanya f = 1/T, dimana T

adalah periode gelombang. Periode gelombang adalah waktu antara peak to peak atau waktu

antara lembah ke lembah.

Dalam kerangka inersia, To bisa didapatkan dengan mengurangi waktu kedatangan puncak

gelombang b (∆tob) dengan waktu kedatangan puncak gelombang a (∆toa), seperti ditulis

dalam persamaan berikut :

To = ∆tob – ∆toa ……………….(9a)

Dalam kerangka inersia untuk sinar P-C1-P, hubungan tersebut adalah :

To = ∆toyb – ∆toya ……………….(9b)

Dalam kerangka inersia untuk P-C2-P, hubungan tersebut adalah :

To = ∆toxb – ∆toxa ……………….(9c)

Dalam kasur P dan C1 bergerak dengan kecepatan v,  kita akan dapatkan hubungan

Ty = ∆tyb – ∆tya …………………..(10a)

Dengan mensubtitusi persamaan (6a) kedalam (10a) akan didapat :

Ty = ∆toyb – ∆toya …………………..(10b)

Dengan mensubtitusi persamaan (9b) kedalam (10b) didapatkan :

Ty = To …………………(10c)

Dalam kasus P dan C2 bergerak dengan kecepatan v, kita akan dapatkan hubungan :

Tx = ∆txb – ∆tya …………………..(11a)

Dengan mensubtitusi persamaan (6b) kedalam (11a),  akan didapatkan :

Ty = ∆toxb – ∆toxa …………………..(11b)

Dengan mensubtitusi persamaan (9c) kedalam (11b) akan didapatkan :

Tx = To ………………………..(11c)

Berdasarkan persamaan f = 1/T, maka dari hasil (10c) dan (11c) akan dapat disimpuikan

bahwa :

fx = fy = fo …………………(12)

Dimana :

fx= frekuensi yang diterima dari pantulan cermin C2

fy=frekuensi yang diterima dari pantulan cermin C1,

fo = frekuensi yang dipancarkan oleh P

Berdasarkan analisa tersebut, menjadi jelas bahwa tidak ada beda frekuensi antara sinar yang

dipantulkan oleh C1 dalam jalur P-C1-P dengan sinar yang dipantulkan oleh C2 dalam jalur

P-C2-P. Dengan analisa lebih lanjut, selama P-C1 relatif diam dan P-C2 relatif diam,  arah v

kemanapun akan menghasilkan f P-C1 sama dengan f P-c2.

Berdasarkan penjelasan dalam tulisan tersebut, Jika Michelson Morley menginginkan

mendapatkan gerak absolute bumi terhadap universe, disarankan untuk membuat

interferometer yang memungkinkan cermin C1 dan cermin C2 bergerak cukup cepat terhadap

titik pengamatan P. Dalam kasus ini akan ditemukan shifting dopler efek untuk menemukan

gerak absolute bumi terhadap universe.

DAFTAR PUSTAKA

www.scrib.com/doc/81269783/new-microsoft-word-document diakses pada 22/10/2012

http://fisikamembuathiduplebihberarti.blogspot.com/2011/10/percobaan-michelson-

morley.html diakses pada 22/10/12