Pendekatan Statistik Pada Fisika Kuantum

Pada temperatur di atas 0 K, elektron-elektron mendapat tambahan energi sehingga sejumlah elektron yang semula berada di bawah namun dekat dengan energi Fermi naik ke atas dan meninggalkan beberapa tingkat energi kosong yang semula ditempatinya. Perhitungan distribusi elektron pada temperatur di atas 0 K dilakukan dengan pendekatan statistik.

Pada 0 K, semua tingkat energi sampai dengan tingkat energi Fermi terisi penuh sedangkan tingkat energi di atas energi Fermi kosong. Suatu fungsi f(E,T), yang berlaku untuk seluruh nilai energi dan temperatur baik di bawah maupun di atas 0 K, dapat didefinisikan sedemikian rupa sehingga memberikan nilai 1 dan untuk E < EF, dan memberikan nilai 0 untuk E > EF. Artinya pada T = 0 K tingkat energi di bawah EF pasti terisi sedangkan tingkat energi di atas EF pasti kosong. Energi E dalam fungsi tersebut terkait dengan energi elektron dalam sumur potensial dan oleh karena itu prinsip ketidak-pastian Heisenberg serta prinsip eksklusi Pauli harus diperhitungkan. Pembatasan-pembatasan pada sifat elektron seperti ini tidak terdapat pada pendekatan klasik, yang memandang partikel-partikel dapat diidentifikasi, posisi dan energi partikel dapat ditentukan dengan pasti, dan tidak ada pembatasan mengenai jumlah partikel yang boleh berada pada tingkat energi tertentu. Statistik kuantum yang diaplikasikan untuk metal adalah statistik Fermi-Dirac.

Latihan Soal Usaha dan Energi

1.      Sebuah benda 4 kg dilemparkan dari permukaan tanah sampai ketinggian 10 m. Berapa energi potensial benda pada ketinggian 10 m dan berapa usaha yang diperlukan ?

2.      Suatu bola dengan massa 2 kg berada di atas meja dengan ketinggian 4 m. Bola didorong hingga kecepatan pada saat lepas dari meja 2 m/s. Tentukan besarnya energi kinetik bola saat ketinggiannya 2 m !

3.      Sebuah pesawat terbang bergerak dengan kecepatan 40 m/s pada ketinggin 100 m di atas tanah. Pesawat tersebut menjatuhkan bom, berapa kecepatan bom pada saat menyentuh tanah ?

4.      Sebuah balok bermassa 10 kg didorong dari dasar suatu bidang miring yang panjangnya 5 m dan puncak bidang miring berada 3 m dari tanah. Jika bidang miring dianggap licin, tentukan usaha untuk mendorong balok agar sampai di puncak bidang miring!

5.      Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 36 km/jam. Setelah 10 sekon, kecepatannya bertambah menjadi 72 km/jam. Jika massa mobil 15 ton, hitunglah usaha yang dilakukan mobil tersebut !

Latihan Soal Gerak Melingkar

1.        Sebuah roda berputar sebanyak 20 kali dalam waktu 10 sekon. Berapakah:

a.       Frekuensinya

b.      Periodenya

2.        Sebuah partikel berputar dengan 5 putaran tiap sekon. Jika jari-jari lintasan 3 m, berapakah kecepatan sudut & kecepatan liniernya?

3.        Dua buah roda yang seporos memiliki jari-jari 2 cm dan 4 cm. Kecepatan linier roda kecil 6 m/s. Berapakah kecepatan linier roda besar?

4.        Sebuah piringan berputar dengan kecepatan 4π rad/s. Bila jari-jari piringan 0,5 m. Tentukan percepatan sentripetal piringan tersebut!

5.        Sebuah baling-baling awalnya diam, kemudian berputar dengan kecepatan 30 rad/s dalam waktu 5 sekon. Tentukan percepatan sudut baling-baling tersebut!

6. Sebuah roda berputar sebanyak 30 kali dalam waktu 5 sekon. Berapakah:

a.       Frekuensinya

b.      Periodenya

7. Sebuah partikel berputar dengan 4 putaran tiap sekon. Jika jari-jari lintasan 2 m, berapakah kecepatan sudut & kecepatan liniernya?

8. Dua buah roda yang bersinggungan memiliki jari-jari 3 cm dan 5 cm. Kecepatan sudut roda kecil 10 rad/s. Berapakah kecepatan sudut roda besar?

9. Sebuah piringan berputar dengan kecepatan 10π rad/s. Bila jari-jari piringan 0,25 m. Tentukan percepatan sentripetal piringan tersebut!

10.  Sebuah baling-baling awalnya diam, kemudian berputar dengan kecepatan 15 rad/s dalam waktu 3 sekon. Tentukan percepatan sudut baling-baling tersebut!

 

Metode Ilmiah dan Non-Ilmiah

Metode ilmiah merupakan suatu landasan yang digunakan dalam mendapatkan pengetahuan melalui suatu penelitian ilmiah. Penelitian ini dilakukan untuk mengembangkan dan mengkaji kebenaran suatu pengetahuan. Untuk mendapatkan pengetahuan yang berlandaskan metode ilmiah ini dilakukan secara sistematis, objektif, terkontrol, dan dapat diuji kebenarannya. Dari pengertian tersebut maka orang-orang menganggap bahwa metode ilmiah merupakan metode terbaik jika kita ingin mendapatkan pengetahuan karena metode ini menggunakan pendekatan yang ilmiah.

Sedangkan metode non-ilmiah merupakan landasan yang digunakan dalam mendapatkan pengetahuan melalui penelitian tidak ilmiah. Penelitian yang berlandaskan pada metode non-ilmiah ini dilakukan dengan tidak sistematis. Artinya, tidak ada urutan prosedur-prosedur yang harus dijalankan seperti halnya pada metode ilmiah. Selain itu, metode non-ilmiah dilakukan secara subyektif yang syarat dengan nilai-nilai etis. 

Perbedaan Metode Ilmiah dan Metode Non-ilmiah

 

Aspek	Metode Ilmiah	Metode Non-ilmiah
Pendekatan masalah	Empiris	Intuitif
Konsep/teori	Jelas, operasional dan spesifik	Ambigu dengan arti yang berlebihan
Hipotesis	Dapat dibuktikan kebenarannya	Tidak dapat dibuktikan kebenarannya
Observasi gejala	Terkontrol, sistematis	Tidak terkontrol, seadanya
Alat ukur	Akurat, tepat, sesuai	Tidak akurat
Pengukuran	Valid dan reliabel	Tidak valid dan reliabel
Kontrol	Selalu dilakukan	Tidak ada
Pelaporan penelitian	Objektif	Subjektif
Sikap peneliti	Kritis, skeptis, logis	Apa adanya
Sifat penelitian	Dapat diulang	Tidak dapat diulang