Pembelajaran Modul

Salah satu pembelajaran individual dengan konsep belajar tuntas adalah pembelajaran modul. Melalui pembelajaran sistem modul, diharapkan anak didik dapat mencapai kompetensi yang telah dipelajari. Modul adalah sebuah bahan pembelajaran mengenai suatu satuan bahasan tertentu yang disusun secara sistematis, operasional dan terarah untuk digunakan oleh peserta didik, disertai dengan pedoman penggunaannya untuk para guru. Sebuah modul berisi materi, metode, batasan-batasan, dan alat evaluasi yang dirancang secara sistematis untuk mencapai kompetensi dasar tertentu.

Tujuan pengajaran modul adalah memberikan kesempatan bagi siswa untuk belajar menurut kecepatan masing-masing. Sesuai konsep pembelajaran individual, setiap siswa berbeda kemampuannya untuk menguasai materi tertentu. Mereka membutuhkan waktu yang berbeda agar bisa mencapai batas ketuntasan. Sistem modul juga memberi kesempatan bagi siswa untuk belajar menurut cara masing-masing berdasarkan latar belakang pengetahuan dan kebiasaan mereka.

Aplikasi Ilmu Fisika

Mempelajari ilmu fisika tidak hanya dengan menghafal hukum dan teori, namun akan memberikan wawasan kepada kita tentang interaksi benda-benda yang di alam. Juga menjelaskan tentang beberapa fenomena-fenomena alam yang terjadi. Walaupun fisika terbagi atas beberapa bidang, hukum fisika berlaku universal atau menyeluruh. Tinjauan suatu fenomena dari bidang fisika tertentu akan memperoleh hasil yang sama jika ditinjau dari bidang fisika lain. Selain itu konsep-konsep dasar fisika tidak saja mendukung perkembangan fisika sendiri, tetapi juga perkembangan ilmu lain dan perkembangan teknologi. Ilmu fisika menunjang riset murni maupun terapan. Ahli-ahli geologi dalam risetnya menggunakan metode-metode gravimetri, akustik, listrik, dan mekanika. Peralatan modern di rumah sakit-rumah sakit menerapkan ilmu fisika. Ahli-ahli astronomi memerlukan optik spektografi dan teknik radio. Demikian juga ahli-ahli meteorologi (ilmu cuaca), oseanologi (ilmu kelautan), dan seismologi memerlukan ilmu fisika.

Sebagai contoh yang sangat dekat dengan kita adalah seorang mekanik dalam beberapa bengkel motor sangat terampil menggunakan jangka sorong dalam mengukur alat-alat motor. Itu merupakan bukti bahwa ilmu fisika digunakan di mana-mana.

Aplikasi lain ilmu fisika dapat dimanfaatkan dalam berbagai sendi kehidupan, seperti berbangsa dan bernegara. Dengan membuat tatanan yang benar sesuai model fisika, kehidupan menuju kualitas lebih baik dapat diciptakan. Itulah yang mengantarkan Dr Budi Santoso meraih gelar guru besar dalam bidang ilmu fisika reaktor di Universitas Nasional (Unas). Pengukuhan berlangsung di Kampus Unas Jakarta, Selasa (30/9) (http://www.fisikanet.lipi.go.id).

Menurut Budi Santoso, interaksi kehidupan antarmanusia menumbuhkan kehidupan bermasyarakat, berbangsa dan bernegara. Pada interaksi dan kelakuan secara individu dapat dianalogikan seperti halnya kelakuan sebuah elektron. "Cukup sulit diprediksi dan dimodelkan, tetapi secara kolektif terdapat aturan yang membatasi dan tidak dapat dilampaui, sehingga untuk dapat memahami bagaimana kecenderungan kehidupan bermasyarakat, berbangsa dan bernegara, diperkirakan dapat diteliti melalui pengembangan model pada berbagai aspek kehidupan sosial, masyarakat, bangsa dan negara," katanya. 

Pengaturan Alam Semesta

Coba Anda perhatikan langit pada malam yang cerah. Menakjubkan bukan? Percayakah Anda jika alam semesta memiliki keteraturan? Alam semesta merupakan sebuah sistem maha besar, manusia baru mampu membuka sedikit tabir rahasianya.

Sejak zaman dahulu manusia selalu mencoba membuka tabir alam semesta, baik secara mistis maupun rasional. Sebagai calon pemikir yang rasional, Anda tentu memahami keteraturan sistem ini tidak muncul secara kebetulan, melainkan ada faktor-faktor penyebabnya. Pada gambar di bawah ini merupakan susunan kelompok planet dari sistem tata surya.

Jauh sebelum Newton mempelajari tentang fenomena alam semesta, Keppler telah lebih dahulu menyelidiki gerak planet dalam tata surya. Sebagai seorang ahli matematika, dia condong mempelajari hal ini dalam cakupan matematik dimana gejala-gejala keteraturan dideteksi dari lintasan dan periodenya. Kepler menemukan bahwa planet bergerak dengan kelajuan tidak konstan tetapi bergerak lebih cepat ketika dekat dengan matahari dibanding saat jauh dengan matahari. Dengan menggunakan hubungan matematika yang tepat antara periode planet dan jarak rata-rata dari matahari, ia berhasil memberikan kesimpulan dalam hukum-hukum tentang gerak planet yang kemudian dikenal dengan hukum Kepler.

Kita tidak usah berpikir bagaimana Newton dan Keppler bisa memikirkan fenomena alam tersebut. Sebagai orang yang beragama, yang kita pikirkan adalah bagaimana benda-benda tersebut bisa bergerak dengan teratur tanpa ada yang saling bertabrakan. Keteraturan ini merupakan pengaturan yang maha sempurna dari Pencipta yang maha Agung.

Manusia baru bisa mempelajari salah satu fenomena alam sudah merasa mempunyai ilmu yang tinggi merupakan suatu kesombongan. Ilmu manusia tidaklah mampu menjawab semua rahasia fenomena alam.

Pengalaman Hidup Orang Terdahulu

Diriwayatkan dari Syaqiq Al-Bajaly rahimahullah, bahwa beliau bertanya kepada muridnya Hatim, engkau telah menemaniku dalam kurung waktu (yang lama). Lalu apakah yang engkau telah pelajari dari ku?

Hatim rahimahullah menjawab: Saya telah mempelajari delapan perkara :

Pertama : Saya melihat kepada makhluk, ternyata setiap orang memiliki kecintaan. Namun jika ia telah mencapai kuburnya maka kecintaannya akan berpisah dari nya. Maka saya pun menjadikan (amalan-amalan) kebaikanku sebagai kecintaanku agar ia senantiasa bersamaku di alam kubur.

Kedua : Saya melihat kepada Firman ALLAH (Dan orang-orang yang) menahan diri dari keinginan hawa nafsunya, maka saya pun bersungguh-sungguh menolak hawa nafsu dari diriku sehingga senantiasa tetap di atas ketaatan kepada ALLAH.

Ketiga : Saya melihat setiap orang yang memiliki sesuatu yang berharga bagi nya, pasti ia akan senantiasa menjaganya. Kemudian saya memperhatikan Firman (ALLAH) Apa yang di sisimu akan sirna, dan apa yang ada di sisi ALLAH adalah kekal. [An-Nahl :96], maka setiap kali saya memiliki sesuatu yang berharga, pasti saya hadapkan kepada-NYA agar ia kekal untukku di sisi-NYA.

Keempat : Saya melihat manusia kembali kepada harta, kedudukan dan kehormatan, sedangkan itu tidak (berarti) sedikit pun. Kemudian saya mencermati Firman (ALLAH) Sesungguhnya orang yang paling mulia di antara kalian di sisi Allah ialah orang yang paling bertakwa di antara kalian. [Al-Hujarat :13] maka saya pun beramal dengan ketakwaan agar saya menjadi mulia di sisi-NYA.

Kelima : Saya melihat manusia saling mendengki (hasad). Lalu saya memperhatikan Firman (ALLAH) Kami telah menentukan antara mereka penghidupan mereka.[Az-Zukhruf :32], maka saya pun meninggalkan hasad.

Keenam : Saya melihat manusia saling bermusuhan. Kemudian saya mencermati Firman (ALLAH) Sesungguhnya syaithân itu adalah musuh bagi kalian, maka anggaplah ia sebagai musuh. [Fathir :6], maka saya pun meninggalkan permusuhan mereka dan saya jadikan syaithân sebagai musuh satu-satunya.

Ketujuh : Saya melihat mereka menghinakan diri-diri mereka dalam mencari rezki. Lalu saya mencermati Firman (ALLAH) Dan tidak ada suatu binatang melata pun di bumi melainkan ALLAH-lah yang memberi rezkinya. [Hûd :6], maka saya pun menyibukkan diriku dengan apa-apa yang merupakan hak ALLAH terhadapku dan saya tinggalkan apa yang untukku di sisi-NYA.

Kedelapan : Saya melihat mereka bergantung (tawakkal) pada pergangan, usaha dan kesehatan badan, maka saya pun bertawakkal hanya kepada ALLAH.

Pemuaian

Sebagian besar zat akan memuai bila dipanaskan dan menyusut ketika didinginkan. Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian.
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut. Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Besarnya pemuaian zat sangat tergantung ukuran benda semula, kenaikan suhu dan jenis zat. Efek pemuaian zat sangat bermanfaat dalam pengembangan berbagai teknologi.

A. Pemuaian Zat Padat

Coba kamu amati bingkai kaca jendela di ruang kelasmu! Adakah bingkai jendela yang melengkung? Tahukah kamu apa sebabnya? Bingkai jendela tersebut melengkung tidak lain karena mengalami pemuaian. Pemuaian yang terjadi pada benda, sebenarnya terjadi pada seluruh bagian benda tersebut. Namun demikian, untuk mempermudah pemahaman maka pemuaian dibedakan tiga macam, yaitu pemuaian panjang, pemuaian luas, dan pemuaian volume.

1. Pemuaian Panjang

Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari? Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar matahari.

Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

2. Pemuaian Luas

Pemuaian luas terjadi jika benda padat yang memuai berbentuk kepingan persegi (plat). Berbeda dengan pemuaian panjang yang hanya memperhitungkan muai panjang, pada pemuaian luas muai lebar juga ikut diperhitungkan. Koefisien muai luas adalah dua kali koefisien muai panjang

Pemuaian luas dapat kita amati pada jendela kaca rumah. Pada saat udara dingin kaca menyusut karena koefisien muai kaca lebih besar daripada koefisien muai kayu. Jika suhu memanas maka kaca akan memuai lebih besar daripada kayu kusen sehingga kaca akan terlihat terpasang dengan sangat rapat pada kusen kayu.

3. Pemuaian Volume

Jika zat padat yang dipanaskan berbentuk bangun ruang, seperti bola, kubus, atau balok, maka bangun ruang tersebut mengalami pemuaian yang disebut muai volume. Pada muai volume, pemuaiannya dianggap ke semua arah. Untuk menentukan pemuaian volume zat padat, koefisien muainya adalah tiga kali koefisien muai panjang

B. Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.
Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0oC sampai 4oC volumenya tidak bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4oC air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut:

Pada suhu 4oC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0oC – 4oC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4oC ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.

C. Pemuaian Zat Gas

Mungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.

Teori Elektromagnetik

Teori gelombang skalar telah diaplikasikan pada perambatan cahaya sebelum teori elektromagnet berkembang. Diasumsikan bahwa gelombang cahaya adalah sebuah garis bujur yang analogi dengan gelombang suara, sebagai contoh yaitu perpindahan gelombang pada satu arah rambatan.
Asumsi selanjutnya, bahwa perambatan melalui beberapa tipe medium, para ilmuan pada saat itu lebih tertuju pada semua masalah mengenai pandangan mekanistik. Masalah lain yang timbul adalah masalah dalam menginterpretasikan efek polarisasi dalam percobaan interferensi. Pada saat itu, ilmuan muda telah dapat menyelesaikan kesulitan tersebut dengan cara memandang bahwa gelombang dapat berpindah sebagaimana gelombang dapat bergetar. Menggunakan ide ini, Fresnel mengembangkan deskripsi mekanistik pada cahaya yang dapat menjelaskan unsur/kwantitas refleksi dan pemancaran cahaya dari permukaan antara dua media. Aktivitas yang dilakukan sendiri ini, menjadikan teori elektromagnetik dalam tahap perkembangan.
Michael Faraday (1791–1867) telah melakukan penelitian pada tahun 1845 bahwa medan magnetik dapat memutar pesawat polarisasi gelombang cahaya melalui daerah yang telah dimagnetkan (dijadikan magnet). Penelitian ini membimbing Faraday untuk menggabungkan cahaya dengan radiasi elektromagnetik, tapi dia tidak mampu untuk mengkuantitasikan penggabungan ini. Faraday berusaha mengembangkan teori elektromagnetik dengan menganggap medan sebagai garis yang menunjukkan kekuatan arah dimana medan tersebut dapat menahan sebuah ganguan (serangan/terjangan). Pada garis-garis tersebut telah di berikan sebuah interpretasi magnetik dengan sebuah tensi di setiap garisnya dan sebuah tekanan normal pada garisnya.
James Clerk Maxwell (1831–1879) fisikawan Skotlandia melengkapi karya Faraday dengan struktur matematika dalam sebuah karya tulis pada tahun 1864 dan diterbitkan setahun kemudian. Karya tulis ini, Maxwell mengidentifikasikan cahaya sebagai “sebuah gangguan elektromagnetik dalam penjalaran gelombang melalui medan elektromagnetik menurut hukum elektromagnetik” dan mendemonstrasikan kecepatan penjalaran cahaya yang ditunjukkan dengan alat-alat elektromagnetik.
Maxwell bukan orang yang pertama yang meneliti kecepatan cahaya dengan alat-alat elektromagnetik. Kirchoff telah melakukan penelitian pada tahun 1857 bahwa kecepatan cahaya dapat diperoleh dari alat-alat elektromagnetik. Riemann pada tahun 1858 menganggap bahwa kekuatan elektromagnetik berarah pada batas kecepatan/velositas dan penurunan sebuah arah kecepatan tersebut di berikan melalui medium alat-alat elektromagnetik. Namun bagaimanapun, Maxwell lah yang telah mempertunjukkan bahwa medan listrik dan magnetik (listrik dan magnet) adalah gelombang yang dapat berjalan dengan kecepatan cahaya. Hal tersebut tidak berhenti hanya sampai pada tahun 1887, namun sebuah eksperimen gelombang elektromagnetik selain dari cahaya yang dilakukan oleh Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1854).
Teori klasik elektromagnetik telah berhasil dalam menjelaskan semua observasi eksperimen. Bagaimanapun, eksperimen tersebut tidak mampu dijelaskan melalui teori klasik gelombang. Kesemuanya dilakukan pada panjang gelombang yang pendek atau level cahaya yang rendah. Kuantum elektrodinamik mampu memprediksi semua hasil eksperimen optik, defenisi ini tidak menjelaskan mengapa atau bagaimana?. Pengantar dasar terbaik pada kuantum elektrodinamik telah ditulis oleh Richard Feynman.
Dalam makalah ini, kita akan memakai teori elektromagnetik Maxwell mengenai persamaan dan teori Poynting untuk menjelaskan alat-alat gelombang cahaya. Keaslian detail dari hubungan fundamental elektromagnetik ini, tidak dibutuhkan dalam pembelajaran kita mengenai cahaya, tapi dapat di peroleh dengan menghubungkan beberapa teks energi listrik dan magnet.
Alat-alat dasar tersebut yang akan kita jelaskan adalah (1) Gelombang dalam kehidupan sehari-hari, (2) kenyataan bahwa cahaya adalah sebuah perambatan gelombang, (3) kecepatan cahaya dalam hubungannya dengan alat-alat elektromagnetik fundamental, (4) hubungan antara ukuran besarnya energi listrik dan medan magnet dan hubungan antara kedua medan tersebut, dan akhirnya, (5) Momentum dan energi yang berhubungan dengan sebuah gelombang cahaya. Pembahasan kali ini akan menyimpulkan penjelasan perambatan cahaya yang mengalir pada sebuah media.