Latar Belakang

Fisika adalah salah satu cabang ilmu pengetahuan alam yang dinamis, artinya selalu mengalami perubahan dan perbaikan sejalan dengan tingkat perkembangan pemikiran dan pengetahuan manusia. Lahirnya ilmu fisika dimulai dari sejak manusia mulai mengamati, mencermati, dan menganalisis serangkaian gejala alam beserta interaksinya yang dapat mereka tangkap melalui panca indera. Hasil pemikiran mereka kemudian mereka tuangkan dalam sebuah pernyataan atau apapun yang dapat dimengerti manusia setelah mereka sebagai sebuah prinsip, kaidah atau hukum dalam memahami interaksi gejala alam yang sama.

Sebagai sebuah ilmu alam, maka fisika dibangun atas landasan pemikiran ilmiah dan empiris dalam rangka memperoleh suatu prinsip dan kaidah pokok atas setiap gejala alam yang dipelajari. Di masa lalu, ketika manusia masih dalam dipenuhi keterbatasan peralatan dan pengetahuan, mereka menggunakan panca indera dan mengerahkan seluruh kemampuan akal mereka untuk mengenali sifat-sifat alam ini melalui interaksi antara gejala alam yang sering mereka jumpai. Hasil pemikiran mereka pun akhirnya hanya sebatas pernyataan hipotetik dan cenderung filosofis karena memang bukan berasal dari pengujian secara empirik. Maka tidak mengherankan ketika di kemudian hari banyak dari pemikiran mereka tergantikan oleh teori-teori baru yang lebih empirik.

Berbeda dengan masa lalu, di era modern ini fisika telah dibangun dengan observasi eksperimental dan pengukuran kuantitatif yang sangat teliti. Serway  menuliskan,

Physics is based on experimental observations and quantitative measurements. The main objective of physics is to find the limited number of fundamental laws that govern natural phenomena and to use them to develop theories that can predict the results of future experiments. The fundamental laws used in developing theories are expressed in the language of mathematics, the tool that provides a bridge between theory and experiment.

Fisika dibangun berdasarkan observasi eksperimental dan pengukuran kuantitatif. Tujuan utama dari ilmu fisika adalah untuk menemukan batasan hukum-hukum fundamental yang menjelaskan gejala alam dan untuk digunakan dalam membangun teori-teori yang dapat memprediksi hasil-hasil eksperimen di masa mendatang. Hukum-hukum fundamental digunakan sebagai pembangun teori yang dinyatakan dalam bahasa matematika, sebagai jembatan penghubung antara teori dan eksperimen.

Namun ada satu hal yang sangat penting untuk kita ketahui, bahwa buah pemikiran para filsuf dan ilmuwan di masa pertama adalah pondasi dari terlahirnya ilmu fisika. Terlepas dari benar atau tidaknya konsep yang mereka ajukan di masa itu, yang pasti telah mengundang perhatian sekaligus menjadikan inspirasi bagi orang-orang setelahnya untuk meneliti dan membuktikan setiap pernyataan mereka dengan menggunakan metode dan peralatan terbaru yang ada. Maka dari itu, akan sangat rugi ketika seorang yang belajar fisika melalaikan bagian ini sebagai salah satu pokok untuk membangun pemahaman fisika secara baik dan benar. Sejarah perkembangan fisika merupakan suatu kebutuhan bagi para pelajar yang menekuni fisika agar mereka mengerti secara mendalam tentang konsep-konsep fisika yang mereka geluti saat ini.

Dalam tulisan ini, penulis mencoba mengungkap sejarah lahirnya hukum-hukum Newton. Hukum-hukum Newton merupakan hukum fundamental fisika tentang gerak yang turut membangun konsep mekanika klasik. Sebagai hukum yang fundamental, ternyata proses lahirnya hukum-hukum Newton ini sudah dimulai sejak zaman Yunani kuno di masa Aristoteles masih hidup. Maka alangkah indahnya, ketika sejarah yang panjang ini dapat diungkap dan disampaikan secara komprehensif di hadapan para pelajar.

Dewasa ini, kebanyakan pelajar di Indonesia lebih cenderung menggunakan hukum-hukum Newton sebagai instant junkfood yang siap pakai dalam berbagai permasalahan fisika teoretik. Akibatnya keindahan dan kearifan yang terkandung dalam kosep mekanika klasik tidak pernah menyentuh perasaan mereka. Maka tak mengherankan ketika mekanika dan fisika secara keseluruhan sering dikatakan sebagai pelajaran yang banyak rumusnya, sulit dan sangat membosankan.

Maka dari itu, sejarah lahirnya hukum-hukum Newton menjadi satu hal yang sangat penting untuk dipelajari. Selain dapat mengerti sejarahnya, siapa pun yang menekuni bahasan ini akan dapat menjadi orang yang benar-benar mengerti kerangka dasar mekanika klasik. Karena sesungguhnya tidak ada ilmu fisika yang turun dari langit sekaligus dalam bentuk konsep yang siap pakai seperti saat ini. Dan inilah proses yang terbaik untuk mengerti akan semua hal itu.

Pembahasan

Mekanika merupakan cabang ilmu fisika tertua yang berhubungan dengan materi (benda), yaitu ilmu yang mempelajari gerak benda, baik benda yang diam (statika) maupun benda yang bergerak (kinematika dan dinamika).  Kinematika merupakan ilmu fisika yang mempelajari gerak suatu benda tanpa memperhatikan penyebab gerak benda tersebut, sedangkam dinamika merupakan ilmu fisika yang mempelajari gerak suatu benda dengan memperhatikan atau memperhitungkan penyebab gerak benda tersebut.  Masalah mekanika merupakan hal yang cukup penting dalam perkembangan ilmu fisika untuk kita pelajari karena masalah mekanika sangat erat kaitannya dengan peristiwa yang tejadi dalam kehidupan kita sehari-hari. Sebagaimana kita ketahui bahwa fisika merupakan ilmu yang mempelajari gejala alam yang dapat diamati dan diukur, dan kasus mekanika merupakan salah satu gejala alam yang dapat diamati dan diukur[1].Mekanika merupakan merupakan salah satu perihal mendasar dalam fisika yang menjadi perhatian sejak lama oleh para ilmuwan. Pengamatan dan pemikiran tentang gejala alam yang berkaitan dengan gerak sudah menjadi perhatian manusia sejak peradaban manusia ini ada. Pengamatan yang mendalam tentang gerak benda yang merupakan inti dari mekanika itu sendiri sudah dimulai pada zaman Yunani kuno, yaitu oleh Aristoteles. Pada bahasan berikutnya, akan dipaparkan mengenai pengamatan-pengamatan gejala alam yang mendasari lahirnya hukum Newton berikut para ilmuwannya dan konsep yang mereka ajuka dari zaman Aristoteles sampai dengan Sir Isaac Newton.“Dinamika” versi Aristoteles

Sebagai seorang filsuf, Aristoteles (384–322 SM) memiliki keyakinan tentang elemen dasar penyusun kehidupan yaitu air, tanah (bumi), udara, api[2] dan eter[3]. Berdasarkan sifat-sifat elemen dasar tersebut, maka Aristoteles menyifati berbagai benda dan substansi gejala alam menurut kedekatan sifat-sifatnya terhadap sifat keempat elemen tersebut. Misalnya sebuah asap yang keluar dari bumi selalu berterbangan di udara karena ia memiliki sifat dominan sebagai udara dan sedikit sifat api[4]. Demikian halnya ketika dia melihat fenomena benda yang bergerak atau benda yang jatuh dari atas ke tanah, maka dia menyifati gejala alam tersebut dengan cara yang sama seperti yang telah diungkapkan sebelumnya. Aristoteles meyakini bahwa sebuah batu yang jatuh ke tanah karena batu memiliki kedekatan sifat sebagai tanah (bumi)[5]. Dengan kata lain, setiap benda-benda yang ada di alam semesta ini akan bergerak ke tempat alamiahnya.

Secara lebih ilmiah, konsep ini menjelaskan bahwa gerak sentripetal dan gerak jatuh bebas merupakan gerak alamiah dari sifat air dan tanah (bumi). Sedangkan gerak sentrifugal dan loncatan ke atas merupakan gerak alamiah dari sifat api dan udara. Sedangkan gerak sirkuler (melingkar) merupakan gerak alamiah dari sifat eter[6]. Doktrin ini dikenal dengan gerak alamiah.

Aristoteles berpendapat bahwa benda yang bergerak ke bawah dipercepat besarnya selalu proporsional dengan berat benda tersebut[7]. Artinya benda yang berat akan bergerak lebih dahulu sampai ke tanah jika dibandingkan dengan benda yang lebih ringan. Ia juga mempercayai adanya konsep bahwa benda hanya akan bergerak, apa pun itu bentuknya jika selalu diberi gaya. Maka dia menjelaskan bahwa benda jatuh bebas dapat berhenti bergerak saat sudah menyentuh tanah karena gaya yang menggerakkannya menghilang. Doktrin ini dikenal dengan gerak paksa. Gerak paksa disebabkan oleh gaya luar yang dikenakan dan boleh ke sembarang arah. Gerak tersebut akan berhenti segera setelah gaya dihilangkan[8]. Ketika  menjelaskan pergerakan benda-benda langit, dia menjelaskan bahwa pergerakan benda-benda langit sangat sempura terus menerus karena gaya (kekuatan) yang diberikan oleh Sang Pencipta yang berada di luar langit[9].

Dalam penjelasan matematis, konsep gerak yang diajukan oleh Aristoteles dapat didefinisikan bahwa kecepatan benda yang bergerak memenuhi persamaan F/R = konstanta x V, di mana F adalah gaya yang mendorong benda, R adalah gesekan yang terjadi pada benda[10]. Konsep ini sama sekali tidak menyentuh inersia suatu benda seperti yang telah kita kenal sekarang.

Salah satu kekurangan dinamika Aristoteles adalah bahwa kecepatan sebuah benda akan menjadi tak hingga jika tak ada resistansi terhadap geraknya. Sangat sukar sekali bagi para penganut aliran Aristoteles (Aristotelian) untuk membayangkan gerak tanpa resistansi. Memang, kenyataan bahwa gerak seperti itu akan menjadi cepat secara tak terhingga jika tak ada gesekan dengannya seperti seperti benda yang bergerak di ruang kosong. Teori Aristoteles bahwa gerak paksa membutuhkan suatu gaya yang bekerja secara kontinyu ternyata bisa disangkal dengan memandang gerak proyektil. Aristoteles mencontohkan pada sebuah anak panah yang ditembakkan dari sebuah busur akan tetap bergerak untuk beberapa jarak meskipun jelas-jelas tidak selamanya didorong. busur entah bagaimana memberi suatu “daya gerak” kepada udara, yang kemudian mempertahankan anak panah tetap bergerak[11].

Namun demikian, pendapat Aristoteles ini dapat bertahan cukup lama bersama dengan konsep Geosentrisnya. Bahkan konsep Geosentrisnya disempurnakan oleh Claudias Ptolemeus dan diakui oleh manusia selama berabad-abad sampai akhirnya direvolusi oleh Nicolaus Copernicus.

“Revolusi” Copernicus

Teori Geosentris telah dianut manusia berabad-abad lamanya meski sebenarnya pada masa Yunani kuno sudah ada ilmuwan yang menyangkal teori Geosentris yaitu Aristarchus (320–250 SM)[12]. Namun demikian, sanggahan Aristarchus seperti angin lalu saja dan teori tersebut tetap bertahan hingga 17 abad lamanya. Hingga akhirnya Nicolaus Copernicus (1473–1543) menemukan adanya kejanggalan dalam perhitungan astronomisnya secara matematis. Kejanggalan yang muncul sebenarnya sederhana yaitu posisi bumi yang menjadi pusat alam semesta membuatnya pusing untuk merumuskan gerak retrogade benda langit, salah satunya adalah Venus. Maka pada tahun 1533[13] dia mengusulkan teori Heliosentris, yaitu matahari sebagai pusat dari sistem pergerakan benda-benda langit dalam bukunya De Revolutionibus Orbium Coelestium (Tentang Revolusi Bulatan Benda-benda Langit)[14]. Teori ini menjelaskan bahwa semua benda-benda langit bergerak mengelilingi matahari dalam lintasan-lintasan yang berupa lingkaran dengan matahari sebagai pusatnya. Tentu saja kehadiran teori ini adalah hal baru dan bertolak belakang dengan mindset sebagian besar manusia yang sudah tertanam sejak ribuan tahun lamanya. Bahkan teori baru ini bertentangan dengan ketetapan Gereja Katolik yang menyatakan bahwa bumi adalah pusat dari alam semesta[15].

Adanya perubahan pusat alam semesta ini memberi konsekuensi terhadap berbagai teori yang berhubungan dengan hal tersebut salah satunya tentang gerakan benda-benda di alam semesta. Namun demikian, belum ada jawaban yang memuaskan terhadap permasalahan gerak yang ada karena teori yang diajukan Copernicus masih sebatas asumsi matematis dan belum terbukti secara empirik.

Seperti para pendahulunya, Copernicus membuat perhitungan yang serampangan mengenai skala peredaran planet mengelilingi matahari. Juga, dia membuat kekeliruan besar karena dia yakin betul bahwa orbit mengandung lingkaran-lingkaran. Jadi, bukan saja teori ini membingungkan secara matematik, tapi juga tidak benar secara ilmiah. Meski begitu, bukunya lekas mendapat perhatian besar. Para astronom lain pun tergugah, terutama astronom berkebangsaan Denmark, Tycho Brahe, yang melakukan pengamatan lebih teliti dan tepat terhadap gerakan-gerakan planet. Dari data-data hasil pengamatan inilah yang membuat Johannes Kepler akhirnya mampu merumuskan hukum-hukum gerak planet yang tepat[16].

Akhirnya Galileo pun juga mampu mendapatkan bukti-bukti atas pernyataan Copernicus dan menampilkan konsep-konsep baru sebagai konsekuensi atas revolusi yang diperjuangkan oleh Copernicus. Bukti dan konsep-konsep yang diajukan olehnya terkait dengan gerak benda kemudian dijadikan sebagai salah satu dasar pembangun mekanika klasik[17].

Konsep dan Penemuan “Gila” Galileo

Setelah teori tentang Heliosentris ramai menjadi perdebatan dan pertentangan, Galileo Galilei (1564-1642) dengan teleskopnya berusaha membuktikan kebenaran teori Copernicus dan inkonsistensi teori Geosentris-nya Aristoteles dan Ptolomeus. Ternyata hasilnya cukup menggembirakan sekaligus mencengangkan. Temuannya antara lain, 1) Planet berbentuk piringan, bukan titik cahaya seperti yang dinyatakan oleh Aristoteles; 2) Adanya awan besar yang dikenal dengan Milky Way, sesuatu yang tidak teramati sejak zaman Aristoteles; 3) Adanya cincin pada planet Saturnus; dan 4) Permukaan bulan ternyata tidak mulus sebagaimana yang terlihat di bumi, tetapi ada kawah, lembah dan bukit-bukitnya[18].

Di samping menemukan bukti kebenaran teori Copernicus, dia  juga mencoba meneliti kembali kebenaran konsep yang diajukan Aristoteles tentang gerak benda. Dia mencoba berkali-kali menjatuhkan dua benda dengan ukuran dan berat yang berbeda pada ketinggian yang sama dari puncak menara Pisa atau yang saat itu dikenal dengan Learning Tower. Hasilnya selalu sama, yaitu benda jatuh ke tanah pada waktu yang bersamaan. Dengan adanya bukti ini, dia mendapatkan kesimpulan secara prinsip bahwa percepatan gerak benda yang jatuh bebas tidak dipengaruhi oleh ukuran dan berat benda[19]. Hal ini bertentangan dengan konsep yang pernah diajukan Aristoteles bahwa percepatan benda yang jatuh bebas tergantung pada berat benda itu sendiri.

Cara semacam ini, merupakan metode yang sangat ilmiah dalam proses penelitian di masa itu. Dia berhasil membuat sebuah formula matematika dari data-data yang ia peroleh selama percobaan tersebut. Dia menemukan adanya keseragaman percepatan dari kedua benda tersebut[20].

Kontribusi Galileo selanjutnya adalah 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[21]. Meskipun penjelasan di atas belum dapat mendefinisikan secara tepat tentang konsep inersia pada suatu benda, namun keterangan Galileo ini merupakan prinsip mendasar sebelum akhirnya diringkas oleh Descartes dan akhirnya diproklamasikan oleh Newton sebagai Hukum Newton I.

Penemuan Galileo lainnya adalah analisisnya pada masalah gerak peluru. Dia juga memperlihatkan bagaimana komponen-komponen horisontal dan vertikal dari gerak peluru bergabung menghasilkan lintasan parabolik. Di samping itu, dia 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[22]. Konsep yang terakhir ini mendasari lahirnya Hukum Newton II.

“Hukum Alam” Descartes

Sebagai ilmuwan yang terlahir di masa Renaisans Eropa, Rene Descartes (1596–1650) merupakan orang yang beruntung karena sudah banyak ilmu pengetahuan yang telah dirumuskan dan dibukukan. Selain itu, dia berasal dari keluarga yang sangat berkecukupan dan memperhatikan pendidikannya, maka tak mengherankan jika dengan kegigihannya yang luar biasa dia dapat berada di jajaran ilmuwan besar pada masa Renaisans Eropa, tepatnya pada masa awal perkembangan Sains.

Meskipun dia lebih berkontribusi besar pada matematika, namun konsep sederhananya tentang gerak benda harus diakui sebagai kontribusi yang besar dalam pembangunan fisika klasik. Dengan ketajaman analisis matematikanya, maka dia membuat penelitian tentang gerak benda dengan menghasilkan beberapa pernyataan penting berikut:

  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[23].

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 di mana sebuah benda dapat bergerak[24]. Secara tidak langsung, hukum di atas menjadi dasar bagi lahirnya hukum III Newton.

Dalam referensi yang lain, Descartes mengemukakan hukum-hukum alam yang berkaitan dengan gerak benda dalam bukunya “Principia Philosophiae” yang diterbitkan tahun 1664, yaitu

  1. Setiap benda sejauh dengan kekuatannya sendiri akan selalu berada pada kedudukannya. Jika ia bergerak maka ia akan terus bergerak.
  2. Setiap gerak yang disebabkan oleh keadannya sendiri akan cenderung pada lintasan yang lurus[25].

Kedua hukum di atas merupakan dasar yang nyata bagi terbentuknya Hukum Newton I. Dengan demikian, sudah cukup bagi Newton yang saat itu baru dilahirkan untuk kemudian belajar dan mendalami konsep-konsep yang telah diajukan dan diperdebatkan oleh para ilmuwan sejak zaman dahulu. Dan akhirnya kita semua akan mendapatkan kata-kata emas Newton terkait gerak yang tertuang dalam tiga hukum dasar yang sederhana namun sangat panjang penjabarannya.

Proklamasi “Hukum-Hukum” Newton

Sebagai ilmuwan yang hidup di zaman yang paling maju di antara ilmuwan-lmuwan yang telah disebutkan sebelumnya, Sir Isaac Newton (1642– 1727) merupakan orang yang paling beruntung. Sebagai seorang pemuda Inggris, dia dapat mengenyam pendidikan di Universitas Cambridge. Hingga akhirnya dia dapat menjadi ilmuwan besar yang namanya termasyur sampai sekarang.

Karya besar Newton adalah dalam bidang kalkulus, teori gravitasi dan komposisi cahaya. Di antara ketiga hal tersebut, teori gravitasilah yang merupakan penemuan terpenting karena di dalamnya terdapat konsep mekanika klasik yang boleh jadi merupakan kesimpulan terakhir dari konsep-konsep gerak yang telah diajukan dan diperdebatkan oleh ilmuwan yang pernah hidup di masa-masa sebelumnya.

Newton berhasil merumuskan tiga hukum yang fundamental tentang gerak dalam bukunya Philosophae Naturalis Principia Mathematica (1686)[26] sebagai berikut:

  1. Hukum I Newton

Hukum pertamany adalah hukum inersia yang berasal dari percobaan Galileo, Galileo merupakan penemu pertama hukum yang melukiskan gerak sesuatu obyek apabila tidak dipengaruhi oleh kekuatan luar. Hukum ini kemudian diperkuat oleh pernyataan Descartes bahwa benda dengan kekuatannya sendiri akan cenderung pada kedudukannya dan bergerak dalam lintasan yang lurus[27]. Dalam bahasa ilmiah sekarang, Serway menyatakan hukum tersebut

In the absence of external forces, when viewed from an inertial reference frame, an object at rest remains at rest and an object in motion continues in motion with aconstant velocity (that is, with a constant speed in a straight line)[28].

Ketiadaan gaya luar jika dipandang dari sebuah kerangka acuan inersial dari sebuah benda yang diam, maka dia akan tetap diam atau sebuah benda yang bergerak, maka dia akan tetap bergerak dengan kecepatan konstan (yaitu dengan sebuah kelajuan konstan pada garis lurus).

Dalam notasi matematika kemudian sering dituliskan jika Sigma F = 0 maka a=0 (benda tidak mengalami percepatan). Yang perlu menjadi perhatian di sini adalah Sigma F = 0 tidak menunjuk pada resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol, tapi pada sifat fisis yang ada bahwa tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut[29].

  1. Hukum II Newton

Pada kenyataannya semua obyek yang kita lihat dipengaruhi oleh kekuatan luar. Persoalan yang paling penting dalam hal ini adalah bagaimana obyek bergerak dalam keadaan itu.

Masalah ini dipecahkan oleh Newton dan hukum tentang ini dapat dianggap sebagai hukum fisika klasik yang paling utama. Hukum kedua menetapkan bahwa percepatan obyek adalah sama dengan gaya netto dibagi massa benda. Hukum kedua Newton memiliki bentuk sama seperti hukum dinamika Aristoteles, vk =F/R, dengan dua perbedaan penting. Yang satu adalah bahwa gaya menghasilkan percepatan dari pada kecepatan, sehingga dalam ketidakhadiran 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[30].

Dalam bahasa ilmiah sekarang, hukum yang dikemukakan Newton diatas dituliskan oleh Serway “when viewed from an inertial reference frame, the acceleration of an object is directly proportional to the net force acting on it and inversely proportional to its mass[31]. (ketika dipandang dari sebuah kerangka acuan diam, percepatan sebuah benda berbanding lurus terhadap gaya yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massa benda tersebut). Atau dalam notasi matematika di tuliskan  .

  1. Hukum II Newton

Terhadap kedua hukum itu Newton menambah hukum ketiganya yang masyhur tentang gerak. Dia menegaskan bahwa pada tiap aksi, misalnya kekuatan fisik, terdapat reaksi yang sama dengan yang bertentangan[32]. Dalam notasi matematika dituliskan , artinya gaya yang dikerjakan oleh benda 1 terhadap benda 2 besarnya sama dengan gaya yang dikerjakan oleh benda 2 terhadap benda 1 dengan arah yang berlawanan. Aplikasi hukum ini di kemudian hari adalah untuk pembuatan roket dan pesawat bermesin jet.

Selain ketiga hukum fundamental tersebut, berikut ada bebarapa karya Newton yang penting berkaitan tentang gerak benda. Dia membuat definisi berbeda antara massa dan berat. Massa adalah sifat intrinsik suatu benda yang menentukan tingkat resistansinya terhadap percepatan, sedangkan  berat adalah sesungguhnya suatu gaya, yaitu gaya berat yang bekerja pada sebuah benda. Jadi berat W sebuah benda adalah , di mana  adalah percepatan yang disebabkan 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[33]. 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.

Selanjutnya Newton dapat merumuskan “Hukum Gravitasi”, sebuah hukum yang diakui kebagusannya oleh para ilmuwan sehingga mendudukkannya pada jajaran ilmuwan nomor wahid di dunia. Pada penemuan ini, Newton menggunakan dengan baik penemuan penting sebelumnya tentang pergerakan angkasa yang dibuat oleh Kepler dan yang lainnya. 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.

Itulah hasil dari pemikiran yang panjang hingga berabad-abad lamanya. Sungguh luar biasa hikmah yang diberikan tuhan kepada manusia bahwa keluasan ilmu-Nya tidak akan pernah habis dikaji oleh manusia dari masa ke masa. Tiga hukum fundamental yang sekarang dikenal sebagai “Hukum-Hukum Gerak Newton” bukanlah karya Sir Isaac Newton semata-mata. Tapi merupakan karya serangkaian ilmuwan yang begitu giat dalam mendalami rahasia gerak yang ada di alam ini hingga akhirnya Newton-lah yang mendapat kesempatan untuk memproklamasikan hasil yang menakjubkan ini.

“Mekanika Newton di Era Fisika Modern

Ilmu fisika telah mengalami perkembangan terus menerus hingga akhirnya terlahir cabang ilmu baru yang dikenal sebagai fisika modern yang mana di dalamnya terdapat mekanika kuantum sebagai ciri khasnya. Mekanika kuantum dianggap lebih teliti dalam mendefinisikan konsep ruang dan waktu. Tokoh-tokoh yang melakukan revolusi ini dimulai oleh Max Planck, Neils Bohr dan Albert Einstein.

Jika kita menyimak kisah dalam film Einstein and Eddington (2008)[34]terlihat bagaimana perubahan paradigma ilmuwan dari fisika klasik ke fisika modern begitu sulit. Dalam film tersebut digambarkan bagaimana fanatisme yang berlebihan terhadap Newton, membuat sebagian ilmuwan menolak proposal yang diajukan oleh Einstein dalam mengoreksi mekanika Newton. Namun akhirnya ada pelajaran yang besar yang dapat diambil dari film tersebut yaitu 1) kenyataan akan menunjukkan pada setiap orang yang mencari kebenaran dan setiap orang yang mengetahui kebenaran hendaknya merelakan dirinya untuk mengikuti kebenaran itu meskipun datang dari musuh kita, dan 2) jangan meremehkan pemikiran orang sebelum kita meskipun dikemudian hari pemikiran itu ternyata tidak tepat, karena justru dari pemikiran itu sebenarnya kita akan belajar untuk menemukan kebenaran.

Sedangkan hubungan antara uraian di atas dengan bahasan dalam makalah ini adalah dengan lahirnya mekanika kuantum dan fisika modern seringkali memunculkan anggapan bahwa mekanika Newton sudah tidak berlaku lagi. Anggapan ini tidak dapat dibenarkan. Bagaimana pun mekanika Newton adalah pondasi dasar sebelum dilahirkannya mekanika kuantum di era fisika modern. Maka dari itu, bagi setiap pelajar, sebelum mengenal mekanika kuantum, sebaiknya belajar mekanika klasik (Newton) secara menyeluruh agar dia dapat mengambil hikmah yang dalam tentang lahirnya mekanika kuantum.

Kesimpulan

Berdasarkan uraian di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan tentang sejarah lahirnya hukum-hukum Newton sebagai berikut (disajikan dalam urutan kronologis):

  1. Hukum-hukum gerak yang dirumuskan oleh Newton merupakan hasil pemikiran yang panjang para ilmuwan sejak zaman Aristoteles dengan konsep gerak alamiah dan gerak paksa dalam kerangka teori Geosentrisnya yang bertahan sampai 17 abad lamanya.
  2. Teori Geosentris Aristoteles kemudian direvolusi oleh Nicolaus Copernicus menjadi teori Heliosentris.
  3. Galileo membantah konsep gerak Aristoteles dan mengajukan konsep Inersia benda serta membuat percobaan-percobaan yang mendasari munculnya konsep percepatan.
  4. Konsep Inersia Galileo disempurnakan oleh Descartes, Decartes juga membuat pernyataan tentang kesimetrisan yang mendasari lahirnya hukum III Newton.
  5. Newton berhasil merumuskan pemikiran para ilmuwan sebelumnya tentang konsep inersia suatu benda dalam Hukum I Newton.
  6. Berkat ketajaman analisisnya, Newton dapat menghasilkan dua hukum lainnya sebagai konsekuensi dari permasalahan yang tidak terjawab oleh hukum pertamanya menjadi Hukum II Newton tentang pengaruh gaya pada benda yang bergerak dan Hukum III Newton tentang gaya aksi-reaksi pada dua benda yang saling berinteraksi.

[1] Artikel Sejarah Fisika dalam Mekanika dalam http://asikphysics.blogspot.com/2011/01/sejarah-fisika-dalam-mekanika.html
[2] Artikel The Dynamics of Aristotle dalam http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/history/aristotle_dynamics.html
[3] Roger G. Newton, 2007 hal. 26
[4] Opcit
[5] Opcit
[6] Ibid hal. 27
[7] Ibid hal. 27
[8] Lockcit
[9] Artikel The Dynamics of Aristotle dalam http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/history/aristotle_dynamics.html
[10] Roger G. Newton, 2007 hal. 56
[11] Artikel Sejarah Fisika dalam Mekanika dalam http://asikphysics.blogspot.com/2011/01/sejarah-fisika-dalam-mekanika.html
[12] Artikel Sejarah Nicolaus Copernicus dalam http://atifhidayat.wordpress.com/2009/02/19/24-nicolaus-copernicus-1473-1543/feed/
[13] Ibid
[14] Ibid
[15] Roger G. Newton, 2007 hal. 68-69
[16] Opcit
[17] Artikel Galileo : The Telescope and The Laews of Dynamic dalam http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/history/galileo.html
[18] Ibid
[19] Ibid
[20] Artikel Sejarah Fisika dalam Mekanika dalam http://asikphysics.blogspot.com/2011/01/sejarah-fisika-dalam-mekanika.html
[21] Ibid
[22] Ibid
[23] Ibid
[24] Ibid
[25] Artikel Sejarah Singkat Hukum Newton dalam http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://science.howstuffworks.com/science-vs-myth/everyday-myths/newton-law-of-motion2.htm
[26] Roger G. Newton, 2007 hal. 93
[27] Artikel Sejarah Fisika dalam Mekanika dalam http://asikphysics.blogspot.com/2011/01/sejarah-fisika-dalam-mekanika.html
[28] Serway, 2004 hal. 115
[29] Ibid
[30] Opcit
[31] Lockcit hal. 117
[32] Artikel Sejarah Fisika dalam Mekanika dalam http://asikphysics.blogspot.com/2011/01/sejarah-fisika-dalam-mekanika.html
[33] Ibid
[34] Sebuah film yang produksi oleh Company Pictures dan BBC pada tahun 2008

1 Comment

  1. Pingback: Sejarah Lahirnya Hukum-Hukum Newton | Fisika

Tinggalkan Balasan

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.