Social Icons

Pages

Featured Posts

Kamis, 15 Desember 2011

Satu Jam Dua Waktu: Saat Mekanika Kuantum Bertemu Relativitas Umum

"Ini adalah paradoks kembar untuk 'anak tunggal' kuantum, dan membutuhkan relativitas umum serta mekanika kuantum. Interaksi antara kedua teori ini belum pernah diselidiki dalam percobaan."
Penyatuan mekanika kuantum dan relativitas umum Einstein merupakan salah satu pertanyaan yang paling menarik dan masih terbuka dalam fisika modern. Dalam relativitas umum, gabungan teori gravitasi, ruang dan waktu memberikan prediksi-prediksi yang menjadi bukti jelas pada skala kosmik bintang dan galaksi. Di sisi lain, efek kuantum bersifat rapuh dan biasanya terobservasi pada skala kecil, misalnya ketika mempertimbangkan partikel tunggal dan atom. Itulah mengapa sangat sulit untuk menguji interaksi antara mekanika kuantum dan relativitas umum.
Kini, fisikawan teoritis yang dipimpin Prof. Caslav Brukner dari Universitas Wina mengusulkan suatu eksperimen baru yang dapat mengamati ketumpangtindihan dari kedua teori tersebut. Fokus pekerjaan ini adalah mengukur konsep waktu relativistik umum pada skala kuantum. Temuan ini dipublikasikan minggu ini dalam Nature Communications.
Salah satu prediksi kontraintuitif relativitas umum Einstein adalah gravitasi mendistorsi aliran waktu. Teori ini memprediksi bahwa jam berdetak lebih lambat di dekat objek yang besar dan berdetak semakin cepat saat semakin menjauh dari massa. Efek ini menghasilkan “paradoks kembar”: jika salah satu kembar bergerak keluar untuk tinggal di ketinggian yang lebih tinggi, maka usianya akan lebih cepat dari usia kembar lain yang tetap tinggal di darat. Efek ini telah tepat diverifikasi dalam percobaan klasik, namun tidak dalam hubungannya dengan efek kuantum, yang merupakan tujuan dari percobaan baru yang diusulkan kali ini.
Kelompok peneliti Wina ingin mengeksploitasi kemungkinan yang luar biasa bahwa sebuah partikel kuantum tunggal dapat kehilangan properti klasiknya dalam memiliki posisi yang didefinisikan dengan baik, atau sebagaimana yang diutarakan dalam istilah mekanik kuantum: ia dapat berada dalam “superposisi”. Hal ini memungkinkan untuk efek seperti-gelombang, yang disebut interferensi, dengan sebuah partikel tunggal. Namun, jika posisi partikel diukur, atau bahkan jika secara prinsip dapat diketahui, maka efek ini menghilang. Dengan kata lain, tidak mungkin mengamati interferensi dan sekaligus mengetahui posisi partikel. Hubungan antara informasi dan interferensi merupakan contoh komplementaritas kuantum – prinsip yang diusulkan oleh Niels Bohr.
Usulan eksperimental yang sekarang dipublikasikan dalam Nature Communications ini menggabungkan prinsip tersebut dengan “paradoks kembar” dari relativitas umum.
Tim riset Universitas Wina beranggapan bahwa sebuah jam tunggal (partikel dengan perkembangan derajat kebebasan internal seperti spin) dibawa dalam superposisi dari dua lokasi – yang satu lebih dekat dan yang yang satunya lagi lebih jauh dari permukaan bumi.
Berdasarkan relativitas umum, jam berdetak pada tingkat yang berbeda pada dua lokasi, dalam cara yang sama seperti dua kembar yang berbeda usia. Tapi karena waktu yang diukur dengan jam mengungkapkan informasi di mana jam itu terletak, interferensi dan sifat-gelombang jam menjadi menghilang.
“Ini adalah paradoks kembar untuk ‘anak tunggal’ kuantum, dan membutuhkan relativitas umum serta mekanika kuantum. Interaksi antara kedua teori ini belum pernah diselidiki dalam percobaan,” kata Magdalena Zych, penulis utama makalah dan anggota Program Doktor CoQuS Wina. Dengan demikian, ini merupakan usulan pertama untuk percobaan yang memungkinkan pengujian gagasan waktu relativistik umum dalam hubungannya dengan komplementaritas kuantum.
Kredit: Universitas Wina
Jurnal: M. Zych, F. Costa, I. Pikovski, C. Brukner. Quantum interferometric visibility as a witness of general relativistic proper time. Nature Communications, 18 October 2011. DOI: 10.1038/ncomms1498

Selasa, 13 Desember 2011

Fisika dan Sepak Bola

Apa yang dilakukan pemain-pemain sepak bola sangat erat kaitannya dengan fisika. Sebut saja ketika melakukan tendangan bola ke gawang, ia dapat mengatur kecepatan dan sudut elevasi bola secara baik. Terlalu besar sudut elevasi dan kecepatannya, bola akan melewati mistar. Sebaliknya jika sudut elevasi dan kecepatan terlalu kecil, bola tidak akan sampai ke gawang.

For your info, sebenarnya pemain sepak bola bisa diapresiasikan sebagai ahli fisika di lapangan hijau. Karena, setiap pemain bola sebisa mungkin harus mampu mengukur dengan tepat berapa besar gaya yang harus diberikan dan ke mana arah bola harus ditendang. Ujung-ujungnya kecepatan bola menjadi sangat kencang dan akurat.
Dan sepak bola sebenarnya adalah permainan fisika. Kita akan menikmati mengapa lintasan bola berbentuk parabola, bagaimana tendangan pisang, dan mengapa seorang penjaga gawang sangat susah menahan tendangan penalti. Intinya seorang pemain profesional kala dilengkapi dengan ilmu fisika akan dapat memperbaiki skill dan kemampuannya.

Gerakan parabola
bola yang ditendang dengan sudut elevasi tertentu akan membentuk lintasan parabola. Bentuk lintasan ini akan sangat dipengaruhi oleh gaya gravitasi Bumi, kecepatan, dan sudut elevasi bola.






Tanpa gravitasi, bola akan bergerak lurus ke atas. Gravitasilah yang menarik bola turun. Semakin besar gravitasi semakin cepat bola jatuh ke tanah. Bandingkan dengan di Bulan. Dengan tingkat gravitasi yang lebih kecil, lintasan bola yang ditendang-misalnya-oleh seorang astronout akan menjadi lebih jauh, dibandingkan kala ia menendang sebuah bola di Bumi.
Buat sedikit bocoran ya, kita ingin kan punya tendangan yang keras dan jauh? Untuk melakukan hal itu, seorang pemain sepak bola harus menendang bola sekeras mungkin dengan sudut elevasi 45 derajat.

Tendangan pisang
Siapa yang enggak kenal sama Pele. Legenda hidup asal Brasil itu terkenal dengan tendangan pisangnya. Atau sudut dunia mana sih yang enggak kenal sama David Beckham? Kapten timnas Inggris ini juga punya senjata andalan berupa tendangan bebas melengkung nan akurat.











Kita tentu masih ingat gol-gol manis David Beckham melalui tendangan bebasnya, yang dilakukan sekitar 30 meter di depan gawang. Beckham menendang bola dengan kecepatan sekitar 120 km per jam, bola melambung sekitar 1 meter melewati kepala para pagar betis itu dan secara tiba-tiba bola membelok serta masuk ke gawang lawan (Gb 2).

Bagaimana David Beckham melakukan ini?

Seorang pengamat sepak bola Keith Hanna mengatakan bahwa Beckham melakukan ini karena otaknya yang genius dapat memproses perhitungan fisika yang kompleks secara cepat sekali. Peneliti lain dari Universitas Sheffield, Inggris, mengatakan hal yang sama, “…Beckham was applying some very sophisticated physics.”

Lintasan bola yang menyerupai bentuk pisang ini sudah lama menjadi perhatian para peneliti.
Gustav Magnus tahun 1852 pernah meneliti kasus sebuah bola yang bergerak sambil berotasi (Gb 3). Gerakan bola ini menimbulkan aliran udara. Akibat rotasi bola, aliran udara yang searah dengan arah rotasi bola (A) bergerak relatif lebih cepat dibandingkan aliran udara pada sisi bola yang lain ( B ). Menurut Bernoulli, semakin cepat udara mengalir, semakin kecil tekanannya. Akibatnya, tekanan di B lebih besar dibandingkan tekanan di A. Perbedaan tekanan ini menimbulkan gaya yang membelokkan bola ke arah A. Membeloknya bola akibat perbedaan tekanan udara ini sering disebut efek magnus untuk menghormati Gustav Magnus.











Pada tendangan bebas bola yang bergerak dengan kecepatan 110 km per jam dan berotasi dengan 10 putaran tiap detiknya dapat menyimpang/membelok lebih dari 4 meter, cukup membuat penjaga gawang kebingungan.
Yang juga membuat tendangan Beckham lebih spektakuler adalah efek lengkungan tajam di dekat akhir lintasan bola. Lengkungan tajam yang tiba-tiba inilah yang membuat kiper-kiper terperangah karena bola berbelok begitu cepat dengan tiba-tiba. Apa yang menyebabkan ini?

Peneliti Inggris, Peter Bearman, mengatakan bahwa efek magnus akan mengecil jika kecepatan gerak bola terlalu besar atau rotasinya lebih lambat. Jadi untuk mendapat efek magnus yang besar, seorang harus membuat bola berputar sangat cepat, tetapi kecepatannya tidak boleh terlalu cepat. Ketika Beckham menendang bola secara keras dengan sisi sepatunya sehingga bola dapat berotasi cepat sekali, bola melambung dan mulai membelok akibat adanya efek magnus. Gesekan bola dengan udara akan memperlambat gerakan bola (kecepatan bola berkurang). Jika rotasi bola tidak banyak berubah, pengurangan kecepatan dapat menyebabkan efek magnus bertambah besar, akibatnya bola melengkung lebih tajam, masuk gawang, membuat penonton terpesona dan berdecak kagum.

Menyundul
Menyundul merupakan bagian penting dalam sepakbola. Banyak gol tercipta melalui sundulan kepala. Menyundul bola membutuhkan koordinasi yang baik dari kepala, badan, serta pengetahuan tentang kecepatan bola dan arah sundulan.
Ada 2 posisi menyundul bola: 1) ditempat dengan melompat vertikal 2) berlari sambil melompat menyambut bola. Pada posisi 2, bola akan bergerak lebih cepat karena mendapat tambahan momentum dari gerakan kita. Besarnya momentum yang diterima bola sangat tergantung pada ke elastisan bola dan kekuatan otot tulang belakang ketika kita menyundul bola. Untuk membuat sundulan sekuat mungkin, kepala harus ditarik kebelakang sebanyak mungkin (badan melengkung), paha ditarik kebelakang dan lutut bengkok (Gb. 4). Pada posisi ini terjadi keseimbangan aksi-reaksi, pemain tidak terpelanting atau terputar dan kepala siap memberikan sundulan kuat ke bola. Saat bola menyentuh kepala, tubuh harus setegar mungkin agar lebih banyak energi dapat diberikan ke bola (gerakan otot dan urat yang tidak perlu akan menyerap energi kita dan dapat mengurangi energi yang diberikan pada bola).









Waktu sentuh kepala dengan bola (23 milidetik) yang relatif lebih lama dibandingkan waktu sentuh kaki ketika ia menendang bola (8 milidetik), memungkinkan kita untuk mengarahkan bola secara akurat ke arah yang kita inginkan.
Orang botak sering mendapat keuntungan dalam menyundul bola (rambut gondrong akan menyerap sebagian energi bola sehingga bola yang terpantul akan berkurang kecepatannya). Tetapi bukan berarti orang gondrong tidak bisa menyundul keras.

Tendangan penalti
Tendangan penalti adalah tendangan yang sangat ditakuti oleh para penjaga gawang. Tendangan ini dilakukan pada jarak 11 meter dari gawang dan biasanya jarang gagal. Seorang pemain sepak bola profesional dapat menendang bola dengan kecepatan sekitar 30 meter per detik (108 km/jam). Dengan kecepatan ini, bola akan mencapai ujung kanan atas gawang dalam waktu 0,45 detik dan untuk ujung kanan bawah 0,38 detik.

Menurut perhitungan Sam Williamson, fisikawan di Center for Neural Science New York, waktu 0,38 detik tidak cukup untuk menangkap bola. Ketika bola ditendang, penjaga gawang akan bereaksi rata-rata setelah 0,3 detik. Begitu bereaksi, otak akan memberi perintah pada otot untuk bergerak, ini butuh waktu tambahan lebih dari 0,1 detik. Itu sebabnya sukar bagi penjaga gawang untuk menangkap bola yang bergerak cepat itu. Untuk melatih reaksi yang cepat dan tepat dibutuhkan latihan yang panjang dan pengalaman yang cukup. Itu sebabnya para kiper atau penjaga gawang dalam Piala Dunia ini rata-rata lebih tua dibandingkan pemain lainnya.









Agar berhasil, penendang penalti harus memerhatikan arah angin, rotasi, dan kecepatan bola. Bola yang berotasi terlalu cepat dapat menimbulkan efek magnus dan turbulensi udara yang akan menyimpangkan bola. Menurut penelitian, tendangan yang paling efektif adalah tendangan dengan kekuatan 75 persen sampai 80 persen dari kekuatan maksimum (kecepatan bola sekitar 80 km/jam). Pada kecepatan ini penjaga gawang sulit menangkap bola dan kemungkinan terjadinya gol lebih besar dibandingkan dengan tendangan dengan kekuatan penuh.

Bicara sepak bola dengan fisika sangat mengasyikkan dan tak ada habisnya. Gerakan parabola, tendangan pisang, menyundul, dan tendangan penalti yang kita bahas di atas hanya sebagian dari asyiknya fisika dalam sepak bola.

Di arena Piala Dunia 2010 yang lalu kita bisa menikmati lebih banyak lagi bagaimana asyiknya fisika diterapkan dalam sepak bola. Coba saja perhatikan bagaimana kiper Jerman memanfaatkan hukum pemantulan untuk menepis tendangan-tendangan maut dari para pemain lawan. Atau juga bagaimana Klose menggunakan konsep momentum, tumbukan, dan momentum sudut yang tepat untuk menggerakkan kepalanya dan menyundul bola ke gawang musuh. Lihat juga Christiano Ronaldo dengan menggunakan keseimbangan yang sempurna melakukan tendangan voli yang indah dan memasukkan bola ke gawang lawan.

Jadi, untuk menjadi pemain sepak bola yang tangguh, perlu banget belajar fisika. Betul ga…??

sponsored by


  • Photobucket
  • Photobucket
  • Photobucket
  • Photobucket
  • Photobucket
 

Sample text

Sample Text

Sample Text