tugas FISIKA

HUBUNGAN ANTARA FISIKA DENGAN TEKNOLOGI KOMPUTER

Buah Fisika pada Kehidupan Manusia
Pada era globalisasi, ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) telah menempatkan diri pada posisi utama sebagai unsur mutlak perubahan tatanan dunia yang secara otomatis mempengaruhi dinamika pertumbuhan dan perkembangan suatu negara. Dengan pertimbangan tersebut, kebijakan arah pembangunan Indonesia telah menempatkan bidang ilmu pengetahuan dan teknologi terutama pada perkembangan ilmu-ilmu dasar sebagai prioritas.

Physic is the king of science?, itulah ungkapan yang sesuai bagi ilmu fisika dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. Fisika merupakan ilmu fundamental yang menjadi tulang punggung bagi perkembangan IPTEK.
Proses menguak rahasia alam yang dilakukan para fisikawan telah ikut membuahkan beberapa teknologi yang memudahkan kehidupan. Ada sebagian teknologi yang lahir secara tidak sengaja dari suatu penelitian fisika, namun ada pula yang sengaja dibuat oleh fisikawan yang menginginkan suatu alat atau teknologi baru karena keterbatasan kemampuan alat yang sudah ada.

Satu contoh teknologi yang lahir secara tidak sengaja adalah sinar X. Penemuan ini terjadi ketika Wilhelm Conrad Roentgen sedang meneliti emisi tabung Crookes. Teknologi yang ditemukan pada 1895 ini mendapat tempat penting di dunia kedokteran hingga sekarang. Berkat penemuannya yang tak sengaja tersebut, fisikawan Jerman ini mendapat hadiah Nobel yang pertama untuk kategori fisika pada 1901.
Selain sinar X (sinar roentgen), hasil penelitian fisika lain yang berguna di bidang kedokteran adalah alat USG (untuk melihat janin di kandungan), ECG (untuk mendeteksi keadaan jantung), CT Scanner dan MRI (untuk melihat organ dalam).

Berbeda dengan kelahiran teknologi sinar X yang tidak sengaja, penemuan teknologi mesin hitung terjadi secara bertahap dan melalui banyak tangan. Sebagai contoh, kalkulator mekanik yang ber-”evolusi” menjadi komputer digital pertama. Mesin hitung elektronik pertama ini dibuat oleh John Vincent Atanasoff. Bersama dengan Clifford Berry, salah satu mahasiswanya, Atanasoff mulai mewujudkan rancangan komputer digital itu pada 1939-1942. Fisikawan Amerika ini menamakan komputernya ABC (Atanasoff-Berry Computer).
Meski Atanasoff tidak pernah sempat menyempurnakan ABC, komputer digital ini menjadi inspirasi bagi lahirnya ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Komputer raksasa ini digunakan oleh Angkatan Darat Amerika Serikat dalam Perang Dunia II untuk menghitung tabel tembakan senjata. Pengaruh ABC tak hanya pada ENIAC. Teknologi komputer terkini pun ternyata masih menggunakan beberapa teknologi dasar yang digunakan pada ABC.

Terkait dengan komputer, kebutuhan para fisikawan untuk saling bertukar informasi telah mendorong lahirnya internet termasuk WWW (World Wide Web). Seperti yang kita rasakan sekarang, internet tak lagi hanya untuk fisikawan. Kini internet dapat dimanfaatkan oleh semua orang. Internet terbukti dapat memudahkan proses bertukar data dan informasi.

Beberapa hasil riset fisika pun turut berperan menggerakkan roda perekonomian melalui lahirnya berbagai jenis industri. Di antaranya industri otomotif, telekomunikasi, dan elektronika. Beraneka jenis kendaraan mulai dari sepeda, mobil, kereta api, kapal laut, pesawat terbang hingga pesawat angkasa lahir dari ilmu yang berbasis mekanika klasik (newtonian).
Sedangkan dari ilmu mekanika kuantum telah melahirkan industri telekomunikasi dan elektronika yang semakin canggih. Di antara produknya adalah handphone, peranti GPS, laser, CD, DVD, hingga TV plasma. Demikian pula komputer modern dengan prosesor berkecepatan tinggi dan hard disk berkapasitas super gendut.
Tak ketinggalan riset fisika di bidang nuklir yang dapat diaplikasikan untuk berbagai bidang. Di bidang pertanian, nuklir bisa dimanfaatkan untuk memperoleh bibit unggul yang tahan serangan hama dan penyakit. Di bidang energi, nuklir bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. Nuklir pun bisa dimanfaatkan di bidang medis untuk menyembuhkan kanker. Ironisnya, nuklir pun bisa memicu timbulnya kanker bila mengenai tubuh dengan dosis berlebih dan tak terkendali. Dan yang lebih mengerikan serta bikin mimpi buruk meski tak sedang tidur adalah nuklir yang dibikin menjadi senjata pemusnah massal.

Fisika dengan Teknologi Nuklir
Ilmu pengetahuan murni (BASIC SCIENCE: Fisika, Matematika, Kimia, dan Biologi) dan teknologi/terapan/rekayasa merupakan dua hal yang saling berhubungan satu sama lain. Teknologi tidak akan bisa berkembang tanpa adanya ilmu pengetahuan murni, dan sebaliknya ilmu pengetahuan membutuhkan teknologi untuk menyediakan fasilitas dan peralatan penelitian yang akurat. Sebagai contoh, mesin uap tidak akan ditemukan tanpa adanya penelitian di bidang ilmu pengetahuan fisika. Di lain fihak, keberhasilan pembuatan mesin uap ini mendorong penelitian lebih lanjut dalam bidang ilmu murni yang berkaitan dengan teori panas dan termodinamika.

Menurut Prof. Abdus Salam seorang pemenang hadiah Nobel fisika pada tahun 1979 dan pendiri lembaga ICTP (International Centre for Theoretical Physics), ada tiga buah penemuan ilmiah yang terbesar di abad ke-20 dalam bidang Fisika. Ke tiga penemuan tersebut meliputi penemuan molekul dan atom, timbulnya panas akibat gerakan atom, dan kesatuan antara listrik, magnit dan optik.

Dua puluh lima tahun pertama dari abad ke dua puluh ini ditandai oleh penelitian di bidang mekanika kwantum yang sangat berpengaruh terhadap struktur suatu atom. Studi mengenai hubungan antara elektron dan atom tersebut merupakan dasar bagi industri elektronika pada saat ini. Setelah diketahui bahwa struktur molekul sangat ditentukan oleh sifat mekanika kwantum dari atom dan molekulnya, maka prinsip dasar dari logam, kristal dan material sejenis dengan mudah dapat dijelaskan. Kemajuan di bidang fisika dan mekanika kwantum ini mendorong timbulnya industri kimia untuk mengembangkan jenis material baru dan mendorong kepada penemuan transistor, semikondoktor dan IC yang merupakan awal dari industri komputer pada saat ini.

Perkembangan berikutnya dalam bidang ilmu pengetahuan murni adalah penelitian dan studi di bidang struktur inti atom. Cabang fisika nuklir yang mempelajari masalah ini merupakan dasar bagi pusat listrik tenaga nuklir yang banyak didirikan pada akhir-akhir ini baik di Iran, Korea Utara, Korea Selatan, Jepang, dll, karena makin langkanya sumber tenaga minyak dan gas bumi. Pengetahuan mengenai inti atom ini juga merupakan basis dari penggunaan radioaktif dalam bidang kedokteran terutama untuk pendeteksian jenis kelainan di dalam tubuh dan untuk penyembuhan kanker yang sangat sukar dioperasi menggunakan metode lama.

Penggunaan Media Elektronik dan Komputer dalam Pembelajaran Fisika
OHP (Overhad Projector) merupakan suatu media yang dapat digunakan untuk memproyeksikan suatu objek melalui bahan transparan atau bening. Kemudian dengan kombinasi OHP dapat digunakan untuk memproyeksikan tidak hanya bahan transparansi, tetapi juga dapat digunakan untuk memproyeksikan bahan cetakan, objek 3 dimensi, dan sumber tampilan yang berasal dari komputer.

Sebuah OHP minimal akan dilengkapi tombol/panel untuk menghidupkan, mematikan, dan mengatur fokus. Selain itu OHP memiliki komponen pokok di antaranya adalah lensa kondensor, reflektor, lensa proyektor, landasan kaca, dan cermin. Sedangkan yang lain disebut komponen pendukung.
OHP selain dapat dioperasikan secara tunggal, dapat juga digunakan secara kombinasi, misalnya dikombinasikan dengan ATF, CPP dan sebagainya.

Berdasarkan sifat dan system kombinasinya, OHP dapat mempunyai fungsi antara lain sebagai pengganti papan tulis beserta perlengkapannya, penyajian materi menjadi lebih praktis, bahan bisa disiapkan di rumah dan dapat digunakan untuk menampilkan objek yang diam maupun bergerak.

- Media Audio dan Video dalam Pembelajaran Fisika
Dalam kegiatan ini telah ditunjukkan beberapa media audio dan video yang dapat digunakan dalam pembelajaran fisika. Beberapa media itu adalah TV instruksional, video instruksional, VCD instruksional, slide instruksional, dan film strip.

Penggunaan media dalam suatu pembelajaran fisika yang terpenting adalah bahwa materi yang disajikan melalui media tersebut menjadi lebih menarik bagi para siswa.
Penyajian setiap media pada kegiatan ini, diusahakan untuk menampilkan instalasi/perlengkapan yang diperlukan dan cara-cara yang prinsip dalam mengoperasikannya.

Program TV instruksional dapat digunkan sebagai media pelengkap maupun media pengayaan. Video instruksional telah dapat diwujudkan sebagai program saluran terbatas yang menggunakan sumber tayangan dari kaset video. Dilihat dari segi fungsinya program video dapat dinyatakan identik dengan program TV instruksional maupun VCD instruksional. Khusus untuk VCD, sumber tayangan diperoleh dari disc atau piringan.
Walaupun dalam modul ini dibahas adanya program radio instruksional, ternyata media ini dapat kita pandang sebagai media yang kurang dapat memberi konstribusi dalam suatu pembelajaran sains (fisika merupakan bagian dari sains), karena media ini lebih tepat untuk mata pembelajaran bahasa, IPS, dan musik.
Kemudian dua media yang hampir sama dalam tampilannya, tetapi berbeda dalam sistemnya adalah slide dan film strip. Penayangan untuk sebuah slide atau film strip diperlukan satu kali proyeksi. Karena slide bersifat tunggal dan untuk penayangannya diperlukan bingkai, maka biaya pembuatan slide akan lebih mahal dibandingkan dengan film strip.

- Program Fisika Komputasi
Program komputer adalah serangkaian perintah dalam bahasa yang dapat diterima komputer, dalam menjalankan suatu tugas sehingga mendapatkan hasil tertentu. Pada dasarnya ada dua bahasa untuk pemrograman komputer, yakni bahasa tingkat rendah dan bahasa tingkat tinggi. Bahasa tingkat rendah berorientasi pada mesin sehingga sulit dipahami oleh orang awam, sedangkan bahasa tingkat tinggi ramah terhadap manusia sehingga mudah dipahami oleh orang awam.

Ada dua macam bahasa (language) pemrograman tingkat rendah, yakni machine language dan assembly language. Dalam machine language, semua perintah atau pernyataan dinyatakan dengan deretan bit, yakni 0 dan 1. Berbeda dengan assembly language, tidak menggunakan deretan bit, melainkan sandi yang berupa singkatan-singkatan yang disebut mnemonic sehingga lebih mudah diingat.

Bahasa pemrograman tingkat tinggi menggunakan kata-kata yang diper-gunakan dalam percakapan sehari-hari, namun pada umumnya masih dalam bahasa Inggris. Ada dua jenis program penerjemah dari bahasa tingkat tinggi ke bahasa mesin, yakni interpreter dan compiler.

Bahasa Pascal merupakan salah satu bahasa pemrograman yang bersifat terstruktur, artinya program dapat disusun dari bagian-bagian kecil yang disebut blok, untuk menyelesaikan pekerjaan tertentu secara tuntas.

- Program Fisika Komputasi dalam Pembelajaran Fisika
Untuk mengembangkan program fisika komputasi dalam pembelajaran fisika, diperlukan kemampuan membuat program yang lebih kompleks, yang terdiri dari program utama dan program pembantu.
Program pembantu tidak dapat dijalankan tanpa adanya program utama. Untuk Turbo Pascal 5.1, ada dua kelompok program pembantu, yakni program pembantu standar (yang disediakan oleh Turbo Pascal) dan program pembantu tidak standar (yang dibuat oleh pemrogram).
Program pembantu standar maupun tidak standar terbagi lagi dalam dua kelompok yakni program pembantu PROSEDUR (banyaknya keluaran yang dihasilkan lebih dari satu), dan program pembantu FUNGSI (banyaknya keluaran hanya satu). Baik PROSEDUR maupun FUNGSI dapat berada pada satu file dengan program utama, hanya letaknya yang mungkin berbeda ( mungkin sesudah program utama, mungkin sebelum program utama), dan dapat pula berada pada file yang berbeda dengan program utama.

- CAI (Computer Assisted Instruction)
Komputer memberikan beberapa kelebihan untuk memproduksi media audio visual menyebabkan piranti ini banyak digunakan dalam kegiatan instruksional. CAI adalah suatu model instruksional yang melibatkan siswa dengan komputer secara langsung. Komputer berperan untuk menyampaikan isi pelajaran, memberikan latihan-latihan dan mengetes kemajuan belajar siswa.
Para pengajar dapat menggunakan CMI untuk mengerjakan fungsi-fungsi administratif. CMI sering dianggap sebagai pendukung dari CAI. Sistem komputer instruksional dapat digolongkan menjadi tiga kategori, yaitu DNS (Sistem Jaringan Tujuan Tunggal), SNS (Sistem Jaringan Gabungan), dan SAS (Sistem Berdiri Sendiri). Ketiga sistem tersebut mempunyai kelebihan dan kelemahan sendiri-sendiri. Sistem komputer instruksional dalam proses belajar dapat digunakan untuk tujuan kognitif, afektif maupun psikomotorik.

- Penerapan CAI dalam Pembelajaran Fisika
Model pembelajaran fisika dengan CAI meliputi perancangan: isi materi, simulasi, latihan dan tes mengenai kemajuan belajar siswa. Langkah-langkah pembuatan program diawali dengan pemilihan materi yang relevan. Langkah berikutnya adalah menampilkan isi materi, membuat simulasi (berupa animasi gejala fisis dan perhitungannya), menampilkan latihan dan tes, dan menampilkan kunci tes dan jawaban siswa.
Ada beberapa keuntungan yang dapat diperoleh dari penggunaan simulasi dalam pembelajaran fisika bila dibandingkan dengan pembelajaran melalui eksperimen. Beberapa keuntungan tersebut, antara lain biaya lebih rendah, lebih fleksibel dan mudah persiapannya.

Fisika mempunyai peranan yang besar dalam perkembangan teknologi. Teknologi baru yang ditemukan pada gilirannya kemudian memfasilitasi penelitian-penelitian di bidang sain sehingga perkembangannya berlangsung secara lebih cepat. Sains dan teknologi ibarat dua sisi mata uang yang saling menguatkan. Kerja sama yang erat antara dunia riset dan industri telah lama terjalin secara sinergis menghasilkan produk-produk yang mempunyai keunggulan kompetitif dan ini dijembatani oleh dunia pendidikan.

- Simulasi Fisika untuk Pendidikan
Pendidikan Fisika merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari perkembangan sains dan teknologi. Teknologi Informasi (TI) dan multimedia telah memungkinkan diwujudkannya pembelajaran fisika yang efektif dan menyenangkan, yang melibatkan siswa secara aktif. Kemampuan TI dan multimedia dalam menyampaikan pesan dinilai sangat besar. Dalam bidang pendidikan, TI dan multimedia telah mengubah paradigma penyampaian materi pelajaran kepada peserta didik. Computer Assisted Instruction (CAI) bukan saja dapat membantu guru/dosen dalam mengajar, melainkan dalam memfasilitasi proses belajar. Majalah Times edisi Asia melaporkan pada suatu edisinya bahwa knowledge technology yang mengemas pengetahuan ke dalam softwares pendidikan akan menjadi salah satu dari 10 bidang pekerjaan baru terbesar dalam abad 21.

Dari situ lahir berbagai macam Vendor perangkat lunak edukasi dalam memberikan alat bantu peraga fisika untuk memudahkan pengajaran dan pemahamam akan fisika dan ilmu sain lainnya dengan menggunakan alat bantu komputer, melakukan simulasi dan animasi fisika melalui perangkat lunak komputer dengan mudahnya, diantaranya perusahaan perangkat lunak dari Indonesia yang sukses merambah pasar pendidikan Fisika dengan memanfaatkan IT dan multimedia ekpor luar negeri (http://www.pesonaedu.com/) . Pesona Edukasi menggarap modul pengajaran Fisika untuk siswa SD,SMP dan SMA dengan nama Amazing Fisika menggunakan kemajuan aplikasi grafis, terutama Macromedia Flash, tampilan Pesona mempesona dengan Grafis yang jauh lebih hidup dengan audio lebih bening. Gambarnya dilukis di atas aplikasi Adobe Photoshop dan Corel, animasinya ditangani Macromedia Flash, pemrogramannya digarap dengan Microsoft Visual Basic, Microsoft DirectX, dan C++. Ada enam modul Pesona Fisika untuk tingkat SMP dan SMA dan tiga modul Pesona Matematika untuk SMP.

Lebih dari 600 sekolah tingkat SMP dan SMA di Indonesia telah menikmati Pesona. Sebagian besar sekolah negeri, tapi juga ada sekolah internasional seperti Jakarta International School dan British International School. Bahkan, Pesona versi bahasa Inggris telah melanglang ke Singapura, Malaysia, Thailand, Vietnam,Mongolia dsb.
Sedangkan perangkat lunak dari luar negeri yang cukup terkenal adalah Easy Java Simulations (Ejs) ( http://fem.um.es/EjsWiki/ ) adalah suatu Software (perangkat lunak) sebagai alat desain untuk menciptakan simulasi peristiwa alam (Sains) melalui komputer dengan mudah, cepat dan tepat, dirancang khusus untuk memudahkan tugas para guru sains dalam membuat simulasi Fisika (Sains) dengan memanfaatkan komputer sesuai dengan bidang ilmunya, tidak saja untuk media proses pembelajaran, tetapi juga dapat membantu dalam memahami pokok bahasan yang lebih dalam. Easy Java simulations ,sekarang berada pada versi 3.4 merupakan hasil suatu proyek yang dilaksanakan untuk beberapa tahun dan di bawah konsepsi dan implementasi yang berbeda. Banyak pihak yang terlibat dalam proyek tersebut, baik secara pribadi maupun secara institusional. Proyek ini. Sampai sekarang memiliki anggota sekitar tujuhbelas universitas dan institusi sekolah atau institusi lain dari seluruh penjuru dunia. EJS ini adalah bagian dari The Open Source Physics (OSP) project.

- Simulasi dan Komputasi Fisika
Untuk tingkat perguruan tinggi,tidak hanya simulasi yang harus ditawarkan dan dikenalkan dalam pendidikan tapi bagaimana pengetahuan komputasi dapat dilakukan untuk menunjang teori dan riset. Jika Mahasiswa fisika mengenal lab fisika dasar,lab elektronika,lap fisika lanjut dll, namun apakah semua pelajaran dan penerapan fisika ada didalam lap-lap dapat dengan mudahnya dipahami baik secara konsep ataupun aplikasinya? jawabnya tentu tidak. Dan apakah didalam kelas pengajar dapat memperlihatkan bagaimana konsep relatifitas, gaya magnet? lintasan elektron? spin? mencari solusi persamaan matematis dalam konsep2 fisika ?bagaimana meng-evaluasi penerapan rumus matematis dalam fisika? berangkat dari, ini sistem pengajaran fisika dengan komputer telah banyak dilakukan dan diajarkan oleh Universitas diluar negeri dengan menggunakan kemampuan IT dan multimedia dalam pengajarannya dalam mengevaluasi atau menyelesaikan masalah-masalah sain terutama fisika misalnya dengan menggunakan komputer, numerik, dan alat bantu visualisasi untuk memahami masalah-masalah mekanika yang mengandung unsur matematis seperti persamaan differential, integral, eigenvalues, dan eigenvector dengan memberikan alokasi "Fisika Komputasi" lebih besar lagi dengan memfokuskan solusi numerik misalnya untuk konsep gelombang, diffusion, dan persamaan Laplace via finite difference dan metode finite element.
Mahasiswa juga dapat mempelajari dan memahami bagaimana melakukan pekerjaan meng evaluasi persamaan integral, penyelesaian persamaan differensial atau teori calculus lainnya dalam fisika, bagaimana mengaplikasikan matrik dalam fisika, menplot persamaan atau data penelitian yg didapat, membuat pengembangan fungsi-fungsi series, mencari dasar dari suatu persamaan,dan bekerja dengan bilangan yang lebih kompleks.

Dari latar belakang tersebut berkembanglah perangkat lunak untuk membantu pekerjaan komputasi fisika diantaranya mulai dari yang open source sampai yang berbayar adalah:
The Open Source Physics (OSP)
Projet yang didanai oleh dana riset untuk mengembangkan suatu pustaka Java beruapa framework simulasi untuk module pengajaran fisika yang meliputi material pengajaran mulai dari fisika klasik,fisika statistik,kuantum mekani dan fisika komputasi.

Matlab adalah suatu solusi ideal yang banyak dipakai. mempunyai lingkungan yang mudah untuk mengimplementasikan metode komputasi yang dipelajasi di kelas dan sedikit pengetahuan tentang programing.

LabVIEW adalah memcoba mengenalkan kemampuan programing ke dalam penelitian dan pengenalan fisika modren,optik dan fisika.

Mahasiswa harus memiliki paradigma baru tentang konsep fisika di abad 21 ini, bagaimana hubungan antara Teory, Riset, dan Komputasi, dimana ketiga nya ini haruslah sama derajatnya.
Dunia pendidikan tinggi bertanggung jawab untuk mengenalkannya agar tercapai hubungan sinergy antar ketiganya tidak hanya sebatas pemahaman teori namun juga penggunaan komputasi untuk menyelesaikan persoalan fisika dalam riset dan yang nantinya dapat disinkronkan dengan dunia industri. Selain memfocuskan bagaimana menggunakan komputer dalam fisika tujuan akhirnya adalah memastikan bahwa mahasiswa dapat memperoleh suatu level minimum akan komputasi fisika untuk membangun pondasi dasar dalam menyiapkan mahasiswa memasuki gerbang pintu dunia kerja.

Salah satu cara untuk membuat proses pembelajaran menjadi menarik, siswa aktif, tidak membosankan, penyajian konsep jelas, dapat diulang-ulang sendiri, dilengkapi dengan latihan soal dan pembahasan yaitu menggunakan media komputer. Komputer mampu menggambarkan fenomena fisika mendekati kejadian sesungguhnya. Pada saat ini komputer sudah memasyarakat, dan hampir setiap sekolah telah memiliki laboratorium komputer. Selama ini umumnya laboratorium komputer di sekolah-sekolah hanya digunakan untuk pelajaran mengetik atau menghitung hitungan yang sederhana. Dengan kata lain pemanfaatan komputer di sekolah-sekolah belum optimal sesuai dengan kemampuannya. Padahal komputer dapat dijadikan sebagai media pembelajaran Fisika yang sangat menarik. Dari kondisi di atas, maka perlu dilakukan pelatihan pembuatan dan pemanfaatan program pengajaran Fisika berbasis komputer kepada guru-guru Fisika. Setelah pelatihan ini diharapkan guru-guru dapat memanfaatkan komputer sebagai media belajar Fisika siswanya serta mereka dapat membuat program pengajaran Fisika yang sederhana. Lebih lanjut diharapkan prestasi belajar Fisika siswa menjadi meningkat.