Teknik Fisika, Menghubungkan Sains dengan Teknologi

Kehidupan manusia tidak pernah jauh dari istilah ilmu pengetahuan dan teknologi. Bahkan, karena seringnya kedua istilah ini digunakan bersamaan, muncullah terminologi IPTEK. Sebenarnya apakah yang membedakan kedua istilah tersebut dan bagaimana hubungan keduanya?

Sejak awal berkembangnya ilmu pengetahuan, manusia telah mengelompokkan ilmu pengetahuan dan memberikan nama terhadap pengelompokan tersebut, contohnya matematika, ilmu alam, ilmu filsafat, ilmu sosial, dan lain-lain. Batasan antara suatu ilmu dengan ilmu yang lain cukup jelas dan disepakati oleh para ilmuwan. Kini seiring berkembangnya zaman, ilmu pengetahuan semakin berkembang, dimana terdapat rumpun ilmu baru serta berbagai irisan pada ruang lingkup ilmu pengetahuan satu dengan yang lain. Namun demikian, terdapat standar tertentu yang berlaku secara internasional. Salah satu contoh ilmu pengetahuan tersebut adalah ilmu Teknik Fisika (engineering physics).

Secara etimologis[1], kata Fisika (Physics) berasal dari Bahasa Yunani, yang diterjemahkan sebagai ilmu alam, atau ilmu yang mempelajari peristiwa alam. Tentunya, peristiwa alam ini dideskripsikan dan dijelaskan pula secara matematis, dan diteliti melalui metode ilmiah. Hal inilah yang mendasari terbaginya ilmu fisika secara cakupan dari hulu ke hilir. Dari hulu, dikenal istilah fisika teori (theoretical physics), dilanjutkan fisika eksperimen (experimental physics), kemudian fisika aplikasi (applied physics), dan sampai pada bagian hilir yaitu fisika teknik (engineering physics) yang dapat pula disebut sebagai teknik fisika.

Pendidikan Teknik Fisika pertama kali diadakan di Indonesia pada tahun 1950, dan terus berkembang hingga pada tahun 2017 dilaksanakan di delapan perguruan tinggi se-Indonesia yaitu Institut Teknologi Bandung,Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Universitas Gadjah Mada, Institut Teknologi Sumatera, Universitas Nasional, Telkom University, Surya University, Sekolah Tinggi Teknologi Mutu Muhammadiyah Tangerang, Universitas Multimedia Nusantara, dan Politeknik Tugu Jakarta. Bidang peminatan yang populer di Indonesia adalah bidang instrumentasi dan kontrol serta bidang rekayasa energi. Bidang instrumentasi dan kontrol dibutuhkan dalam industrialisasi secara nasional sedangkan bidang energi fokus mempelajari energi terbarukan dan konservasi energi. Bidang-bidang seperti material, fotonika, dan akustik menjadi ciri khas Depertemen Teknik Fisika di perguruan tinggi tertentu.

Ilmu fisika teori fokus pada pengembangan teori yang sudah ada sebelumnya, serta mencetuskan teori baru yang teramati pada peristiwa alam. Proses penting yang dilakukan oleh ilmuwan fisika teori salah satunya adalah mengembangkan model matematika dari proses alam, untuk kemudian dibuktikan kebenarannya oleh seorang eksperimentalis. Ahli fisika eksperimen bekerja untuk membuktikan teori yang ada serta menemukan fenomena-fenomena baru dalam sebuah eksperimen. Pengembangan ilmu fisika teori dan eksperimen saling bergantung satu sama lain, contohnya adalah ketika fisika teori dapat memprediksi hasil dari suatu eksperimen. Sedikit melangkah lebih jauh dari teori dan eksperimen adalah fisika aplikasi. Dalam lingkup ini ilmu fisika diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari melalui berbagai teknologi, baik yang sifatnya sederhana ataupun modern. Pengaplikasian ilmu fisika ini mendorong munculnya cabang ilmu fisika yang paling hilir, yaitu fisika teknik.

Paul H. Wright, dalam bukunya Introduction of Engineering, menyebutkan bahwa ilmu teknik (engineering) merupakan keilmuan berdasarkan ilmu matematika dan fisika, dipandang sebagai penggabungan antara seni dan sains, yang membutuhkan kemampuan tertentu baik dari studi maupun praktik[2]. Hal yang membedakan antara fisika aplikasi dan fisika teknik, adalah keberadaan unsur rekayasa (engineering). Seorang yang memiliki ilmu fisika teknik akan menyelesaikan berbagai permasalahan dengan mempertimbangkan berbagai faktor yang harus direkayasa, bukan hanya berdasarkan teori yang berlaku. Faktor tersebut diantaranya kesediaan material, waktu, biaya, lingkungan, dan sumber daya manusia, tentunya setelah karakteristik fisika dari permasalahan yang terjadi.

Ditinjau dari segi alur perkembangan pengetahuan, ilmu teknik menghubungkan antara ilmu pengetahuan / sains dan teknologi, sehingga teori-teori yang ada dapat dikembangkan menjadi sebuah proses ataupun produk. Hal ini dapat diilustrasikan melalui diagram pada gambar 1.

Penjelasan dari gambar 1 adalah sebagai berikut : Data merupakan suatu hal yang diketahui secara umum, sebuah fakta, atau angka. Data menggambarkan sesuatu yang bersifat abstrak menjadi bernilai. Namun, data belum memiliki makna tertentu. Sekumpulan data yang diasosiasikan dengan sebuah peristiwa, sehingga memiliki makna, disebut dengan informasi. Saat ini informasi dapat diperoleh dari berbagai sumber, namun informasi belum tentu menjelaskan keseluruhan fenomena yang terjadi. Hal inilah yang menyebabkan kesalahpahaman atau ketidaktepatan pengambilan keputusan, yaitu karena tidak memiliki informasi yang lengkap.

Ilmu teknik merupakan hal yang menjembatani sains dengan teknologi yaitu produk dan proses dari sains tersebut. Ilmu teknik dapat disebut pula dengan cara atau metode mengembangkan ilmu pengetahuan untuk menjadi produk teknologi yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Teknik Fisika, sesuai namanya, memanfaatkan ilmu fisika untuk membuat suatu produk teknologi. Sebagaimana ruang lingkup ilmu fisika yang sangat luas, teknik fisika mencakup berbagai ilmu teknik lain seperti teknik elektro, teknik mesin, teknik material, teknik kimia, dan segala ilmu teknik yang berhilir dari ilmu fisika. Teknik Fisika memiliki berbagai aplikasi yang menghasilkan berbagai dampak terhadap kehidupan manusia dan lingkunganya.Sekumpulan informasi yang sejenis akan membentuk pengetahuan (knowledge). Berbagai pengetahuan akan sekumpulan fenomena yang diperoleh baik dari teori maupun eksperimen disebut dengan ilmu pengetahuan (sains / science). Disinilah ilmu fisika, biologi, matematika, ekonomi, ilmu kedokteran, dan banyak disiplin ilmu lain berada.

Sebuah contoh konkrit akan diagram diatas adalah teknologi fiber optik. Fiber optik berawal dari sebuah data sifat cahaya yang menyatakan bahwa cahaya dapat dipantulkan dan dibiaskan. Data ini didukung dengan berbagai percobaan sehingga ditemukan sebuah informasi bahwa pemantulan dan pembiasan cahaya mengikuti kaidah tertentu. Berbagai informasi dikumpulkan sehingga diperoleh pengetahuan tentang Hukum Snellius yaitu pemantulan dan pembiasan cahaya. Selain itu, peristiwa pemantulan sempurna diamati, yaitu peristiwa yang terjadi ketika cahaya datang pada bidang batas antara dua medium yang indeks biasnya berbeda. Hal didukung pula oleh demonstrasi John Tyndall pada tahun 1870 bahwa cahaya dapat dipandu dalam suatu medium yaitu air yang mengalir.

Berbagai pengetahuan tentang sifat cahaya dan perambatan cahaya dalam suatu medium berkembag menjadi ilmu optika. Selain itu, penemuan laser sebagai sumber cahaya juga menjadi tolak ukur perkembangan ilmu fotonika. Optika dan Fotonika merupakan salah satu cabang ilmu pengetahuan Fisika. Salah satu bentuk teknologi dari ilmu optika dan fotonika adalah fiber optik.

Fiber optik dimanfaatkan dalam bidang komunikasi sebagai media transmisi jarak jauh, dengan keuntungan yaitu ukuran yang kecil dan ringan, kapasitas pengiriman data yang besar dan cepat, serta tidak dipengaruhi oleh medan listrik. Engineer teknik fisika memahami prinsip kerja dibalik teknologi fiber optik dna mampu memanfaatkan teknologi tersebut untuk berbagai aplikasi. Fiber optik telah menjadi revolusi sistem komunikasi data yang berdampak secara luas diseluruh dunia. Selain dampak secara ekonomis, keberadaan fiber optik mempercepat perkembangan alat-alat atau device optik terutama yang menjadi komponen komunikasi.Fiber optik adalah pemandu gelombang dielektrik yang bekerja pada frekuensi optik[3] dan cahaya kearah tegak lurus terhadap sumbunya. Fiber optik umumnya terbuat dari silika (SiO₂), berbentuk silinder dengan bagian inti (core), dilapisi dengan cladding. Keduanya memiliki indeks bias yang berbeda dengan untuk mendukung terjadinya pemantulan sempurna (Total Internal Reflection/TIR). Struktur fiber optik ditunjukkan oleh gambar 3, dimana adalah jari-jari core, adalah indeks bias core, dan adalah indeks bias cladding.

Selain contoh diatas, masih banyak lagi peranan teknik fisika dibidang lain seperti instrumentasi, energi, vibrasi dan akustik, serta ilmu rekayasa bahan. Seiring berkembangnya ilmu Teknik Fisika, diharapkan akan memajukan ilmu pengetahuan dan teknologi secara beriringan dan sinergis. Hal ini sesuai dengan definisi engineer pada umumnya, yaitu sebuah profesi yang mengaplikasikan ilmu matematika dan fisika, yang diperoleh dari studi, pengalaman, dan latihan yang digabungkan dengan penilaian professional untuk mengembangkan teknik-teknik pemanfaatan peristiwa dan sumber daya alam untuk kemakmuran hidup manusia[4].

Referensi