life is never flat: Materi IPA pengukuran

BAB PENGUKURAN

Pengukuran merupakan hasil berbandingan benda terhadap satuan baku alat ukur. Pengukuran merupakan bagian pwenting dalam pengembangan IPA. Tanpa pengukuran, tidak mungkin dapat berkembang demikian pesat seperti saat ini.

1. Besaran Pokok dan Besaran Turunan

Apabila kita mengukur maka kita membandingkan benda yang kita ukur dengan alat ukur yang kita gunakan. Dengan demikian, semua hasil pengukuran itu sesungguhnya relative, yakni relative terhadap satuan alat ukur karena hasil pengukuran merupakan hasil perbandingan benda terhadap satuan baku alat ukur. Terdapat tiga besaran poko yang diperlukan untuk mempelajari mekanika, yakni: panjang, massa dan waktu. Hasil-hasil pengukuran lainnya disebut besaran turunan, untuk membedakan dengan besaran pokok tersebut. Contoh besaran seperti luas, merupakan perkalian antara besaran panjang dengan besaran panjang. Besaran turunan lainnya seperti kecepatan,diperoleh dengan membagi besaran panjang dengan besaran waktu.

Beberapa besaran pokok seperti :

a. Besaran pokok suhu adalah besaran yang digunakan dalam pengukuran-pengukuran yang bersangkut paut dengan derajat panas suatu zat.

b.Besaran pokok arus listrik bisa dipakai dalam pengukuran-pengukuran gejala kelistrikan dinamis.

c. Besaran pokok intensitas cahaya yang sering digunakan untuk mengetahui terangnya sumber cahanya.

2. Satuan Pengukuran

Suatu pengukuran harus mencakup baik kuantitas maupun tentang apa yang diukur. Jadi, tidaklah bermakna apabila kita mengatakan bahwa binatang itu tiga.Kuantitas itu tidak member kita informasi yang cukup. Binatang itu seharusnya 3 tahun,atau 3 meter tingginya,atau memiliki masa 3 kilogram.Detik atau sekon (s),meter(m), dan kilogram(kg) kesemuanya merupakan satuan pengukuran. Jika ditanya untuk mengukur jarak antara dua detik.jawabannya haruslah mencakup besarnya dan satuan yang digunakan. Sebagai contoh, mengukur panjang lipan dan memperoleh hasil sebesa 7,5 centimeter 9cm). Hasil pengukran ini dapat menyatakan dalamsatuan lainya.,karena 7,5 cm sama dengan 0,075 m.

Satuan baku pengukuran adalah suatu satuan yang digunakan sebagai pembanding hasil pengukuran lainya. Satuan baku pengukuran biasanya disimpan disuatu tempat dan dijaga agar tidak berubah karena pengaruh-pengaruh seperti suhu, kelembaban,dan lain-lain.

Suatu baku pengukuran harus memenuhi persyaratan. Ketiga persyaratn tersebut adalah muda dapat,seragam,dan dikenal secara universal.

a. Pertama satuan baku pengukuran harus mudah didapat dalam artian bahwa satuan baku itu harus terdapat di seluruh daerah pamakainya.

b. Satuan baku pengukuran yang seragam akan selalu memberikan hasil yang identik.

c. Satuan baku pengukuran harus dikenal secara universal sebab tanpa satuan pengukuran, belum dapat dikatakan baku.

Sistem i.nteraksional (SI) adalah system yang dikenal secara luas.

Besaran pokok ada 7 yaitu :

1. Suhu adalah pengukuran derajat panas dan dingin suatu benda atau zat

2. Panjang adalah pengukuran untuk mengetahui ukuran panjang suatu zat

3. Massa adalah pengukuran untuk mengetahui ukuran massa suatu zat

4. Waktu adalah pengukuran untuk mengetahui luas atau waktu

5. Arus listrik adalah pengukuran untuk mengetahui sejak kelistrikan dinamis

6. Intensitas cahaya adalah pengukuran untuk mengetahui terangnya suatu sumber cahaya.

7. Jumlah zat adalah pengukuran untuk mengetahui banyak kandungan zat atau molekul

Secara umum berasan lain selain 7 besaran pokok merupakan besaran pokok.

Besaran Pokok dan Mekanika

Dalam mekanika (gerak) hanya terdapat 3 besaran pokok yaitu:

1.Massa

2.Panjang

3.Massa

4.Waktu

Selain dari yang 3 besaran ini dalam mekanika adalah besaran turunan.

Beberapa besaran turunan :

1) Luas = p x l

= m x m

= m²

2) F (gaya) = m . a

= kg .

= Newton

3) Kecepatan

V = =

4) Percepatan

5) Massa Jenis

Þ =

Contoh:

Tentukanlah luas tanah ( dalam m²) jika mempunyai ukuran panjang 30 m dan lebar

240 m !

Dit: P = 30 m

L = 240 m

Dit : L…… ?

Jawab : L = p x l

= 30 x 240

= 7.200 m²

Jadi, luas tanah yang dimiliki adalah 7.200 m²

Tabel Besaran pokok beserta satuannya

Besaran Pokok	Satuan	Simbol
Panjang	meter	m
Massa	kilogram	kg
Waktu	detik atau sekon	S
Suhu	Kelvin	K
Arus listrik	ampere	A
Intensitas cahaya	candela	Cd
Jumlah zat	Mole	Mol

Tabel Nama dan Simbol untuk awalan SI

Awalan	Simbol	Kelipatan
Tera	T	10¹², satu trilyun
Giga	G	10⁹,satu milyar
Mega	M	10⁶, satu juta
Kilo	k	10³, seribu
Desi	d	10^-1, satu per sepuluh
Centi	c	10^-2, satu per seratus
Mili	m	10^-3, satu per ribu
Mikro	µ	10^-6, satu per sejuta
Nano	n	10^-9, satu per semilyar
Piko	p	10^-12, satu per setrilyun

Tabel Kelipatan Nilai Satuan

Nama	Symbol	Nilai	No	Nama	Simbol	Nilai
Deka	Da	10¹	9	desi	D	10^-1
Hekto	H	10²	10		c	10^-2
Kilo	K	10³	11		m	10^-3
Mega	M	10⁶	12		µ	10^-6
Giga	G	10⁹	13		n	10^-9
Tera	T	10¹²	14		p	10^-12
Deta	P	10¹⁵	14		f	10^-15
Eksa	E	10¹⁸	16		A	10^-18

tera

Untuk memudahkan dalam melakukan konversi dalam system metrik

piko

mega

giga

kilo

hekto

deka

satuan

desi

mikro

mili

centi

nano

Sistem satuan lainnya kadang-kadang masih digunakan dalam produk-produk teknologi adalah sisten inggris. Dalam system inggris, satuan baku besaran panjang adalah yard (yd) , besaran yang sering juga dipakai adalah foot (ft) dan inch (in). Kesetaraan antara ketiga satuan panjang dalam system inggris ini adalah sebagai berikut:

1 foot (ft) = yard (yd)

1 inch (in) = ft

Satuan baku massa dalam system inggris adalah pound (ib). satuan massa yang lebih kecil adalah ons (oz). Satuan ons dalam satuan inggris adalah ib. sedangkan satuan baku untuk besaran waktu dalam system inggris sama dengan satuan baku waktu pada sstem internasional.

Tabel Kesetaraan Sistem inggris dan Sistem internasional untuk panjang dan massa

Besan Pokok	Kesetaraan
1. Panjang 2. Massa	1 yard (yd) = 0,9144 m 1 foot (ft) = 30,48 cm 1 inch (in) = 2,54 cm 1 mile (mi) = 1,609 km 1 pound (ib) = 454 ram 1 ons (oz) = 28,35 gram 1slug (s) = 14,6 kg

Kesetaraan dalam besaran turunan yang sering dipakai sampai sekarang diantaranya:

1 galon = 3,785 dm³

1 mil2 = 2,59 km²

1 are = 4047 m²

3. Pengukuran

a. Pengukuran Panjang

Satuan panjang dalam system matrik adalah meter.

1. Pada awalnya meter didefinisikan sebgai satu persepuluh juta dari jarak atara kutub utara dan katulistiwa bumi.

2. Kecepatan interaksional pada tahun 1960, satu meter adalah jarak ujung keujung sebuah penggaris platina yang merupakan prototipe meter interaksional (sekarang disimpan dikota sevres prancis).

3. Koverensi internasional tahun 1960

1 meter baku = 1.650.763,75 x panjang gelombang cahaya m,erah yang diopancarkan oleh satu isotop kipton – 86.

4. Pada tahun 1980, meter baku dengan standard alam berdasarkan pada kelajuan cahaya.

5. Pada tahun 1983, meter baku adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam waktu selama sekon.

b. Volume

Satuan dalam SI adalah m³

1. Volume benda dapat-benda yang beraturan bentuknya dapat dihitung volumenya dengan menggunakan rumus isi (volume).

2. Volume benda cair dengan menggunakan gelas ukur

3. Volume benda yang tidak beraturan bentuknya dapat ditentukan dengan menggunakan gelas ukur yaitu dengan cara mengurangkan tinggi air dalam gelas ukur yang tidak yang tidak dimasukan benda yang tidak beraturan bentuknya dengan tinggi air mula-mula.

Satuan SI volume adalah meter kubik (m³)

1 ml = 1 cm³

1 dm³ = 1000 cm³ = 1 liter

c. Massa

Satuan massa dalam SI adalah kilogram (kg)

Kilogram baku didefinisikan :

1.Massa 1 liter air murni pada suhu 4⁰c menghasilkan kerapatan air maksimum

2.Massa sebuah silinder platina ( yang dibuat sesuai kondisi air murni) selanjutnya merapatkan prototype kilogram internasional dan menjadi standar dari neraca yang ada sekarang.

d. Waktu

Waktu diukur secara universal berdasarkan rotasi bumi. Satuan waktu dalam SI adalah sekon (s).

Devinisi sekon baku adalah:

1. x rerata satu hari ( satu putaran bumi pada porosnya)

Ternyata perputan bumi pada porosnya waktunya tidak tetap.

2.Pada tahun 1967 sekon didefinisikan kembali dalam bentuk frekuensi resonansi atom cesium selang waktu dari 9.192.631.770 x getaran emisi khusus cahaya atom cesium – 133, pada saat atom itu menyerap energi.

Catatan:

Alat ukur baku untuk mengukur waktu adalah sebuah atom atau arloji. Jam atau arloji yang pada akhir-akhir ini banyak yang bekerja secara elektrik ataupun elektronik merupakan salah satu instrument labotarium baku. Sebuah jam yang sangat akurat bekerja berdasarkan pada getaran elektromagnetik atom-atom tertentu.

e. Suhu

Satuan suhu dalam SI adalah Kelvin (k).

Perubahan suhu dapat mengakibatkan perubahan sifat materi (perubaha ukuran), ini dijadikan dasar perubahan termometer : alcohol dan raksa.

Koperensi suhu pada tahun 1960 didasarkan pada titik suhu tertentu yang disebut titik tripel air, yaitu: titik dimana terjadi kesetimbangan zat padat, cair dan gas yaitu pada suhu 273,16 kelvin = suhu.

4.Ketelitian Alat ukur

Alat ukur adalah alat yang digunakan untuk mengukur suatu getaran fisika.

Ketelitian alat ukur saat tergantung pada skala terkecil alat ukur itu,semakin kecil skala terkecil dari sebuah alat ukur akan semakin teliti hasil pengukurannya.

Kecermatan pengukuran ditentukan oleh seberapa dekat hasil pengukuran yang diperoleh dari alat ukur dibandingkan dengan harga yang sesungguhnya.

Contoh :

Jika massa yang sesungguhnya dari sebuah balok kayu adalah 15,160 gram, maka suatu neraca akan memberikan hasil pengukuran yang terdekat dengan massa itu.apabila dapat diperoleh maka neraca dapat dikatakan sebagai neraca akurat.

Beberapa alat ukur besaran panjang yaitu:

1. Penggaris / mistar

- Mistar dibuat berdasarkan kebutuhan yang dibutuhkan yang diperlukan sehari-hari

- Ada dua jenis mistar yaitu:

a. Mistar berskala centi meter

b. Mistar berskala milimeter

- Ketelitian mistar meter

- Mistar berskala millimeter lebih teliti hasil pengukurannya dibandingkan mistar berskala centi meter

2. Jangka sorong

Jangka sorong adalah alat ukur panjang lainnya yang mampu mengukur dengan cukup akurat.

- Ketelitian jangka sorong x skala terkecil x 0,01 cm = 0,005 cm.

- Jangka sorong alat ukur besaran panjang dapat digunkan untuk mengukur; diameter dalam dan diameter luar benda yang berbentuk tabung dan bentuk cincin kedalam tabung.

- Jangka sorong mempunyai 2 rahang yaitu :

a. Rahang tetap

b. Rahang sorong

- Rahang tetap mempunyai skala utama yang panjangnya 10 cm dengan skala terkecil millimeter.

- Rahang sering merupakan dan mudah sepanjang rahang tetap sesuai dengan benda yang diukur.

- Rahang sorong terdapat skala nonius ,panjang 10 skala. Nonius adalah 9mm, artinya 1 skala nonius 0,9 mm, sehingga selisih sekala utama dengn sekala nonius adalah

1 mm - 0,9 mm =0,1 cm. Dengan ketelitian jangka sorong 0,005 cm maka jangka sorong dapat digunakan untuk mengukur diameter dalam dan luar suatu pipa.

3. Mikro meter sekrup

Alat ukur besaran pajang dengan tingkat akurasi tinggi .

Ketelitian pengukuran sampai 0,01 mm 9merupakan skala terkecil micrometer sekrup)

Micrometer sekrup terdiri atas: rahang tetap, rahang geser, sekala tetap, sekala putar (nonius),dan pemutar tromol.

Skala tromol diputar 360⁰ searah jarum jam maju atau mundur maka skala utama akan berubah 0,5 mm. Skala pada tromol dibagi atas 50 bagian sama besar . Jadi, tiap bagian pada skala akan menggeserkan rahang geser sejauh :

mm = 0,01 mm (skala nonius)

Mengukur dengan satuan tidak baku,misalnya mengukur besaran panjang dengan jengkal ,depa,langkah,hasta dll. Satuan tidak baku disebut satuan konvesional (kuur).

Mengukur dengan satuan baku misalnya mengukur besaran panjang dengan mistar dengan satuan meter , centimeter atau inchi dll.

5.Kecepatan Pengukuran

Kecermatan hasil pengukuran yang sesungguhnya hanyalah 2 angka dibelakang koma.

Contoh :

1,2843 cm hasil pengukuran cermat pada 1,28 cm.

a. Penghitung Angka Hitung

Contoh :

Hasil penjumlahan menurut angka penting adalah 14,2 cm karena angka ”2” pada 2,12 adalah angka perkiraan.

b. Perkalian dan Pembagian

Bilangan hasil tidak boleh melebihi angka penting bilangan yang dioperasikan. Sebab angka perkiraan dapat ditambahkan apabila dianggap perlu.

Contoh :

Panjang 15,4 cm

Lebar 11 cm

Penyelesainnya: Luas = p x l

= 15,4 cm x 11 cm

= 169,4 cm²

Hasil penghitungan luas menurut angka penting adalah 169 cm², karena jumlah bilangan angka bilangan angka penting bilangan yang dioperasikan tertinggi adalah 3 (pada 15,4 cm = 3 angka penting). Sehingga hasilnya hanyalah 169 cm^2.

c. Angka bukan nol harus selalu diperhatikan sebagai angka penting.

d. Angka nol yang terletak disebelah kanan angka bukan nol adalah angka penting

Contoh : 20 2 angka penting

e. Angka nol antara angka bukan nol adalah angka penting

Contoh : 205, 203 3 angka penting (2)

10001 5 angka penting ( 3 dan 2)

f. Pembulatan keatas dilakukan pada angka “5” atau lebih sedangkan angka kurang dari “5” dihilangkan (dihapus).

Satuan SI adalah kg (kilogram)

Berat adalah besarnya pengaruh gravitasi bumi (gaya gravitasi bumi) terhadap suatu benda.

Rumusnya:

W = Weigh = berat .(berat adalah gaya)

W = m.g.Newton

Keterangan :

m = massa benda (kg)

g = gaya gravitasi ( ²)

untuk cgs gr . ² = dyne

1 Newton = 10⁵dyne

Mengukur massa benda sebenarnya membandingkan benda tersebut dengan massa standar (anak timbangan), alat ukurnya dalah timbangan. Massa suatu benda tetap tetapi berat selalu berubah tergantung pada gravitasi benda ditempat tersebut, Gravitasi diukur ditempat yang sama datar dengan permukaan laut. Jadi gravitasi akan berubah bila tempat tersebut lebih tinggi atau lebih rendah dari permukaan laut. Diruang hampa berat benda nol sedangkan masa benda tetap.

Menentukan Massa jenis = ( )

Keterangan :

m = massa benda (kg)

v = volume (m³)

contoh :

Sebuah benda dengan berat 145 kg, dengan volume 85 m³, Berapa massa jenis benda tersebut?

Jawab :

Dik : m = 154 kg

V = 85 m³

= 1,71

Jadi, massa benda tersebut adalah 1,71

Massa jenis merupakan cirri has suatu benda:

- Benda terapung bila benda < air

- Benda melayang bila benda = air

- Benda tenggelam bila benda > air

6 . Mengukur Massa Jenis

1. Benda Padat

Dengan menggunakan rumus:

= atau

Keterangan:

m= massa benda (kg)

V = volume benda (m³)

A²= luas alas (m²)

t = tinggi benda (m)

Contoh :

Sebuah balok dengan massa 160 gram dam volumenya 200 cm³, hitunglah masa jenis balok?

Jawab:

m= 160 gr = 0,16

v =200 cm³= 2m³

⁼

⁼0,08 jadi,massa jenis benda adalah 0,08

2. Zat padat yang bentuknya tidak teratur, dengan menggunakan rumus:

= =

(V_2-V₁) = volume benda yang tidak beraturan bentuknya

Contoh :

Jika sebuah tabung dengan massa benda 37 kg , volume awal benda 21 m, kemundian menyusul 3 m, berapa massa jenis benda tersebut?

Dik : m = 37 kg

V₂= 21 m

V₁ = 3 m

Jawab:

= 2,05

Jadi, massa jenis tersebut adalah 2,05

3. Zat cair

Menggunakan rumus :

= =

Keterangan :

(m₂- m₁₎= massa zat cair

m₂ = massa tabung + zat cair

m₁ = massa zat tabung kosong

contoh :

sebuah tabung memiliki volume 53 m, dengan massa kosong tabung 15 kg setelah tabung terisi. Tentukanlah massa jenis tabung tersebut!

Jawab:

Dik : V = 53 m

M₁= 15 kg

M ₂= 35 kg

Dit : ………….?

= 0,377

Jadi, massa jenis benda tersebut adalah 0,377

7 . Mengukur Besaran Suhu

Suhu adalah derajat panas dingin suatu benda. Alat ukur suhu adalah thermometer.

Macam-macam thermometer yaitu:

1. Termometer Skala Calsius

Termometer skala calsius memiliki dua titik awalan yaitu; suhu air yang sedang beku dan suhu air yang sedang mendidih pada tekanan normal yaitu pada 1 atom ( atmosfir = 76 cm). Titik nol pada sekala suhu pada air membeku.

Air mendidih pada suhu 100⁰c.

Skala Celsius

0-100⁰, terbagi 100 bagian ,tiap 1 bagian = 1⁰c

t⁰= 100⁰

2. Termometer Skala Fahrenheit

Termometer skala Fahrenheit menggunakan titik awalannya air yang dalam keseimbangan dengan es berfungsi 32⁰f dengan cara menabahkan garam kedalam es. Uap yang berada dalam keadaan keseimbangan dengan air mendidih ditentukan bersuhu 212⁰f.

Pembagian skala Fahrenheit (212⁰-32⁰ = 180⁰)

t⁰f = (180⁰-32⁰)

3. Termometer Reamur

t⁰R = t⁰c

4. Termometer sekala Kelvin

Ilmuan inggris LORD KELVIN, adalah seorang ilmuan termofisika (fisika panas). Kelvin menggunakan satu acuan TITIK TRIPEL AIR MURNI. Titik tripel adalah suatu titik dimana terjadi keadaan keseimbangan antara es, air dan uap air. Titik air murni dan titik beku air murni hamper sama besarnya pada tekanan 1 atsmofir (1 atm).

Jadi, 273 k = 0⁰c

Hubungan antara sekala Kelvin dan skala Celsius adalah :

tk = t⁰c + 273⁰

Latihan Soal :

1. Jika sebuah pembangkit listrik memiliki daya 3.700.000 watt, nyatakan daya tersebut kedalam mega watt!

2. Ubahlah massa berikut ini

a. 27 pon = …….gram

b. 520 oz = …….gram

Jawab:

1. Dik : Daya = 3.700.000 watt

Mega watt = 10⁶ x 3.700.000

= 3.700 mega watt

2. a. 1 pon = 4,54 b. 1 oz = 28,35

maka = 27 x 4,54 maka = 520 x 28,35

= 122,58 gram = 14,742 gram

Kerjakanlah Soal dibawah ini:

1. Hitunglah suhu⁰F, jika suatu benda memiliki suhu 93⁰C!

2. Bila masa benda 27 kg dengan diameter 9 m dan tinggi 4 m. Berapakah masa jenis benda tersebut?

3. Hitunglah luas ruangan (dalam cm) jika panjang ruangan 19 fl, dan lembar 31 fl!

4. Hitunglah bila diketahui 180⁰c, hitunglah ⁰R, ⁰F, ⁰K!

5. Ubahlah suhu dibawah ini

a. 74⁰R = . . . ⁰c

b. 125⁰F = . . . ⁰R

c. 512⁰C = . . . ⁰K

Kunci Jawaban :

1. Dik :suhu = 93⁰c

= x (93^{0 +}32)

= x 125

= 55,56

^2.Dik : m = 27 kg

A²= 9 m

t = 4 m

= 0,76

Jadi, masa jenis benda tersebut adalah 0,76

^3.Dik : p = 19 Fl

= 31 Fl

1 Fl = 30,48 cm

P = 30,48 x 19 = 30,48 x 31

= 579,12 = 944,88

Dit : L = . . . ?

Jawab : L = p x

= 579,12 x 944,88

=547198,91 cm²

4. Dik : 180⁰C

Dit : ⁰R= …?

⁰F =. . .?

⁰K= . . .?

Jawab :

⁰R=

= 144⁰R

⁰F =

= x 212⁰

= 94,22⁰F

⁰K=

5. Jawab :

⁰R= ⁰C= =

= 60⁰R

⁰F = =55,56

BAB GELOMBANG BUNYI dan CAHAYA

I. Gelombang

Dalam kehidupan sehari-hari, fenomena gelombang merupakan hal yang tidak asing lagi bagi kita semua. Ketika kita melihat batu ke dalam kolam, pada permukaan air terlihat gelombang air yang menyebar ke luar dan berpusat pada tempat jatuhnya batu. Ketika kita bertepuk tangan gelombang bunyi akan terdengar di sekitar kita. Ketika gong dipukul gelombang bunyi gong juga akan terdengar di sekeliling kita. Ketika kita menyalakan lampu gelombang cahaya akan memenuhi ruangan. Gelombang air, bunyi, dan cahaya memeang berbeda dalam berbagai segi, tetapi semuanya mempunyai sifat dasar gelombang yang serupa. Gelombang adalah gangguan periodik yang bergerak menjauhi sumber dan membawa energi. Gerak periodik itu bisa berupa perubahan bolak – balik tinggi permukaan pada gelombang air, prubahan bolak – balik tekanan udara pada gelombang bunyi, perubahan bolak – balik kuat medan magnetik pada gelombang cahaya. Bunyi, cahaya, gelombang lautan, gempa bumi, dan transmisi radio-televisi, merupakan fenomena gelombang dalam kehidupan sehari-hari kita. Gelombang dapat terjadi apabila suatu sistem diganggu dari posisi kesetimbangannya dan gangguan itu merambat dari satu daerah sistem itu ke daerah lainnya.

Ø Jenis Gelombang Berdasarkan Perlu Tidaknya Medium Perambatan

· Gelombang mekanik yaitu gelombang yang berjalan di dalam suatu material yang dinamakan medium. Contohnya seperti gelombang tali, gelombang air, gelombang bunyi, dan lain sebagainya.

· Gelombang elektromagnetik yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. Contohnya gelombang cahaya.

Ø Jenis Gelombang Berdasarkan Arah Pergeseran Medium

· gelombang transversal yaitu gelombang yang arah pergeseran mediumnya tegak lurus dengan arah perjalanan gelombang sepanjang medium itu.

BG = Bukit Gelombang

BG LB = Lambat Gelombang

b LB b = arah rambat

· gelombang longitudinal yaitu gelombang yang arah pergeseran mediumnya searah dengan arah perjalanan gelombang sepanjang medium itu.

Ø Parameter Gelombang

· Panjang Gelombang

Jarak dari satu puncak ke puncak berikutnya atau dari satu lembah ke lembah berikutnya, atau dari sembarang titik ke titik yang bersangkutan pada pengulangan berikutnya dari gelombang tersebut Lambang panjang gelombang (λ)

· Frekuensi

Banyaknya gelombang dalam selang waktu tertentu. Jumlah gelombang tiap detik. Lambang frekuensi (f) yang dinyatakan dalam rumus :

f = atau f =

· Cepat Rambat Gelombang

Jarak yang di tempuh gelombang ( λ ) tiap satuan waktu ( s ). Satuannya ( m/s ). Hubungan antara panjang gelombang (λ) dan frekuensi gelombang (f) dengan cepat rambat gelombang: v = λ . f Laju gelombang dipengaruhi oleh sifat-sifat mekanik medium perambatannya. Dinyatakan dalam rumus :

V = atau v = λ . f

V = cepat rambat gelombang ( m/s )

f = frekuensi ( H_Z)

λ = Panjang gelombang ( m )

Ø Sifat – sifat umum gelombang

· Dapat mengalami perambatan, kecepatan rambat gelombang tergantung medium yang dilaluinya. Medium rambat gelombang adalah zat padat, cair, dan gas. Dalam medium padat gelombang lebih cepat sampai dibanding medium lainnya.

· Dapat mengalami pemantulan ( refleksi ), sinar akan dipantulkan bila jatuh atau lewat pada bidang batas dua medium bening. Contohnya gelombang air yang mengenai tepi kolam akan dipantulkan kembali ke tengah.

· Dapat mengalami pembiasaan ( reflaksi ), gelombang dapat dibiaskan atau dibelokkan. Pembiasan gelombang dipengaruhi oleh medium, apabila suatu gelombang datang ke medium 1 lalu di teruskan ke medium 2. Maka akan terjadi perubahan kecepatan ( v ) rambat gelombang dan panjang gelombang ( λ ). Perubahan kecepatan mengakibatkan perubahan arah gelombang yang disebut pembiasaan. Contohnya gelombang cahaya yang dibelokkan setelah melewati lensa.

· Difraksi ( lenturan ) adalah peristiwa berubahnya gelombang yang arahnya lurus menjadi menyebar setelah melewati celah sempit.

lenturan ( difraksi )

sinar datang

· Prinsip Superposisi dan Interferensi gelombang. Prinsip superposisi adalah paduan dua gelombang atau lebih yang bergerak dalam medium yang sama. Interferensi adalah hasil perpaduan dua atau lebih superposisi gelombang.

II. Gelombang Cahaya

Cahaya merupakan energi yang terbentuk gelombang dan membantu kita untuk melihat. Cahaya dapat didefinisikan sebagai radiasi yang dapat mempengaruhi mata dan memilki kecepatan sebesar 299.792.458 meter/sekon. Menurut Christian Huygent ( 1629 – 1695 ) cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi yang membedakannya hanya frekuensi dan panjang gelombang. Huygen memperkenalkan zat hipotetik ( dugaan ) yaitu ETER yang merupakan zat ringan yang tembus pandang yang memenuhi alam semesta. Eter membuat cahaya dari bintang - bintang sampai ke bumi. Newton ( 1642 – 1727 ) cahay terdiri dari partikel – partikel ringan yang dipancarkan oleh sumbernya ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sedangkan menurut James Clark Maxwell ( 1831 – 1879 ) cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat pada ruang hampa. Jadi, perambatan cahaya tidak memerlukan zat perantara atau medium. Cepat rambat cahaya pada ruang hampa udara adalah c = 3 x 10 ⁸ m/s.

Ø Sifat Cahaya

· Bila mengenai benda yang tak tembus akan menimbulkan bayangan.

· Bila mengenai benda bening akan dibiaskan.

· Bila mengenai permukaan cermin akan dipantulkan.

· Cahaya sebagai gelombang

· Cahaya dihasilkan dari getaran-listrik dan getaran magnet yang merambat sehingga cahaya merupakan gelombang elektromagnetik

· Cahaya merambat tanpa memerlukan medium dengan kecepatan 300 000 000 m/s.

Ø Pemantulan Cahaya

Cahaya sebagai gelombang dapat memantul bila mengenai suatu benda. Pemantulan cahaya sesuai dengan hukum pemantulan yang dikemukakan oleh Snellius yaitu:

1. Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

2. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Terdapat 2 jenis pemantulan yaitu,

1. Pemantulan teratur, yaitu jika sinar datang sejajar pada satu permukaan yang sejajar maka akan dipantulkan sejajar juga. Pemantulan ini terjadi pada permukaan yang rata atau datar.

Gambar pemantulan teratur

2. Pemantulan tidak teratur ( diffuse atau baur ), yaitu pemantulan cajhaya yang acak atau tidak teratur. Hal ini disebabkan cahaya mengenai permukaan yang tidak rata dan sinarnya akan memantul kesegala arah.

Gambar pemantulan baur / tidak teratur

Hukum pemantulan cahaya berbunyi sebagai berikut :

a. Sinar datang, garis normal dan sinar pantul terletak pada sebuah bidang datar.

b. Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Keterangan :

a = sinar datang

b = sinar pantul

c = sudut datang

d = sudut pantul

n = garis normal

a b

c d

cermin datar

Ø Perambatan cahaya

Bayang – bayang akan terbentuk dibelakang benda yang tak tembus cahaya dan bayang – bayang akan tampak gelap karena cahaya tidak dapat menembus cahaya. Perambatan cahaya yang selalu lurus dapat berupa berkas – berkas cahaya yang sejajar, menyebar, dan mengumpul.

· Cahaya sejajar atau berkas cahaya pararel

contohnya, terjadi pada sinar laser

· Cahaya menyebar ( divergen ), contohnya cahaya yang keluar dari lampu, cahaya yang dipantulkan dari cermin cembung, cahaya yang keluar dari lensa cekung.

· Cahaya mengumpul ( konvergen ), contohnya cahaya yang dipantulkan dari cermin cekung dan cahaya yang keluar dari lensa cembung.

III. Gelombang Bunyi

Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik yang terdiri dari molekul – molekul udara yang bergetar maju – mindur sehingga membentuk rapatan dan renggangan, oleh karenanya gelombang bunyi adalah gelombang longitudinal yang merambat melalui medium berupa zat padat, zat cair dan zat gas.

Fenomena bunyi berhubungan dengan indera pendengaran kita, yaitu telinga kita dan otak kita. Telinga berfungsi menerima gelombang bunyi, sedangkan otak berfungsi menerjemahkan informasi dari telinga. Segala sesuatu yang dapat bergetar dan menimbulkan bunyi disebut sumber bunyi. Telinga manusia dapat mendengar bunyi pada frekuensi 20 Hz sampai 20.000 Hz. Frekuensi bunyi di bawah 20 Hz disebut frekuensi infrasonik. Frekuensi bunyi antara 20 Hz sampai dengan 20.000Hz disebut frekuensi audiosonik. Frekuensi bunyi di atas 20.000 Hz disebut frekuensi ultrasonik. Bunyi memiliki sifat sebagai berikut :

· Bunyi merupakan hasil getaran.

· Bunyi memerlukan perantara atau media untuk merambat.

· Bunyi dapat merambat melalui zat cair, padat, dan gas.

· Bunyi dapat memantul.

Ø Cepat rambat bunyi

Bunyi dapat merambat melalui zat padat, gas dan cair. Kecepatan rambat bunyi berbeda – beda pada masing – masing wujud zat tersebut, dan yang paling lambat adalah melalui gas atau udara. Cepat rambat bunyi adalah hasil bagi jarak antara sumber bunyi dan pendengar dengan selang waktu untuk bunyi merambat. Cepat rambat bunyi dalam rumus :

V =

V = cepat rambat bunyi (m/s)

s = jarak sumber bunyi ( m )

t = selang waktu

contoh soal

sebuah petir terdengar 2 detik setelah kilatan petir menyala, jika cepat rambat bunyi di udara 300 m/s, berapa jarak sumber bunyi ke pengamat?

Diketahui : t = 2 s

V =300 m/s

Ditanyakan: S = ?

Jawab ;

V = s = v . t

s = ( 300 m/s . 2 s)

s = 600 m

Ø Sumber-Sumber Bunyi

· Gelombang bunyi yang kita dengar sehari-hari dihasilkan oleh sesuatu yang bergetar yang disebut sumber bunyi.

· Beberapa sumber bunyi yang kita kenal misalya gitar,suling, biola, terompet, dan lain-lain.

· Pada saat bergetar, sumber bunyi ini juga menggetarkan udara di sekelilingnya dan kemudian udara menstransmisikan getaran tersebut dalam bentuk gelombang longitudinal.

1. Dawai (Senar) sebagai Sumber Bunyi

· Alat musik seperti gitar atau biola menggunakan dawaisebagai alat getar.

· Getaran yang terjadi pada senar gitar merupakan gelombang stasioner pada dawai ujung terikat.

· Nada yang dihasilkan oleh senar gitar dapat diubah-ubah dengan cara menekan senarnya pada posisi tertentu.

· Satu senar dapat menghasilkan berbagai frekuensi resonansi dengan pola gelombang di bawah.

2. Pipa Organa sebagai Sumber Bunyi

Kolom Udara (Pipa Organa)

· Pipa organa adalah alat yang menggunakan kolom udara sebagai sumber getar.

· Alat musik tiup seperti suling atau terompet menghasilkan bunyi berdasarkan prinsip pipa organa.

· Kita mengenal dua jenis pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan pipa organa tertutup.

a. Pipa Organa Terbuka

Pipa organa terbuka merupakan alat tiup berupa tabung yang kedua ujung penampangnya terbuka.

b. Pipa Organa Tertutup

Pipa organa tertutup merupakan alat tiup berupa tabung yang salah satu ujungnya terbuka dan ujung lainnya tertutup.

MATERI DAN PERUBAHANNYA

1. Pengertian Materi

Materi merupakan sesuatu yang memiliki masa dan volume serta menempati ruang, benda-benda di sekitar kita misalnya meja, mobil, buku, air dan udara juga merupakan materi selain menempati ruang juga mempunyai masa. Banyak cara untuk mengetahui apakah sesuatu itu termasuk materi atau bukan misalnya, untuk menunjukan udara menempati ruang ditunjukan oleh balon udara yang mengembang bila ditiup. Cahaya dan sinar bukan merupakan materi sebab tidak menempati ruang.

Dalam ilmu mekanika “massa” adalah ukuran ketahanan materi terhadap suatu gaya yang ditandai dengan dengan perubahan kecepatannya sebagai massa bunyi dalam newton kedua :

F = m.a. newton

Keterangan :

F = Gaya (kg . . newtom)

a = percepatan ( )

m = massa (kg)

Contoh Soal

F = m.a

Dik : m= 50 kg

a= 2 m/s²

Dit = F…?

Jawab :

F= m.a

= 50 kg . 2 m/s²

= 100 kg m/s²

Karena banyak gaya lain yang menyangga, maka gravitasi yang dipakai untuk menentukan massa, yaitu :

W =

g = percepatan gravitasi ( )

w = gravitasi = bobot (kg . .Newton

W = m.g

Dik : m= 25 kg

g= 5 m/s²

Dit = W…?

Jawab :

W= m.g

= 25 kg . 5 m/s²

= 125 Newton

Materi atau zat di klasifikasikan menjadi 2 kelompok :

A. Zat Tunggal (murni)

Zat tungal (murni terdiri dari :

a. Unsur

suatu unsur kita definisikan sebagai suatu zat yang tersusun atas hanya satu macam atom saja. Dengan demikian, jelaslah bahwa karbon dan oksigen merupakan dua unsur yang berbeda karena keduanya tersusun atas jenis atom yang berbeda.

Unsur yang terbanyak di alam semesta ini adalah hidrogen yang menysusun sebanyak 75% dari masa semua materi yang ada. Helium merupakan unsur kedua terbanyak dengan jumlah sekitar 25%. Sisanya yang jumlahnya sangat kecil sebagai unsur-unsur lainnya. Jumlah ini mencerminkan komposisi bintang-bintang dan gas dan debu antar galaksi.

b. Senyawa

Senyawa adalah zat tunggal yang terbentuk dari dua atau lebih unsur melalui. Dengan cara-cara tertentu. Senyawa dapat diuraikan menjadi zat yeng lebih sederhana dan bahkan bisa menjadi unsur-unsur pembentukan. Misalnya gula merupakan senyawa yang terdiri dari unsur karbon, unsur hidrogen dan unsur oksigen, jika gula kadar akan terurai menjadi senyawa yang lebih sederhana yaitu karbon oksida dan uap air. Contoh lain (air, asam cuka dan lain-lain).

c. Zat Campuran

Zat campuran adalah perpaduan beberapa zat tunggal yang dapat diuraikan bagi menjadi komponen penyusun melalui proses fisika. (dipanaskan, penyulingan, siltrasi dan lain-lain)

d. Wujud Materi

Berdasarkan wujudnya materi dikelompokan menjadi bagian yaitu :

v Padat

Mempunyai bentuk yang tetap dan Volumenya tetap

Contoh : meja, batu, kayu

v Cair

Mempunyai bentuk yang tetap dan Volumenya tetap

Contoh : meja, batu, kayu

Cair Mempunyai bentuk yang mudah berubah sesuai tempatnya
Contoh : udara, Oksigen, Nitrogen

e. Sifat materi

Seperti halnya manusia yang mempunyai sifat materi juga memiliki sifat dan di bagi kedalam 2 sifat materi, sifat kimia dan sifat fisika.

Latihan soal

1. Sebuah balok es memiliki masa 25 kg di dorong Rafli , dengan percepatan 5 m/s². Maka tentukanlah besar gaya diruangan Rafli .

Jawab : Dik : m = 25 kg

a = 5 m/s²

Dit : F ?

Jawab : F = m . a

= 25 kg . 5 m/s²

= 125 kg m/s²

2. Desi yang bermasa 30 kg berdiri di dalam sebuah lift, jika gravitasi bumi 10 m/s². Maka tentukanlah bobot desi saat lift bergerak keatas dipercepat?

Jawab : Dik : m = 30 kg

g = 10 m/s²

Dit : w =…? (lift bergerak keatas)

Jawab: w = 30 kg . 10 m/s²

w = 300 N

2. Perubahan materi

Perubahan materi adalah perubahan sifat suatu zat atau materi menjadi zat yang lain baik yang menjadi zat baru maupun tidak. Perubahan materi terbagi menjadi dua macam, yaitu :

a) Perubahan materi secara fisika

Perubahan Materi Secara Fisika atau Fisis Perubahan fisika adalah perubahan yang merubah suatu zat dalam hal bentuk, wujud atau ukuran, tetapi tidak merubah zat tersebut menjadi zat baru.

Contoh perubahan fisika :

· Perubahan wujud

- Es balok yang mencair menjadi air

- air menguap menjadi uap

- kapur barus menyublim menjadi gas, dsb

· Perubahan bentuk

- gandum yang digiling menjadi tepung terigu

- benang diubah menjadi kain

- batang pohon dipotong-potong jadi kayu balok dan triplek, dll

· Perubahan rasa berdasarkan alat indera

- perubahan suhu

- perubahan rasa, dan lain sebagainya

Keterangan :
1. Melebur (perubahan wujud zat dari padat menjadi cair)
2. Membeku (perubahan wujud zat dari cair menjadi padat)
3. Mengembun (Perubahan wujud zat dari cair menjadi padat)
4. Menguap (Perubahan wujud zat dari cair menjadi gas)
5. Deposisi (Perubahan wujud zat dari gas menjadi padat)
6. Menyublin (Perubahan wujud zat dari padat menjadi gas)

b) Perubahan materi secara kimia

Adalah perubahan dari suatu zat atau materi yang menyebabka terbentuknya zat baru.

Contoh perubahan kimia :

§ bensin biodiesel sebagai bahan bakar berubah dari cair menjadi asap knalpot.

§ proses fotosintesis pada tumbuh-tumbuhan yang merubah air, sinar matahari, dan sebagainya menjadi makanan

§ membuat masakan yang mencampurkan bahan-bahan masakan sesuai resep menjadi masakan yang dapat dimakan.

§ bom meledak yang merubah benda padat menjadi pecahan dan ledakan

KLASIFIKASI MATERI

Contoh :

₆C¹²

A = 12

C = Karbon

Z = 6

Jawab :

C = 12 – 6

LATIHAN SOAL

1. ₂₅U¹²⁰

A = 120

U = Unsur

Z = 25

Jawab :

U = 120 – 25

= 195

2. ₃₀He²³⁵

A = 235

He = Helium

Z = 30

Jawab :

He = 235 – 30

= 205

SOAL

1. Pongki memiliki sebuah balok yang bermasa 5kg, dengan gaya sebesar 50N. Maka tentukanlah percepatannya?

2. Dani yang masanya 59kg sedang berada di dalam sebuah lift. Berapakah gaya berat yang dikerjakan dani terhadap lantai lift saat lift bergerak keatas dengan percepatan gravitasi 10 m/s²?

3. Gaya yang dikerjakan sebesar 100N dengan percepatan sebesar 5 m/s². Berapa gramkah massa yang diperlukan?f

4. ₁₇Cl³⁵

5. .₁₁Na²⁴

Jawab

1 . Dik : m = 5 kg

F = 50 N

Dit : a …?

Jawab : f = m . a

a = f : m = 50 : 5 = 10 m/s²

2 . Dik : m = 59 kg

g = 10 m/s²

Dit : W …..?

Jawab : W = m . g

59 . 10 = 590 N

3 . Dik : f = 100 N

a = 5 m/s²

Dit : massa …?

Jawab : f = m . a

m = f : a = 100 : 5 = 20 kg = 20.000 gram

4. 17Cl35

A : 35

Z : 17

Cl : klorida

Proton : 7

Elektron : 17

Neutron : 18

5. 11 Na 24

A : 24

Z : 11

Na : natrium

Proton : 11

Elektron : 11

Neutron : 1

BAB ENERGI dan PESAWAT SEDERHANA

I. ENERGI

Energi atau tenaga adalah kemampuan untuk melakukan usaha atau kerja. Benda yang memiliki energi akan mampu melakukan usaha kerja. Sebuah benda dapat dikatakan mempunyai energi bila benda itu bisa menghasilkan gaya yan dapat melakukan usaha / kerja. Sumber energi adalah benda atau makhluk yang dapat memberikan atau menghasilkan energi. Contohnya matahari, angin, air terjun, gas, listrik, batu baterai, batu bara, panas bumi, zat makanan, dan bahan bakar. Satuan energi dalam Sistem Internasional ( SI ) adalah Joule ( J ), satuan lainnya kalori ( Kal ). Satuan energi merupakan bessaran turunan dari :

Joule = Newton . Meter ( MKS )

Energi = dyne . centimeter ( egs )

1000J = 1kJ

1 J = 0,001 Kj = 10 ^-3Kj

1 joule = 0,24 kalori

1 kalori = 4,2 joule

Bila suatu materi berubah akan disertai “ Perubahan Energi “ maka Energi adalah sesuatu yang menyertai “ Perubahan Materi “. Peristiwa EKSOTERMIK adalah peristiwa Pelepasan / Keluar sejumlah Energi bila energi yang di kandung suatu materi sebelum perubahan lebih besar dari sesudah materi itu berubah. Peristiwa ENDOTERMIK adalh peristiwa Penyerapan Energi bila energi yang dikandung suatu benda ( materi ) sebelum perubahan lebih kecil dari sesudah perubahan.

Bentuk Energi dan Perubahannya

Adapun bentuk – bentuk energi dari contohnya dalam kehidupan sehari – hari sebagai berikut :

1. Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang dimilki oleh arus listrik yang mengalir. Contohnya ketika baterai digunakan, arus listrik akan mengalir.

2. Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang dimiliki oleh suatu zat yang mengandung bahan kimia. Contohnya bahanbakar, zat maknan, batu bara, batu baterai, dan aki.

3. Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi yang dimilki oleh sebuah benda yang terletak didalam inti atom suatu unsur kimia. Contohnya reaktor nuklir, bom atom, dan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir ( PLTN ).

4. Energi Cahaya

Energi cahaya adalah energi yang dimiliki oleh benda yang dapat menghasilkan cahaya. Contohnya TV, VCD Player, dan sebagainya.

5. Energi Bunyi

Energi bunyi adalah energi yang dimiliki oleh benda yang dapat mengahsilkan bunyi. Contohnya suara burung, sirine, radio dan sebagainya.

6. Energi Kalor

Energi kalor adalah energi yang dimilki oleh benda yang dapat menghasilkan panas. Contohnya api, matahari, kompor yang menyala, lilin yang menyala, dan sebagainya.

7. Energi Potensial Matahari

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda yang gerakan dan kedudukannya di pengaruhi oleh gravitasi bumi. Contohnya air terjun.

Konsep Kekekalan Energi

Walaupun energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, akan tetatpi jumlah total energi tersebut selalu tetap. Hal ini dinyatakan dalam hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa : “ Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain “. Energi ada begitusebuah benda diciptakan karena benda mempunyai “massa”, sehingga massa adalah bentuk lain dari “ Energi “. Energi ini disebut Energi Diam ( E_O). Energi diam dari suuatu benda adalah energi yang dimiliki berdasarkan massa benda itu sendiri, maka massa dapat dipandang sebgai suatu bentuk energi. Pada dasarnya Energi terbagi menjadi dua yaitu Energi Potensial dan Energi Kinetik, yang keduanya merupakan Energi Mekanik. Energi mekanik adalah energi yang terdapat pada benda yang memiliki energi kinetic dan energi potensial. Contohnya dapat kita lihat pada mesin kendaraan bermotor. Jumlah energi potensial dan energi mekanik setiap benda selalu tetap.

E_{M
=}E_P+ E_K= tetap

E_M = Energi Mekanik E_K = Energi Kinetik

E_P = Energi Potensial

I. Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Besarnya energi kinetik suatu benda ditentukan oleh besar kecepatan dan massanya. Oleh karena itu, energi kinetik semakin besar apabila kecepatan semakin besar dan massanya pun semakin besar. Energi yang termasuk dalam energi kinetik adalah energi angin, energi gelombang laut, energi suara, energi cahaya, energi panas. Contohnya mangga yang jatuh dari rantingnya, mobil sedang berjalan, air terjun, peluru meriam yang ditembakkan. Besarnya energi kinetik sebuah benda yang mempunyai massa m dan bergerak dengan kecepatan v dapat dinyatakan dalam rumus :

Ek = m.v²

m = massa ( kg )

v = kecepatan ( m/s)

E_k = energi kinetic ( kg. m²/s²atau joule )

Contoh soal

Sebuah benda yang bermassa 10 kg bergerak lurus beraturan dengan kecepatan 20 m/s. tentukan besarnya energi kinetik benda tersebut!

Penyelesaian

Diketahui : m = 10 kg, v = 20 m/s

Ditanyakan : E_k= …..?

Jawab

E_k = m.v²

= . 10. ( 20 )²

= . 10. 400

= 2.000 joule

II. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena letaknya atau tempatnya. Energi ini dimiliki oleh benda yang diam yang memungkinkan benda itu dapat bergerak. Energi potensial merupakan Energi yang dikandung suatu materi berdasarkan kedudukannya terhadap permukaan bumi. Artinya, Energi Potensial dipengaruhi oleh Gaya Gravitasi, itulah sebabnya Energi Potensial disebut juga dengan Energi Potensial Gravitasi. Besar energi potensial pada suatu benda tergantung pada massa benda ( kg ), ketinggian terhadap permukaan bumi ( m ), gravitasi ( m/s² ). Contoh benda yang memiliki energi potensial : pegas, karet yang direnggangkan, benda pada ketinggian tertentu. Misalnya benda A berada pada ketinggian h di atas tanah. Kalau massa benda itu m, maka beratnya adalah m.g dimana g adalah gravitasi. kalau benda itu dilepaskan, maka benda itu akan jatuh akibat gaya tarik bumi. Semakin tinggi letak suatu benda, semakin besar energi potensial yang dihasilkan. Jadi energi potensial dipengaruhi oleh massa benda dan gravitasi sehingga besar energi potensial benda itu dapat dinyatakan dengan rumus :

E_P = m.g.h

W m : massa benda ( kg )

h g : percepatan gravitasi ( m/s²)

h : ketinggian ( m )

E_P: energi potensial ( kg. m/s² atau joule )

Contoh soal

Sebuah benda yang bermassa 5 kg terletak pada ketinggian 10 meter di atas permukaan bumi. Jika g = 9,8 m/s², tentukan besarnya energi potensial tersebut!

Penyelesaian

Diketahui : m = 5 kg, h = 10 m, g = 9,8 m/s²

Ditanyakan : E_P= …..?

Jawab

E_P = m.g.h

= 5 kg x 9,8 m/s² x 10 m

= 490 joule

ENERGI POTENSIAL PEGAS

Adalah Energi yang dimiliki oleh benda yang dapat melentur seperti : pegas, karet, dan busur panah. Energi potensial pegas dimiliki bila benda tersebut rentangkan atau di ciutkan.

Pegas di beri beban (F) sehingga pegas bertambah panjang sebesar “X”, maka besar F adalah:

F : kx

X = pertambah panjang (m)

K = konstanta pegas ( )

F = gaya (N)

Sebuah pegas yang ditarik dengan gaya F,menyebabkan pegas meregang(bertambah panjang). Besarnya energi yang dibutuhkan untuk meregangkan pegas sama dengan energi yang tersimpan pada pegas

Maka besaran Energi potensial pegasnya adalah:

Ep = F.X.

= kx.x

Ep = kx²

Ep = energi pegas dalam satu joule

Contoh Konsep Energi Potensial Pegas:
Sebuah pegas memiliki konstanta pegas 200Nm^-1. Pegas diregangkan sehingga bertambah panjang 10 cm. Tentukanlah energi potensial elastis pegas.

Pembahasan :

Diketahui :

k = 200Nm^-1

x = 10cm=0,1m

Ditanyakan : Ep
Jawab :

Ep = kx²

= 200. (0,1)²

= 1 Joule

Latihan soal :

1. Sebuah pegas agar bertambah panjang sebesar 0.25 m membutuhkan gaya sebesar 18 Newton. Tentukan konstanta pegas dan energi potensial pegas !

Jawab:

Dari rumus gaya pegas kita dapat menghitung konstanta pegas:

F_p = – k Dx ® k = F_p/Dx = 18/0.25 = 72 N/m

Energi potensial pegas:

E_p = 1/2 k (D x)² = 1/2 . 72 (0.25)² = 2.25 Joule

2. Dua buah pegas disusun paralel seperti pada gambar, jika masing-masing pegas mempunyai konstanta sebesar 100Nm-1dan 200 Nm-1, digantungkan beban sehingga bertambah panjang 5cm. Tentukan gaya beban tersebut.
Pembahasan :

Diketahui :
k1 = 100Nm-1
k2 = 200Nm-1
x = 5.10-2m
Ditanyakan : F…?

Jawab :
kp = k1 + k2
= 100Nm^-1 + 200Nm^-1 = 300Nm^-1
F = k.x = 300Nm^-1.5.10^-2m
F = 15N

III. ENERGI PANAS

Energi panas (kalor) adalah energi kinetik rata-rata seakan partikel – partikel penyusunan materi ( contoh dengan mengosok – gosokkan kedua telapak tangan maka tangan kita akan menjadi panas), ini terjadi karena perubahan energi gerak menjadi energi panas.

Energi panas (kalor) didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

Suhu adalah derajat potensial dingin suatu benda, benda atau materi yang suhunnya tinggi mempunyai energi kinetic rata- rata yang besar dibandingkan dengan benda yang suhunya rendah.

Bila kalor diberikan pada suatu benda, maka benda akan menerima energy, yang akan terjadi pada benda tersebut adalah :

- Suhu benda nak

- Benda berubah wujud

Begitu juga kalor suatu benda didinginkan maka akan terjadi pada benda tersebut, adalah:

- Suhu benda akan turun

- Benda berubah wujud

- Suatu energy untuk kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1 gram sehingga suhu naik 1 (kal).

- Satu kilo kalori banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan air 1kg sehingga suhu naik 1 (kal)

Kalor jenis dan kapasitas kalor

1) Banyaknya kalor yang diterima oleh benda yang dipanaskan sebanding dengan massa benda itu dan kenaikkan suhu.

2) Banyaknya kalor yang diberikan oleh benda yang didinginkan sebanding dengan massa benda dan penurunan suhu.

Dirumuskan secara matematis

Q = m. c . t kalori.

Dimana : m = massa benda (kg)

t = perubahan suhu ( )

Q = kalor yang diperlukan

c = kalor jenis benda (

kalor jenis ( c ) suatu zat adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat tersebut setinggi 1

contoh soal

1. Berapa energi kalor yang diperlukan oleh 1,5 kg alumunium jika dipanaskan dan 20°C sampai 60°C dan kalorjenis alumunium 9 x 10 J/kg°C?

Penyelesaian :
Diketahui :
m = 1,5 kg
c = 9 x 10kuadrat J/kg°C = 900 J/kg°C
At = 60°C - 20°C = 40°C

Ditanya •: Q=....?

Jawab :
Q = m.c.At
Q = 1,5x900x40
Q =d54.000 Joule
Tanda + berarti memerlukan kalor.

Latihan soal :

1. Berapa kalor yang dilepaskan oleh Alkohol jika suhunya turun dan 75° menjadi 25°C. Massa alkohol 8
kg dan kalor alkohol 2300 J/kg°C.
Penyelesaian:
Diketahui :
m = 8 kg
c = 2300 J/kg°C
At 25° - 75° = -50°C
Ditanya Q =....?
Jawab
0 = m . c. At
= 8.2300 x -50
= -920.000 Joule
Tanda - berarti melepaskan kalor.

2. Untuk menaikkan suhu benda dan 30°C menjadi 80°C diperlukan kalor sebanyak 80.000 Joule. Bila massa benda yang dipanaskan 5 kg.
a) Berapa kapasitas kalor benda itu?
b) Berapakah kalor jenisnya?

Penyelesaian:
Diketahui :
Q = 80000 Joule
m = 5kg
Dt = 80°C - 30°C = 50°C
Ditanya
a) H = ........?
b) c = ........?
Jawab :
a) H = Q/At = 80.000 = 1600 J/°C
L’t 50
b) c = c/m = 1600/5 = 320 J/kg°C

KAPASITAS KALOR (H)

3. Adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh “m gram” benda sehingga suhu naik 1°C.

Dirumuskan =

H =

Dik Q = m. c. H =

H = m.c.

M = massa benda (kg)

C = kalor jenis ( )

H = kapasitas kalor ( )

Satuan kapasitas kalor benda (C)

Untuk menurunkan satuan kapasitas kalor (C), kita oprek saja persamaan kapasitas kalor (C) di atas :

Satuan Sistem Internasional untuk kapasitas kalor benda = J/K (J = Joule, K = Kelvin) Catatan :

Pertama, skala celcius dan skala Kelvin mempunyai interval yang sama. Karenanya selain menggunakan C^o, kita juga bisa menggunakan K.

Kedua, kkal bisa diubah menjadi Joule menggunakan tara kalor mekanik

Contoh soal:

Sepotong tembaga yang massanya 5 kg di naikkan suhunya sebesar 10 k dengan menggunakan pemanas listrik berdaya 1 kw. Ternyata untuk itu diperlukan waktu 20 detik. Anggap bahwa efensiensi pemanas itu 100%.

Berapakah kalor jenis tambang menurut hasil percobaan ini ?

Berapakah kapasitas kalor tembaga itu ?

Dt= perubahan suhu ( k atau o^c)

Jawaban :

Dik. Dit :

m = 5 kg. energi kalor

Dt = 10 kb. Kalor jenis

P = 1 kW = 1000 W c. Kapasitas kalor

t = 20 s

a. Energi kalor yang dihasilkan pemanas adalah :

Q = W

= P . t

= 1000 . 20 = 20.000 joule

b. Kalor jenis tembaga

c. = 400 J/kg. k

Latihan soal.

1. Untuk menaikkan suhu benda dan 30°C menjadi 80°C diperlukan kalor sebanyak 80.000 Joule. Bila massa benda yang dipanaskan 5 kg.
a) Berapa kapasitas kalor benda itu?
b) Berapakah kalor jenisnya?

Penyelesaian:
Diketahui :
Q = 80000 Joule
m = 5kg
Dt = 80°C - 30°C = 50°C
Ditanya
a) H = ........?
b) c = ........?
Jawab :
a) H = Q/At = 80.000 = 1600 J/°C
L’t 50
b) c = c/m = 1600/5 = 320 J/kg°C

2. Pada 0,5 kg panci alumunium yang bersuhu 15°C diberikan kalor sebesar 22.500 J. Berapakah suhu akhir panci alumunium tersebut? (Kalorjenis alumunium = 900 KIkg°C)

Penyelesaian:
Diketahui :
Massa panci alumunium m = 0,5 k9
Suhu awal = 15°C
Kalor yang diberikan Q = 22.500 J
Kalorjenis alumunium c = 900 J/kg°C
Ditanya : Suhu akhir panci
Jawab Oleh karena panci alumunium menerima kalor, maka suhunya akan naik.
Kenaikan suhu (At) dapat dihitung dengan persarnaan
Q = m.c.At
At = Q/mxc = 22.500J/(0,5 kg) (900 JIkg°C) = 50°C
Suhu akhir = suhu awal + kenaikan suhu At
= 15°C + 50°C = 65°C

IV. ENERGI CAHAYA

Adalah energi yang dimiliki oleh gerakan FOTON dalam bentuk gelombang Elektro magnet, gelombang cahaya mempunyai frekuensi dan panjang gelombang tertentu, dengan kecepatan yang sama, makin besar gelombang ( ) maka makin kecil frekuensi dan sebaliknya. Sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.

Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fase cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris (en:geometrical optics) dan optika fisis (en:physical optics).

Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan memicu serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar katode, tahun 1859 dengan teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit, teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E.

Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang.

Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.

Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960. Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan

Dirumuskan secara matematis:

C = laju cahaya ( ) = 3 x 108

∆ = panjang gelombang

∇ = frekuensi (

Menurut “ Planek : Energi cahaya bergantung pada frekunsinya

Dirumuskan = Ec = h∇ joule

h = konstruk Planek ( 6,626 x 10^-34 js)

∇ = frekuensi (

Ec = Energi Cahaya (j)

V. ENERGI LISTRIK

Adalah energi yang diaktifkan oleh gerakan partikel bermuatan dalam suatu media (konduktor), karena beda potensial antara kedua ujung konduktor.

Besar energi listrik bergantung pada beda potensial dan jumlah muatan listrik yang mengalir.

Energi listrik juga energi akhir yang dibutuhkan bagi peralatan listrik/energiyang tersimpan dalam arus listrik untuk menggerakkan motor, lampu penerangan, memanaskan, mendinginkan ataupun untuk menggerakkan kembali suatu peralatan mekanik untuk menghasilkan bentuk energi yang lain. Energi yang dihasilkan dapat berasal dari berbagai sumber, seperti air, minyak, batu bara, angin, panas bumi, nuklir, matahari, dan lainnya. Energi ini besarnya dari beberapa volt sampai ribuan hingga jutaan volt.

Dirumuskan :

E = q.v Joule

V = beda potensial / tegangan (voll v )

q = muatan listrik yang mengalir ( coulomb (c)

E = Energi listrik (joule j)

Contoh soal:

Enam buah lampu masing- masing 60 watt menyala selama 2 jam. Berapa kWh-kah energi listrik yang diperlukan?

Diketahui: P = 6 × 60 watt = 360 W

t = 2 jam

Ditanyakan: W = … ?
Jawab: W = P × t
= 360 × 2
= 720 Wh
= 0,72 kWh

Latihan soal:

1. Alat listrik bertuliskan 250 W/220 V menyala selama 10 jam. Berapa kWh energi listrik yang diperlukan?

Penyelesaian:

· Diketahui: P = 250 W

V = 220 V

t = 10 jam

Ditanyakan: W = ?
Jawab: W = P × t
= 250 × 10
= 2.500 Wh = 2,5 kWh

2. Sebuah lampu pijar bertuliskan 220 V/100 W. Tentukan daya lampu jika dipasang pada sumber tegangan 220 V dan 110 V?

Penyelesaian:

· Diketahui: V = 220 volt

P = 200 W

Ditanyakan: P220 dan P110 = … ?

Jawab:

Sesuai spesifikasi lampu, jika dipasang pada tegangan 220 V daya lampu sebesar 100W. Adapun hambatan lampu sebesar

R = V^2/P

= ( 220 V)^2/100 Watt

= 484 Ω

VI. ENERGI KIMIA

Adalah energi yang dikandung suatu senyawa dalam bentuk energi. Ikatan antara atom-atom uap. Bila terjadi suatu reaksi kimia, perubahan energinya akan keluar berupa energi panas atau listrik.

Jadi energi kimia adalah energi yang dihasilkan dalam reaksi kimia. Besar energi kimia bergantung Reaksi kimia merupakan proses pemutusan dan pembentukan ikatan. Proses ini selalu disertai perubahan energi. Energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan kimia, sehingga membentuk radikal-radikal bebas disebut energi ikatan. Untuk molekul kompleks, energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul itu sehingga membentuk atom-atom bebas disebut energi atomisasi.

Harga energi atomisasi ini merupakan jumlah energi ikatan atom-atom dalam molekul tersebut. Untuk molekul kovalen yang terdiri dari dua atom seperti H₂, 0₂, N₂ atau HI yang mempunyai satu ikatan maka energi atomisasi sama dengan energi ikatan Energi atomisasi suatu senyawa dapat ditentukan dengan cara pertolongan entalpi pembentukan senyawa tersebut. Secara matematis hal tersebut dapat dijabarkan dengan persamaan :

pada jenis dan jumlah reaksi serta suhu dan tekanan.

VII. ENERGI NUKLIR

Adalah energi yang terkandung dalam inti atom. Energi nuklir akan keluar bila suatu inti berubah menjadi inti lain. Besarnya energi nuklir bergantung pada jenis inti atom dan jumlah inti atom.

Energi potensial nuklir

Adalah energi potensial yang terdapat pada partikel di dalam nukleus atom. Partikel nuklir seperti proton dan neutron tidak terpecah di dalam proses reaksi fisi dan fusi, tapi kumpulan dari mereka memiliki massa lebih rendah daripada jika mereka berada dalam posisi terpisah/ sendiri-sendiri. Adanya perbedaan massa ini dibebaskan dalam bentuk panas dan radiasi di reaksi nuklir (panas dan radiasinya mempunyai massa yang hilang, tapi terkadang terlepas ke sistem, dimana tidak terukur). Energi matahari adalah salah satu contoh konversi energi ini. Di matahari, proses fusi hidrogen mengubah 4 miliar ton materi surya per detik menjadi energi elektromagnetik, yang kemudian diradiasikan ke angkasa luar.

VIII. ENERGI DAN USAHA

Sehari – hari usaha diartikan sebagai kegiatan untuk mencapai tujuan tertentu.

Dalam fisika : usaha tidak terlepas dari gaya dan perpindahan. Bila gaya “ F” bekerja pada suatu benda dan benda berpindah sejauh “ s “, maka gaya “ F “ dikatakan melakukan usaha sebesar :

W = f x s , joule

F = gaya (n)

S = jarak perpindaan (m)

W = usaha ( n – m = joule ).

Contoh soal

Seseorang mendorong meja dengan gaya 100 N. Meja tersebut bergeser sejauh 2 m. Hitunglah usaha yang dilakukan orang tersebut!

Jawab:

F = 100 N

s = 2 m

W = .... ?

W = F × s

= 100 N × 2 m

= 200 Nm = 200 Joule

Latihan soal

1. Sebuah peti didorong dengan kekuatan 400 N berpindah sejauh 4 m, maka usaha yang dilakukan terhadap peti adalah ....

F = 400 N

s = 4 m

W = .... ?

W = F × s

= 400 N × 4 m

= 1600 Nm = 1600 Joule

2. Pada sebuah benda bekerja gaya F₁ = 125 N arah ke kanan serta gaya F₂ = 75 N dan F₃= 25 N arah ke kiri sehingga benda berpindah sejauh 2 m. Usaha yang di lakukan gaya-gaya itu adalah..

F ₁= 125 N

F₂= 75 N

F₃= 25N

s = 2 m

W = .... ?

F_N= F ₁– F₂– F₃

W = F_N × s

= N × 2 m

= 50 Nm = 50 Joule

II. PESAWAT SEDERHANA

Pesawat adalah piranti yang meneruskan gaya atau momen gaya untuk tujuan tertentu. Semua pesawat memungkinkan suatu gaya yang diberikan pada suatu tempat untuk mengatasi gaya lain pada tempat yang berbeda. Untuk mengatasi gaya diperlukan usaha. Pesawat melakukan usaha dengan mengambil energi pada salah satu bagian dan memberikan energi itu pada bagian lain, mungkin dalam bentuk yang berbeda.

Dalam ilmu fisika “ PESAWAT “ diartikan sebagai peralatan yang dapat memudahkan dalam melakukan USAHA ( KERJA ). Pesawat sederhana adalah alat – alat yang digunakan untuk mempermudah melakukan usaha atau kerja. Contohnya sendok, obeng, sekrup, pengungkit, bidang miring, dan sebagainya Manfaat pesawat sederhana :

1. Dapat mengubah energi misalnya dinamo

2. Dapat mengurangi gaya misalnya tang, linggis, palu, dll.

3. Dapat mempercepat pekerjaan misalnya pesawat

4. Dapat mengubah arah misalnya katrol, setir mobil, stang sepeda, dll.

a. Efisiensi pesawat

Usaha yang dikerjakan oleh pesawat terhadap bebannya ( menggerakkan, memotong, mengangkat, dan sebagainya ) disebut usaha yang berguna atau energi keluaran yang berguna. Dalam pesawat mekanik sederhana kita dapat mengukur energi keluaran yang berguna ini sebagai beban dikalikan jarak beban yang digerakkan oleh peasawat. Usaha yang dilakukan terhadap gerakan mengubah energi masukan menjadi energi panas yang terbuang, dan sedikit energi derau ( noise ) yang akhirnya menjadi energi panas juga. Persamaan energi untuk pesawat dapat ditulis sebagai

Energi masukan = energi keluaran yang berguna + energi keluaran yang terbuang

Karena pesawat membuang sebagian energi masukannya, mesin tidak efisien sempurna dalam mengubah energi masukan menjadi energi keluaran yang dikehendaki, kita mengukur efisiensi mesin dalam bentuk nisbah dan dinyatakan dalam persen, sebagai berikut.

Efisiensi = x 100 %

atau

ŋ = X 100 %

ŋ = efisiensi

KM = energi keluaran yang berguna

NK = energi masukan

Contoh soal

Sebuah mesin menghasilkan daya listrik keluaran 250 W menghasilkan daya masukan 125 W. Hitunglah efisiensinya!

Penyelesaian

Diketahui : KM = 250 W, NK = 125 W

Ditanyakan : ŋ = …..?

Jawab

ŋ = X 100 %

= X 100 %

= 50 %

b. Beberapa pesawat sederhana

Semua pesawat pada dasarnya merupakan kombinasi dari tiga pesawat dasar, yaitu tuas, bidang miring, kempa hidrolik. Adapun macam – macam pesawat sederhana beserta kegunaanya sebagi berikut.

1) Tuas

Tuas adalah pesawat sederhana untuk memindahkan atau mengangkat benda (beban) dengan gaya yang lebih kecil dari bebannya. Tuas merupakan pesawat sederhana yang menggunakan sumbu atau penumpu untuk meneruskan usaha yang dilakukan oleh kuasa pada suatu tempat ke beban pada tempat lain.

Ciri – ciri tuas diantaranya :

· Kuasa ( F atau K ), yaitu gaya yang diperlukan untuk mengangkat atau memindahkan beban ( benda ),

· Lengan kuasa ( LK ), yaitu jarak antara titik tumpu dengan kuasa pada alat itu.

· Beban ( B atau W ), yaitu berat benda yang akan dipindahkan atau diangkat.

· Lengan beban (LB ),yaitu jarak antara beban dengan titik tumpu.

· Tumpu atau titik tumpu , yaitu suatu titik tempat ganjal atau bantalan untuk mengangkat beban.

Jenis – jenis tuas:

ü Tuas jenis pertama, yaitu tuas yang tumpuannya terletak antara beban dan kuasa. Gunting dan obeng yang digunakan untuk membuka tutup kaleng mempunyai nisbah kecepatan lebih besar 1 yang memperbesar kuasa yang menggunakan asas linggis. Contohnya tang, gunting, obeng pembuka tutup botol.

ü Tuas jenis yang kedua yaitu tuas yang sebagai tumpuannya berada diantara tumpu dan kuasa. Pembuka tutup memberikan nisbah kecepatan lebih besar dari 1 dan tuas itu memperbesar kuasa. Gerobak dorong dan Contohnya pembuka tutup botol, kakatua, pencabut paku.

ü Tuas jenis ketiga yaitu tuas yang tumpuannya berada di ujung tuas dan kuasa berada di antara tumpu dan beban. Contohnya pancingan, mengangkat cangkir dengan tangan.

Keterangan :

LK : lengan kuasa

F/K : kuasa atau gaya yang diberikan

B : beban

LB : Lengan beban

LK F / K

Tumpu

Ganbar tuas pengungkit

Rumus yang terdapat pada tuas atau pengungkit :

LB X B = LK X K

LB X W = LK X F

Keuntungan mekanik ( Km ) adalah perbandingan beban dengan kuasa atau gaya yang diperlukan.

Km = = = = =

Contoh soal

Sebuah kayu dengan panjang 6 m digunakan untuk memindahkan benda yang bebannya 100 N ,tumpu diletakan 2 m dari beban. Tentukan gaya yang diperlukan dan keuntungan mekaniknya!

Penyelesaian

Diketahui :

Panjang kayu ( L ) = 6 m

Tumpu dari beban ( LB ) = 2 m

Lengan Kuasa ( LK ) = L – LB = 4m

Beban ( B ) = 100 N

Ditanyakan :

a. Gaya yang diperlukan ( K ) = …… N

b. Keuntungan mekanik ( Km ) = …... kali

Jawab :

a. Gaya yang diperlukan ( K ) = ………… N

LB x B = LK x K

2 x 100 = 4 x K

200 = 4K

4K = 200

K =

K = 50 N

b. keuntungan mekanik ( Km ) = …….. kali

Km = = = 2 kali

Latihan soal! ( materi Tuas )

1) Jika panjang lengan kuasa tuas adalah 90 cm, panjang lengan beban sama dengan 40 cm, dan berat batu 250 N maka hitunglah!

a. Gaya yang harus diberikan untuk mengangkut beban!

b. Keuntungan mekanis luas tersebut!

2) Sebuah linggis panjangnya 1,00 m digunakan untuk mengangkat batu bermassa 300 kg. seorang pekerja memberikan gaya ke bawah sebesar 735 N. jika percepatan gravitasi g = 9,8 m/s ², di manakah balok penumpu harus diletakkan?

Kunci jawaban ( materi Tuas )

1) Penyelesaian

Diketahui :

LK = 90 cm, LB = 40 cm, B = 250 N

Ditanyakan :

a. Gaya (K) = ………… ?

b. Keuntungan mekanik (Km) = ……….. ?

Jawab

a. Gaya yang diperlukan ( K ) = ………… N

LB x B = LK x K

40 x 250 = 90 x K

10000 = 90 K

90 K = 10000

K =

K = 111,11 N

b. keuntungan mekanik ( Km ) = …….. kali

Km = = = 2,3 kali

2) Penyelesaian

Diketahui :

Berat batu ( F_b= m.g ) = ( 300 kg )(9,80 m/s²) = 2940 N

LK = 1,00

F = 735

Ditanyakan :

Letak balok penumpu ?

Jawab

· LB x B = LK x F ** LK = 4 LB + LB

2940 LB = 1,00 x 735 1,00 = 5 LB

2940 LB = 735 LB = = 0,20

LB = = 4

Jadi, balok penumpu dipasang pada jarak 0,20 m dari batu.

2). Katrol

Katrol adalah pesawat sederhana yang digunakan untuk mengubah arah gaya dan untuk memperoleh keuntungan mekanis lebih besar. Terdapat tiga jenis katrol yaitu katrol tunggal tetap, katrol tunggal bergerak, katrol ganda.

a. Katrol tunggal tetap adalah katrol dengan satu penggantung yang tetap yang tidak bergerak terhadap satu kuasa atau beban.

Penggantung tetap

katrol

Tegangan tali T

Tali kuasa

Berat beban F_K

F_b

Gambar katrol tetap

Pada katrol tetap berlaku :

ü Selalu menghasilkan gaya yang sama dengan beban yang diangkat.

ü Rumusnya gaya yang diperlukan ( F ) = Beban ( B )

ü Keuntungan mekaniknya ( Km ) = 1 =

Contoh soal

Tentukan gaya yang diperlukan dan keuntungan mekanik dari beban 400 N!

Penyelesaian

Diketahui:

Beban ( B ) = 400 N

Ditanyakan :

Gaya ( F ) = ….. ?

Jawab

a). gaya ( F ) = B = 400 N

b). keuntungan mekanik = = 1

b. Katrol tunggal bergerak memberikan NK ( nisbah kecepatan ) 2 kali lebih besar. Jika beban diangkat sampai jarak tertentu terdapat dua panjang tali yang sama dengan jarak itu yang akan ditarik ke atas oleh kuasa.

Ujung tali tetap

F_K

Jarak beban terangkat

Katrol bergerak

Contoh soal

1. Sebuah gaya diberikan kepada sebuah benda yang beratnya 200 N. Tentukan besar gaya F yang harus diberikan agar benda dapat terangkat!

Penyelesaian :

Diketahui : Beban ( B ) = 2000 N

Ditanyakan : Gaya ( F ) = ….. ?

Jawab :

F = . B = x 2000 N = 1000 N

Latihan soal! ( materi Katrol Tetap )

1). Sebuah katrol dikenai beban benda seberat 5500 dyne. Tentukan besar gaya kuasa yang harus diberikan agar benda terangkat!

2). Sebuah benda dapat diangkat dengan bantuan sebuah katrol tetap. Benda tersebut dikenai gaya sebesar 600 N. tentukan berat benda tersebut!

Latihan soal! ( materi Katrol Tunggal Bergerak )

1. Perhaikan gambar di bawah ini!

Tentukan :

a. gaya yang diperlukan!

F b. keuntungan mekanik dari beban 300 N!

B 300 N

2. Jika sebuah lift memiliki berat sebesar 450 kg. Tentukan usaha yang diperlukan untuk dapat mngangkat lift tersebut, dan tentukan keuntungan mekanik yang di dapat!

Kunci jawaban ( materi Katrol Tetap )

1. Penyelesaian :

Diketahui:

Beban ( B ) = 5500 dyne

Ditanyakan :

Gaya ( F ) = ….. ?

Jawab :

gaya ( F ) = B = 5500 dyne

Kunci jawaban ( materi Katrol Tunggal Bergerak )

1. Penyelesaian :

Diketahui : Beban ( B ) = 300 N

Ditanyakan : Gaya ( F ) = ….. N dan K_M = ….. ?

Jawab :

a. F = . B = x 300 N = 150 N

b. keuntungan mekanik ( K_M) = = = 2 kali

2. Penyelesaian :

Diketahui : Beban ( B ) = 450 N

Ditanyakan : usaha / gaya ( F ) = …. N dan K_M= …. ?

Jawab :

a. F = . B = x 450 N = 225 N

b. keuntungan mekanik ( K_M) = = = 2 kali

3) Roda dan Gandar

Roda gandar memiliki sebuah roda atau pemutar yang dihubungkan dengan sebuah gandar yang juga bisa berputar. Roda kemudi merupakan contoh yang tepat tentang asas roda gandar. Jika seseorang tidak mempunyai roda kemudi pada gandar dan seseorang mencoba untuk memutar gandar itu dengan tangan, maka orang tersebut akan gagal karena dia tidak dapat memberiksn kuasa yang cukup kuat padanya. Roda kemudi memungkinkan seseorang untuk menggunakan kuasa kecil untuk mengatasi beban yang besar. Roda kemudi mempunyai NA lebih besar dari 1, yang memperbesar kuasa. Jarak yang ditempuh kuasa dalam memutar roda satu kali adalah keliling roda, 2πR. Jarak yang ditempuh oleh beban yang bekerja pada sekeliling gandar adalah 2Πr.

NK = =

F_K

F_bR = jari – jari roda kemudi

r = jari – jari gandar

F Gandar

Roda bergandar memiliki sebuah roda atau pemutar yang dihubungkan dengan sebuah GANDAR yang juga bisa berputar. Diameter roda lebih besar di bandingkan dengan GANDAR keuntungan mekanik gandar ( K_M ) :

K_M=

K_M = = atau

4) Bidang miring

Bidang miring adalah suatu lereng yang memungkinkan beban diangkat sedikit demi sedikit dan dengan menggunakan kuasa yang lebih kecil daripada diangkat secara vertikal ke atas. Bidang miring merupakan pesawat sederhana yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia. Penggunaan bidang miring hanya akan memudahkan usaha, tanpa mengurangi besarnya, besarnya usaha yang harus dilakukan. Dengan bidang miring, maka kuasa untuk menarik atau mendorong beban menjadi lebih kecil dibandingkan kalau beban harus di angkat langsung. Contoh bidang miring misalnya paku, sekrup, bor kayu, jalan menanjak yang berbalok – belok, tangga, dan papan yang dimiringkan pada tempat tinggi. Penggunaan bidang miring dengan rumus :

W = beban yang dipindahkan l = panjang bidang miring

F = gaya yang diperlukan h = tinggi bidang miring

F_k

F_bh

Pada gambar bidang miring diatas kuasa F_k, mendorong benda menyusur lereng ke atas bergerak sejauh l sepanjang lereng itu. Beban F_b di angkat sampai ketinggian vertical h melawan grativitasi. Keuntungan mekanisnya adalah :

K_M= =

Contoh soal

Tentukan gaya yang diperlukan untuk memindahkan beban F.

2 m itu dan keuntungan mekaniknya!

10 m Penyelesaian :

Diketahui : W = 500 N ; L = 10 m ; h = 2 m

Ditanyakan : F = ….. N
500

Jawab :

a. Gaya yang diperlukan b. keuntungan mekanik :

= K_M = = = 5 kali

= ( gunakan perkalian silang ) atau

10 F = 1000 = = 5 kali

F = = 100 N

Latihan soal ( materi Bidang Miring )

Tentukan gaya yang diperlukan untuk

Memindahkan beban F

4 m itu dan keuntungan mekaniknya!

15 m

1000

Sebuah peti memiliki berat 200 N, akan di pindahkan melalui bidang miring dengan ketinggian 1,5 m dan dan menggunakan papan sepanjang 3 m. Tentukan besar gaya yang diperlukan!

2000 N 1,5 m

Soal!

1. Berikan beberapa contoh perubahan energi!

2. Berikan beberapa contoh pesawat sederhana!

3. Jelaskan tentang Energi Potensial dan Energi Kinetik!

4. Jelaskan tentang Energi Panas ( Kalor )!

5. Sebuah bahkan lampu punya massa 250 gr terpasang pada langit – langit sebuah kamar. Tinggi langit – langit 3 m dan percepatan gravitasi 10 ^N/kg. Hitunglah Energi Potensial lampu, kemudian bila lampu jatuh dengan kecepatan 2 m/s. Hitung pula Energi Kinetik lampu ketika jatuh.

Kunci jawaban ( Bidang miring )

1. Penyelesaian :

Diketahui : W = 1000 N ; L = 15 m ; h = 4 m

Ditanyakan : F = ….. N

Jawab :

a. Gaya yang diperlukan b. keuntungan mekanik :

= K_M = = = 3,75 kali

= ( gunakan perkalian silang ) atau

15 F = 4000 = = 3,75 kali

F = = 266,7 N

2. Penyelesaian :

Diketahui : W = 1000 N ; L = 15 m ; h = 4 m

Ditanyakan : F = ….. N

Jawab :

Gaya yang diperlukan

= ( gunakan perkalian silang )

15 F = 4000

F = = 266,7 N