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
|
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 cm2.
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 = 105 dyne
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:
=
=
(V2-
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
suhu 0F, 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 (930 + 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.
λ
λ
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 ( HZ )
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.
F
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
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)
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 -3 Kj
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 ( EO ). 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.
EM
= EP + EK = tetap
|
EM
= Energi Mekanik EK
= Energi Kinetik
EP
= 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 )
Ek = energi kinetic ( kg. m2/s2
atau 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
: Ek = …..?
Jawab
Ek
=
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 :
EP = m.g.h
|
A
W m : massa benda ( kg )
h g : percepatan gravitasi ( m/s2 )
h : ketinggian ( m )
EP : 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
: EP = …..?
Jawab
EP
= 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.
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 :
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:
Fp = –
k Dx ® k = Fp /Dx = 18/0.25 = 72 N/m
Energi potensial pegas:
Ep = 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…?
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
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
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.
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.
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
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 Co, 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 oc )
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
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
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:
Hz
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
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
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 = .... ?
FN= F 1 – F2
– F3
W = FN × 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.
B
|
|
Keterangan
:
LK : lengan kuasa
F/K : kuasa atau gaya yang
diberikan
B
: beban
LB : Lengan beban
|
Tumpu
LB
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 ( Fb = 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 FK
Fb
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
T
FK
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
2.
Kunci jawaban ( materi Katrol
Tunggal Bergerak )
1.
Penyelesaian
:
Diketahui : Beban ( B ) = 300 N
Ditanyakan
: Gaya ( F ) = ….. N dan KM = ….. ?
Jawab :
a. F =
. B =
x 300 N = 150 N
b.
keuntungan mekanik ( KM ) =
=
= 2 kali
2.
Penyelesaian
:
Diketahui : Beban ( B ) = 450 N
Ditanyakan : usaha / gaya ( F ) = ….
N dan KM = …. ?
Jawab
:
a.
F =
. B =
x 450 N = 225 N
b.
keuntungan mekanik ( KM ) =
=
= 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 =
=
|
FK
Fb R = jari – jari
roda kemudi
r
= jari – jari gandar
r
R
R
r
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 ( KM ) :
KM
=
|
KM =
=
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
l
Fk
Fb h
Pada
gambar bidang miring diatas kuasa Fk, mendorong benda menyusur
lereng ke atas bergerak sejauh l
sepanjang lereng itu. Beban Fb di angkat sampai ketinggian vertical h
melawan grativitasi. Keuntungan
mekanisnya adalah :
KM =
=
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
500
Jawab
:
a.
Gaya yang diperlukan b. keuntungan mekanik :
=
KM =
=
= 5 kali
=
( gunakan perkalian silang ) atau
10 F = 1000
=
= 5 kali
F =
= 100 N
Latihan
soal ( materi Bidang Miring )
1.
Tentukan gaya
yang diperlukan untuk
Memindahkan beban F
4
m itu
dan keuntungan mekaniknya!
15
m
1000
2.
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!
|
3m
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 :
=
KM =
=
= 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