BAB 1. PENGUKURAN. fisikareview.wordpress.com

1

BAB 1. PENGUKURAN A. BESARAN DAN SATUAN Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka. Satuan adalah ukuran besaran. Pengukuran adalah kegiatan membandingkan suatu besaran dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Di dalam ilmu fisika dikenal dua besaran, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. 1. Besaran Pokok Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan lebih dahulu sesuai dengan Sistem Internasional (SI). Dalam fisika ada 7 besaran pokok yang harus diingat, yaitu : No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Besaran Pokok Panjang Massa Waktu Kuat Arus Suhu Intensitas Cahaya Jumlah Zat

Satuan meter kilogram sekon ampere kelvin candela mol

Singkatan m kg s A K Cd mol

2. Besaran Turunan Besaran turunan adalah besaran yang dibentuk atau diturunkan dari besaran pokok. Berikut beberapa contoh besaran turunan. No

Besaran Turunan

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Luas Volume Kecepatan Percepatan Gaya Energi

Satuan MKS CGS 2 2 m cm 3 3 m cm m/s cm/s 2 2 m/s cm/s Newton (N) dyne Joule (J) erg

Berdasakan nilai dan arahnya, besaran ada dua yaitu besaran skalar dan besaran vektor. • Besaran vektor, yaitu besaran yang mempunyai nilai dan arah. Contohnya : gaya, kecepatan dan percepatan •

Besaran skalar, yaitu besaran yang hanya mempunyai nilai dan tidak mempunyai arah. Contohnya: panjang, waktu, massa

3. Sistem Satuan Dalam sistem satuan dikenal singkatan, awalan, dan pangkat bilangan sepuluh seperti Awalan Yotta Zetta Eksa Peta Tera Giga Mega kilo hekto deka desi centi mili mikro nano piko Femto Atto Zepto Yokto

Simbol Y Z E P T G M k h da d c m μ n p f a z y

Konversi 24 10 21 10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 3 10 2 10 1 10 -1 10 -2 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24 10

Contoh: 15 nm = ..... m -9 = 15 × 10 m atau 0,000 000 015 m

© fisikareview.wordpress.com

a. Satuan Internasional (SI) Pada tahun 1960 ditetapkan sistem satuan yang berlaku secara internasional yang berfungsi sebagai satuan standar dan disebut Sistem Internasional (SI). Syarat Satuan Internasional : (1) Tetap, tidak mengalami perubahan dalam keadaan apapun. (2) Bersifat internasional, sehingga dapat dipakai di manapun (3) Mudah ditiru oleh setiap orang yang menggunakan. b. Satuan MKS (meter-kilogram-sekon) • Panjang; satuannya meter (m). • Massa; satuannya kilogram (kg). • Waktu; satuannya sekon (s). c. Satuan CGS (centimeter-gram-sekon) • Panjang; satuannya centimeter (cm). • Massa; satuannya gram (g). • Waktu; satuannya sekon (s). d. Satuan Baku dan Tidak Baku • Satuan baku; satuan yang sudah diakui secara internasional sehingga dapat digunakan di negara manapun. Contoh: meter, kilogram dan liter. • Satuan tidak baku; satuan yang tidak diakui secara internasional, sehingga hanya digunakan di daerah tertentu saja. Contoh: hasta, depa, jengkal, dan gayung. B. PENGUKURAN Ada dua macam kesalahan pada pengukuran, yaitu sebagai berikut a. Kesalahan karena alat ukur yang digunakan tidak berfungsi dengan baik. Contoh: - Kesalahan titik nol (zerro error) adalah kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh bacaan alat ukur tidak tepat pada posisi nol. - Skala alat ukur tidak jelas atau kurang bisa dibaca. b. kesalahan yang dilakukan oleh manusia yang melakukan pengukuran. Contoh: - Kesalahan paralaks (paralax error) adalah kesalahan pembacaan alat ukur yang disebabkan oleh posisi mata yang tidak tepat/miring - Kesalahan penggunaan alat ukur, misal tidak memulai pengukuran dari skala terkecil 1. Pengukuran Panjang Standar panjang dalam SI adalah meter (m). Satu meter didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama selang waktu 1/299.792.458 sekon. Alat ukur besaran panjang diantaranya: a. Pita ukur b. Mistar, memiliki ketelitian 1 mm atau 0,1 cm c. Jangka sorong, memiliki ketelitian 0,1 mm atau 0,01 cm d. Mikrometer sekrup, memiliki ketelitian 0,01 mm atau 0,001 cm Cara Pengukuran Panjang 1. Mistar & Pita Ukur

Hasil Pengukuran: 2,3 cm 2. Jangka Sorong Jangka sorong memiliki 2 jenis skala a. skala utama (dalam satuan cm) b. skala noninus (dalam satuan mm)

Hasil pengukuran pada jangka sorong: 1. Skala utama: 2,8 cm 2. Skala noninus: 0,01 cm x 4 = 0,04 cm 3. Hasil pengukuran: 2,8 + 0,04 = 2,84 cm

2 3. Mikrometer Sekrup Mikrometer sekrup memiliki 2 jenis skala a. skala utama (dalam satuan mm) b. skala noninus (dalam satuan mm)

Hasil pengukuran pada mikrometer sekrup: 1. Skala utama: 15 mm 2. Skala noninus: 0,01 mm x 33 = 0,33 mm 3. Hasil pengukuran: 15 + 0,33 = 15,33 mm 2. Pengukuran Massa Massa suatu benda adalah banyaknya zat yang terkandung dalam suatu benda. Satuan massa dalam SI adalah kilogram (kg). Alat ukur massa dinamakan neraca. Beberapa jenis neraca yang sering digunakan adalah: a. Neraca pasar, biasa disebut timbangan. b. Neraca dua lengan yang sama. c. Neraca tiga lengan. d. Neraca kimia, biasa digunakan untuk mengukur massa yang kecil (dalam gram). e. Neraca elektronik/digital, hasil pengukuran langsung terbaca di layar. 3. Pengukuran Waktu Satuan standar untuk waktu adalah sekon (s) atau detik. Satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh atom Cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali. Beberapa alat ukur besaran waktu: a. Jam matahari, jam air, jam pasir, yang digunakan di zaman dulu. b. Arloji, banyak digunakan untuk menetukan terjadinya suatu peristiwa. c. Stopwatch, untuk mengukur selang waktu yang singkat. Misalnya : selang waktu pelari. 4. Pengukuran Kuat Arus Listrik Alat ukur arus listrik dinamakan amperemeter. Bagian terpenting dari amperemeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dengan kumparan berarus 5. Pengukuran Suhu Alat ukur suhu dinamakan termometer. Termometer terdiri dari banyak jenis. Pada umumnya termometer dibagi menjadi dua yaitu termometer non-logam dan termometer logam. Jenis-jenis termometer akan dijelaskan secara rinci di BAB SUHU 6. Pengukuran Intensitas Cahaya Alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran intensitas cahaya disebut candlemeter atau luxmeter 7. Pengukuran Jumlah Zat Jumlah zat tidak dapat diukur secara langsung, tetapi dilakukan dengan cara mengukur massa zat terlebih dahulu. Tambahan: Beberapa konversi satuan yang penting 1 ton = 1000 kg 1 kw (kuintal) = 100 kg 1 ons = 0,1 kg 2 1 ha = hm 3 1 L (liter) = 1 dm 3 1 mL (mililiter) = 1 cm 1 jam = 60 menit 1 menit = 60 s 1 jam = 3600 s


3

BAB 2. SUHU Suhu adalah suatu besaran yang menyatakan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Satuan suhu dalam SI adalah Kelvin (K) Alat untuk mengukur suhu adalah termometer A. JENIS-JENIS TERMOMETER Sifat-sifat fisika zat yang dapat digunakan untuk membuat termometer adalah : a. pemuaian volume cairan dalam suatu pipa kapiler b. Hambatan listrik pada seutas kawat platina c. Beda potensial pada suatu termokopel d. Pemuaian panjang keping bimetal e. Muai tekanan gas pada volum tetap f. Radiasi yang dipancarkan benda mis: pirometer Sifat mutlak yang dibutuhkan oleh sebuah termometer: a. Skalanya mudah dibaca b. Aman untuk digunakan c. Kepekaan pengukurannya d. Jangkauan suhu yang mampu diukur 1. Termometer Cairan Termometer yang berisi cairan disebut termometer cairan. Contoh: termometer raksa dan termometer alkohol. a. Termometer Raksa Keuntungan a. mudah dilihat karena mengkilap b. Volume raksa berubah secara teratur ketika terjadi perubahan suhu c. tidak membasahi kaca d. Jangkauan suhu raksa cukup o o lebar (-40 C - 350 C) e. dapat terpanasi secara merata sehingga menunjukkan suhu dengan cepat dan tepat b. Termometer Alkohol Keuntungan a. lebih murah dibandingkan dengan raksa b. teliti karena untuk kenaikan suhu yang kecil, alkohol mengalami perubahan volum yang lebih besar c. Alkohol dapat mengukur suhu yang sangat rendah (dingin) karena titik beku Alkohol sangat rendah, o yaitu -122 C

Kerugian a. harganya mahal b. termasuk zat berbahaya (disebut juga air keras) c. tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah (misalnya suhu di kutub )

Kerugian a. membasahi dinding kaca b. tidak berwarna, sehingga harus diberi warna dulu agar mudah dilihat c. memiliki titik didih rendah, o yaitu 78 C sehingga pemakaiannya terbatas

Alasan tidak dipakainya air sebagai pengisi pipa termometer: (1) Air mebasahi dinding kaca sehingga meninggalkan titik-titik air pada kaca dan ini akan mempersulit membaca ketinggian air pada tabung (2) Air tidak berwarna sehingga sulit dibaca o o (3) Jangkauan suhu air terbatas (0 C – 100 C) (4) Perubahan volume air sangat kecil ketika suhunya dinaikkan (5) Hasil bacaan yang didapat kurang teliti karena air termasuk penghantar panas yang sangat jelek c. Beberapa Termometer Cairan dalam Keseharian 1. Termometer Klinis : • Biasanya digunakan oleh dokter untuk mengukur suhu tubuh manusia • Cairan yang digunakan untuk mengisi pipa adalah raksa o o • Skala suhu diantara 35 C s/d 42 C 2. Termometer Dinding : • Digunakan untuk mengukur suhu ruangan • Skala yang digunakan mengcakup suhu di atas dan di bawah suhu yang dapat terjadi dalam ruang o o • Skala suhu diantara -50 C s/d 50 C

• •

Berisi alkohol dan raksa Skala yang digunakan ada 2 yaitu skala minimum dan skala maksimum

2. Termometer-Termometer Lainnya a. Termometer Gas • Prinsip: Jika suhu naik, tekanan gas naik dan dihasilkan beda ketinggian yang lebih besar • Lebih teliti dari termometer cairan o o • Lebar jangkauan suhu -250 C s.d 1500 C b. Termometer Platina • Prinsip: ketika suhu naik, hambatan platina naik o o • Keuntungan: jangkauan suhunya lebar (-250 C s.d 1500 C), teliti, dan peka • Kerugian: suhu tidak dapat dibaca secara langsung dan pembacaannya lambat sehingga tidak cocok untuk mengukur suhu yang berubah-ubah c. Termometer Termistor • Prinsip: ketika suhu naik, hambatan Turín • Keuntungan: dapat dihubungkan ke rangkain lain atau komputer o o • Kerugian: jangkauan suhu terbatas yaitu -25 C s.d 180 C d. Termometer Termokopel • Prinsip: suhu berbeda akan menghasilkan arus listrik yang berbeda o o • Keuntungan: jangkauan suhunya besar ( 100 C s.d 1500 C ), ukuran termometer kecil, dapat mengukur suhu dengan cepat dan dapat dihubungkan ke rangkaian lain atau komputer • Kerugian: kurang teliti jika dibandingkan termometer gas dan temometer platina e. Termometer Bimetal • Prinsip: makin besar suhu, keping bimetal makin melengkung untuk menunjukkan suhu yang lebih besar f. Pirometer • Merupakan termometer yang digunakan untuk mengukur suhu o yang sangat tinggi (diatas 1000 C ) seperti suhu peleburan logam atau suhu permukaan matahari • Prinsip: mengukur radiasi yang dipancarkan oleh benda tersebut • Jenis: Pirometer optik dan pirometer radiasi total B. SKALA TERMOMETER Untuk menentukan skala sebuah termometer diperlukan dua titik tetap yaitu titik ketika zat mengalami perubahan wujud (melebur dan mendidih). Titik tetap ketika zat melebur disebut titik tetap bawah. Titik tetap ketika zat mendidih disebut titik tetap atas. o o Biasanya dipakai titik beku es 0 C dan titik didih air 100 C Kalibrasi Termometer Kalibrasi Termometer adalah proses memberi skala pada sebuah termometer polos. Langkah-langkah Kalibrasi: a. Menentukan titik tetap bawah b. Menentukan titik tetap atas c. Membagi jarak antara kedua titik tersebut menjadi beberapa bagian yang sama d. Dapat memperluas skala di bawah titik tetap bawah dan di atas titik tetap atas Skala Termometer Celsius o Skala suhu Celsius ditetapkan berdasarkan titik lebur es (0 C) dan o titik didih air (100 C) diusulkan pertama kali oleh astronom swedia bernama Anders Celsius Skala Termometer Fahrenheit o o Titik beku es 32 F dan titik didih air 212 F Skala Termometer Reamur o o Titik beku es 0 R dan titik didih air 80 R Skala Termometer Kelvin Titik beku es 273 K dan titik didih air 373 K Suhul Nol Mutlak = 0 K = −273 C, suhu dimana partikel-partikel berhenti bergerak. o

3. Termometer maksimum minimum six bellani : • Digunakan dalam rumah kaca


4 C. MENGUBAH SKALA SUHU TERMOMETER Cara untuk mengubah suhu, antara lain: a. menggunakan cara kalibrasi termometer Contoh: o o Suhu 50 F = _________ C

x−0 100 = 50 − 32 180 180 x = 1800 x = 10 0 F b. menggunakan rumus perbandingan suhu

Perbandingan Skala

= (100 − 0) : (212 − 32) : (80 − 0) : (373 − 273) = 100 : 180 : 80 : 100 = 5:9:4:5 Rumus Perbandingan Suhu

C : ( F − 32 ) : R : ( K − 273 ) = 5 : 9 : 4 : 5 Perubahan Suhu (∆T) ∆T = perubahan suhu, kenaikan suhu, penurunan suhu, perbedaan suhu. Rumus Perbandingan Perubahan Suhu

∆ C : ∆ F : ∆ R : ∆K = 5 : 9 : 4 : 5


5

BAB 3. ZAT DAN WUJUDNYA A. WUJUD ZAT Zat adalah segala sesuatu yang memiliki massa (m) dan menempati ruang (V). Ada 3 jenis wujud zat yaitu padat, cair dan gas. 1. Sifat-Sifat Wujud Zat Wujud Bentuk Volume

Padat

Tetap

Tetap

Cair

Berubah

Tetap

gas

Berubah

Berubah

Sifat Partikel • Susunan partikel berdekatan dan teratur • Gaya tarik antar partikel sangat kuat • Gerak Partikel hanya bergetar pada tempatnya • Susunan partikel agak berjauhan dan kurang teratur • Gaya tarik antar partikel lemah dan mudah dipisahkan • Gerak partikel bebas, tetapi tidak meninggalkan kelompoknya • Susunan partikel berjauhan dan tidak teratur • Gaya tarik antar partikel sangat lemah (tidak ada) • Gerak partikel sangat bebas, cepat dan menyebar

5. Meniskus Cekung dan Meniskus Cembung Meniskus Cekung: permukaan cairan dalam tabung reaksi berbentuk cekung disebabkan karena Adhesi antara dinding tabung dengan cairan lebih besar dari Kohesi antar cairan dalam tabung. Meniskus Cembung: permukaan cairan dalam tabung reaksi berbentuk cembung disebabkan karena Kohesi antar cairan dalam tabung lebih besar dari Adhesi antara dinding tabung dengan cairan.

6. Kapilaritas Kapilaritas adalah gejala naik atau turunnya permukaan zat cair di dalam pipa kapiler. Manfaat Kapilaritas: Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor, naiknya air melalui akar tumbuhan, sifat mengisap air pada handuk, tissue, dan kain Kerugian Kapilaritas: Merembesnya air membasahi dinding rumah dan dapat merusak dinding rumah

2. Perubahan Wujud Zat

7. Tegangan Permukaan Zat Cair Adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi lapisan elastis. Membeku yaitu perubahan wujud zat dari cair ke padat. Mencair atau melebur yaitu perubahan wujud zat dari padat ke cair. Mengkristal yaitu perubahan wujud zat dari gas ke padat. Menyublim yaitu perubahan wujud zat dari padat ke gas. Menguap yaitu perubahan wujud zat dari cair ke gas. Mengembun yaitu perubahan wujud zat dari gas ke cair.

Contoh: Jarum dapat terapung di atas permukaan zat cair, nyamuk dapat berjalan di atas permukaan air, dll B. MASSA JENIS ZAT Massa Jenis zat adalah perbandingan massa zat (m) dengan volumenya (V)

=

3. Perubahan Wujud Zat Menurut Teori Partikel

ρ = massa jenis zat (kg/m ) (g/cm ) m = massa zat (kg) (g) 3 3 V = volume zat (m ) ( cm ) 3

3

3

Satuan SI untuk massa jenis adalah kg/m 3 3 Ingat: massa jenis air adalah 1000 kg/m (ρair = 1000 kg/m ) (1) Zat padat dipanaskan, partikel bergerak makin cepat, lama kelamaan jarak antar partikel makin besar dan gaya tarik antar partikel semakin kecil sehingga berubah wujud menjadi cairan (2) Cairan bila dipanaskan terus, maka gerakan partikel makin besar, dan makin bebas. Jarak antar partikel semakin jauh dan gaya tarik antar partikel semakin kecil sehingga berubah wujud menjadi gas (3) Gas akan meyebar memisahkan diri dari kelompoknya. 4. Kohesi dan Adhesi Kohesi adalah gaya tarik antar partikel-partikel yang sejenis. Contoh: gaya tarik antar partikel kayu pada sepotong kayu, gaya tarik antar partikel plastik pada penggaris Adhesi adalah gaya tarik antar partikel-partikel yang tidak sejenis. Contoh: gaya tarik antar partikel tinta dengan partikel kertas, gaya tarik antar partikel kapur dengan partikel papan


Massa Jenis Campuran Adalah massa total zat dibandingkan dengan volume total zat

ρ=

m +m V +V 1

2

1

2

Perbandingan massa jenis 2 zat dimana volume kedua zat sama

ρ ρ

cairanA cairanB

=

m m

cairanA

cairanB

Catatan: Konversi satuan massa jenis 3 3 g/cm kg/m (dikalikan 1000) 3 3 g/cm (dibagi 1000) kg/m

6

BAB 4. PEMUAIAN Apabila zat dipanaskan, energinya akan bertambah, partikelpartikelnya akan bergerak lebih cepat, akibatnya jarak antar partikelnya bertambah, hal inilah yang menyebabkan terjadinya pemuaian. Zat padat dapat mengalami muai panjang, luas dan volume Zat cair dapat mengalami muai volume Gas dapat mengalami muai volume dan/atau tekanan

C. PEMUAIAN VOLUME Jika pada suhu mula-mula (t1) volume benda adalah V1, setelah dipanaskan sampai suhu t2, volume benda menjadi V2, maka pertambahan volume benda, dapat dihitung dengan rumus:

∆V = V1.γ .∆t 3

3

3

3

3

3

∆V = pertambahan volume V1 = Volume mula-mula

(m , cm , mm )

γ

(/ C, /K)

(m , cm , mm ) o

= koefisien muai volume

A. PEMUAIAN PANJANG PADA ZAT PADAT Dari percobaan musschenbroek, diperoleh kesimpulan bahwa pertambahan panjang logam yang dipanaskan bergantung kepada a. panjang logam mula-mula (l1) b. jenis logam (α) c. kenaikan suhu (∆t)

Untuk mencari volume akhir benda (V2), dipakai rumus

Jika pada suhu mula-mula (t1) panjang benda adalah l1, setelah dipanaskan sampai suhu t2, panjang benda menjadi l2, maka pertambahan panjang benda, dapat dihitung dengan rumus:

Catatan: Koefisien muai luas = tiga kali koefisien muai panjangnya

(m, cm, mm) o

(/ C, /K) o

∆t = perubahan suhu

V2 = V1 (1 + γ .∆t )

atau

( C, K)

Untuk mencari panjang akhir benda (l2), dipakai rumus

l2 = l1 + ∆l

atau

l2 = l1 (1 + α .∆t )

koefisien muai panjang () benda bergantung pada jenis bendanya. Makin besar koefisien muainya, makin mudah benda untuk memuai. Tabel koefisien muai panjang berbagai jenis zat o Jenis Zat Koefisien muai panjang ( / C) (/ K) -6 Timah hitam 0,000029 = 29 x 10 -6 Aluminium 0,000024 = 24 x 10 -6 Perunggu 0,000019 = 19 x 10 -6 Tembaga 0,000017 = 17 x 10 -6 Besi 0,000012 = 12 x 10 -6 Baja 0,000011 = 11 x 10 -6 Kaca biasa 0,000009 = 9 x 10 -6 Grafit 0,000008 = 8 x 10 -6 Kaca pyrex 0,000003 = 3 x 10 -6 Berlian 0,000001 = 1 x 10

2

2

2

2

2

2

(m , cm , mm )

β = koefisien muai luas

(/ C, /K)


( C, K)

(m , cm , mm ) o

o

Untuk mencari luas akhir benda (A2), dipakai rumus

A2 = A1 (1 + β .∆t )

Catatan: Koefisien muai luas = dua kali koefisien muai panjangnya


o

o

Ini berarti bahwa volume air paling kecil pada suhu 4 C, bukan pada o o 0 C dan massa jenis air paling besar pada suhu 4 C

Rumus muai volume atau tekanan gas (Hukum Boyle-Gay-Lussac) adalah:

∆A = pertambahan luas A1 = luas mula-mula

β = 2.α

o

Sifat pemuaian air (dari 0 C−4 C) inilah yang disebut dengan anomali air (keanehan air)

E. PEMUAIAN GAS Gas dapat mengalami muai volume (V) dan muai tekanan (p). Koefisien muai volume gas adalah 1/273 K = 0,00367/K

∆A = A1.β .∆t

atau

D. ANOMALI AIR o o Air jika dipanaskan dari suhu 0 C sampai suhu 4 C, volumenya tidak o bertambah, melainkan berkurang. Di atas 4 C, jika dipanaskan maka volumenya akan bertambah.

Contoh anomali air dalam keseharian: Pada suatu danau yang dilapisi es, akan terdapat air di bawah lapisan es tersebut, karena o pada bagian bawah, suhu air adalah 4 C

B. PEMUAIAN LUAS PADA ZAT PADAT Jika pada suhu mula-mula (t1) luas benda adalah A1, setelah dipanaskan sampai suhu t2, luas benda menjadi A2, maka pertambahan luas benda, dapat dihitung dengan rumus:

A2 = A1 + ∆A

V2 = V1 + ∆V

( C, K)

Tabel koefisien muai volume berbagai jenis zat o Jenis Zat Koefisien muai volume ( / C) (/ K) -3 Alkohol 0,00112 = 1,12 x 10 -3 Benzena 0,00124 = 1,24 x 10 -3 Raksa 0,0018 = 1,8 x 10 -3 Bensin 0,0096 = 9,6 x 10

(m, cm, mm)

α = koefisien muai panjang


γ = 3.α

∆l = l1.α .∆t ∆l = pertambahan panjang l1 = panjang mula-mula

o

p .V T 1

1

p1 = tekanan gas awal p2 = tekanan gas akhir V1 = volume gas awal V2 = volume gas akhir T1 = suhu mutlak gas awal T2 = suhu mutlak gas akhir

1

=

p .V T 2

2

2

(Pa, atm, cmHg) (Pa, atm, cmHg) 3 3 (m , L, cm ) 3 3 (m , L, cm ) (K) (K)

7

BAB 5. KALOR DAN PERPINDAHANNYA Kalor adalah salah satu bentuk energi yang mengalir dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Dalam sistem SI satuan kalor dinyatakan dalam Joule (J). Sedangkan satuan lain yang digunakan adalah Kalori (kal). 1 kal = 4,2 J 1 J = 0,24 kal A.PENGARUH KALOR TERHADAP SUATU ZAT 1. Mengubah Suhu Zat Apabila suatu zat menyerap kalor, maka suhu zat itu naik. (Q bertanda postiif) Apabila suatu zat melepaskan kalor, maka suhu zat itu akan turun. (Q bertanda negatif) Besarnya kalor yang diserap atau dilepas dirumuskan:

= . . ∆

Dengan: Q = kalor (J) (kal) m = massa zat (kg) o c = kalor jenis zat (J/kg C) o ΔT = perubahan suhu ( C)

Kalor Jenis (c) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk o menaikkan suhu 1 kg (atau 1 g) zat sebesar 1 C. Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya kalor yang diperlukan o untuk menaikkan suhu 1 C.

= .

= . ∆

2. Merubah Wujud Zat Jika suatu benda diberi kalor, benda tersebut dapat mengalami perubahan wujud dari satu bentuk ke bentuk lain. Wujud zat tersebut dapat berupa padat, cair, atau gas. Pada saat terjadi perubahan wujud suhu benda tidak berubah. Perubahan wujud zat akibat kalor dapat digambarkan sebagai berikut:

b. Menguap, Mengembun, dan Mendidih Menguap adalah perubahan wujud zat dari zat cair menjadi gas. Sebaliknya mengembun adalah perubahan wujud dari gas menjadi zat cair. # Menguap Faktor-faktor yang mempercepat penguapan adalah (1) Memanaskan atau menaikkan suhu. (2) Memperluas permukaan. (3) Meniupkan udara kering di atas permukaan. (4) Mengurangi tekanan pada permukaan. # Mendidih • Zat cair dikatakan mendidih jika gelembung-gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. •

Kalor uap (U) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat cair menjadi 1 kg gas pada titik didihnya.

•

Rumus :

•

Titik didih adalah suhu ketika zat mendidih

•

Titik didih suatu zat dipengaruhi oleh beberapa faktor: - Tekanan; semakin besar tekanan pada zat, semakin besar titik didihnya. - Ketidakmurnian zat dapat menaikkan titik didih.

=

c. Menyublim Menyublim adalah perubahan wujud dari zat padat menjadi gas tanpa melalui fase cair. Sebaliknya mengkristal adalah perubahan wujud gas menjadi padat. Contoh zat yang dapat menyublim adalah kapur barus, naftalin. DIHAPAL!!!

L = 80 kal/g atau 80 kkal/kg atau 336.000 J/kg, U = 540 kal/g atau 540 kkal/kg atau 2.256.000 J/kg 0 0 0 cair = 1 kal/g C atau 1 kkal/kg C atau 4200 J/kg C 0 0 0 ces = 0,5 kal/g C atau 0,5 kkal/kg C atau 2100 J/kg C 0 0 0 cuap = 0,48 kal/g C atau 0,48 kkal/kg C atau 2010 J/kg C 3. Diagram Kalor Diagram kalor menunjukkan proses perubahan suhu atau wujud dari suatu zat o

o

Cth: Diagram kalor untuk mengubah es -40 C menjadi uap 120 C

a. Melebur dan membeku • Melebur adalah perubahan wujud dari zat padat menjadi zat cair. Sebaliknya membeku adalah perubahan wujud dari zat cair menjadi zat padat. •

Kalor lebur (L) adalah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 1 kg zat padat menjadi 1 kg zat cair pada titik leburnya

•

Kalor beku adalah kalor yang dilepaskan pada waktu 1 kg zat membeku menjadi 1 kg zat padat pada titik bekunya.

Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

=

•

Rumus:

•

Titik lebur adalah suhu ketika zat melebur.

•

Titik lebur dipengaruhi oleh beberapa faktor: - Tekanan; jika tekanan pada zat dinaikkan, titik lebur zat akan turun. - Ketidakmurnian Zat; titik lebur es dapat diturunkan menjadi o di bawah 0 C dengan cara menambah garam pada campuran es dan air.


Untuk mempermudah pengerjaan soal-soal kalor, sebaiknya menggunakan diagram kalor

B. PERUBAHAN ENERGI LISTRIK MENJADI KALOR Air dapat dipanaskan dengan alat pemanas air (heater). Prinsip kerja heater adalah mengubah energi listrik menjadi kalor. Rumus:

=

W = energi lisrtik (J) P = daya (W) t = waktu (s)

8 Jika semua energi listrik diubah menjadi kalor, maka:

=

= ∆ C. PERPINDAHAN KALOR Secara alamiah kalor dapat berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Ada tiga cara perpindahan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. 1. Konduksi atau Hantaran Konduksi atau hantaran adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konduksi terjadi pada zat padat. - Konduktor: zat yang dapat menghantarkan kalor dengan baik. Contohnya logam. - Isolator: Zat yang buruk dalam menghantarkan kalor. Contohnya plastik, wol, kaca, kayu. 2. Konveksi atau Aliran Konveksi atau aliran adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut yang disebabkan adanya perbedaan massa jenis zat. Konveksi terjadi pada gas dan zat cair. Contoh: a. Pada peristiwa air mendidih. Partikel-partikel air bagian bawah lebih cepat panas sehingga lebih ringan. Partikel air bagian bawah akan naik dan partikel air bagian atas akan turun. b. Terjadinya angin laut. Pada siang hari daratan lebih cepat panas dari pada laut, maka udara di atas daratan naik dan udara sejuk di atas laut bergerak ke daratan karena tekanan udara di atas permukaan laut lebih besar, maka terjadilah angin laut yang bertiup dari laut ke daratan. Sebaliknya pada malam hari daratan lebih cepat dingin dari pada laut, sehingga udara bergerak dari daratan ke laut yang disebut dengan angin darat. c. Cerobong asap d. Sistem ventilasi rumah e. Sistem pendingin mobil (radiator) f. Lemari es 3. Radiasi atau Pancaran Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara (medium). Contoh: Sinar matahari sampai ke bumi melalui radiasi. • Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap dan juga pemancar kalor yang baik. • Permukaan yang putih dan mengkilat adalah penyerap dan juga pemancar kalor yang buruk. • Alat yang digunakan untuk mengetahui pemancaran kalor adalah termoskop. Beberapa pemanfaatan dari sifat permukaan yang memancarkan kalor dengan baik dan buruk antara lain: (1) Sirip-sirip pendingin yang terdapat di belakang lemari es dicat hitam dan kusam agar memancarkan radiasi ke lingkungan sekitarnya (2) Panel surya pemanas dicat hitam agar dapat menyerap radiasi dari matahari (3) Rumah dicat putih agar dapat memantulkan kalor radiasi dari sinar Matahari (4) Bagian dalam termos dilapisi perak mengkilap agar memantulkan radiasi kembali ke dalam termos D. PENERAPAN PRINSIP PERPINDAHAN KALOR 1. Termos Air Panas

• • • •

Bagian dalam dibuat kaca yang mengkilat agar kalor dari air panas tidak diserap dinding. Bagian luar dibuat kaca mengkilat agar tidak terjadi radiasi. Ruang hampa untuk mencegah aliran kalor secara konveksi. Gabus berfungsi sebagai isolator untuk mencegah konduksi.


2. Setrika Listrik Prinsip kerjanya mengubah energi listrik menjadi panas yang dialirkan pada alas besi tebal bagian bawah setrika secara konduksi. 3. Radiator Radiator adalah alat pendingin mesin mobil dengan prinsip konveksi E. AZAS BLACK Jika sejumlah zat bersuhu tinggi dicampur dengan sejumlah zat lain yang suhunya rendah, maka akan dicapai suhu kesetimbangan, di mana zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor tersebut.

= Untuk mengerjakan soal-soal berprinsip azas black, sebaiknya menggunakan diagram kalor 0

Contoh: Diagram untuk pencampuran 100 g es –5 C dengan 200 g 0 air 30 C

= = + ! + "

9

BAB 6. GERAK LURUS A. PENGERTIAN GERAK Sebuah benda dikatakan bergerak apabila kedudukan benda tersebut berubah terhadap titik acuan. Titik acuan adalah suatu titik di mana kita mulai mengukur perubahan kedudukan suatu benda. Gerak bersifat relatif, artinya suatu benda dapat dikatakan bergerak terhadap suatu benda tertentu, tetapi belum tentu dikatakan bergerak terhadap benda lainnya. Contoh: seseorang yang mengemudikan mobil dikatakan bergerak jika titik acuannya adalah pohon yang di pinggir jalan Akan tetapi jika titik acuannya adalah kursi pengemudi, maka pengemudi dikatakan diam. Akibatnya: a. benda yang bergerak dapat kelihatan bergerak b. benda yang bergerak dapat kelihatan diam c. benda yang diam dapat kelihatan bergerak (gerak semu) Gerak semu adalah gerak di mana suatu benda yang diam tampak seolah-olah bergerak. Contohnya: pada saat kita berada di dalam mobil yang berjalan, tampak pohon-pohon yang dilalui bergerak melewati kita. B. JARAK DAN PERPINDAHAN Jarak adalah panjang seluruh lintasan yang ditempuh benda. Jarak merupakan besaran skalar, artinya mempunyai nilai tetapi tidak mempunyai arah.

# =

Rumus:

∆* *! − * = ∆ ! −

# = kecepatan rata-rata X1 = posisi benda pada saat t1 X2 = posisi benda pada saat t2 Δt = selang waktu

Satuan SI untuk kelajuan dan kecepatan adalah m/s Alat ukur kecepatan disebut velocitometer Alat ukur kelajuan disebut spidometer Alat ukur jarak disebut odometer

D. GERAK LURUS PADA LINTASAN HORIZONTAL Lintasan adalah titik-titik yang dilalui oleh benda ketika bergerak. Gerak Lurus adalah gerak suatu benda yang lintasannya berupa garis lurus. Ada 2 jenis gerak lurus, yaitu: gerak lurus beraturan (GLB) dan gerak lurus berubah beraturan (GLBB) 1. Gerak Lurus Beraturan (GLB) Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda yang lintasannya lurus dan kecepatannya selalu tetap. Benda yang melakukan gerak lurus beraturan dalam selang waktu yang sama akan menempuh jarak yang sama. -

Grafik GLB

-

Bila diselidiki dengan pewaktu ketik (ticker timer), akan diperoleh hasil berikut :

-

Rumus:

-

INGAT: Pada GLB, v tetap, a = 0 Pada grafik v-t, untuk mencari jarak (s) sama dengan luas daerah yang dibatasi oleh grafik.

Perpindahan adalah perubahan kedudukan atau posisi suatu benda. Benda dikatakan melakukan perpindahan jika posisinya berubah. Perpindahan merupakan besaran vektor, artinya mempunyai arah dan nilai. Contoh: seekor tikus berjalan dari A ke B sejauh 100 m, kemudian dari B ke C sejauh 50 m dan terakhir dari C ke D sejauh 100 m seperti pada gambar berikut Jarak = AB + BC + CD = 100 + 50 + 100 = 250 m Perpindahan = AD = 50 m

C. KELAJUAN DAN KECEPATAN 1. Kelajuan Kelajuan suatu benda adalah perbandingan antara jarak yang ditempuh benda terhadap waktu tempuhnya. Kelajuan merupakan besaran skalar. Rumus:

=

& = .

&

Jarak = Luas 1 + Luas 2 = Luas persegi panjang + Luas trapesium

v = kelajuan (m/s) (km/jam) s = jarak (m) (km) t = waktu (s) (jam) Jika laju benda berubah setiap saat, maka dapat kita cari laju rataratanya. Kelajuan rata-rata adalah hasil bagi antara jarak total yang ditempuh dengan waktu totaknya. # =

'( ' + '! + '" + ⋯ = ( + ! + " + ⋯

Jika data yang diberikan adalah kecepatan (v) dan waktu (t) maka kelajuan rata-rata dapat ditentukan dengan rumus: + ! ! + " " + ⋯ # = + ! + " + ⋯

2. Kecepatan Kecepatan suatu benda adalah perbandingan antara perpindahan dengan waktu tempuhnya. Kecepatan merupakan besaran vektor. Kecepatan rata-rata adalah hasil bagi antara perpindahan dengan selang waktu


2. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) Gerak Lurus Berubah Beraturan adalah gerak suatu benda yang lintasannya garis lurus, dan kecepatannya mengalami perubahan yang sama setiap sekon. Perubahan kecepatan setiap satuan waktu disebut percepatan. Jika perubahan kecepatan selalu sama dalam selang waktu yang sama maka benda bergerak dengan percepatan tetap. Secara matematis, percepatan rata-rata dirumuskan sbb: $% =

∆ ! − = ∆ ! −

$% = percepatan rata-rata (m/s ) v1 = kecepatan benda pada saat t1 v2 = kecepatan benda pada saat t2 Δt = selang waktu (s) Δv = perubahan kecepatan (m/s) 2

10 Rumus – Rumus GLBB:

= ( ± $. 1 & = ( . ± $. ! 2 ! = ( ! ± 2. $. &

Dengan: vo = kecepatan mula-mula benda (m/s) vt = kecepatan akhir (m/s) s = jarak yang ditempuh (m) t = waktu (s) 2 a = percepatan benda (m/s ) GLBB dipercepat GLBB dipercepat adalah GLBB yang kecepatannya bertambah setiap saat. Contoh: - Benda jatuh bebas dari ketinggian tertentu - Benda yang meluncur dari puncak bidang miring - Meterorit jatuh ke bumi - Anak-anak meluncuri seluncuran Untuk GLBB dipercepat nilai percepatan adalah positif (a > 0) Grafik GLBB dipercepat:

2

Besar percepatan gravitasi g = 9,8 m/s . Dalam soal biasanya 2 diketahui g = 10 m/s untuk memudahkan perhitungan. Gerak Vertikal merupakan GLBB, oleh karena itu rumus untuk gerak vertikal sama dengan rumus GLBB, yaitu:

= ( ± .. 1 ℎ = ( . ± .. ! 2 ! = ( ! ± 2. .. ℎ Lambang percepatan a digantikan dengan g Lambang perpindahan s digantikan dengan h (ketinggian benda) 1. Gerak Vertikal Ke Bawah Adalah gerak vertikal suatu benda yang dijatuhkan dari suatu ketinggian tertentu. Pada gerak vertikal ke bawah, nilai percepatan gravitasi (g) adalah positif. 2. Gerak Jatuh Bebas Adalah gerak vertikal suatu benda yang dijatuhkan dari suatu ketinggian tanpa kecepatan awal. Ingat: pada gerak jatuh bebas vo = 0 m/s 3. Gerak Vertikal ke Atas Adalah gerak vertikal suatu benda yang dilemparkan ke atas. Pada gerak vertikal ke bawah, nilai percepatan gravitasi (g) adalah negatif. Ingat: pada ketinggian maksimum vt = 0 m/s

Bila diselidiki dengan ticker timer diperoleh sbb :

GLBB diperlambat GLBB diperlambat adalah GLBB yang kecepatannya berkurang setiap saat. Contohnya: - Bola yang dilemparkan vertikal ke atas - Mobil yang bergerak dengan kecepatan tertentu kemudian direm sehingga kecepatannya berkurang setiap saat dan akhirnya berhenti. - Bola menggelinding ke atas bidang miring Untuk GLBB dipercepat nilai percepatan adalah negatif (a < 0) Grafik GLBB diperlambat:

Bila diselidiki dengan ticker timer diperoleh sbb :

INGAT: Pada GLBB, v berubah secara teratur, a tetap E. GERAK LURUS PADA LINTASAN VERTIKAL Gerak vertikal merupakan adalah suatu gerak benda yang menempuh lintasan vertikal terhadap tanah. Dalam gerak vertikal, percepatan yang dialami benda adalah percepatan gravitasi (g).


Catatan: Untuk konversi satuan

11

BAB 7. GAYA DAN PERCEPATAN Gaya adalah suatu dorongan/tarikan pada suatu partikel/benda. Akibat gaya pada suatu benda: (1) Kecepatan benda berubah (2) Benda diam menjadi bergerak. (3) Benda bergerak menjadi diam. (4) Arah gerak benda berubah. (5) Bentuk dan ukuran benda berubah. Alat untuk mengukur gaya adalah Neraca Pegas atau dinamomenter 2

Satuan gaya menurut SI adalah Newton (N) (kg m/s ) A. JENIS-JENIS GAYA Berdasarkan penyebabnya, gaya dapat dibagi menjadi: a. Gaya gravitasi yaitu gaya tarik oleh bumi. b. Gaya magnet yaitu gaya yang berasal dari magnet. c. Gaya mesin yaitu gaya yang berasal dari mesin. d. Gaya pegas yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas. e. Gaya listrik yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik. Berdasarkan sifatnya, gaya dapat dibagi menjadi: a. Gaya sentuh; yaitu gaya yang titik kerja gayanya bersentuhan langsung dengan bendanya. Contohnya: gaya otot, gaya pegas, gaya gesekan, gaya tegangan tali, gaya normal b. Gaya tak sentuh (gaya medan); yaitu gaya yang titik kerja gayanya tidak bersentuhan dengan bendanya. Contohnya: gaya magnet, gaya listrik, gaya gravitasi. B. MELUKIS GAYA Gaya merupakan besaran vektor, sehingga memiliki besar dan arah. Panjang anak panah menunjukkan besarnya gaya, sedangkan arah panah menunjukkan arah gaya.

Artinya gaya sebesar 3 N ke kanan atau dalam arah OP O = titik tangkap gaya Panjang OP = besar gaya Arah anak panah sebagai arah gaya C. RESULTAN (PENJUMLAHAN) DAN SELISIH GAYA, (ΣF) Beberapa gaya yang bekerja pada suatu benda dalam satu garis kerja dapat diganti oleh sebuah gaya yang dinamakan resultan gaya.

R = F1 + F2 + F3 + … R = Resultan gaya F = + (jika arah gaya ke kanan atau ke atas) F = - (jika arah gaya ke kiri atau ke bawah) Gaya-gaya Searah

R = F1+F2 Gaya-gaya yang Berlawanan Arah

D. GAYA GESEKAN (FRICTION) (f) Gaya gesekan adalah gaya yang berlawanan dengan arah kecenderungan gerak benda. Gaya gesekan timbul karena persentuhan langsung antara dua permukaan benda. Gaya gesekan dapat terjadi pada zat padat, cair dan udara. Gaya gesekan di udara dan di zat cair dipengaruhi oleh luas bentangan benda. Cth: gesekan udara penerjun payung, gesekan angin pada mobil yang melaju, gesekan air pada kapal. Untuk mengurangi gaya gesekan di udara dan zat cair, maka bentuk benda dibuat lebih pipih (streamline). Misalnya: desain mobil balap, pesawat terbang, kapal selam, dll Gaya gesekan pada permukaan zat padat dipengaruhi oleh: 1. kekasaran permukaan zat padat yang bersentuhan 2. gaya normal. Gaya gesekan pada permukaan zat padat tidak dipengaruhi luas bidang sentuh antara permukaan benda yang bersentuhan. Gaya gesekan ada dua yaitu: a. Gaya gesekan statis (fs) adalah gaya gesekan yang dialami benda ketika masih diam (belum bergerak). Besar gaya gesekan statis dari nol sampai nilai maksimum tertentu. Gaya gesekan statis maksimum dialami benda yang akan mulai bergerak. b. Gaya gesekan kinetis (fk) adalah gaya gesekan yang dialami benda ketika benda telah bergerak. Gaya gesekan kinetis besarnya tetap dan selalu lebih kecil dari gaya gesekan statis maksimum. Cara memperkecil gaya gesekan: (1) Memperlicin permukaan, misalnya dengan memberi minyak pelumas. (2) Menaruh benda di atas roda-roda sehingga lebih mudah bergerak. (3) Memisahkan kedua permukaan yang akan bersentuhan dengan udara. Gaya gesekan yang menguntungkan: (1) Gaya gesekan pada rem, misalnya piringan rem sepeda motor yang digunakan untuk memperlambat laju sepeda motor. (2) Gaya gesekan antara ban mobil yang dibuat bergerigi dengan permukaan jalan agar tidak selip. (3) Gaya gesekan antara tangan dengan benda yang kita pegang, sehingga benda dapat dibawa ke mana-mana. (4) Gaya gesekan antara kaki dan permukaan jalan, sehingga kita dapat berjalan tanpa tergelincir. Gaya gesekan yang merugikan: (1) Gaya gesekan antara ban kenderaan dengan jalan sehingga ban cepat aus dan tipis. (2) Gaya gesekan antara sepatu dengan lantai sehingga tumit sepatu cepat tipis. (3) Gaya gesekan antara angin dengan mobil yang menghambat lajunya mobil, dapat diatasi dengan mendesain mobil streamline (aerodinamis). Mobil dengan desain streamline disebut juga mobil aerodinamis. (4) Gaya gesekan antara kopling dengan mesin mobil menimbulkan panas sehingga mesin mobil cepat aus. E. BERAT BENDA / GAYA BERAT / GAYA GRAVITASI (w) Massa adalah ukuran banyaknya zat yang dikandung suatu benda. Berat benda adalah besarnya gaya tarik bumi yang bekerja pada benda yang bermassa. Arah gaya berat selalu ke pusat bumi dan besarnya tidak konstan, bergantung pada percepatan gravitasi bumi. 0 = . .

R = F1-F2 Gaya-gaya yang Seimbang

dengan: w = berat benda (N) m = massa benda (kg) 2 2 g = percepatan gravitasi (m/s ) = 10 m/s ingat: massa benda selalu tetap (konstan) sedangkan berat dapat berubah-ubah tergantung pada tempatnya (percepatan gravitasinya)

F1 = F2 R = F1- F2 = 0


Misalnya Budi bermassa 40 kg jika berada di bumi pergi ke bulan, massa Budi di bulan juga 40 kg, sedangkan berat Budi di bulan akan berbeda dengan berat Budi di bumi karena percepatan gravitasi bulan lebih kecil dari percepatan gravitasi bumi

12 F. HUKUM NEWTON 1. Hukum I Newton “Jika resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol (seimbang), maka benda yang mula-mula diam akan terus diam (mempertahankan keadaan diam), sedangkan jika benda mula-mula bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan tetap (GLB).” Benda sedang diam; atau

ΣF = 0 Benda sedang bergerak kecepatan tetap (GLB)

dengan

Hukum I Newton disebut juga hukum “kelembaman” (inersia) (kemalasan) Inersia adalah sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya (diam atau bergerak) Contoh penerapan hukum I Newton dalam kehidupan sehari-hari: 1. Jika kita sedang naik mobil, tiba-tiba mobil direm, kita akan terdorong ke depan. Hal ini disebabkan kita tadinya akan bergerak ke depan sehingga ingin terus bergerak ke depan meskipun mobil direm. 2. Pemain ice skating akan terus meluncur pada lintasannya, jika tidak ada gaya luar yang mempengaruhinya 3. Satelit akan terus meluncur pada lintasannya, karena dalam keadaan seimbang. 2. Hukum II Newton “Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada suatu benda berbanding lurus dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda.”

$ =

12

12 = . $

atau

2

Dimana: ΣF = resultan gaya (kg m/s ) (N) m = massa benda (kg) 2 a = percepatan benda (m/s ) Contoh hukum II Newton: (1) Diperlukan gaya yang lebih besar untuk mendorong truk daripada mendorong sedan. (2) Untuk benda yang massanya lebih kecil apabila didorong akan menghasilkan percepatan yang lebih besar. (3) Ketika supir menginjak pedal gas, mobil bergerak lebih cepat. (4) Buah kelapa jatuh dari pohon akibat gaya berat. (5) Balok yang didorong di lantai dapat berhenti akibat gaya gesekan. 3. Hukum III Newton Jika benda pertama mengerjakan gaya pada benda kedua (disebut aksi), maka benda kedua akan mengerjakan gaya pada benda pertama yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan (disebut reaksi) Ciri-ciri pasangan gaya aksi-reaksi: (1) besarnya sama, (2) arahnya berlawanan, (3) bekerja pada dua benda yang berbeda.

123 = 123 Contoh Hukum III Newton: (1) Ketika peluru ditembakkan dari sebuah senapan yang kita pegang, maka senapan akan terdorong ke belakang. Hal ini disebabkan adanya gaya yang bekerja pada senapan akibat peluru. (2) Ketika kaki menendang tembok dengan keras, maka tembok akan memberikan gaya yang sama besarnya pada kaki, akibatnya kaki menjadi sakit. (3) Ketika kaki mendorong lantai ke belakang, maka lantai akan mendorong kaki ke depan, akibatnya badan kita berjalan maju ke depan. (4) Ketika kaki mendorong lantai ke bawah dengan gaya yang lebih besar dari berat badan, maka lantai mendorong badan ke atas dengan gaya yang sama besarnya, akibatnya badan meloncat ke udara.


(5) Ketika seekor kuda menarik sebuah kereta, kaki kuda mendorong tanah ke belakang, maka gaya yang menyebabkan kuda bergerak maju adalah gaya yang dikerjakan tanah pada kaki kuda. (6) Gaya tarik menarik antar benda yang bermassa. (7) Gaya tarik menarik antara dua muatan tidak sejenis. (8) Gaya tolak menolak antara dua muatan sejenis.

13

BAB 8. USAHA, ENERGI DAN PESAWAT SEDERHANA A. USAHA Suatu gaya yang bekerja pada benda dikatakan melakukan usaha jika gaya tersebut menyebabkan benda berpindah tempat. Jika benda tidak berpindah, maka usahanya nol Jika gaya tegak lurus arah perpindahannya, maka usahanya nol Jika benda berpindah dengan kecepatan tetap, maka usahanya nol Jika gaya dan perpindahannya searah, maka usahanya positif Jika gaya dan perpindahannya berlawanan arah, maka usahanya negatif Satuan SI untuk usaha adalah Joule

= 12. &

Dimana: W = usaha (J) ΣF = resultan gaya (N) s = perpindahan (m)

B. ENERGI Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha

1. Bentuk-bentuk energi a. Energi potensial; energi potensial gravitasi bumi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena kedudukannya terhadap bumi.

5 = . .. ℎ

Ep = energi potensial (J) m = massa benda (kg) 2 g = percepatan gravitasi (m/s ) h = ketinggian (m) b. Energi kinetik; energi yang dimiliki oleh benda karena geraknya atau kelajuannya 1 53 = . . ! 2 Ek = energi kinetik (J) m = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s)

56 = 57 + 53

2. Hukum Kekekalan Energi “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, namum dapat berubah dari satu bentuk yang lain.”

→ Energi mekanik → Energi kimia

→ Energi bunyi


→ Energi listrik → Energi kalor

Energi kimia

Energi cahaya

→ Energi listrik → Energi kalor → Energi listrik → Energi kimia

4. Hukum Kekekalan Energi Mekanik 56 = 56!

53 + 57 = 53! + 57!

1 1 . . ! + . .. ℎ = . . ! ! + . .. ℎ! 2 2

5. Hubungan antar usaha dan energi Usaha sama dengan perubahan energi

C. DAYA Daya adalah usaha atau perubahan energi setiap satuan waktu 2. & = = 2. =

P = daya (W) (Watt) (hp) F = gaya (N) v = kecepatan (m/s) t = waktu (s) s = perpindahan (m) 1 hp = 746 watt hp = horse power

Dengan menggunakan pesawat keuntungan mekanis (KM) 89 =

d. Energi kimia; energi yang tersimpan dalam zat, atau bahan bakar e. Energi listrik; energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui kabel f. Energi kalor (panas); energi yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat g. Energi bunyi; energi yang dihasilkan oleh getaran partikelpartikel udara di sekitar sebuah sumber bunyi h. Energi cahaya; energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik i. Energi nuklir; energi yang dihasilkan oleh reaksi inti atom

Energi listrik

→ Energi bunyi

Energi mekanik

D. PESAWAT SEDERHANA Pesawat sederhana berfungsi untuk mempermudah usaha bukan untuk memperkecil usaha

c. Energi mekanik; energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak.

→ Energi kalor

Benda yang saling bergesekan Gong atau bedok yang dipukul Turbin, dinamo, generator Bahan bakar ketika memasak Pemakaian aki, baterai Menjemur pakaian Solar sel Mengubah struktur kimia pada kamera film

= ∆5 = ∆53

Satuan SI untuk energi adalah Joule

3. Perubahan Bentuk Energi Energi Asal Energi Akhir → Energi cahaya

→ Energi kalor

Contoh Lampu, senter Setrika listrik, kompor listrik, solder, lampu Kipas angin, motor listrik, jam tangan, jam dinding Pengisian aki Mikrofon, organ, dan alat musik lainnya

sederhana

akan

diperoleh

0 2

Jenis-Jenis Pesawat Sederhana: 1. Tuas/Pengungkit Tuas adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras sempit yang dapat berputar di sekitar titik tumpu, contohnya linggris. Rumus:

2 × :; = 0 × :<

F = kuasa (N) w = berat beban (N) lF = lengan kuasa (m) lw = lengan beban (m)

Rumus panjang tuas:

l = lF + lw

Keuntungan mekanis:

89 =

0 :; = 2 :<

14 Tuas berfungsi memperbesar gaya, sehingga usaha lebih mudah dilakukan, tetapi tidak mengurangi usaha yang harus dilakukan

s = panjang bidang miring h = tinggi bidang miring

Tuas dikelompokkan menjadi 3 yaitu: a. Tuas kelas pertama; titik tumpu selalu berada di antara kuasa dan beban. Contoh : linggris, gunting, tang, dan pembuka kaleng, sekop, dongkrak mobil, lengan yang mengangkat barbell

Contoh bidang miring: baji, sekrup, tangga, pisau, kapak, jalan ke gunung

b. Tuas kelas kedua; kuasa dan beban berada pada sisi yang sama dari titik tumpu, dan beban lebih dekat ke titik tumpu daripada kuasa. Contoh : catut, pembuka botol, dan stapler, gerobak pasir c. Tuas kelas ketiga; beban dan kuasa berada pada sisi yang sama dari titik tumpu, tetapi kuasa lebih dekat ke titik tumpu daripada beban. Contoh: sapu 2. Katrol Katrol berfungsi mengangkat benda dengan mudah. Cara kerja katrol sama dengan prinsip tuas. a. Katrol tunggal tetap • Fungsi: mengubah arah gaya • KM = 1, sehingga F = w • O = titik tumpu OA = lengan kuasa OB = lengan beban • Rumus usaha: W = beban x kenaikan beban W = w x Sw b. katrol tunggal bergerak • Fungsi: memperbesar gaya, kuasa • KM = 2, sehingga F = ½ w • Rumus usaha: W = beban x kenaikan beban W = w x Sw • O = titik tumpu, OA = lengan beban OB = lengan kuasa

Untuk sistem katrol (takal) yaitu sistem yang terdiri dari beberapa buah katrol maka keuntungan mekanis takal sama dengan banyak tali penanggung beban.

3. Bidang Miring Bidang miring adalah suatu permukaan miring yang penampangnya berbentuk segitiga.

Rumus:

0. ℎ = 2. &

Keuntungan mekanis: 89 =

0 & = 2 ℎ


15

BAB 9. TEKANAN A. TEKANAN PADA ZAT PADAT Tekanan adalah gaya per satuan luas bidang di mana gaya tersebut bekerja Rumus:

P=

2. Bejana Berhubungan Jika bejana berhubungan diisi zat cair sejenis maka tinggi permukaan zat cair akan sama Jika bejana berhubungan diisi zat cair tidak sejenis maka tinggi permukaan zat cair tidak sama

F A

Dengan: 2 P = tekanan (N/m ) atau Pa F = gaya tekan (N) 2 A = luas bidang tekan (m ) 5

Ingat: 1 atm = 76 cmHg = 10 Pa B. TEKANAN DALAM ZAT CAIR Tekanan yang dakibatkan oleh zat cair pada kedalaman tertentu disebut tekanan hidostatis Sifat tekanan hidrostatis: • Pada kedalaman yang sama, tekanan sama besar dan ke segala arah • Semakin ke dalam tekanannya semakin besar • Bergantung pada massa jenis cairan • Bergantung pada percepatan gravitasi bumi • Tidak bergantung pada bentuk wadahnya

Rumus:

P

1

=

P

2

atau

ρ .h = ρ .h 1

1

2

2

Dengan: 3 3 ρ1 = massa jenis cairan 1 (kg/m ) (g/cm ) 3 3 ρ1 = massa jenis cairan 2 (kg/m ) (g/cm ) h1 = tinggi zat cair 1 dari bidang batas titik (cm) h2 = tinggi zat cair 2 dari bidang batas titik (cm) 3. Hukum Archimedes “Setiap benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapat gaya ke atas(FA) sebesar berat zat cair yang didesak oleh benda itu“ Rumus:

Rumus:

> = . .. ℎ > = '. ℎ

Dengan: P = tekanan hidrostatis di titik A (Pa) 3 ρ = massa jenis cairan (kg/m ) 2 g = percepatan gravitasi (m/s ) h = kedalaman (m) 3 S = berat jenis (N/m ) 1. Hukum Pascal Hukum Pascal dikemukakan oleh ‘Blaise Pascal’ yang berbunyi: “Tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar”

F

A

= wu − wa =

ρ .g V

a

Dengan: FA = gaya angkat ke atas pada benda (N) Wu = berat benda di udara Wa = berat benda di dalam zat cair (N) 3 ρ = massa jenis cairan (kg/m ) 2 g = percepatan gravitasi bumi (m/s ) 3 Va = volume benda yang tercelup (m ) Dengan adanya gaya angkat ke atas pada benda, maka benda dapat terapung, melayang, dan tenggelam a. Benda terapung; ρ benda < ρ cairan b. Benda melayang; ρ benda = ρ cairan c. Benda tenggelam; ρ benda > ρ cairan Ingat: untuk benda melayang atau terapung berlaku 0 = 2=

Penerapan hukum archimedes antara lain: Jembatan ponton (jembatan apung), balon udara, kapal laut dan kapal selam, hidrometer (alat untuk mengukur massa jenis zat cair), galangan kapal C. TEKANAN GAS Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi. Karena udara mempunyai berat, maka menyebabkan adanya tekanan dalam udara yang disebut tekanan atmosfer. Arah tekanan ini ke segala arah

P F F

1 2

=

A A

1

1

=

P

atau

2

2

F F

1 2

= d d

2 1 2 2

Ingat: Tekanan sama bukan gaya Dengan: F1 = gaya pada penampang A1 (N) F2 = gaya pada penampang A2 (N) 2 A1 = luas penampang 1 (m ) 2 A2 = luas penampang 2 (m ) Manfaat hukum Pascal yaitu dengan gaya yang kecil dapat dihasilkan gaya yang besar. Alat–Alat yang bekerja berdasarkan Hukum Pascal yaitu: dongkrak hidrolik, pompa hidrolik ban sepeda, rem hidrolik, alat pengangkat mobil hidrolik, kursi dokter gigi atau pemangkas rambut, elevator hidrolik.


1. Tekanan Gas Dalam Ruang Terbuka Torricelli berhasil mengukur tekanan udara di ruang terbuka dengan alat barometer

Dari hasil percobaan didapatkan : a. Tekanan udara akibat lapisan atmosfer bumi tepat di permukaan laut adalah sekitar 76 cm air raksa atau 76 cmHg yang disebut dengan satu atmosfer (1 atm) b. Setiap kenaikan 100 m dari permukaan laut tekanan udara berkurang 1 cmHg Apabila percobaan Torricelli menggunakan air, maka tinggi air yang dapat ditahan oleh udara sekitar 10 meter.

16 Rumus Barometer raksa terbuka: ?@ = A76 −

3. Hukum Boyle Robert Boyle menyatakan bahwa: “hasil kali tekanan dan volume gas dalam ruang tertutup adalah konstan“

ℎ E F. 100

ℎ = G76 − HI * 100

Rumus:

Alat-alat yang berkerja berdasarkan hukum Boyle: Manometer air raksa terbuka, manometer air raksa tertutup, manometer logam, pompa air, pompa udara, pipet, siphon, pompa tekanan udara, botol setan, tempat minum burung.

Dimana: Pudara = tekanan udara (cmHg) h = ketinggian tempat (m) 2. Tekanan Gas Dalam Ruang Tertutup Manometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ruang tertutup a. Manometer zat cair terbuka

J = ( + .ℎ

J = ( − .ℎ

Pgas = tekanan gas (cmHg) (atm) P0 = tekanan udara luar (cmHg) (atm) 3 ρ = massa jenis zat (kg/m ) 2 g = percepatan gravitasi (m/s ) h = kedalaman zat cair (m) Jika zat cair adalah raksa maka:

J = ( + ℎ

J = ( − ℎ

b. Manometer raksa tertutup

J = GℎI F. c. Manometer Air Terbuka

J = AL +

ℎ E F. 13,6


K = ! K!

17

BAB 10. GETARAN DAN GELOMBANG A. GETARAN Getaran adalah gerak bolak-balik suatu benda melalui titik seimbang secara periodik. Satu getaran adalah satu kali melakukan gerak bolak balik. A-O-B-O-A = 1 getaran (n=1) O-B-O-A-O = 1 getaran (n=1) B-O-A-O-B = 1 getaran (n=1) A-O-B = ½ getaran (n= ½) O-B-O = ½ getaran (n= ½)

Puncak Dasar Bukit Lembah Amplitudo

A-O = ¼ getaran (n= ¼) O-B = ¼ getaran (n= ¼)

B,F D,H ABC, EFG CDE, GHI BB’, DD’, FF’, HH’ A – C – E , E –G – I B – F (puncak ke puncak) D – H (dasar ke dasar)

Panjang satu gelombang (O) Dibaca: lambda

Titik O adalah titik keseimbangan 1. Simpangan dan Amplitudo Simpangan getaran adalah posisi partikel yang bergetar terhadap titik keseimbangannya. Amplitudo getaran (A) adalah simpangan maksimum suatu getaran.

b. Gelombang Longitudinal Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya sejajar terhadap arah rambatannya. Contoh: gelombang pada slinki dan gelombang bunyi.

Panjang satu gelombang (λ) adalah jarak 1 renggangan dan 1 rapatan; jarak pusat rapatan ke pusat rapatan; atau jarak pusat renggangan ke pusat renggangan.

2. Periode dan Frekuensi Periode (T) getaran adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai satu kali getaran. Frekuensi (f) getaran adalah banyaknya getaran tiap satuan waktu. Rumus:

t

= n

n S= t

1

= f

Dengan: T = periode (s) f = frekuensi (1/s) (Hz) t = waktu yang diperlukan untuk melakukan sejumlah getaran (s) n = jumlah getaran dalam waktu t sekon B. GELOMBANG Gelombang adalah getaran yang merambat. Dalam perambatannya gelombang memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain, sedangkan medium yang dilaluinya tidak ikut merambat. Menurut mediumnya gelombang dibagi menjadi dua, yaitu : a. Gelombang mekanik; gelombang yang dalam perambatannya memerlukan medium perantara. Contoh: gelombang bunyi, gelombang pada tali, gelombang air. b. Gelombang elektromagnetik; gelombang yang dapat merambat di ruang hampa/tanpa medium. Contoh: cahaya, gelombang radar, gelombang radio. Menurut arah rambatnya, gelombang dapat dibagi menjadi dua, yaitu: a. Gelombang Transversal Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah rambatannya. Contoh: gelombang pada tali, gelombang cahaya, gelombang permukaan air.


1. Periode dan Frekuensi gelombang Periode gelombang (T) adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu panjang gelombang. Frekuensi gelombang (f) adalah banyaknya gelombang yang terjadi setiap sekon. Hubungan frekuensi dengan periode gelombang

=

t n

S=

n t

=

1 f

2. Cepat rambat gelombang Cepat rambat gelombang (v) adalah jarak yang ditempuh gelombang dibagi dengan waktu untuk merambat.

=

&

Hubungan panjang gelombang, periode, frekuensi dan cepat rambat

=

λ T

= λ. f

18

BAB 11. BUNYI A. SIFAT-SIFAT BUNYI Bunyi ditimbulkan oleh benda yang bergetar. Bunyi merupakan gelombang longitudinal, sehingga merambat dalam bentuk rapatan dan regangan molekul-molekul medium yang dilaluinya. Bunyi termasuk gelombang mekanik, karena memerlukan medium (padat, cair, gas) untuk merambat. Bunyi merambat paling baik dalam zat padat dan paling buruk dalam gas. Bunyi dapat mengalami pemantulan. B. CEPAT RAMBAT BUNYI Cepat rambat bunyi didefinisikan sebagai hasil bagi antara jarak sumber bunyi ke pendengar dengan selang waktu yang diperlukan bunyi untuk merambat sampai ke pendengar. & = Dimana: v = cepat rambat bunyi (m/s) s = jarak sumber bunyi ke pendengar (m) t = waktu yang diperlukan bunyi untuk merambat (s) Pada gelombang bunyi juga berlaku rumus = O. S Dimana: v = cepat rambat bunyi (m/s) λ = panjang gelombang bunyi (m) f = frekuensi bunyi (Hz) 1. Pengaruh suhu pada cepat rambat bunyi Semakin tinggi suhu udara, semakin besar cepat rambatnya Semakin rendah suhu udara, semakin kecil cepat rambatnya = L + 0,6. Dimana: o v = cepat rambat bunyi pada suhu t C o vo= cepat rambat bunyi pada suhu 0 C = 332 m/s o t = suhu udara ( C)

Dentum, yaitu bunyi yang frekuensinya tinggi tetapi masih didengar oleh telinga manusia. Contoh: bunyi bom Warna bunyi/timbre/kualitas bunyi adalah perbedaan nada yang dihasilkan sumber bunyi, meskipun frekuensinya sama. Contoh: nada seruling, gitar, piano tetap dapat dibedakan bunyinya meskipun frekuensinya sama Warna bunyi berbeda disebabkan oleh bentuk gelombang yang berbeda Bentuk gelombang bunyi berbeda karena adanya perbedaan frekuensi nada-nada atas, tetapi frekuensi nada dasarnya sama 4. Frekuensi Bunyi pada Interval Nada Perbandingan frekuensi nada (interval nada)

Perbandingan frekuensi nada dengan nada C C D E F G A B C

C C C C C C C C

: : : : : : : : 1

: oktaf

= = = = = = = = 2

24 27 30 32 36 40 45 48 :

: : : : : : : : 3

kuint

24 24 24 24 24 24 24 24 :

= = = = = = = = 4

1 9 5 4 3 5 15 2 :

kuart

: : : : : : : :

1 8 4 3 2 3 8 1

prime sekunde terts kuart kuint sext septime oktaf

5 → DIHAPAL!!!

terts

C. HUKUM MARSENNE Menurut Marsenne, faktor – faktor yang mempengaruhi frekuensi bunyi seutas senar atau dawai: 1. Panjang senar; semakin panjang senarnya semakin rendah frekuensinya 2. Luas penampang; semakin besar luas penampangnya, semakin rendah frekuensinya 3. Massa jenis senar; semakin besar massa jenisnya, semakin rendah frekuensinya 4. Tegangan senar; semakin besar tegangan senar, semakin tinggi frekuensinya Rumus Marsenne 3

Syarat untuk terjadi dan terdengarnya bunyi yaitu: (1) Adanya benda yang bergetar (sumber bunyi) (2) Adanya zat perantara (medium) (3) Adanya penerima yang berada di dekat sumber 2. Jenis-jenis bunyi berdasarkan frekuensinya 1. Infrasonik • infrasonik adalah bunyi yang frekuensinya kurang dari 20 Hz • infrasonik dapat didengar oleh jangkrik, anjing 2. Audiosonik • Audiosonik adalah bunyi yang frekuensinya berkisar 20 Hz – 20.000 Hz • Audiosonik dapat didengar oleh telinga manusia 3. Ultrasonik • Ultrasonik adalah bunyi yang frekuensinya di atas 20.000 Hz • Ultrasonik dapat didengar oleh lumba-lumba dan kelelawar • Ultrasonik dimanfaatkan untuk : a. Kaca mata tuna netra b. Ultrasonografi (USG) c. Membunuh bakteri dalam makanan yang akan diawetkan d. Mencampur logam agar merata e. Mengukur kedalaman laut 3. Macam-macam bunyi Nada, yaitu bunyi yang frekuensinya tetap dan teratur Tinggi rendahnya nada pada bunyi tergantung pada frekuensi bunyi Kuat lemahnya bunyi tergantung pada amplitudo bunyi Desah, yaitu bunyi yang frekuensinya tidak teratur. Contoh: suara angin, suara ombak


S=

1

X 2 . W

ρ = massa jenis senar (kg/m ) f = frekuensi senar (Hz) L = panjang senar (m) T = tegangan senar (N) 2 A = luas penampang senar (m )

Untuk perbandingan dua buah senar berlaku S! V ! . . VW = S V . ! . VW! D. RESONANSI Resonansi adalah ikut bergetarnya suatu benda bila benda lain bergetar didekatnya. Frekuensi benda yang bergetar sama dengan frekuensi benda yang ikut bergetar Misalnya pada gambar, jika bandul A digetarkan maka bandul C ikut bergetar (beresonansi)

Rumus Panjang kolom udara Y = O 4

L = panjang kolom udara λ = panjang gelombang Resonansi pertama (n=1) Resonansi kedua (n=3) Resonansi ketiga (n=5), dst

19 E. PEMANTULAN BUNYI 1. Hukum Pemantulan Bunyi a. Bunyi datang, bunyi pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

b.

Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)

2. Macam-macam bunyi pantul (a) Bunyi pantul yang bersamaan dengan bunyi asli Bunyi ini terjadi jika jarak antara sumber bunyi dengan dinding pemantul cukup dekat. Bunyi ini memperkuat bunyi asli. Misalnya di dalam kamar, di ruang kelas. (b) Gaung/kerdam adalah bunyi pantul yang sebagian bersamaan dengan bunyi aslinya, sehingga bunyi aslinya tidak jelas. Bunyi ini terjadi jika jarak antara sumber dengan dinding pemantul agak jauh. Misalnya di dalam gedung bioskop Misalkan kita mengucapkan kata “matahari” Bunyi asli : Ma – ta – ha – ri Bunyi pantul Ma – ta – ha – ri Terdengar : Ma – ri (c) Gema adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli selesai diucapkan. Bunyi ini tejadi jika jarak antara sumber dengan dinding pemantul cukup jauh. Misalnya di lereng bukit dan lembah Misalkan kita mengucapkan kata “matahari” Bunyi asli : Ma – ta – ha – ri Bunyi pantul Ma – ta – ha – ri Terdengar : Ma – ta – ha – ri – Ma – ta – ha – ri Zat-zat yang dapat menyerap bunyi yang diterimanya disebut zat peredam bunyi. Misalnya karpet, karet, karton, busa, wol, gabus, dsb. 3. Manfaat Bunyi Pantul (1) Mengukur kedalaman laut (2) Survey geofisika (3) Ultrasonografi (USG) (4) Kacamata tunanetra (5) Mendeteksi cacat dan retak pada logam (6) Mengukur ketebalan pelat logam (7) Menentukan cepat rambat bunyi di udara (8) Sebagai sonar 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi kuat bunyi 1. Amplitudo sumber bunyi 2. Jarak antara sumber bunyi dengan pendengar 3. Adanya resonansi 4. Adanya dinding pemantul Rumus pemantulan bunyi: =

& 2[ =

d = jarak bunyi ke dinding pemantul (m) t = waktu (s)

F. EFEK DOPPLER Efek Doppler adalah efek berubahnya frekuensi yang terdengar oleh pendengar karena gerak sumber bunyi atau pendengar. Jika sumber bunyi mendekati pendengar, maka pendengar akan menerima getaran yang lebih banyak sehingga frekuensi bunyi lebih tinggi. Sebaliknya, jika sumber bunyi menjauhi pendengar, pendengar akan menerima getaran lebih sedikit sehingga frekuensi bunyi lebih rendah, tetapi frekuensi asal tidak berubah.


20 Bagian-bagian cermin cekung

BAB 12. CAHAYA Cahaya merupakan salah satu spektrum gelombang elektromagnetik sehingga dapat merambat tanpa memerlukan medium perantara (vakum). Sifat-sifat cahaya: (1) merambat lurus (2) memiliki energi dalam bentuk radiasi (3) dapat dipantulkan (4) dapat dibiaskan (5) dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), lenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi) Identifikasi cahaya Merupakan gelombang elektromagnetik, dapat merambat melalui vakum (hampa udara) Merupakan gelombang transversal Kelajuan cahaya (c) = 300 000 000 m/s Cahaya merambat menurut garis lurus, sehingga apabila mengenai suatu benda dapat menghasilkan bayangan. Bayang-bayang terdiri dari bayang-bayang gelap (umbra) dan bayang-bayang kabur (penumbra)

A. PEMANTULAN CAHAYA (REFLECTION) Cahaya dapat dipantulkan. Ada 2 jenis pemantulan cahaya yaitu : 1. Pemantulan teratur adalah pemantulan yang terjadi jika permukaan benda yang memantulkan rata (licin/mengkilap) dan halus 2. Pemantulan baur (difus) adalah pemantulan yang terjadi jika permukaan benda yang memantulkan tidak rata atau kasar 1. Hukum pemantulan Cahaya 1. Sinar datang, garis normal, sinar pantul, berpotongan pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar. 2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)

2. Pemantulan pada cermin datar Sifat-sifat bayangan pada cermin datar 1. maya (di belakang cermin, tidak dapat ditangkap layar) 2. sama besar dengan bendanya 3. tegak 4. menghadap terbalik dengan bendanya 5. jarak benda ke cermin = jarak bayangan dari cermin Catatan: 1. Apabila cermin digeser sejauh x cm, maka jarak antara bayangan awal dan bayangan akhir bergeser sejauh 2x cm 2. Untuk melihat bayangan seluruh badan kita, panjang cermin minimal yang diperlukan = setengah dari tinggi seluruh badan 3. Untuk dua cermin datar yang membentuk sudut α, dapat menghasilkan bayangan sebanyak Y =

"\L ]

−1

3. Pemantulan pada cermin lengkung a. Pemantulan Cahaya pada cermin cekung (concave mirror) Cermin cekung bersifat mengumpulkan cahaya sehingga disebut cermin konvergen


Keterangan: M = R = 2f = pusat kelengkungan cermin, jari-jari F = titik fokus, titik api O = titik pusat bidang cermin Ruang I diantara O dan F Ruang III > OM Ruang II diantara F dan M Ruang IV di belakang cermin Sinar-sinar istimewa pada cermin cekung 1. sinar datang sejajar dengan sumbu utama cermin, dipantulkan melalui titik fokus

2.

sinar datang melalui titik fokus, dipantulkan sejajar sumbu utama cermin

3.

sinar datang melalui titik pusat kelengkungan M, dipantulkan melalui titik pusat kelengkungan tsb

Cara menghafal sifat bayangan 1. Ruang benda + Ruang bayangan = 5 2. Jika bayangan di depan cermin: nyata, terbalik Jika bayangan di belakang cermin: maya, tegak 3. Jika ruang bayangan > ruang benda: bayangan diperbesar Jika ruang bayangan < ruang benda: bayangan diperkecil 4. Jika benda yang terletak di depan cermin digerakkan mendekati cermin maka diperoleh bayangan makin besar. Penggunaan cermin cekung: untuk berdandan, pemantul pada lampu sorot mobil dan lampu senter b. Pemantulan pada cermin cembung (conveks mirror) Cermin cembung bersifat menyebarkan cahaya sehingga disebut dengan cermin divergen. Bagian-bagian cermin cembung

Sinar-sinar istimewa pada cermin cembung 1. sinar datang sejajar dengan sumbu utama cermin, dipantulkan seolah-olah datang dari titik fokus f

21 2. Sinar datang menuju titik fokus, dipantulkan sejajar sumbu utama cermin

3. sinar datang menuju titik pusat kelengkungan M, dipantulkan seolah-olah dari titik pusat kelengkungan tsb.

Rapat atau tidaknya medium ditentukan berdasarkan angka indeks bias mediumnya (n). Makin besar nilai indeks bias mediumnnya maka semakin rapat mediumnya. Medium Vakum Udara Air Gelas Intan

Indeks bias 1,0000 1,0003 = 1 1,33 = 4/3 1,5 – 1,9 2,42

Sewaktu cahaya merambat dari suatu medium ke medium lainnya maka: 1. cepat rambat gelombang berubah (v) 2. panjang gelombang berubah (λ) 3. frekuensi gelombang cahaya tetap (f)

Sifat bayangan pada cermin cembung selalu: maya, tegak, diperkecil. (karena benda selalu di ruang IV, sehingga bayangan selalu di ruang I) Penggunaan cermin cembung: kaca spion mobil, kaca yang dipasang pada persimpangan jalan 4. Rumus pembentukan bayangan pada cermin 1 1 1 = + S & &′ _ S= 2

9=`

&K ℎK `= & ℎ

S=

&. &′ & + &′

&′. S &= &′ − S

&. S &′ = &−S

Keterangan: f = fokus cermin s = jarak benda ke cermin ’ s = jarak bayangan ke cermin M = perbersaran cermin h = tinggi benda ’ h = tinggi bayangan Perjanjian tanda pada cermin s bertanda + jika benda terletak di depan cermin (benda nyata) s bertanda – jika benda terletak di belakang cermin (benda maya) s’ bertanda + jika bayangan di depan cermin (bayangan nyata) s’ bertanda – jika bayangan di belakang cermin (bayangan maya) f dan R bertanda + untuk cermin cekung f dan R bertanda – untuk cermin cembung B. PEMBIASAN CAHAYA (REFRACTION) Pembiasan adalah peristiwa pembelokan cahaya pada saat mengenai bidang batas antara dua medium yang berbeda kerapatannya.

Y=

Rumus pembiasan cahaya Y = ! Y! O Y = O! Y!

Keterangan: 8 c = cepat rambat cahaya dalam vakum/udara (3 × 10 m/s) n1 = indeks bias medium 1 n2 = indeks bias medium 2 λ1 = panjang gelombang pada medium 1 λ2 = panjang gelombang pada medium 2 v1 = cepat rambat gelombang pada medium 1 v2 = cepat rambat gelombang pada medium 2 Ketika cahaya melewati dua medium yang berbeda, selain mengalami pembiasan, cahaya juga mengalami pemantulan 2. Pemantulan Sempurna

Keterangan: o (1) Sinar datang tegak lurus (sudut datang 0 ) dari air ke udara, tidak dibiaskan tetapi diteruskan (2) Sinar datang dari air ke udara dibiaskan menjauhi garis normal o (3) Sinar datang dari air ke udara, dibiaskan maksimum 90 . Sudut datang ini disebut sudut kritis (sudut batas). (4) Sinar datang lebih besar dari sudut kritis, tidak mengalami pembiasan lagi, tetapi mengalami pemantulan sempurna. 3. Syarat terjadinya pemantulan sempurna 1. Sinar harus datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat. 2. Sudut datang harus lebih besar dari sudut kritis (ik) 0

1. Hukum Snellius tentang Pembiasan Hukum I Snellius: “sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.” Hukum II Snellius: “jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, maka sinar dibelokkan mendekati garis normal; dan sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat, maka sinar dibelokkan menjauhi garis normal.

Sudut kritis adalah sudut datang yang menghasilkan sudut bias 90 Contoh pemantulan sempurna: 1. fatamorgana: permukaan jalan tampak berair 2. pemantulan sempurna pada kabel serat optic 3. berlian tampak berkilau 4. pemantulan sempurna pada prisma kaca,dll.

4. Pembiasan cahaya pada lensa Lensa adalah benda optik tembus cahaya yang dibatasi oleh dua permukaan bidang lengkung a. Pembiasan cahaya pada lensa cembung (convex lens) Lensa cembung bersifat mengumpulkan cahaya sehingga disebut lensa konvergen Jenis-jenis lensa cembung 1. Lensa Cembung rangkap (bikonbeks) 2. Lensa Cembung yang datar (Plan-konveks) 3. Lensa Cembung yang cekung (Konveks-konkaf)


22

Bagian-bagian lensa cembung

2. sinar datang seakan-akan menuju titik fokus pasif f2, dibiaskan sejajar sumbu utama

Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung 1. sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus aktif f1

3. sinar datang melalui titik pusat optik O, diteruskan tanpa dibiaskan

Sifat bayangan pada lensa cekung selalu: maya, tegak, diperkecil. 2. sinar datang melalui titik fokus pasif f2, dibiaskan sejajar sumbu utama

Penggunaan lensa cekung: kacamata rabun jauh, lensa pada teropong panggung (Galileo), dsb. 5. Rumus Pembentukan bayangan pada lensa 1 1 1 = + S & &′

3. sinar datang melalui titik pusat optik O, diteruskan tanpa dibiaskan

S=

9=`

_ 2

&K ℎK `= & ℎ

S= &= &′ =

&. &′ & + &′

&′. S &′ − S

&. S &−S

6. Kekuatan Lensa

Cara menghafal sifat bayangan pada lensa cembung sama dengan pada cermin cekung Penggunaan lensa cembung: kacamata rabun dekat, lup (kaca pembesar), lensa-lensa pada teropong, mikroskop, dsb. b. Pembiasan pada lensa cekung (concave lens) Lensa cekung bersifat menyebarkan cahaya sehingga disebut dengan lensa divergen Jenis-jenis lensa cekung 1. Lensa Cekung rangkap (bikonkaf) 2. Lensa Cekung yang datar (Plan-konkaf) 3. Lensa Cekung yang cembung (Konkaf-konveks)

Bagian – bagian lensa cekung

Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung 1. sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seakan akan berasal dari titik fokus aktif f1


=

1 100 = SGI SGI

Untuk menambah kekuatan lensa kita dapat gunakan gabungan lensa dengan sumbu utama dan bidang batas kedua lensa saling berhimpit satu sama lain. Dari penggabungan lensa ini maka akan didapatkan fokus gabungan yang memenuhi hubungan

1

SJa

=

1 1 1 1 + + + ⋯+ S S! S" Sb

Ja = + ! + " … + b

Keterangan: f = fokus lensa s = jarak benda ke lensa ’ s = jarak bayangan ke lensa M = perbesaran lensa P = kekuatan lensa (dioptri) Perjanjian tanda pada lensa s bertanda + jika benda terletak di depan lensa (benda nyata) s bertanda – jika benda terletak di belakang lensa (benda maya) s’ bertanda + jika bayangan di belakang lensa (bayangan nyata) s’ bertanda – jika bayangan di depan lensa (bayangan maya) f dan R bertanda + untuk lensa cembung atau konveks f dan R bertanda – untuk lensa cekung atau konkaf

23

BAB 13. ALAT-ALAT OPTIK A. MATA 1. Bagian-bagian mata

b) Rabun dekat/ terang jauh/ farsighted (hipermetropi) • Mata rabun dekat dapat melihat benda jauh, tetapi tidak dapat melihat benda dekat • PP > 25 cm dan PR = ~ • Ketika melihat benda dekat (berakomodasi maksimum) bayangan jatuh di belakang retina • Untuk mengoreksi hipermetropi digunakan lensa cembung yang bersifat konvergen • Pada lensa kacamata berlaku s’ = - PP dan s = 25 cm =

Kornea mata (cornea)

Iris Pupil

Lensa mata

Retina Aqueous humour Otot siliar (Ciliary muscle) Saraf mata (Optic nerve)

Lapisan terluar mata yang dilapisi selaput bening dan berfungsi menerima dan meneruskan cahaya yang masuk pada mata, serta melindungi bagian mata Selaput tipis yang membentuk celah lingkaran dan berfungsi memberi warna pada mata Celah lingkaran yang dibentuk iris dan berfungsi mengatur banyaknya (intensitas) cahaya yang masuk ke dalam mata Berbentuk cembung, elastis, dan bening dan berfungsi untuk membiaskan cahaya dari benda supaya terbentuk bayangan pada retina Tempat jatuhnya cahaya yang masuk ke mata Cairan di depan lensa mata untuk membiaskan cahaya ke dalam mata Otot yang mengatur cembung pipihnya lensa mata atau yang mengatur jarak fokus lensa mata Berfungsi meneruskan rangsangan bayangan dari retina menuju ke otak

100 100 − &

P = kekuatan lensa (dioptri) c) Mata tua (Presbiop) • Mata tua sulit melihat benda jauh maupun dekat • PP > 25 cm dan PR = jarak tertentu • Untuk mengoreksi presbiop digunakan lensa rangkap (bifocal) yaitu lensa atas cekung dan lensa bawah cembung d) Astigmatis Astigmatis disebabkan oleh kornea atau lensa yang kurang bundar sehingga benda titik difokuskan sebagai garis pendek, yang mengaburkan bayangan. Hal ini dikarenakan kornea berbentuk sferis dengan bagian silindrisnya bertumpuk. e) Katarak atau glukoma B. KAMERA Bagian-bagian kamera

Bayangan yang dibentuk oleh mata bersifat nyata, terbalik dan diperkecil Daya akomodasi mata adalah kemampuan mata untuk mencembung atau memipihkan lensa mata Ketika mata dalam keadaan cembung minimum (paling pipih) untuk melihat sesuatu pada jarak paling jauh yang masih dapat dilihat oleh mata (titik jauh mata) dikatakan mata tidak berakomodasi Ketika mata dalam keadaan cembung maksimum untuk melihat sesuatu pada jarak paling dekat (titik dekat mata) yang masih dapat dilihat oleh mata dikatakan mata berakomodasi maksimum Titik dekat mata (Punctum Proximum = PP) adalah titik terdekat yang dapat dilihat oleh mata dengan jelas Titik jauh mata (Punctum Remotum = PR) adalah titik terjauh yang dapat dilihat oleh mata dengan jelas

Lensa Aperture (diafragma) Film

Memfokuskan objek Mengatur banyaknya cahaya yang masuk Tempat jatuh bayangan yang difokuskan

Bayangan yang dihasilkan oleh kamera bersifat nyata, terbalik dan diperkecil Rumus pada kamera sama dengan rumus pada lensa Rumus Pergeseran Lensa Kamera [ = &′3> − &′< Jika d bertanda – artinya lensa digeser ke dalam (mendekati film) Jika d bertanda + artinya lensa digeser ke luar (menjauhi film)

Untuk mata normal (emetropi) : PP = 25 cm dan PR = ~ 2. Cacat Mata a) Rabun jauh/ terang dekat/ nearsighted (miopi) • Mata rabun jauh dapat melihat benda dekat, tetapi tidak dapat melihat benda jauh • PP < 25 cm dan PR = jarak tertentu (x) • Ketika melihat benda jauh (tanpa akomodasi) bayangan jatuh di depan retina • Untuk mengoreksi miopi digunakan lensa cekung yang bersifat divergen 100 • Pada lensa kacamata berlaku s’ = - PR dan s = ~ =− _


C. SLIDE PROYEKTOR • Slide proyektor digunakan untuk memproyeksikan sebuah benda diapositif sehingga diperoleh bayangan nyata, terbalik dan diperbesar pada layar. D. LUP (KACA PEMBESAR) - Lup adalah lensa cembung yang dapat dipakai untuk melihat benda yang sangat kecil karena lup memiliki perbesaran anguler - Perbesaran anguler (Ma) adalah perbandingan ukuran anguler yang dilihat oleh alat optik (θ) dengan yang dilihat oleh mata telanjang (θ0) - Untuk melihat bayangan pada lup dengan jelas benda harus diletakkan di antara O dan F atau di ruang I - Sifat bayangan yang dihasilkan lup : maya, tegak, dan diperbesar - Penggunaan normal sebuah lup adalah untuk mata berakomodasi maksimum

24 - Perbesaran Lup untuk emetrop (PP = 25 cm atau 30 cm, PR = ~) Tanpa akomodasi 9 =

S

Akomodasi maksimum 9 =

+1 S

E. MIKROSKOP - Mikroskop dipakai untuk melihat benda yang sangat kecil dan memiliki perbesaran anguler yang lebih besar dari lup - Terdiri dari dua lensa cembung, yaitu lensa objektif (dekat ke benda) dan lensa okuler (dekat ke mata) - Jarak fokus okuler (fok) lebih besar dari jarak fokus lensa objektif (fob) S(3 > S(a - Letak benda harus di antara fob dan 2f0b S(a < &(a < 2S(a - Sifat bayangan pada lensa objektif : nyata, terbalik, diperbesar - Sifat bayangan pada lensa okuler : maya, tegak, diperbesar - Sifat bayangan akhir oleh mikroskop : maya, terbalik, diperbesar Rumus Mikroskop 9 = 9(a × 9(3 &′(a 9(a = &(a

9(3 = 9(3 =

77 g

atau

+1 S

Panjang mikroskop (d) Untuk mata tidak berakomodasi [ = &′(a + S(3 Untuk mata berakomoadasi [ = &′(a + &(3 Pemakaian normal mikroskop adalah dengan mata berakomodasi maksimum

Rumus Perbesaran Anguler Teropong Untuk mata tidak berakomodasi S(a 9= S(3 Untuk mata berakomoadasi S(a 9= &(3 Panjang Teropong (d) Untuk mata tidak berakomodasi [ = S(a + S(3 Untuk mata berakomoadasi [ = S(a + &(3 Pemakaian normal teropong adalah dengan mata tidak berakomodasi

b. Teropong Bumi (Yojana) - Terdiri dari dua lensa cembung, yaitu lensa objektif) dan lensa okuler dan di antara kedua lensa terdapat lensa pembalik - Lensa pembalik (cembung) berfungsi hanya untuk membalikkan bayangan tanpa disertai perbesaran bayangan Panjang Teropong (d) Untuk mata tidak berakomodasi [ = S(a + S(3 + 4S Untuk mata berakomoadasi maksimum [ = S(a + &(3 + 4S

F. TEROPONG ATAU TELESKOP - Teropong dipakai untuk melihat benda yang sangat jauh agar tampak lebih dekat dan jelas - Ada 2 jenis utama teropong a. Teropong bias: disusun dari beberapa lensa cth: teropong bintang/astronomi, teropong bumi, teropong panggung (Galileo) b. Teropong pantul: disusun dari lensa dan cermin cth: teropong antariksa Hubble a. Teropong Bintang/Astronomi - Terdiri dari dua lensa cembung, yaitu lensa objektif (dekat ke benda) dan lensa okuler (dekat ke mata) - Jarak fokus lensa objektif lebih besar dari jarak fokus lensa okuler S(a > S(3

- Sifat bayangan pada lensa objektif: nyata, terbalik, diperkecil - Sifat bayangan pada lensa okuler: maya, tegak, diperbesar - Sifat bayangan akhir: maya, terbalik, diperbersar


c. Teropong Panggung (galileo) - Terdiri dari dua lensa, yaitu lensa objektif cembung dan lensa okuler cekung - Jarak fokus lensa objektif lebih besar dari jarak fokus lensa okuler S(a > S(3

25 Rumus Perbesaran Anguler Teropong S(a 9= S(3 Panjang Teropong (d) [ = S(a + S(3 fok bertanda (–) karena lensa okuler adalah lensa cekung

d. Teropong Prisma (Binoculer) - Terdiri dari dua lensa cembung, yaitu lensa objektif) dan lensa okuler dan di antara kedua lensa terdapat lensa pembalik - Lensa pembalik adalah sepasang prisma segitiga siku-siku. Prisma ini memakai prinsip pemantulan sempurna untuk membalikkan bayangan supaya menjadi tegak dari semula.

G. PERISKOP Sebuah periskop terdiri atas satu lensa positif (cembung) sebagai objektif dan dua prisma siku-siku sama kaki serta satu lensa positif sebagai okuler. Periskop biasanya digunakan pada kapal selam untuk mengintai kapal-kapal musuh atau melihat benda-benda di atas permukaan laut.


26

BAB 14. LISTRIK STATIS A. ATOM 1. Model Atom Semua benda tersusun atas partikel-partikel yang sangat kecil yang disebut atom. Atom terdiri atas inti atom (nucleon) yang terletak di tengahtengah dan dikelilingi oleh elektron yang berada dikulitnya. Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Inti atom bermuatan positif.

b. Muatan Listrik secara Konduksi Bahan konduktor dapat diberi muatan listrik dengan cara konduksi. Bahan konduktor adalah bahan tertentu yang memungkinkan sejumlah elektron mengalir secara bebas pada keseluruhan badan sehingga dapat menghantarkan muatan listrik, sedangkan bahan isolator adalah bahan yang sangat sukar atau sama sekali tidak menghantarkan muatan listrik. Dalam memberi muatan secara konduksi terjadi kontak langsung antara kedua benda, dan elektron mengalir dari satu benda ke benda lainnya. c. Muatan Listrik secara Induksi Induksi adalah pemisahan muatan listrik dalam suatu penghantar karena penghantar itu didekati oleh benda bermuatan listrik. Jika benda yang digunakan untuk menginduksi bermuatan listrik negatif, maka muatan listrik yang diperoleh adalah muatan listrik positif, demikian sebaliknya. B. ELEKTROSKOP Fungsi elektroskop ada dua, yaitu: 1. Untuk mendeteksi adanya muatan listrik pada sebuah benda.

Proton; partikel yang bermuatan positif. o mp = 1,674.10-27 kg o qp = +1,6.10-19 C Elektron; partikel yang bermuatan negatif bergerak mengelilingi inti atom dan dapat berpindah ke atom lain (mudah lepas). o me = 9,11.10-31 kg o qe = +1,6.10-19 C Neutron; partikel yang tidak bermuatan atau netral. o mn =1,674.10-27 kg 2. Jenis-Jenis Muatan Atom tidak bermuatan (netral), apabila jumlah proton sama dengan jumlah electron. Atom bermuatan positif, apabila jumlah proton lebih banyak dari pada jumlah elektron. Atom bermuatan negatif, apabila jumlah elekron lebih banyak dari pada jumlah proton. Benda yang bermuatan listrik sejenis akan tolak menolak dan yang tidak sejenis akan tarik menarik

Untuk memberi muatan listrik pada suatu benda dapat dilakukan dengan 3 cara yaitu: secara gosokan, sentuhan (konduksi), dan induksi. a. Muatan listrik dengan cara menggosok Ketika mistar plastik kita gosokkan pada kain wol, terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke mistar sehingga mistar akan kelebihan elektron dan kain wol akan kekurangan elektron. Karena mistar kelebihan elektron, maka bermuatan negatif sedangkan kain wol akan bermuatan positif karena kekurangan elektron. Contoh benda yang dapat bermuatan listrik karena digosok dengan benda lain sebagai berikut: Keterangan Plastik digosok dengan kain wol Sisir digosok dengan rambut Ebonit digosok dengan kain wol Kaca digosok dengan kain sutera


Jenis muatan benda Plastik (-) Wol (+) Sisir (-) Rambut(+) Ebonit(-) Wol (+) Kaca (+) Sutera(-)

Jika kepala elektroskop netral, maka daun-daunnya dalam keadaan tertutup. Tetapi, bila disentuhkan dengan benda bermuatan listrik, maka daunnya akan terbuka/mekar. Makin banyak muatan listrik yang disentuhkan, makin besar pula daun-daun elektroskop terbuka.

2. Untuk menguji jenis muatan listrik pada benda. Elektroskop yang telah bermuatan listrik dapat digunakan untuk mengetahui jenis muatan benda. • Jika daun elektroskop makin kuncup, berarti muatan listrik kepala elektroskop dan benda yang didekatkan tidak sejenis. • Jika daun elektroskop makin mekar, berarti muatan listrik kepala elektroskop dan benda yang didekatkan sejenis. Misalkan kita memiliki elektroskop yang bermuatan positif. - Jika benda bermuatan positif kita dekatkan maka daun elektoskop makin mekar. - Jika benda bermuatan negatif kita dekatkan maka daun elektroskop makin kuncup. C. MUATAN LISTRIK PADA KONDUKTOR 1. Generator Van de Graff

Generator Van de Graff

27 Muatan listrik yang diperoleh dengan cara menggosok sangat kecil. Untuk memperoleh muatan listrik yang sangat besar digunakanlah generator Van de Graff. Alat ini bekerja berdasarkan gesekan yang dapat menimbulkan induksi listrik. 2. Distribusi Muatan Pada permukaan luar konduktor berongga distribusi muatan listrik terpusat pada lengkung yang tajam.

D. HUKUM COULOMB 1. Gaya Coulomb Besarnya gaya tarik-menarik atau tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan besarnya muatan listrik masing-masing dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan tersebut. 2 = h. Dengan: F Q1, Q2 R k

! i!

= gaya coulomb (N, dyne) = besarnya muatan benda pertama dan kedua (C, μC) = jarak antara dua muatan (m, cm) 9 2 -2 = konstanta = 9.10 N.m .C atau 2 -2 1 dyne.cm . μC

2. Medan listrik Medan listrik adalah daerah di sekitar suatu muatan listrik yang masih dipengaruhi oleh gaya listrik atau gaya coulomb. Arah Medan listrik adalah menjauhi muatan positif dan mendekati muatan negatif seperti pada gambar berikut:

E. POTENSIAL LISTRIK 1. Potensial listrik Potensial listrik adalah energi potensial per satuan muatan listrik. K =

Dengan: V = potensial listrik (Volt) (V) W = energi potensial listrik (J) Q = muatan listrik (C) 2. Aliran Muatan Listrik

Bola A mempunyai potensial lebih tinggi daripada bola B karena mempunyai muatan yang lebih banyak. Proton mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Arus listrik searah dengan arah aliran proton dan berlawanan dengan aliran elektron. Bila kedua muatan disentuhkan maka akan terjadi perpindahan elektron sehingga jumlah kedua muatan benda menjadi sama


28

BAB 15. LISTRIK DINAMIS A. MUATAN DAN ARUS LISTRIK Pengertian arus listrik ada 2 yaitu: 1. Arus elektron Aliran elektron-elektron melalui konduktor dari potensial rendah ke potensial tinggi. (dari terminal negatif ke terminal positif) 2. Arus proton (arus konvensional) Aliran proton melalui konduktor dari potensial tinggi ke potensial rendah. (dari terminal positif ke terminal negatif)

•

Rangkaian seri memperbesar hambatan suatu rangkaian _ = _ + _! + _" + ⋯

•

Besar kuat arus yang melalui tiap hambatan sama besar k = k = k! = k"

•

Besar tegangan pada ujung hambatan pengganti sama dengan penjumlahan tegangan masing-masing resistor K = K + K! + K"

•

Susunan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan K : K! : K" : … = _ : _! : _" : … K =

_ _! _" K ; K! = K ; K" = K _ _ _

b. Susunan paralel

Syarat arus listrik dapat mengalir adalah: (1) Rangkaian tertutup (2) Ada beda potensial antara kedua ujung penghantar Besarnya kuat arus listrik (I) dapat didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik (Q) yang mengalir melalui penampang seutas kawat penghantar per satuan waktu (t)

k=

= Y. m

l

Dimana: I = kuat arus listrik (ampere) (A) n = jumlah elektron Q = muatan listrik (coulomb) (C) -19 e = muatan elementer = 1,6 × 10 coulomb t = selang waktu (sekon) (s) B. HUKUM OHM “Tegangan (V) pada komponen listrik sebanding dengan kuat arus listrik (I) yang mengalir melalui komponen tersebut asalkan suhu komponen dijaga tetap” K = k. _ $$n k =

K _

Besar hambatan listrik pada kawat penghantar _=

W

ρ = hambat jenis kawat (Ω m) L = panjang kawat (m) 2 A = luas penampang kawat (m ) C. HUKUM KIRCHOFF I “Pada rangkaian listrik yang bercabang, jumlah kuat arus yang masuk pada suatu titik cabang sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik cabang itu.”

1k?3 = 1k3? D. SUSUNAN RANGKAIAN HAMBATAN LISTRIK a. Susunan seri

•

Rangkaian paralel memperkecil hambatan suatu rangkaian

•

Besar tegangan yang melalui tiap hambatan sama besar

1 1 1 1 = + + +⋯ _ _ _! _" K = K = K! = K"

•

Besar kuat arus pada ujung hambatan pengganti sama dengan penjumlahan kuat arus masing-masing resistor k = k + k! + k"

•

Susunan paralel berfungsi sebagai pembagi arus k : k! : k" : … = k =

1 1 1 : : :… _ _! _"

_ _ _ k ; k! = k ; k" = k _ _! _"

E. KONSEP GAYA GERAK LISTRIK (ELECTROMOTIVEFORCE) (EMF) (Ε) DAN TEGANGAN JEPIT (V) Kutub-kutub sumber tegangan sebelum mengalirkan arus disebut gaya gerak listrik (GGL) atau emf (electromotiveforce), sedangkan kutub-kutub sumber tegangan selama megalirkan arus disebut beda potensial atau tegangan jepit (V). K = q − k. i k. _ = q − k. i q k= _+i r = hambatan dalam sumber arus (batere) (Ω)

F. SUSUNAN ELEMEN (BATERAI) 1. Susunan seri

q = q + q! + q" + ⋯ i = i + i! + i" + ⋯

2. Susunan paralel


q = q = q! = q" 1 1 1 1 = + + +⋯ i i i! i"

29 G. JEMBATAN WHEATSTONE Syarat supaya rangkaian merupakan jembatan wheatstone adalah: “hasil kali dua resistor yang saling berhadapan sama besar”

Syarat jembatan wheatstone R1 R4 = R2 R3 X L2 = R L1 Arus pada Galvanometer = 0 A H. AMPEREMETER DAN VOLTMETER 1. Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik dan biasanya dihubungkan seri dengan rangkaian yang akan diukur besar kuat arusnya.

Cara membaca amperemeter r=

&h$:$ s$Y. [rnYtnh × u$$& nhni &h$:$ HmYnℎ

Batas ukur arus: 0 – 10 mA – 100 mA – 1 A – 5 A

2. Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik dan biasanya dihubungkan paralel dengan rangkaian yang akan diukur besar tegangan listriknya.

Cara membaca voltmeter K=

&h$:$ s$Y. [rnYtnh × u$$& nhni &h$:$ HmYnℎ


30

BAB 16. SUMBER ARUS LISTRIK Pada tahun 1789 ahli anatomi Italia, Luigi Galvani, secara tak sengaja melihat kaki kodok yang sudah mati bisa terkejut saat pisau bedahnya menyentuh saraf kaki kodok. Ia berpendapat bahwa efek kejutan ini berkaitan dengan listrik yang dihasilkan pada saraf dan otot kaki kodok.

2. Sel Sekunder Sel sekunder adalah sel listrik yang dapat dimuati ulang ketika muatannya telah habis (reaksi kimia dalam sel dapat dibalikkan). a. Sel Timbal Asam = Akumulator = Aki • Anoda (kutub positif) = timbal berlapis timbal dioksida • Katoda (kutub negatif) = timbal (Pb) • Elektrolit (cairan dalam sel) = asam sulfat encer

Alessandro Volta tidak sependapat dengan Galvani. Ia berpendapat bahwa kejutan listrik pada kaki kodok disebabkan oleh dua logam yang berbeda jenis. Untuk menguji hipotesisnya ia melakukan eksperimen dan berhasil membuat baterai praktis pertama yang diberi nama tumpukan Volta (Voltaic pile) 1. Sel Primer Sel primer adalah sel listrik yang tidak dapat dimuati ulang ketika muatannya telah habis (reaksi kimia dalam sel tidak dapat dibalikkan). a. Sel Sederhana = Elemen Daniell • Anoda (kutub positif) = tembaga (Cu) • Katoda (kutub negatif) = seng (Zn) • Elektrolit (cairan dalam sel) = larutan asam sulfat (H2SO4) • Hanya dapat digunakan dalam waktu singkat, karena terjadi polarisasi (gelembung-gelembung gas hidrogen menutupi pelat tembaga) sehingga reaksi kimia tidak dapat berlangsung

b. Baterai = Sel Kering = Elemen Kering • Anoda (kutub positif) = batang karbon (C) • Katoda (kutub negatif) = seng (Zn) • Elektrolit (cairan dalam sel) = amonium klorida (NH4Cl) • Depolarisator (zat pelindung elektrolit) = mangan dioksida (MnO2) dicampur serbuk karbon • Sel kering pertama dibuat oleh Georges Leclanche. Sel buatannya disebut dengan Sel Leclanche.

Ketika akumulator dipakai: terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Pelat timbal dan pelat timbal berlapis timbal dioksida, keduanya secara perlahan berubah menjadi timbal sulfat (PbSO4) dan larutan asam sulfat semakin encer (massa jenis berkurang). Pada massa jenis tertentu, akumulator tidak dapat menghasilkan muatan listrik lagi (akumulator mati) sehingga perlu diisi ulang. Ketika akumulator diisi ulang: terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. Agar akumulator dapat berfungsi kembali, aki harus dimuati ulang (di charge) oleh sumber arus searah (DC). Pada anoda, pelat timbal sulfat berubah kembali menjadi timbal berlapis timbal dioksida, dan pada katoda timbal sulfat berubah menjadi timbal biasa. Konsentrasi asam sulfat akan bertambah pekat (massa jenis makin besar). Hal yang perlu diperhatikan dalam pemuatan ulang aki: (1) Baterai pengisi (sumber DC) yang digunakan harus memiliki beda potensial lebih besar dari beda potensial aki (2) Lebih efektif memuati ulang dengan arus kecil dalam selang waktu yang lama. Rheostat dapat digunakan untuk mengatur nilai arus (3) Selama proses pengisian, konsentrasi asam sulfat bertambah dan tinggi permukaan cairan turun. Pada ketinggian tertentu, cairan harus ditambah dengan air suling (4) Kapasitas aki diukur dalam satuan ampere-jam (ampere-hour, AH). Kapistas aki 40 AH, berarti aki dapat bekerja selama 40 jam pada arus 1 A, atau selama 20 menit pada arus 2 A, dst b. Sel Nicad • Anoda (kutub positif) = cadmium (Cd) • Katoda (kutub negatif) = nikel hidroksida • Elektrolit (cairan dalam sel) = kalium hidroksida 3. Sel-Sel Lain a. Sel Natrium-Sulfida (NaS) Sel ini masih dalam tahap pengembangan dan termasuk sel sekunder. Keuntungan baterai ini adalah baterai ini memberikan daya dalam jumlah yang sama besar tetapi dengan ukuran baterai yang lebih kecil dan ringan. Akan tetapi, karena zat kimia harus dipanasi sampai fase lebur (cair) dan natrium murni adalah sangat reaktif maka kegagalan bungkus keramik sangat berbahaya b. Fuel Cell Fuel cell adalah konverter yang mengubah energi kimia yang dikandung suatu bahan bakar langsung ke energi listrik. Fuel cell menggunakan bahan bakar hidogen (H2) dan oksigen (O2). Fuel cell dikembangkan untuk digunakan dalam mobil listrik. Sisa pembakaran fuel cell adalah air, sehingga sangat ramah terhadap lingkungan.

c. Sel Alkalin • Anoda (kutub positif) = seng (Zn) • Katoda (kutub negatif) = mangan dioksida (MnO2) • Elektrolit (cairan dalam sel) = Kalium hidroksida (KOH) dan seng oksida (ZnO) • Depolarisator (zat pelindung elektrolit) = mangan dioksida (MnO2) dicampur serbuk karbon • Memiliki daya tahan jauh lebih baik dari batere biasa


c. Sel Surya (Solar Cell) Sel surya adalah sel listrik yang mengubah energi matahari langsung ke energi listrik. Sel ini memiliki dua semikonduktor tak sejenis (semikonduktor jenis-n dan jenis-p) yang peka terhadap efek fotolistrik (efek keluarnya elektron dari permukaan material ketika material dikenai cahaya). Ketika cahaya matahari menumbuk sel surya, elektron-elektron dibebaskan dari bahan semikonduktor. Secara alami, semikonduktor jenis-n dan jenis-p memiliki beda potensial, yang menyebabkan elektron-elektron yang dibebaskan mengalir melalui rangkaian luar dan mencatu arus listrik ke beban

31 _=

BAB 17. ENERGI DAN DAYA LISTRIK A. ENERGI LISTRIK • Energi listrik dihasilkan ketika sumber tegangan melakukan usaha. Ketika sumber tegangan memindahkan muatan-muatan maka sumber tegangan melakukan usaha sebesar: = . K •

•

Muatan-muatan yang bergerak akan menghasilkan arus listrik = k. Menurut Hukum Ohm : K = k. _

Berdasarkan rumusan di atas, dapat diturunkan rumus usaha, sbb = . K Energi listrik pada rangkaian yang melalui sebuah resistor/hambatan dapat dirumuskan: = K. k.

=

= k! . _.

K! . _

Dengan: W = energi listrik (J) Q = muatan listrik (C) t = waktu (s) V = tegangan (V) R = hambatan (Ω)

Jika lampu dipasang pada tegangan yang lebih kecil dari yang tertulis, maka daya lampu menjadi:

K ! = A E . K Pp = daya lampu yang terpasang Pt = daya lampu yang tertulis Vp = tegangan yang terpasang Vs = tegangan yang tertulis Pengaman Lisitrik atau Sekering Sekering terbuat dari kawat pendek dan tipis yang memiliki titik cair rendah. Kawat tersebut akan cair dan putus jika dilalui arus yang melebihi batas tertentu, sehingga rangkaian utama akan putus dan arus listrik berhenti mengalir. Fungsi sekering: membatasi arus yang mengalir pada penghantar Sekering akan putus bila dalam rangkaian listrik terjadi: - hubungan singkat (korsleting) - Kelebihan beban E. BIAYA ENERGI LISTRIK Harga langganan listrik dihitung berdasarkan banyaknya energi listrik yang dipakai, dengan satuan energinya dalam kilowatt jam (kWh). Alat ukur energi listrik yang dipasang PLN kepada pelanggan disebut meteran listrik.

B. DAYA LISTRIK Daya listrik adalah besarnya energi listrik tiap satuan waktu.

1 kWh = 1000 × 3600 joule 6 = 3,6 × 10 Joule

Biaya = Energi listrik x tarif listrik per kWh

Rumus: =

•

K!

= K. k

= k! . _ =

K! _

x=

(? × 100% b

P = Daya listrik (watt) η = efisiensi (%) C. HUBUNGAN ENERGI LISTRIK DAN KALOR Alat-alat listrik seperti setrika listrik, solder listrik dan elemen pemanas lainnya merupakan peralatan yang memiliki prinsip kerja mengubah energi listrik menjadi energi kalor Rumus: Wlistrik

Qkalor

. = . . w

K. k. = . . w

k! . _. = . . w

K! . = . . w _

m = massa (kg) ΔT = perubahan suhu o c = kalor jenis (kal/g C) D. PERALATAN LISTRIK Jika sebuah lampu bertuliskan 100 W, 220 V, ini berarti: • Lampu akan menyerap daya 100 W jika dipasang pada tegangan 220 V. • Tegangan yang tertulis pada lampu menunjukka tegangan maksimum yang boleh diberikan pada lampu. • Jika lampu dipasang pada tegangan yang lebih besar dari yang tertulis maka lampu akan putus. • Jika lampu dipasang pada tegangan yang lebih kecil dari yang tertulis maka lampu akan menyala redup. • Hambatan lampu bersifat konstan dan dapat dihitung dengan menggunakan rumus daya listrik yaitu:


32

BAB 18. KEMAGNETAN A. KEMAGNETAN BENDA/BAHAN Berdasarkan kemagnetannya, bahan-bahan dibedakan menjadi dua yaitu: bahan magnetik/feromagnetik dan bahan nonmagnetik 1. Bahan magnetik; bahan yang ditarik kuat oleh magnet. Contohnya: besi, nikel, kobalt. 2. Bahan non magnetik dibagi menjadi: a. Paramagnetik; bahan yang ditarik lemah oleh magnet kuat. Contoh: aluminium, platina dan kayu b. Diamagnetik; bahan yang sedikit ditolak oleh magnet kuat. Contoh: seng, bismuth, natrium klorida, merkuri, emas Bahan magnetik juga dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu 1. Bahan magnet keras; bahan yang sukar dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet sifat kemagnetannya tahan lama. Contoh: baja, kobalt, alkomak 2. Bahan magnet lunak; bahan yang mudah dijadikan magnet dan setelah menjadi magnet sifat kemagnetannya tidak tahan lama. Contoh: besi B. TEORI KEMAGNETAN Teori kemagnetan dapat digambarkan sebagai berikut: Batang magnet

:

Domain

:

3. Mengaliri Arus Jika sebuah besi dililiti kawat berisolasi kemudian kawat dialiri arus listrik searah (DC), maka besi akan menjadi magnet. Bila arus listrik diputus maka sifat magnetnya hilang kembali.

Arah medan magnet pada kumparan Jika tangan kita memegang kumparan maka: - Arah putaran keempat jari menunjukkan arah arus - Arah ibu jari menunjukkan kutub utara D. SIFAT KEMAGNETAN Sifat Kemagnetan • Setiap magnet mempunyai dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan • Kutub-kutub magnet yang sejenis akan tolak-menolak • Kutub-kutub magnet yang tidak sejenis akan tarik-menarik • Kekuatan magnet paling besar terletak pada kutub-kutubnya. E. MEDAN MAGNETIK Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet. Medan magnet digambarkan dengan garis-garis lengkung yang disebut garis gaya magnet.

Magnet elementer : 1. Bahan magnet tersusun dari magnet-magnet elementer yang membentuk sebuah domain. 2. Pada bahan magnetik, magnet elemeter tersusun secara teratur. Sedangkan pada bahan nonmagnetic magnet elementer tersusun secara acak. 3. Pada bahan magnet lunak, magnet elementernya mudah diputar sehingga mudah dijadikan magnet. Sedangkan pada bahan magnet keras magnet elementernya sukar diputar sehingga sukar dijadikan magnet. 4. Jika sebuah magnet batang dipotong-potong menjadi bagian yang pendek, maka bagian yang pendek juga bersifat magnet yang memiliki kutub utara dan selatan 5. Magnet dapat rusak atau hilang sifat kemagnetannya. Penyebab hilangnya sifat kemagnetan antara lain: - Dipukul-pukul - Dipanaskan atau dibakar - Dialiri arus bolak-balik atau AC C. CARA MEMBUAT MAGNET 1. Induksi Jika sebuah besi didekatkan pada sebuah magnet permanen (tanpa menyentuh), maka besi tersebut akan menjadi magnet juga. Kutub magnet induksi selalu berlawanan dengan kutub magnet permanen. Jika magnet permanen dijauhkan maka kemagnetan besi akan hilang.

2. Menggosok Bahan magnetik dapat dijadikan magnet dengan cara menggosok ujung magnet permanen dengan arah yang tetap. Ujung terakhir yang digosok menjadi kutub magnet yang berlawanan dengan ujung magnet permanen yang digunakan untuk menggosok.


Sifat-sifat garis gaya magnet: • Garis-garis gaya magnet keluar dari kutub utara (U) dan masuk ke dalam kutub selatan (S) • Garis gaya magnet tidak pernah saling berpotongan • Daerah yang garis gayanya rapat menunjukkan memiliki medan magnet yang kuat. Sebaliknya daerah yang garis-garis gayanya renggang menunjukkan memiliki medan magnet yang lemah

Medan magnet tidak hanya ada di sekitar magnet saja. Medan magnet juga dapat ditimbulkan oleh kawat lurus berarus listrik. Hal ini pertama sekali ditemukan oleh Hans Christian Oersted. 1. Medan Magnet di Sekitar Kawat Lurus Berarus Berdasarkan percobaan diperoleh bahwa: (a) Semakin jauh dari kawat berarus listrik semakin kecil kuat medan magnetnya (b) Semakin besar kuat arus listriknya semakin kuat medan magnetnya (c) Pola garis-garis gaya magnet berbentuk lingkaran dengan kawat sebagai pusatnya (d) Arah medan magnet tergantung pada arah arus listik. Jika arah arus listrik diubah, maka arah medan magnet juga berubah (e) Arah garis-garis gaya magnet dapat ditentukan dengan kaidah tangan kanan Bila kawat berarus listrik digenggam dengan tangan kanan, maka arah arus listrik ditunjukkan oleh ibu jari dan arah medan magnet searah dengan arah putaran keempat jari lain

33 2. Medan Magnet di Sekitar Kumparan Kumparan atau solenoida adalah penghantar berisolasi yang digulung dan dialiri arus listrik

G. GAYA LORENTZ Gaya Lorentz adalah gaya yang dialami kawat berarus yang terletak dalam medan magnet.

Arah medan magnet dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan: Jika tangan kita memegang kumparan maka: - Arah putaran keempat jari menunjukkan arah arus - Arah ibu jari menunjukkan arah medan magnet

1. Gaya Lorentz pada Kawat Lurus Berarus Besarnya gaya Lorentz yang dialami kawat lurus berarus listrik ditentukan oleh beberapa faktor yaitu: a. besarnya kuat arus listrik; (i) b. kuat medan magnetik; (B) c. panjang kawat lurus yang dipengaruhi (L) Besar gaya Lorentz

2 = r|

F = gaya Lorentz (N), L = panjang konduktor (m) B = kuat medan magnet (N/A.m) i = kuat arus listrik (A)

3. Elektromagnet Elektromagnet adalah kumparan yang didalamnya diberi inti besi lunak Cara memperbesar kemagnetan: • Memperbanyak jumlah lilitan • Memperbesar kuat arus listrik • Mengganti inti dengan bahan yang lebih bersifat magnetik

Arah gaya Lorentz ditentukan dengan kaidah telapak tangan kanan “Bila tangan kanan dibuka dengan ibu jari menunjuk arah arus i dan keempat jari lain yang dirapatkan menunjukkan arah induksi magnetik B, maka arah telapak tangan kanan menunjukkan arah gaya Lorentz F”

Peralatan yang menggunakan prinsip elektromagnetik adalah bel listrik, pesawat telepon, relai (sekring), pesawat telegraf, pesawat pengangkat benda-benda dari besi F. KEMAGNETAN BUMI 1. Sifat Kemagnetan Bumi - Bumi merupakan magnet yang sangat besar - Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi - Kutub selatan magnet bumi berda di sekitar kutub utara bumi 2. Deklinasi - Deklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas dengan arah utara-selatan yang sebenarnya - Deklinasi positif, jika kutub utara jarum kompas menyimpang ke arah timur. - Deklinasi negatif, jika kutub utara jarum kompas menyimpang ke arah barat. - Agon; garis-garis pada peta deklinasi yang menunjukkan tempattempat yang besar deklinasinya nol - Isogon; garis-garis pada peta deklinasi yang menunjukkan tempat-tempat yang besar deklinasinya sama

2. Gaya Lorentz antara Dua kawat Lurus Panjang dan Sejajar Dua kawat panjang sejajar berarus akan tarik-menarik jika dialiri arus yang searah, dan tolak-menolak jika dialiri arus yang berlawanan.

Besar gaya tarik/tolak antara dua kawat lurus sejajar μ0 = 4π × 10 N.A a = jarak kedua kawat (m) -7

3. Inklinasi - Inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas dengan garis mendatar. - Inklinasi positif; jika kutub utara jarum kompas menunjuk ke bawah - Inklinasi negatif; jika kutub utara jarum kompas menunjuk ke atas - Khatulistiwa magnet bumi; tempat-tempat yang mengelilingi bumi dengan inklinasi nol 0 - Kutub magnet bumi; tempat yang inklinasinya 90


2=

}L r r! . 2~$

-2

Peralatan yang menggunakan prinsip gaya Lorentz adalah sebagai berikut: - Motor listrik - Kipas angin - Voltmeter - Galvanometer - Amperemeter

34

BAB 19. INDUKSI ELEKTROMAGNETIK A. GGL INDUKSI ELEKTROMAGNETIK Gejala induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday dan Joseph Henry sebagai efek kebalikan dari penemuan Oersted. Jika sebuah magnet batang kita gerakkan keluar atau masuk kumparan, maka jumlah garis gaya magnet di dalam kumparan akan berubah, sehingga pada ujung-ujung kumparan akan timbul gaya gerak listik (GGL) induksi. Karena pada kumparan ada GGL induksi, maka pada kumparan akan mengalir arus induksi. Tetapi apabila kutub magnet itu tidak bergerak, maka jumlah garis gaya magnet di dalam kumparan tetap, sehingga pada ujung-ujung kumparan tidak muncul GGL induksi. Dari peristiwa di atas dapat disimpulkan bahwa: • GGl induksi akan muncul jika jumlah garis gaya magnet dalam kumparan berubah • Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya arus listrik ketika sebuah magnet digerakkan di dalam atau di dekat kumparan • Arus induksi adalah arus yang mengalir pada kumparan karena gejala induksi elektromagnetik Cara memperbesar GGL induksi 1. Memperbanyak jumlah lilitan 2. Mempercepat keluar masuknya magnet 3. Menggunakan magnet yang lebih kuat Menentukan Arah Arus Induksi Pada Kumparan Jenis kutub dari ujung kumparan yang dekat dengan kutub magnet batang yang digerakkan mendekati (masuk) kumparan adalah sejenis, dan jika digerakkan menjauhi (keluar) kumparan adalah berlawanan jenis. Setelah kutub utara dari kumparan diketahui maka untuk menentukan arah arus induksi digunakan aturan tangan kanan Jika tangan kita memegang kumparan maka: • Arah ibu jari menunjukkan kutub utara • Arah putaran keempat jari menunjukkan arah arus induksi Jarum Galvanometer akan meyimpang sesuai dengan arah arus induksi. Seperti pada gambar berikut:

B. GENERATOR DAN DINAMO Generator adalah mesin yang mengubah energi gerak/kinetik menjadi energi listrik. Prinsip kerja generator adalah menghasilkan arus listrik induksi dengan cara memutar kumparan di antara celahcelah kutub utara-selatan magnet 1. Generator AC (Alternative Current) • Generator AC disebut juga dengan istilah alternator • Stator: bagian dari generator yang diam yaitu berupa magnet • Rotor: bagian dari generator yang bergerak yaitu kumparan • Arus listrik dialirkan ke rangkaian di luar generator melalui sikatsikat karbon yang dihubungkan dengan cincin-cincin generator • GGL induksi yang dihasilkan generator dapat diperbesar dengan cara: (a) Memperbanyak jumlah lilitan kumparan (b) Mempercepat putaran rotor (c) Menggunakan magnet yang lebih kuat (d) Memasukkan inti besi lunak ke dalam kumparan (elektromagnet) 2. Generator DC (Direct Current) Generator arus searah, pada dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik. Pada ujung-ujung kumparan dipasang cincin belah yang bertugas sebagai komutator. Komutator berfungsi mengubah arus listrik dalam kumparan menjadi searah 3. Dinamo Sepeda Bagian-bagian dinamo sepeda: • Stator; bagian dari dinamo yang diam yaitu kumparan • Rotor; bagian dari dinamo yang bergerak yaitu magnet Makin cepat sepeda dikayuh, maka makin besar laju perubahan garis-garis gaya magnetiknya sehingga GGL induksi dan arus induksi akan semakin besar pula C. TRANSFORMATOR (TRAFO) Transformator (disingkat trafo) adalah alat yang digunakan untuk mengubah suatu tegangan AC tertentu ke tegangan AC lain. Trafo bisa meningkatkan tegangan, disebut trafo step-up atau bisa menurunkan tegangan, disebut trafo step-down Transformator terdiri dari kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti besi.

Cara Kerja Transformator: (1) Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak-balik sehingga pada kumparan primer terjadi perubahan garis-garis gaya magnetik (2) Perubahan garis-garis gaya magnetik pada kumparan primer akan menginduksi kumparan sekunder sehingga pada kumparan sekunder muncul arus bolak-balik

Persamaan trafo

Menentukan Arah Arus Induksi Pada Kawat Lurus dengan aturan telapak tangan kanan Arah keempat jari menunjukkan arah medan magnetik, B (dari U ke S), dan arah ibu jari menunjukkan arah gerak kawat (arah kecepatan v atau arah gaya pada kawat F), maka arah dorong telapak tangan menunjukkan arah arus induksi, i

K = K = ↔

Persamaan trafo ideal (=100%)

Efisiensi trafo ()

x=

=

=

× 100%

D. INDUKTOR RUHMKORFF Induktor Ruhmkorff adalah suatu alat yang digunakan untuk menghasilkan tegangan yang sangat tinggi dari arus searah yang bertegangan rendah. Induktor ini terdiri dari kumparan primer, kumparan sekunder dan inti besi. Jumlah lilitan sekunder jauh lebih banyak dari pada jumlah lilitan pad kumparan primer. Sumber tegangan primer menggunakan baterai. Supaya pada kumparan terjadi perubahan garis gaya magnetik maka dipasang sebuah interuptor. Interuptor berfungsi memutus dan menghubungakan arus listrik.


35

BAB 20. TATA SURYA Tata surya adalah susunan benda-benda langit yang terdiri dari matahari, planet yang mengelilingi matahari dan juga asteroid, komet serta benda langit lainnya Benda-benda langit yang dapat memancarkan cahaya sendiri disebut sebagai bintang. A. MATAHARI • Matahari merupakan benda langit yang dapat memancarkan cahayanya sendiri sehingga disebut juga sebagai bintang • Matahari merupakan bintang yang terdekat dengan bumi • Matahari merupakan pusat tata surya karena planet-planet bergerak mengelilinginya 27 • Setiap detik matahari memancarkan energi kira-kira 5,6.10 kal Susunan matahari a) Inti matahari; tempat berlangsungnya reaksi fusi inti hidrogen menjadi inti helium b) Fotosfer; lapisan ini selalu memancarkan cahaya, tampak seperti gas yang bergerak, dan dapat dilihat dengan teleskop c) Kromosfer; lapisan ini berada di luar fotosfer dan disebut sebagai atmosfer matahari. Kromosfer dapat dilihat oleh mata telanjang ketika gerhana matahari berlangsung d) Korona; lapisan ini berada di atas kromosfer dan sebagai atmosfer matahari yang paling luar. Karena bentuknya yang seperti mahkota maka sering disebut mahkota matahari. Lapisan korona dapat dilihat sepanjang hari dari permukaan bumi dengan koronagraf. B. ANGGOTA TATA SURYA 1. Planet Ada delapan planet di tata surya yaitu: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus a. Pengelompokan planet • Berdasarkan bumi sebagai pembatas yaitu: - Planet inferior: Merkurius, Venus - Planet superior: Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus • -

Berdasarkan sabuk asteroid sebagai pembatas yaitu: Planet dalam (inner planets): Merkurius, Venus, Bumi, Mars Planet luar (outer planets): Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus

• -

Berdasarkan ukuran dan komposisi bahan penyusun yaitu: Planet terrestrial adalah planet yang berupa batuan, tdd: Merkurius, Venus, Bumi, Mars Planet Jovian adalah planet berukuran besar dan tersusun dari es dan gas hidrogen, tdd: Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus

-

No 1 2 3 4 5 6 7 8

Planet Merkurius Venus Bumi Mars Jupiter Saturnus Uranus Neptunus

Jarak ratarata dari matahari (juta km) 58 108 150 228 778 142 282 449

Kala rotasi

Kala revolusi

59 hari 243 hari 23,9 jam 24,6 hari 9,8 jam 10,7 jam 17,24 jam 15,8 jam

88 hari 225 hari 365 hari 1,9 tahun 11,9 tahun 29,5 tahun 84 tahun 164,8 tahun

b. Peredaran Planet-planet • Revolusi; peredaran planet mengelilingi matahari. Penyebab revolusi adalah gaya gravitasi matahari • Orbit; garis edar atau lintasan planet dalam mengelilingi matahari • Bidang edar; bidang datar tempat beredarnya planet mengelilingi matahari. Bidang edar planet bumi disebut bidang ekliptika • Arah peredaran planet dalam berevolusi jika dilihat dari kutub utara bumi adalah berlawanan dengan arah putaran jarum jam • Kala revolusi; waktu yang diperlukan planet untuk melakukan satu kali revolusi


c. Satelit sebagai pengiring planet Satelit adalah pengiring planet. Satelit selalu beredar mengelilingi planetnya dengan arah peredaran sama dengan arah peredaran planetnya. Bumi kita mempunyai satu buah satelit yaitu bulan. 2. Asteroid Asteroid, adalah planet-planet kecil (planetoid) yang mengelilingi matahari. Lintasan asteroid terletak di antara orbit Mars dan Jupiter. Ukuran asteroid jauh lebih kecil daripada ukuran planet. 3. Meteor dan Meteorit • Meteoroid adalah batuan-batuan yang terdapat dalam ruang antarplanet • Meteor adalah benda angkasa yang berpijar karena bergerak dengan cepat dan bergesekan dengan udara. • Meteorit adalah meteor yang jatuh dan sampai di bumi • Ada tiga jenis meteorit yaitu: (1) Meteorit logam; memiliki unsur nikel dan besi (2) Meteorit batuan; memiliki unsur silikon (3) Meteorit campuran; memiliki unsur logam dan silikon 4. Komet dan Bintang Berekor Komet adalah benda angkasa yang mengelilingi matahari dengan orbit yang berbentuk lonjong. Komet terbentuk dari unsur gas dan debu yang membeku. Bagian-bagian sebuah komet adalah inti, koma, awan hidrogen, dan ekor komet. Ketika mendekati matahari komet membentuk ekor yang arahnya menjauhi matahari. Sebaliknya jika menjauhi matahari ekor komet akan menghilang. Ekor komet selalu menjauh dari matahari karena dihalau oleh: (1) angin matahari, (2) tekanan radiasi matahari. Komet yang kelihatan pada waktu-waktu tertentu disebut komet periodik. Komet yang sangat terkenal adalah komet Halley yang Nampak setiap 76 tahun sekali. Komet ini terakhir muncul pada tahun 1986. C. TEORI ASAL USUL TATA SURYA 1. Asal-Usul Tata Surya Menurut teori kabut atau nebula oleh Kant-Laplace; Matahari, planet-planet dan benda angkasa lainnya berasal dari sebuah kabut yang mengandung gas dan debu yang terutama terdiri dari helium dan hidrogen. Penyusun tersebut sebagian besar hilang, sisanya mendingin, lalu menyusut dan berputar. Kabut gas dan debu itu berputar terus menerus sehingga sebagian dari massa kabut dan gas akan terlepas membentuk gugusan-gugusan kecil yang akhirnya membeku menjadi planet, satelit, dan benda angkasa lainnya. Sedangkan gugusan utama membentuk matahari. Gugusan-gugusan kecil itu mengelilingi gugusan utama. 2. Hukum Peredaran Planet a. Teori Geosentris Teori ini dikemukakan oleh Ptolemeus Menurut teori ini bumi adalah pusat alam semesta. Artinya bumi tetap di tempatnya, sedangkan benda langit lainnya mengelilingi bumi b. Teori Heliosentris Teori ini dikemukakan oleh Nicolas Copernicus Menurut teori ini matahari adalah pusat alam semesta. Artinya matahari adalah pusat tata surya sedangkan benda langit lainnya megelilingi matahari. Pendapat Copernicus tersebut dikuatkan oleh Keppler. 3. Hukum Keppler Hukum I Keppler: Orbit setiap planet berbentuk elips dengan matahari terletak pada salah satu fokus elips tersebut Titik Perihelium adalah titik terdekat planet ke matahari Titik Aphelium adalah titik terjauh planet ke matahari Hukum II Keppler: Garis yang menghubungkan planet dan matahari selama revolusi planet itu, melewati bidang yang sama luasnya dalam jangka waktu yang sama. Hukum III Keppler: Periode planet mengelilingi matahari dipangkatkan dua akan sebanding dengan jarak planet ke matahari dipangkatkan tiga.

!

_

"

=

! !

_! "

36 4. Gerhana Bulan Jika sinar matahari yang menuju bulan terhalang oleh Bumi maka terjadilah gerhana bulan. Gerhana bulan total terjadi di daerah umbra sedangkan gerhana bulan sebagian terjadi di daerah penumbra

T1 = waktu revolusi planet pertama T2 = waktu revolusi planet kedua R1 = jarak planet pertama ke matahari R2 = jarak planet kedua ke matahari D. BUMI Bumi berbentuk bulat tetapi pepat pada kedua kutubnya dan menggelembung di sekitar khatulistiwa, sehingga diameter khatulistiwa lebih panjang dari diameter kutub. 1. Revolusi Bumi • Revolusi Bumi adalah peredaran bumi mengelilingi matahari. Lintasan peredaran bumi membentuk bidang ekliptika. • Bumi beredar mengelilingi matahari selama 365,25 hari atau 1 tahun. Tahun yang didasarkan pada lamanya waktu yang diperlukan bumi untuk mengelilingi matahari disebut tahun masehi atau tahun syamsiah. • Akibat revolusi bumi: 1. Gerak semu tahunan matahari 2. Perbedaan lamanya siang dan malam 3. Pergantian musim 4. Terlihatnya rasi bintang yang berbeda dari bulan ke bulan Waktu 21 Maret – 21 Juni 21 Juni – 23 Sept 23 Sept – 22 Des 22 Des – 21 Maret

Belahan Bumi Utara Musim semi Musim panas Musim gugur Musim dingin

Belahan Bumi Selatan Musim gugur Musim dingin Musim semi Musim panas

2. Rotasi Bumi Rotasi adalah perputaran bumi pada porosnya. Arah rotasi adalah dari barat ke timur. Kala rotasi bumi adalah 23 jam 56 menit 4 detik (±24 jam). Akibat rotasi bumi: 1. Pergantian siang dan malam 2. Terjadi gerak semu harian matahari 3. Terjadinya perbedaan waktu 4. Bumi pepat pada kedua kutubnya 5. Perbedaan percepatan gravitasi bumi 6. Pembelokan arah angin 7. Pembelokan arus laut E. BULAN • Bulan merupakan satelit bumi • Bulan disebut sebagai benda gelap karena tidak dapat memancarkan cahaya sendiri, cahaya yang nampak dari bulan berasal dari pantulan cahaya matahari • Gaya gravitasi bulan sekitar 1/6 gaya gravitasi bumi • Bulan tidak mempunyai angkasa sehingga suhu permukaan bulan mengalami perubahan secara cepat dan menyolok. Selain itu bunyi tidak dapat merambat di bulan. 1. Gerakan Bulan Bulan melakukan 3 jenis gerakan - Berotasi pada porosnya - Berevolusi mengelilingi bumi - Bersama-sama bumi mengelilingi matahari 2. Penanggalan • Satu bulan sideris: waktu yang diperlukan oleh bulan untuk satu kali berevolusi mengelilingi bumi yaitu selama 27 hari. •

•

"

Satu bulan sinodis/hijriah: waktu yang diperlukan bulan untuk beredar dari keadaan bulan baru ke bulan baru berikutnya yaitu selama 29,5 hari yang sering disebut dengan satu bulan komariah. Tahun komariah: sistem penanggalan berdasarkan kala revolusi bulan terhadap bumi (1 tahun komariah = 354 hari)

3. Posisi Bulan • Aspek konjungi: kedudukan matahari, bumi dan bulan pada satu garis lurus dengan bulan di antara matahari dan bumi • Aspek oposisi: kedudukan matahari, bumi dan bulan pada satu garis lurus dengan bumi di antara matahari dan bulan • Fase bulan dalam satu periode sinodik (29,5 hari) adalah: Bulan baru → sabit → perbani awal → benjol → purnama → benjol → perbani akhir → sabit → bulan baru


5. Gerhana Matahari Jika sinar matahari yang menuju bumi terhalang oleh bulan maka terjadilah gerhana matahari • Bagian bumi yang terletak di daerah umbra mengalami gerhana matahari total • Bagian bumi yang terletak di daerah penumbra mengalami gerhana sebagian • Bagian bumi yang terkena lanjutan bayang-bayang umbra mengalami gerhana matahari cincin atau gelang

6. Pasang dan Surut • Pasang; naiknya permukaan air laut • Surut; turunnya permukaan air laut • Pasang dan surut disebabkan oleh adanya gaya gravitasi bulan dan matahari. Karena jarak bumi ke bulan lebih dekat dari pada bumi ke matahari maka penyebab utama terjadinya pasang dan surut adalah gaya gravitasi bulan. • Pasang besar/purnama/perbani terjadi ketika bulan dan matahari menghasilkan gaya gravitasi segaris • Pasang kecil/neap terjadi ketika bulan dan matahari menghasilkan gaya gravitasi yang saling tegak lurus • Manfaat pasang surut yaitu: 1. Memudahkan kapal berlayar dan berlabuh 2. Membuat garam di tepi pantai 3. Persawahan pasang-surut F. SATELIT BUATAN Macam-macam satelit buatan berdasarkan fungsinya 1. Satelit Cuaca; berfungsi untuk memantau cuaca di seluruh permukaan bumi 2. Satelit Sumber Daya Alam; berfungsi untuk menemukan sumbersumber daya alam di Bumi 3. Satelit komunikasi; berfungsi untuk komunikasi seperti radio, TV, telepon. Contoh: satelit palapa 4. Satelit Navigasi; berfungsi sebagai alat penolong jika kapal-kapal mengalami kesulitan dalam menentukan posisinya karena cuaca buruk 5. Satelit Penelitian; berfungsi untuk meneliti matahari, bintang, komet, planet, dan benda langit lainnya 6. Satelit Militer, berfungsi untuk tujuan rahasia militer, misalkan untuk memata-matai negara musuh

BAB 1. PENGUKURAN. fisikareview.wordpress.com

Recommend Documents