ISBN 978-979-068-816-2 (No. Jld lengkap) ISBN 978-979-068-818-6
Harga Eceran Tertinggi (HET) Rp.14.468,-
PUSAT PERBUKUAN Departemen Pendidikan Nasional
Hak Cipta Pada Departemen Pendidikan Nasional dilindungi oleh Undang-Undang
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam
530.07 DUD m
Penulis Penyunting
: :
Pewajah Isi Ilustrator Pewajah Sampul
: : :
Dudi Indrajit Ahmad Fauzi Ahmad Saripudin Neni Yuliati S. Riyadi A. Purnama
Ukuran Buku
:
21 x 29,7cm
DUDI Indrajit Mudah dan Aktif Belajar Fisika : untuk Kelas XI Sekolah Menengah Atas/ Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam / penulis, Dudi Indrajit ; penyunting, Ahmad Fauzi, Ahmad Saripudin, ; illustrator, S. Riyadi. . — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009. vi, 218 hlm, : ilus. ; 30 cm Bibliografi : hlm. 218 Indeks ISBN 978-979-068-816-2 (No. Jil Lengkap) ISBN 978-979-068-818-6 1. Fisika-Studi dan Pengajaran I. Judul II. Ahmad Fauzi III. Ahmad Saripudin IV. S. Riyadi
Hak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasional dari Penerbit Setia Purna Inves, PT Diterbitkan oleh Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2009 Diperbanyak oleh ....
Kata Sambutan Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2009, telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) Jaringan Pendidikan Nasional. Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 22 Tahun 2007 tanggal 25 Juni 2007. Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruh Indonesia. Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini. Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswa kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Juni 2009 Kepala Pusat Perbukuan
iii
Kata Pengantar Fisika adalah salah satu rumpun ilmu sains yang mempelajari alam semesta. Ruang lingkup ilmu Fisika sangat luas, mulai dari atom yang berdimensi nanometer hingga jagat raya yang berdimensi tahunan cahaya. Dalam kehidupan sehari-hari, banyak ditemukan aplikasi ilmu Fisika, baik berupa fenomena-fenomena di alam atau rekayasa teknologi. Oleh karena itu, Fisika memiliki tingkat urgensitas yang tinggi karena merupakan dasar untuk penguasaan teknologi di masa depan. Sesuai dengan misi penerbit untuk memberikan kontribusi yang nyata bagi kemajuan ilmu pengetahuan maka penulis dan penerbit merealisasikan tanggung jawab tersebut dengan menyediakan buku bahan ajar Fisika yang berkualitas, sesuai dengan tuntutan kurikulum yang berlaku saat ini. Buku ini disusun dengan mengutamakan pendekatan secara inkuiri (eksperimen) dan disajikan secara sistematis, komunikatif, dan integratif, serta adanya keruntutan rangkaian (bab dengan subbab, antarsubbab dalam bab, antaralenia dalam subbab). Sebelum mempelajari materi, sebaiknya Anda terlebih dahulu membaca bagian Advanced Organizer yang terdapat pada halaman awal setiap bab agar Anda dapat mengetahui isi bab secara umum. Pada awal setiap bab, disajikan pula Tes Kompetensi Awal sebagai evaluasi materi prasyarat untuk mempelajari bab yang bersangkutan. Di akhir setiap bab, terdapat Rangkuman, Peta Konsep, dan Refleksi yang bertujuan lebih meningkatkan pemahaman Anda tentang materi yang telah dipelajari dengan memunculkan umpan balik untuk evaluasi diri. Buku ini dilengkapi juga dengan beberapa materi, tugas, dan soal pengayaan, di antaranya Informasi untuk Anda (Information for You), Tantangan untuk Anda, Mari Mencari Tahu, Tugas Anda, Pembahasan Soal, dan Tokoh yang dapat memperluas pengetahuan materi Fisika yang sedang dipelajari. Untuk menguji pemahaman Anda terhadap materi yang telah dipelajari, diberikan Tes Kompentensi Subbab pada setiap akhir subbab, Tes Kompetensi Bab pada setiap akhir bab, dan Tes Kompetensi Fisika Semester pada setiap akhir semester. Selain itu, pada akhir buku juga diberikan Tes Kompetensi Akhir untuk menguji pemahaman materi Fisika selama satu tahun ajaran. Semua tes kompetensi tersebut merupakan sarana mengevaluasi pemahaman dan melatih kemampuan menerapkan konsep/prinsip Fisika yang berkaitan dengan materi yang telah dipelajari. Adapun Kunci Jawaban (nomor ganjil) kami sajikan untuk memudahkan Anda dalam mengevaluasi hasil jawaban. Untuk menumbuhkan daya kreativitas, kemampuan psikomotorik, dan cara berpikir ilmiah, kami sajikan Aktivitas Fisika dan Proyek Semester yang menuntut peran aktif Anda dalam melakukan kegiatan tersebut. Demikianlah persembahan kami untuk dunia pendidikan.
Bandung, Mei 2007
Penerbit
Panduan untuk Pembaca Materi-materi pembelajaran pada buku ini berdasarkan kurikulum yang berlaku saat ini dan disajikan secara sistematis, komunikatif, dan integratif. Di setiap awal bab, dilengkapi gambar pembuka pelajaran, bertujuan memberikan gambaran materi pembelajaran yang akan dibahas, dan mengajarkan siswa konsep berpikir kontekstual sekaligus merangsang cara berpikir kontekstual. Selain itu, buku ini juga ditata dengan format yang menarik dan didukung dengan foto dan ilustrasi yang representatif. Penggunaan bahasa yang sederhana, sesuai dengan tingkatan kognitif siswa sehingga membuat pembaca lebih mudah memahaminya. Buku Fisika untuk Kelas XI ini terdiri atas delapan bab, yaitu Analisis Gerak, Gaya, Usaha, Energi dan Daya, Momentum, Impuls dan Tumbukan, Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar, Fluida, Teori Kinetik Gas, dan Termodinamika. Untuk lebih jelasnya, perhatikan petunjuk untuk pembaca berikut. (1) Judul Bab, disesuaikan dengan tema materi dalam bab. (2) Hasil yang harus Anda capai, tujuan umum yang harus Anda capai pada bab yang Anda pelajari. (3) Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu, kemampuan 4 yang harus Anda kuasai setelah mempelajari bab. 18 (4) Gambar Pembuka Bab, disajikan untuk mengetahui contoh manfaat dari materi yang akan dipelajari. (5) Advanced Organizer, uraian singkat tentang isi bab untuk 1 menumbuhkan motivasi belajar dan mengarahkan Anda agar lebih 2 fokus terhadap isi bab. 19 3 (6) Tes Kompetensi Awal, merupakan soal prasyarat yang harus Anda pahami sebelum memasuki materi pembelajaran. 20 5 (7) Materi Pembelajaran, disajikan secara sistematis, komunikatif, integratif, dan sesuai dengan perkembangan ilmu dan teknologi terkini (up to date). (8) Gambar dan Ilustrasi, sesuai dengan materi dalam bab yang disajikan secara proporsional dan harmonis. 6 21 (9) Contoh Soal, berisi contoh dan penyelesaian soal. (10) Tugas Anda, berisi tugas atau latihan soal yang berkaitan dengan materi tersebut. (11) Pembahasan Soal, berisi contoh soal yang berasal dari 7 Ebtanas, UAN, UMPTN, atau SPMB. 22 (12) Mari Mencari Tahu, tugas mencari informasi yang bertujuan 8 menumbuhkan rasa ingin tahu dan mendorong siswa untuk 23 mencari informasi lebih jauh. (13) Aktivitas Fisika, kegiatan yang dilakukan secara berkelompok untuk mengembangkan kecakapan hidup Anda. (14) Ingatlah, catatan atau hal-hal penting yang perlu Anda ketahui. (15) Informasi untuk Anda (Information for You), berisi pengayaan 10 mengenai informasi dan aplikasi materi, disajikan dalam 2 bahasa 9 (bilingual). (16) Tantangan untuk Anda, berisi soal-soal yang disajikan 11 dengan tingkat kesulitan lebih tinggi. 24 12 (17) Kata Kunci (18) Tokoh, berisi tokoh Fisika penggagas ide baru dan pekerja 13 keras sehingga akan menumbuhkan semangat inovatif/kreatif, etos kerja, dan mengembangkan kecakapan hidup Anda. (19) Tes Kompetensi Subbab, berisi soal-soal untuk mengevaluasi penguasaan materi subbab. (20) Rangkuman (21) Peta Konsep (22) Refleksi, sebagai umpan balik bagi siswa setelah 14 mempelajari materi di akhir pembelajaran tiap bab. (23) Tes Kompetensi Bab, berisi soal-soal untuk mengevaluasi 16 25 penguasaan materi bab. (24) Proyek Semester, kegiatan percobaan untuk meningkatkan 15 pemahaman konsep Fisika dan memotivasi Anda untuk menggali informasi, memanfaatkan informasi, dan menyelesaikan masalah. (25) Tes Kompetensi Fisika Semester, berisi soal-soal untuk 26 mengevaluasi penguasaan materi selama satu semester. 17 (26) Tes Kompetensi Akhir, berisi soal-soal untuk mengevaluasi penguasaan materi selama satu tahun ajaran.
v
Daftar Isi Kata Sambutan • iii Kata Pengantar • iv Panduan untuk Pembaca • v
Bab 1 Analisis Gerak • 1 A. Persamaan Gerak Lurus • 2 B. Gerak Parabola • 14 C. Gerak Melingkar • 20 Rangkuman • 21 Peta Konsep • 22 Refleksi • 22 Tes Kompetensi Bab 1 • 23
Bab 2 Gaya • 25 A. Gaya Gesek • 26 B. Gaya Gravitasi • 35 C. Elastisitas dan Gaya Pegas • 44 D. Gerak Harmonik Sederhana • 51 Rangkuman • 61 Peta Konsep • 62 Refleksi • 62 Tes Kompetensi Bab 2 • 63
Bab 3 Usaha, Energi, dan Daya • 67 A. B. C.
Gaya Dapat Melakukan Usaha • 68 Energi dan Usaha • 72 Gaya Konservatif dan Hukum Kekekalan Energi Mekanik • 77 D. Daya • 84 Rangkuman • 86 Peta Konsep • 87 Refleksi • 87 Tes Kompetensi Bab 3 • 88
Bab 4 Momentum, Impuls, dan Tumbukan • 91 A. B. C. D.
Momentum Linear • 92 Tumbukan • 94 Jenis Tumbukan • 96 Tumbukan Lenting Sebagian pada Benda Jatuh Bebas • 100 E. Ayunan Balistik • 102 F. Gaya Dorong Roket • 104 Rangkuman • 105 Peta Konsep • 106 Refleksi • 106 Tes Kompetensi Bab 4 • 107 Proyek Semester 1 • 110 Tes Kompetensi Fisika Semester 1 • 111
vi
Bab 5 Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar • 115 Bab 7 Teori Kinetik Gas • 163
A. B. C.
Kinematika Gerak Rotasi • 116 Dinamika Gerak Rotasi • 119 Kesetimbangan Benda Tegar • 132 Rangkuman • 135 Peta Konsep • 136 Refleksi • 136 Tes Kompetensi Bab 5 • 137
A. Gas Ideal • 164 B. Prinsip Ekuipartisi Energi • 167 C. Kecepatan Efektif Partikel Gas • 173 Rangkuman • 175 Peta Konsep • 176 Refleksi • 176 Tes Kompetensi Bab 7 • 177
Bab 6 Fluida • 139
Bab 8 Termodinamika • 179
A. Fluida Statis • 140 B. Viskositas Fluida • 150 C. Fluida Dinamis • 152 Rangkuman • 159 Peta Konsep • 160 Refleksi • 160 Tes Kompetensi Bab 6 • 161
A.
Usaha pada Berbagai Proses Termodinamika • 180 B. Hukum I Termodinamika • 184 C. Kapasitas Kalor Gas dan Siklus Termodinamika • 187 D. Hukum II Termodinamika • 191 Rangkuman • 193 Peta Konsep • 194 Refleksi • 194 Tes Kompetensi Bab 8 • 195 Proyek Semester 2 • 198 Tes Kompetensi Fisika Semester 2 • 200
Tes Kompetensi Akhir • 204 Kunci Jawaban • 208 Apendiks • 212 Senarai • 215 Indeks • 216 Daftar Pustaka • 218
vii
Bab
1 Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
Meriam dengan peluru manusia ditembakkan dengan sudut kemiringan dan kecepatan awal tertentu agar peluru jatuh tepat pada sasaran.
Analisis Gerak Hasil yang harus Anda capai: menganalisis gejala alam dan keteraturan dalam cakupan mekanika benda titik. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: menganalisis gerak lurus, gerak melingkar, dan gerak parabola dengan menggunakan vektor.
Pernahkah Anda melihat atraksi meriam dengan peluru manusia (human canonball)5 6alah satu kelompok sirkus yang terkenal dengan atraksi canonball-nya tahun 1930-an adalah kelompok sirkus keluarga >achini. Prestasi mereka yang tercatat sebagai rekor dilakukan oleh Bmanuel >achini tahun 1940. 6aat ituD ia berhasil terbang melewati tiga buah kincir dan mendarat di jaring sejauh G9 m dari titik penembakan. Prestasi fenomenal pada kejadian tersebut merupakan salah satu bukti penerapan kaidah-kaidah IisikaD dalam hal ini adalah gerak parabola. Dengan kecepatan awal yang sudah diketahui dan sudut eleKasi meriam terhadap horiLontal sudah diatur maka titik maksimum ketinggian dan titik terjauh dapat diketahui. Oleh karena ituD mereka dapat menentukan setinggi apa rintangan yang digunakan dan di mana harus meletakkan jaringnya. Tahukah Anda bahwa gerak parabola dapat dianalisis melalui perpaduan dua gerak lurus yang telah Anda pelajari di Kelas P5 Qntuk mempermudah analisis gerakD persamaan gerak diubah dalam bentuk Kektor. Qntuk lebih memahaminyaD pelajarilah bab ini dengan baik.
A. Persamaan Gerak Lurus B. Gerak Parabola C. Gerak Melingkar
1
Tes Kompetensi Awal Sebelum mempelajari konsep Analisis Gerak: kerjakanlah soal-soal berikut dalam buku latihan. 1.
Pada subbab Persamaan Gerak LurusD Anda akan banyak menggunakan turunan dan integral. Hitunglah nilai turunan atau integral berikut. a.
d 3 ( + # 3 + 2 # 5 + + 10) d+
2.
b.
d 2 ( + y # 3 +y2 - # 5 + + 10 y) d+
3.
+ 5 + # 3) d+
d.
$ ( + y + 5y + + ) d+
2
Pada gerak parabolaD asumsi gerak apa yang digunakan dalam arah sumbu-+ dan sumbu-y5 Apakah perbedaan kecepatan linear dan kecepatan sudut5
1. Posisi dan Arah Partikel Berdasarkan Vektor
j i
x
k z Gambar 1.1 Vektor satuan dalam sumbu-x, sumbu-y, dan sumbu-z.
Dalam IisikaD posisi suatu partikel selalu dituliskan dalam suatu sumbu koordinat. 6umbu koordinat yang sering digunakanD yaitu koordinat cartesiusD koordinat silinderD dan koordinat bola. Qntuk pembahasan pada bab iniD sumbu koordinat yang digunakan adalah koordinat cartesiusD dengan posisi partikel dinyatakan dalam sumbu-+D sumbu-yD dan sumbu--. Qntuk ituD kita aplikasikan Kektor kali pertama pada gerak lurus. a. Vektor Satuan dan Vektor Posisi
(a)
y
Py
P
=
P
i+ x
j Py
j 0
i
Px
(b)
x
y Py j
6uatu Kektor dalam koordinat cartesius memiliki komponen di sumbu-+, sumbu-y, dan sumbu--. Pada setiap sumbu tersebutD terdapat Kektor satuan yang besarnya satu dan memiliki arah sama dengan arah sumbunya. Pada sumbu-+D Kektor satuannya adalah i. Pada sumbu-yD Kektor satuannya adalah j dan sumbu-- Kektor satuannya adalah k. 6ebagai contohD perhatikan Gambar 1.2(a). Rektor P yang terletak pada bidang +y dapat dituliskan dalam bentuk Kektor sebagai berikut. P S P+i T Py j Adapun untuk Kektor yang terletak dalam ruang (Gambar 1.2(b))D Kektor P dapat dituliskan dalam notasi Kektor sebagai berikut. P S P+ i T Py j T PL k
P Px i Pz k
z
x
Gambar 1.2
y A r1
Dr
(1–1)
dengan P+D PyD dan P- merupakan besaran skalar.
(a) Posisi partikel pada bidang xy. (b) Vektor P dalam ruang.
B
b. Vektor Perpindahan 6ebuah partikel yang bergerak pada suatu bidang datarD yaitu terhadap sumbu-+ dan sumbu-y, Kektor posisinya pada suatu titik ditunjukkan seperti pada Gambar 1.0. Vika partikel melakukan perpindahan dari posisi r 1 ke posisi r 2D perpindahan posisi tersebut dinyatakan dengan !r . Perpindahan sebuah partikel !r dapat diperoleh dengan menggunakan aturan Kektor perpindahanD yaitu sebagai berikut.
!r S r2 – r1 r2 x
Gambar 1.3 Perpindahan vektor posisi !r .
2
$ (+
A. Persamaan Gerak Lurus
y
0
2
c.
(1–2)
Vika Kektor posisi r1 S +1 i T y1 j dan Kektor posisi r2 S +2 i T y2 jD persamaan perpindahan !r menjadi: !r S (+2 i T y2j) – (+1i T y1j) " !r S (+2 – +1)i – (y2 – y1)j Vika !+ = +2 # +1 dan !y = y2 # y1 maka akan diperoleh
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
!r = !+ i + !y j Qntuk menentukan besar Kektor perpindahanD dapat ditulis !r = ( !+)2 + (!y)2
(1–3)
(1–4)
Adapun arah perpindahan partikel dapat diperoleh melalui besar sudut yang dibentuk terhadap sumbu-+D yaitu !y !y atau % S arc tan tan % S !x !x
Ingatlah Penulisan notasi vektor yang benar adalah dengan tanda panah di atas atau dengan huruf tebal. !" P = P. Dalam buku ini digunakan huruf tebal sebagai penanda vektor.
Contoh 1.1 Posisi awal sebuah partikel adalah r1 S (]i – 5j)mD kemudian partikel tersebut berpindah ke posisi r2 S (3i T ^j)m. Tentukanlah Kektor perpindahanD besar Kektor perpindahanD dan arah perpindahan partikel itu. y JawabA 12 Diketahui: r1 S (]i – 5j)m r2 S (3i T ^j)m Rektor perpindahan: 7 Dr !r S ! + i T !y j r2 Dr = r2 – r1 !r S (3 – ])i T (^–(–5))j 112,7° S (–5i T 12j) m 8 x Besar Kektor perpindahan: 3 0 –5
!r S
2
( #5 )
2
Arah perpindahan % S arc tan 12 S 112D^` #5
c.
r1
T (12 ) S 13 m –5
y
Menentukan Komponen-Komponen Vektor Jika Arah dan Besarnya Diketahui
Perhatikan Gambar 1.C. Pada gambar tersebutD Kektor A diuraikan terhadap sumbu-+ dan sumbu-y. A+ adalah komponen Kektor A pada sumbu-+D sedangkan Ay adalah komponen Kektor A pada sumbu-y. Vika & adalah sudut yang dibentuk oleh Kektor A terhadap sumbu-+D besar A+ dan Ay dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut. A + = A cos & dan A y = A sin &
(1–5)
A
Ay
&
0
Ax
x
Gambar 1.4 Ax dan Ay merupakan komponenkomponen vektor A pada sumbu-x dan sumbu-y.
Contoh 1.2 Dengan mengendarai sepedaD Tarigan mengikuti touring yang diselenggarakan sekolahnya dengan menempuh rute seperti ditunjukkan pada gambar. Pertama sepeda bergerak menuju kota A sejauh G0 km dalam arah 30` ke barat lautD kemudian bergerak ke kota B sejauh 30 km ke utara. Tentukan posisi kota B dan arahnya terhadap sekolah Tarigan. JawabA y (km) Rektor perpindahan sepeda dinyatakan sebagai Kektor B U A dan B. Komponen Kektor A: T A+ S A cos (150`) S G0 km (–0D]GG) S –52 km B R Ay S A sin (150`) S G0 km (0D5) S 30 km Komponen Kektor B: A A B+ S B cos (90`) S 30 km (0) S 0 km 30° x (km) By S B sin (90`) S 30 km (1) S 30 km Sekolah Tarigan
Analisis Gerak
3
Posisi titik B dapat dituliskan sebagai berikut. R+ S A+ T B+ S –52 km T 0 km S –52 km Ry S Ay + By S 30 km T 30 km S G0 km Posisi titik B dapat ditulis dalam notasi KektorD yaitu E S (–52i T G0j) km VadiD arah perpindahan kota B dari sekolah Tarigan adalah tan % S
Ry G0 S (kuadran bb) #52 R+
% S arc tan
G0 S 131` #52
2. Perpindahan dan Jarak Pada uraian sebelumnyaD telah dijelaskan bahwa perubahan posisi memunculkan perpindahanD atau secara matematis ditulis ! r. Posisi dan perpindahan keduanya merupakan besaran Kektor. 6angat penting untuk diingat bahwa fisika membedakan pengertian perpindahan dan jarak. MisalnyaD bbu pergi dari rumah ke pasar untuk belanja. 6atu jam berikutnyaD bbu kembali lagi ke rumah. Menurut pengertian perpindahanD selama satu jam tersebutD bbu mengalami perpindahan nol. Adapun jarak yang dialami bbu adalah total panjang lintasan saat bbu bergerak bolakbalik dari rumah ke pasar.
3. Persamaan Kecepatan dan Kelajuan Benda atau seseorang dikatakan bergerak karena posisinya berubah atau mengalami perpindahan. 6elain berpindahD gerak mengakibatkan perubahan waktu atau selang waktu. Dengan demikianD ketika benda bergerak terjadi perubahan posisi setiap saatD artinya posisi merupakan fungsi waktu. Pernyataan tersebut secara matematis dapat ditulis sebagai r(t). 6aat benda berubah posisi atau berpindah dalam selang waktu tertentuD muncullah besaran kecepatan benda tersebut. Hal ini mengakibatkan kecepatan dapat diturunkan dari fungsi posisi.
y
A, t1 Dr = r2 – r1 r1
B, t2
r2
x
0
Gambar 1.5 Kecepatan rata-rata v di antara A dan B searah dengan arah !r .
a. Kecepatan dan Kelajuan Rata-Rata Kecepatan rata-rata dari sebuah benda yang bergerak pada satu dimensi sama dengan perpindahan sebuah benda dibagi dengan interKal waktu yang digunakan selama perpindahan tersebut. Hal tersebut juga berlaku untuk gerak pada dua dimensi dan tiga dimensi. 6ecara matematisD kecepatan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut.
! S !r !t
Ingatlah Penulisan vektor satuan yang benar adalah i, j, dan k atau #i , #j , dan k# .
4
Keterangan: D S kecepatan rata-rata (mcs) !r S perpindahan benda (m) !t S selang waktu (sekon)
(1–G)
Vika Anda perhatikan Persamaan (1–3) dan (1–5) dengan 7+ = !+ dan !t !y D Kektor kecepatan rata-rata dalam dua dimensi adalah 7y = !t D = 7 + i + 7y j (1–^)
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Keterangan: D S Kektor kecepatan rata-rata (mcs) 7x S besar kecepatan rata-rata pada sumbu-+ (mcs) 7 y S besar kecepatan rata-rata pada sumbu-y (mcs) Besar kecepatan rata-rata memenuhi persamaan 7 = 7+ 2 + 7y 2
Ingatlah Laju adalah besaran skalar, sehingga ditulis dengan huruf v miring.
(1–])
Kelajuan rata-rata berkaitan dengan jarakD bukan perpindahan. 6ering kelajuan rata-rata sama dengan kecepatan rata-rata tanpa ada tanda arah (minus atau positif). NamunD hal ini terjadi pada gerak satu arah. Bagaimana kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata suatu benda jika gerak berbalik arah ke tempat awal5 VadiD kelajuan rata-rata dapat ditulis sebagai berikut. lajurata-rata S
total jarak !t
Contoh 1.3 Diketahui Kektor posisi suatu partikel yang bergerak adalah r S (4t)i T (2t – 3t2)jD dengan r dalam meter dan t dalam sekon. Tentukanlah: a. posisi benda pada saat t S 2 sekond b. kecepatan dan besar kecepatan rata-rata selama selang waktu t S 2 sekon hingga t S 4 sekon. JawabA Diketahui: r S (4t)i T (2t – 3t2)j a. Rektor posisi partikel pada saat t S2 sekon adalah r S e(4)(2)fi Te(2)(2) – (3)(2)2fj S ]i – ]j b. Rektor posisi partikel pada saat t S 4 sekon adalah r S e(4)(4)fi Te(2)(4) – (3)(4)2fj S 1Gi – 40j maka kecepatan rata-rata partikel adalah
r (t = 4 ) # r (t = 2 ) D S !r S !t
Tugas Anda 1.1 Berilah sebuah contoh persamaan kecepatan sebagai fungsi dari waktu yang berorde 2.
!t
S
(1Gi # 40 j ) m # (]i # ] j ) m ( 4 # 2) s
(] i # 32 j) m S (4i – 1Gj) mcs. 2s Adapun besar kecepatan rata-ratanya adalah
S
| v | S v S 4 2 + ( #1G)2 S 1GD5 mcs
atau vS
!r S !t
]2 + (#32)2 S 1GD5 mcs. 2
b. Kecepatan dan Kelajuan Sesaat Ketika Anda berangkat ke sekolahD baik dengan berjalanD bersepedaD atau dengan menaiki kendaraanD bagaimana nilai kecepatan gerak Anda5 TentunyaD tidak sepanjang perjalanan memiliki nilai kecepatan yang sama. Nilai kecepatan selalu berubah setiap saat. Kecepatan sesaat (atau kecepatan saja) adalah kecepatan gerak benda di suatu titik pada lintasannya. Dengan kata lainD kecepatan sesaat dari suatu benda yang bergerak adalah kecepatan yang dimiliki benda pada interKal waktu mendekati nol.
Analisis Gerak
5
Pada Gambar 1.FD jika titik B mendekati posisi titik AD Kektor perpindahan AB S !r akan berimpit dengan garis singgung pada lintasan di A. VadiD arah kecepatan sesaat D sama dengan garis singgung lintasan di titik A. 6ecara matematisD kecepatan sesaat ditulis
y
A, t1
v
r1
B'', t2'' !r''
r2''
B', t2' !r'
r2'
!r
B, t2
r2
x
0
Gambar 1.6 Ketika B makin dekat dengan A atau
( lim ) , kecepatan sesaat v di A !t '0
menyinggung lintasan di A.
x
v
garis singgung
y = x(t)
D = lim !r = d r (1–9) D S !lim t'0 ! t ' 0 !t dt 6ecara matematisD sesuai dengan tafsiran geometris untuk turunanD turunan pertama dari suatu fungsi pada suatu titik adalah gradien garis singgung kurKa di titik tersebut. Dengan demikianD kecepatan sesaat dari suatu titik materi dapat ditentukan secara grafik apabila diketahui grafik perpindahan titik materi terhadap waktu. Perhatikan Gambar 1.G. Qntuk grafik perpindahan + terhadap waktu t dalam gerak satu dimensiD dapat diketahui besar kecepatan sesaat benda. Vika garis singgung kurKa di suatu titik membentuk sudut % terhadap sumbu-tD besar kecepatan sesaat benda tersebut dapat ditulis sebagai berikut. 7 S tan &
Gambar 1.H memperlihatkan sebuah titik materi pada bidang +y. Rektor kecepatan sesaatnya adalah D S 7+i T 7y jD sedangkan besarnya menjadi kelajuan sesaat. Kelajuan sesaat diperoleh dengan persamaan:
v sesaat
%
Gambar 1.7 Kecepatan sesaat suatu benda dapat diperoleh dari garis singgung kurva lintasan benda untuk satu dimensi.
y
vy
Adapun arah kecepatan sesaat pada bidang dengan melihat kecepatan pada sumbu-+ adalah 7+ dan kecepatan pada sumbu-y adalah 7y sehingga akan diperoleh 7 tan% = y (1–12) 7+ VadiD kelajuan pada sumbu-+ dan sumbu-y adalah
v
7+ S 7 cos % dan 7y S 7 sin %
(1–13)
Keterangan: 7+ S kelajuan pada sumbu-+ (mcs) 7y S kelajuan pada sumbu-y (mcs)
v sin %
% v cos %
(1–11)
7 = 7 + 2 + 7 y2
t
0
(1–10)
vx
Contoh 1.4 0
x
Gambar 1.8 Grafik kecepatan sesaat pada bidang xy atau bidang dua dimensi.
6eekor burung terbang dengan kecepatan 20 mcs dalam arah 3^` terhadap arah horiLontal. Tentukanlah komponen-komponen kelajuan burung dan tentukan juga Kektor kecepatannya dalam Kektor satuan. JawabA Lukislah terlebih dulu Kektor kecepatan dan komponen-komponen kecepatan terhadap sumbu-+ dan sumbu-y agar mudah dipahami. Kelajuan pada sumbu-+: 7+ S 7 cos 3^` S (20 mcs)(0D]) S 1G mcs. Kelajuan pada sumbu-y: 7y S 7 sin 3^` S (20 mcs)(0DG) S 12 mcs. Rektor kecepatan burung adalah D S 7+ i T 7y j S (1Gi T 12j) mcs.
6
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
y v = 20 m/s vy j
37° 0
vx i
x
Contoh 1.5 x (m) 60
B
Tantangan C
30 A 0
3
6
8
10
D 14 15
t (s)
Gambar di samping adalah grafik perpindahan sebuah sepeda yang bergerak terhadap waktu. Tentukan kecepatan sepeda pada saat: a. t S 3 sekond b. t S G sekond dan c. t S 14 sekon.
JawabA 6epanjang grafik gerak (+ – t)D gerak sepeda dibagi dalam tiga garis lurusD yaitu garis ABD garis BCD dan garis CD. a. Pada saat t S 3 sekonD grafik gerak (+ – t) sepeda berada pada garis lurus AB. Besar kecepatan sepanjang garis tersebut adalah yAB G0 m # 0 7AB S tan & AB = + = S 10 mcs. G s#0 AB b. Pada saat t S G sekonD grafik gerak (+ – t) sepeda berada pada garis lurus BC. Besar kecepatannya adalah yBC 0 7BC S tan & BC = + = S 0. (sepeda tidak bergerak) G s#0 BC c. Pada saat t S 14 sekonD sepeda berada pada garis lurus CD. Kecepatan sepeda merupakan kemiringan garis CDD yaitu yCD 0 # G0 m 7CD S tan & CD = + = S –12 mcs. 15 # 10 s CD Tanda negatif menunjukkan sepeda berbalik arah.
untuk Anda Pada saat balapan A1-GP, pembalap Indonesia, Ananda Mikola memantau kecepatannya melalui speedometer. Menurut Anda, bagaimanakah cara kerja speedometer? Gunakan bahasa Anda sendiri untuk menerangkan cara kerja speedometer.
Contoh 1.6 6ebuah partikel bergerak dengan persamaan lintasan r S (t2 T 3t – 4)i mD dengan r dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan kecepatan partikel ketika t S 2 sekon. JawabA Kecepatan diperoleh dari diferensial persamaan posisi. Dengan memasukkan waktu t S 2D diperoleh dr !S S d (t2 T 3t – 4)i S (2t T 3)i mcs. dt dt ! S (2t T 3)i S (2 (2) T 3)i S ^i mcs.
c.
Menghitung Posisi dari Kecepatan
Telah Anda ketahui bahwa kecepatan merupakan turunan pertama dy dari fungsi posisiD yaitu D S dr S d+ i + j . 6ecara matematisD posisi dt dt dt sebuah partikel dapat diperoleh dari fungsi kecepatannya melalui proses integrasi. Besar kecepatan dalam arah sumbu-+: d+ 7$ S dt +
d+ S
$
(+ – +0) S
$
(
t
$
+0
t 0
t 0
7 + dt
7+ dt
+ S + 0 + $ 0 7 + dt
)
(1–14)
Analisis Gerak
7
Besar kecepatan dalam arah sumbu-y: dy 7y S dt y
dy S
$
y – y0 S
$
$
y0
t 0 t 0
7y dt 7y dt
t
(
y S y0 + $ 0 7y dt
)
(1–15)
Contoh 1.7 6eekor kelinci berjalan di atas rumput pada bidang +y. Letak awal kelinci pada koordinat (2D 3)m. Komponen kecepatannya adalah 7$ S Gt dan 7y S 2 T 3t2. Vika 7$ dan 7y dalam mcs dan t dalam sekonD tentukanlah: a. Kektor posisi kelincid dan b. posisi kelinci pada saat t S 2 sekon. JawabA a. Koordinat awal (2D 3)m dan besar komponen kecepatannya adalah 7$ S Gt dan 7y S 2 T 3t2 sehingga + S +0 T $ 7$dt S 2 T $ Gt dt S 2 T 3t2 y S y0 T $ 7ydt S 3 T $ (2 T 3t2) dt S 3 T 2t T t3 Rektor posisi kelinci adalah r S + i I y j S (2 T 3t2) i T (3 T 2t T t3) j. b. Koordinat kelinci pada saat t S 2 sekon adalah + = 2 T 3 (2)2 S 2 m T 12 m S 14 m y S 3 T 2 (2) T (2)3 S 3 mT 4 m T ] m S 15 m VadiD Kektor posisi pada saat t S 2 sekon adalah r S (14 m)i T (15 m)j.
d. Menghitung Perpindahan dan Jarak dari Grafik Kecepatan terhadap Waktu v (t)
Grafik kecepatan terhadap waktu dari gerak suatu benda dapat dilihat pada Gambar 1.J(a). 6ecara grafikD luas daerah yang diarsirD yaitu daerah yang dibatasi grafik besar kecepatan sebagai fungsi waktu 7(t) dengan sumbu horiLontal t adalah posisi dari benda. Vika sebuah benda bergerak menempuh garis lurus tanpa berbalik arahD besar perpindahan selalu sama dengan jarak yang ditempuh benda. Akan tetapiD untuk benda yang bergerak lurus dan sesaat kemudian berbalik arahD akan memiliki besar jarak yang berbeda dengan besar perpindahan. Perhatikan gambar Gambar 1.J(b). Luas daerah yang diarsir menunjukkan besarnya jarak. Dengan mengintegralkan persamaan garisnya diperoleh besar jarak sebagai berikut.
a (t)
t2
' $t v(t)dt 1
0
t1
t
t2
(a) v
0 t1
t2
t3
t
+S (b) Gambar 1.9 (a) Grafik fungsi kecepatan (v) terhadap waktu (t). (b) Grafik v–t untuk gerak benda yang berbalik arah.
8
t2
t3
t1
t2
$ 7 (t ) dt # $ 7 (t ) dt
Tanda mutlak digunakan untuk memastikan bahwa besar jarak selalu bertanda positif. Adapun untuk menghitung besar perpindahannyaD digunakan persamaan berikut. t
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
3
!+ S
$ 7 (t ) dt t1
Contoh 1.8
v (m/s) v = 3t2 – 6t – 9 8
Kecepatan partikel yang bergerak lurus memenuhi persamaan D S (3t2– Gt – 9)i dengan besar 7 dalam mcs dan t dalam sekon. Tentukan perpindahan dan jarak yang ditempuh partikel untuk selang waktu antara t S 2 sekon dan t S 4 sekon. JawabA Gambarkan grafik ! S 3t2 – Gt – 9 terlebih dahulu dengan perhitungan berikut. i Titik potong terhadap sumbu-t diperoleh dari 7 S 0. 3t2 – Gt – 9 S 0 t2 – 2t – 3 S 0 (t – 3)(t T 1) S 0 t S 3 dan t S –1 i Titik puncak grafik: #b G +S S S1 2 ( 3) 2a sehingga kecepatan di t S 1 s adalah 7 S 3(1)2 – G (1) –9 S –12 mcs Qntuk selang waktu t S 2 sekon hingga t S 4 sekonD diperoleh: 4
4
i i
Varak S – $ 7 ( t ) dt T 2
3
2
$
4
3 3
2
3
7 (t ) dt S – $ ( 3t 2 # Gt # 9 ) dt T 2
3
6 5 4 3 2 –4 –3 –2 –1
2
4
$ (3t 3
1 2 3 4 5
t (s)
–1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9
2
# Gt # 9 ) dt
–10 –11
4
S – (* t # 3t # 9t )+ 2 T (* t # 3t # 9t )+ 3
(
1 0
4
Perpindahan S $ 7dt S $ (3t – Gt – 9) dt S (*(t 3 # 3t 2 # 9t ))+ 2 2 2 S (43 –3(4)2 –9(4)) – (23 –3(2)2 –9(2)) S 2 m. 3
7
–12
)
S – (* 33 # 3 , 32 # 9 , 3)+ # (* 23 # 3 , 22 # 9 , 2)+ T (* 43 # 3 , 42 # 9 , 4 )+ – (* 33 # 3 , 32 # 9 , 3)+ S 12 m.
Tugas Anda 1.2
4. Percepatan 6etiap benda yang mendapat gaya < akan mengalami perubahan kecepatan sehingga benda tersebut memiliki percepatan. 6ama halnya dengan kecepatanD pada percepatan dikenal juga istilah percepatan ratarata dan percepatan sesaat. Oleh karena kecepatan termasuk besaran KektorD maka percepatan juga merupakan besaran Kektor yang nilainya merupakan turunan pertama dari kecepatan. Qntuk benda yang bergerak Kertikal ke atasD percepatan yang dimiliki adalah percepatan graKitasi dan bernilai negatifD sedangkan untuk gerak jatuhD percepatannya bernilai positif. a. Percepatan Rata-Rata Percepatan rata-rata pada gerak dua dimensi memiliki pengertian sama dengan percepatan rata-rata pada gerak satu dimensiD yaitu hasil bagi perubahan kecepatan terhadap interKal waktu. Gambar 1.1K memperlihatkan grafik hubungan kecepatan terhadap waktu. Pada saat t1 benda berada di titik A dengan kecepatan yang dimiliki 71. Pada saat t2D benda berada di titik B dengan kecepatan yang dimiliki 72. Percepatan rata-rata benda dari A sampai B adalah ! # !1 !! a= 2 = t2 # t1 !t
Keterangan: a S percepatan rata-rata (mcs2) !! S perubahan kecepatan (mcs) !t S selang waktu (s)
(1–1G)
Diskusikan dengan teman sebangku Anda, apa perbedaan antara jarak dan perpindahan? Bagaimana Anda menerangkan konsep jarak dan perpindahan ini pada kasus mobil F1 yang sedang balapan di sirkuit? Pada balapan F1, garis start dan finish berada di tempat yang sama, dan mobil hanya bergerak mengelilingi sirkuit.
v v2
B
a= v1
A
!v !t
!v
!t
t1
t2
t
Gambar 1.10 Percepatan rata-rata.
Analisis Gerak
9
Rektor percepatan sebuah benda yang bergerak pada bidangD yaitu pada sumbu horiLontal (sumbu-+) dan sumbu Kertikal (sumbu-y) nilainya adalah: (1–1^) a S a+i T a yj Adapun besar percepatan rata-rata memenuhi persamaan:
a S a x2 + a y2
(1–1])
Keterangan: a S percepatan rata-rata (mcs2) a + S besar percepatan pada sumbu-+ (mcs2) a y S besar percepatan pada sumbu-y (mcs2) b. Percepatan Sesaat 6eperti pada kecepatan sesaatD percepatan sesaat gerak sebuah partikel membutuhkan selang waktu ( !t) yang sangat singkatD yaitu ! t mendekati nol. VadiD percepatan sesaat merupakan turunan pertama dari persamaan kecepatan untuk selang waktu mendekati nol.
y
v2
!v =a !t
v1
!D S d D a S !lim a S !lim t '0 t '0 ! t dt
v2
t2 v1
t1
x
0
(a)
Tahukah AndaD cara menunjukkan proses limit dalam menentukan percepatan sesaat berdasarkan grafik5 Qntuk mengetahuinyaD perhatikan Gambar 1.11.
!v =a !t v2
v1 t2
t1
v1
x
0
!D sehingga !t ' 0. Berdasarkan definisi a = D a memiliki arah yang sama
dengan !D. Oleh karena ituD a memiliki arah yang sama dengan !D ketika !t mendekati nol. Pada saat !t ' 0 dicapaiD seperti ditunjukkan Gambar 1.11(L)D t1 dan D1D ditunjukkan dengan t dan D sehingga a menjadi a. Rektor percepatan sesaat a selalu menjadi sisi lengkung lintasan titik materiD sedangkan Kektor kecepatan D tetap menyinggung lintasan di t.
y
a
v x
0
(c) Gambar 1.11 !v !t merupakan percepatan pada saat t2 – t1 menuju nol atau !t menuju nol. Percepataan sesaat a = !lim t '0
10
Pada Gambar 1.11(a) dan Gambar 1.11(b)D Kektor D1 dan D2D merupakan Kektor kecepatan pada saat t1 dan t2D sedangkan !D merupakan perubahan kecepatan. t1 dibuat tetapD sedangkan t2 dibuat mendekati t1 !t
(b)
t
Percepatan sesaat merupakan turunan kedua dari fungsi posisi karena D S dr . Oleh karena ituD dt 2 a S d D S d dr S d 2r (1–20) dt dt dt dt
( )
y
v2
(1–19)
Vika partikel bergerak pada bidang +yD di dapat komponen-komponen percepatan berikut ini a = d D = d = ( 7 + i + 7y j) dt dt dvy dvx = i+ j = a+i + ay j dt dt dy d+ dan 7y = . Anda tentu telah mengetahui bahwa 7 + = dt dt 2 dy . d 2 y d d+ d + d . Dengan demikianD a + = / 0S 2 dan a y = / 0S 2 dt 1 dt 2 dt dt 1 dt 2 dt sehingga
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
2 d2y a = d 2x i + 2 j dt dt
(1–21)
Adapun besar percepatan sesaat adalah
Tugas Anda 1.3 (1–22)
a = a = a 2+ + a 2y
Jika Anda naik mobil dan duduk di sebelah sopir, coba perhatikan bagaimana gerakan speedometer mobil. Diskusikan bersama teman Anda bagaimana pengaruhnya terhadap percepatan mobil.
AdapunD arah percepatan sesaat terhadap sumbu-+ dapat ditentukan dengan persamaan
tan % =
ay a+
(1–23)
Contoh 1.9 6ebuah partikel bergerak dengan persamaan kelajuan 7(t) S 4t2 – 2t T ] dengan 7 dalam mcs dan t dalam sekon. Tentukanlah: a. besar percepatan rata-rata gerak partikel untuk t S 2 s sampai dengan t S 4 sd b. besar percepatan awal partikeld dan c. besar percepatan partikel pada saat t S 3 sekon. JawabA a. Persamaan kecepatan adalah 7(t) S 4t2 – 2t T ]. Qntuk t1 S 2 s d 71 S 4(2)2 – 2(2) T ] S 20 mcs Qntuk t2 S 4 s d 72 S 4(4)2 – 2(4) T ] S G4 mcs 7 #7 a S 2 2 S G4 # 20 S 22 mcs2 4#2 t2 # t1 b. Persamaan percepatan diperoleh dari turunan pertama persamaan kecepatanD yaitu d a S (4 t 2 – 2 t T ]) S ]t – 2 dt Besar percepatan awal partikel pada saat t S 0 adalah a S ]t – 2 S ](0) – 2 S –2 mcs2 c. Besar percepatan partikel pada saat t S 3 sekon adalah a S ]t – 2 S ](3) – 2 S 22 mcs2
c.
Persamaan Kecepatan dari Percepatan Fungsi Waktu
Qntuk gerak benda pada satu bidangD kecepatan didefinisikan sebagai perubahan posisi dalam selang waktu tertentu. Oleh karena percepatan dan kecepatan merupakan besaran Kektor maka kecepatan dapat juga diperoleh dari fungsi percepatan dengan metode integrasi berikut. aS
d D atau dt
$
! t – !0 S
v
v0
$
dD S t 0
$
t
0
(1–24)
a dt
(1–25)
a dt
t
Keterangan: ! Skecepatan benda pada saat t sekon (mcs) !0 Skecepatan awal benda pada saat t S 0 (mcs) a Spercepatan benda (mcs2) Grafik besar percepatan terhadap waktu dari gerak sebuah benda dapat dilihat pada Gambar 1.12. Luas daerah yang diarsirD yaitu daerah yang dibatasi oleh grafik besar percepatan sebagai fungsi waktu a(t) dengan sumbu horiLontal t adalah perubahan kecepatan gerak benda. Vika sebuah benda bergerak pada dua dimensiD yaitu pada bidang horiLontal dan bidang KertikalD besar komponen-komponen kecepatan terhadap sumbu-+ dan sumbu-y memenuhi persamaan berikut. 7+ S 70+ T
$
t 0
a x dt dan 7y S 70y T
a
$
t 0
a y dt
$ a dt 0
t
0
t
Gambar 1.12 Grafik fungsi percepatan (a) terhadap waktu (t).
(1–2G)
Analisis Gerak
11
Contoh 1.10 6ebuah partikel bergerak sepanjang sumbu-+ dengan persamaan percepatan a(t) S 3 t. Vika pada t S 0 memiliki besar kecepatan 70 S 2 mcsD tentukan kelajuan partikel pada saat: a. t S 2 sD dan b. t S 4 s. JawabA Kelajuan awal partikel 70 S 2 mcs maka persamaan besar kelajuan t
t
0
o
7 = 70 + $ a dt S 2 + $ 3t dt S 2T1D5 t2
a.
b.
Informasi untuk Anda Pada 26 September 1993, seorang mekanik mesin diesel bernama Dave Munday yang untuk kedua kalinya melakukan aksi jatuh bebas setinggi 48 m di air terjun Niagara yang berada di wilayah Kanada. Pada aksinya itu, ia menggunakan sebuah bola baja yang diberi lubang udara supaya ia bisa bernapas ketika berada di dalamnya. Munday sangat memperhatikan faktor keselamatan pada aksinya itu karena sudah 4 orang yang tewas ketika melakukan aksi serupa. Oleh karena itu, ia memperhitungkan aspek fisika (terutama gerak lurus) dan aspek teknis dari bola baja yang digunakannya.
Contoh 1.11 6ebuah bola dilemparkan pada bidang +y. Komponen percepatan bola pada arah horiLontal adalah a+ S (G t2 )i mcs2 dan komponen percepatan dalam arah Kertikal ay S (4 – 2t)j mcs2. Pada saat t S 0D bola berada di pusat koordinat (0D 0) dengan komponen-komponen kecepatan awalnya adalah D0j S Gi mcs dan D0y S ]j mcs. a. Tuliskan Kektor kecepatan dan Kektor posisi sebagai fungsi waktu. b. Berapa tinggi maksimum yang dicapai bola5 c. Tentukan jarak terjauh yang dicapai bola. JawabA a. Rektor kecepatan dapat diperoleh dengan persamaan
7y S (70y
"
#
2
3
0
t
2
0
Rektor kecepatannya adalah ! S 7+i T 7yj S k(G T 2t3)i T (] T 4t – t2)jl mcs. Rektor posisi diperoleh dari persamaan
b.
Sumber: Fundamental of Physics, 2001
c.
12
t
t
$ a %t )i S (G T $ Gt dt)i S (G T 2t )i mcs t T $ a y dt)j S (] T $ ( 4 # 2t ) dt)j S (] T 4t – t )j mcs 0
7+ S (70+ T
Information for You On September 26th, 1993, Dave Munday a diesel mechanic went over the Canadian edge of Niagara Falls for the second time. Freely falling 48 m to the water (and rocks) below. On this attempt, he rode in a steel ball with a hole of air. Munday keep on surviving this plunge that had killed four other stuntman, had done considerable research on the physics (motion along a straight line) and engineering aspects of the plunge.
Pada saat t S 2 s maka 7 S 2 T 1D5 t2 S 2 T (1D5)22 S ] mcs. VadiD kelajuan awal partikel pada saat t S 2D yaitu ] mcs. Pada saat t S 4 s maka 7 S 2 T 1D5 t2 S 2 T (1D5)42 S 2G mcs. VadiD kelajuan awal partikel pada saat t S 4 s adalah 2G mcs.
+ S (+0 T
$
y S (y0 T
$
t
t
7+ dt )i S (0 T 0
$ (G + 2t ) dt )i S (Gt T 12 t )i
t
t
0
7y dt)j S (0 T
3
4
0
2
$ (] + 4t # t ) dt)j S (]t T 2t 0
2
– 1 t3)j 3
r S +i T yj S Gt + 1 t 4 i T ]t + 2t2 # 1 t 3 j. 2 3 Tinggi maksimum yang dicapai ketika 7y S 0 adalah 7y S ] T 4t – t2 " 0 = ] T 4t – t2. Dengan perhitungan matematika diperoleh t S 5D5 s. Tinggi maksimum diperoleh melalui persamaan y (t S 5D5 s) S ]t T 2t2 – 1 t3 S ](5D5) T 2(5D5)2 – 1 (5D5)3 S 49 m. 3 3 Bola kembali ke tanahD berarti y S 0. y S ]t T 2t2 – 1 t3 " 0 S t(] T 2t – 1 t2) 3 3 1 2 2 0= ] + 2t – t " t –Gt – 24 S 0. 3 Dengan perhitungan matematikaD diperoleh t S ]D^4 sekon. Varak terjauh dapat dihitung melalui persamaan + (t S ]D^4 s) S Gt T 1 t4 S G(]D^4) T 1 (]D^4)4 S 2.9^0 m. 2 2
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(
) (
)
5. Perpaduan Dua Vektor
Tugas Anda 1.4
Perpaduan antara dua Kektor akan menghasilkan Kektor perpaduan atau Kektor resultan. Contoh Kektor perpaduan atau Kektor resultan ini dapat Anda jumpai pada sebuah perahu yang sedang menyeberangi sungai dengan kecepatan tetap. MisalkanD kecepatan aliran sungai dinyatakan dengan !1 dan kecepatan perahu dinyatakan dengan !2D seperti ditunjukkan pada Gambar 1.10. Perpaduan antara dua buah gerak lurus beraturan tersebut membentuk resultan dua KektorD yaitu ! = !1 + ! 2. Besar resultan kecepatannya adalah 7S
Buatlah kelompok diskusi kecil. Apakah Anda dan teman-teman dapat memprediksi gerak seperti apa yang dihasilkan oleh perpaduan dua buah gerak lurus berubah beraturan? Setelah selesai diskusi, kemukakan pendapat kelompok Anda di depan kelas.
(1–2^)
712 +722 T2 71 72 cos%
v2 (kecepatan perahu)
Adapun jarak yang ditempuh perahu karena resultan kecepatannya adalah s = 7t Keterangan: 7 S besar resultan kecepatan kedua gerak (mcs) s S jarak (m) t S waktu tempuh (s)
%
v1 (aliran sungai)
Gambar 1.13 v adalah vektor resultan dari v1 (kecepatan aliran sungai) dan v2 (kecepatan perahu).
Contoh 1.12 6ebuah perahu hendak menyeberangi sungai dengan kecepatan 3 mcs dan membentuk sudut G0` terhadap arah arus sungai yang mengalir dengan kecepatan 4 mcs. a. Gambarkan lintasan perahu. b. Tentukan resultan kecepatan perahu. c. Berapakah perpindahan perahu sampai ke seberang setelah 5 sekon5 JawabA Diketahui: !p S 3 mcsd % S G0` !s S 4 mcs a. Lintasan perahu:
vp
%
b.
s S lebar sungaid Dp S kecepatan perahud D S Dp T Ds 7S 7S
c.
v s vs
D S kecepatan resultan Ds S kecepatan aliran sungai
Kata Kunci
7p2 + 7s2 + 2 7p 7s cos% 2
2
( 3) + ( 4 )
+ e(2 )( 3)( 4 )(cos G0° )f S
9T1GTe( 24 )(0D5)f
7 S GD0] mcs. VadiD besar resultan kecepatan perahu adalah GD0] mcs. s = 7 . t S (GD0] mcs) m (5 s) S 30D4 m VadiD panjang lintasan yang ditempuh perahu setelah 5 sekon adalah 30D4 m.
• • • • • • • • •
arah vektor besar vektor jarak kecepatan kelajuan percepatan perpindahan posisi vektor satuan
Analisis Gerak
13
v
Tes Kompetensi Subbab
A
Kerjakanlah dalam buku latihan. 1.
2.
3.
4.
6ebuah partikel berpindah dari posisi r1 ke posisi r2. Vika posisi r1 S 4i – ^j dan posisi r2 S 10i T 3jD tentukanlah: a. Kektor perpindahannyad dan b. besar perpindahannya. 6ebuah partikel bergerak berdasarkan fungsi kecepatan 7(t) S at2 T bt T c dengan 7 dalam mcs dan t dalam sekon. Vika konstanta a S 3 mcs3D b S –2 mcs2D dan c S 5 mcsD tentukanlah: a. percepatan rata-rata partikel untuk selang waktu t S 1 sekon sampai t S 5 sekond b. percepatan awal partikeld dan c. percepatan partikel pada saat t S 5 sekon. Persamaan gerak sebuah partikel dinyatakan oleh fungsi 1 3 +S t dengan + dalam meter dan t dalam sekon. 10 a. Hitunglah percepatan rata-rata dalam selang waktu t S 3 sekon sampai dengan t S 4 sekon. b. Hitunglah kecepatan sesaat pada t S 5 sekon. c. Hitunglah percepatan sesaat pada t S 5 sekon. Posisi sebuah benda dinyatakan oleh r(t) S (3t – 1)i T (2t2 T 1)jD dengan r dalam meter dan t dalam sekon.
a.
5.
G.
Tentukan Kektor posisi dan jarak benda dari titik asal pada saat t S 2 sekon. b. Tentukan perpindahan dan kecepatan rata-rata benda dalam selang waktu 1 sekon sampai dengan 3 sekon. c. Turunkan persamaan umum kecepatan benda. d. Tentukan kelajuan benda pada saat t S 2 sekon. 6ebuah batu dilemparkan Kertikal dengan persamaan y(t) S 10t – 2t2 dengan y dalam meter dan t dalam sekon. Tentukan: a. besar percepatan batud dan b. tinggi maksimum yang dicapai batu. 6ebuah roket bergerak pada bidang +y. Percepatan roket memiliki komponen a+ S 5t2 mcs2 dan ay S (12 – Gt) mcs2 dengan t dalam sekon. Pada saat t S 0D roket berada di titik pusat koordinat (0D 0) dengan komponen kecepatan awal 70+ S 4 mcs dan 70y S 5 mcs sehingga secara Kektor dituliskan !0 S (4i T 5j) mcs. a. Nyatakan Kektor kecepatan dan posisi sebagai fungsi dari waktu. b. Berapa tinggi maksimum yang dicapai roket5 c. Berapa jarak terjauh yang dicapai roket5
B. Gerak Parabola bola (A)
bola (B)
Sumber: Physics for Scientist & Engineers, 2000
Gambar 1.14 Dua buah bola dilepaskan dari ketinggian yang sama dengan perlakuan yang berbeda.
14
Tahukah Anda yang dimaksud dengan gerak parabola5 Menurut GalileoD gerak parabola dapat dipandang sebagai hasil perpaduan gerak lurus beraturan pada sumbu horiLontal (sumbu-+) dan gerak lurus berubah beraturan pada sumbu Kertikal (sumbu-y) secara terpisah. 6etiap gerak tidak saling memengaruhi. Gabungan dari kedua gerak tersebut berupa gerak parabola. Gerak parabola disebut juga sebagai gerak peluru. Dalam kehidupan seharihariD hal tersebut dapat Anda jumpaiD misalnya ketika Anda menendang bola dengan sudut tendangan tertentu atau n 90` terhadap bidang horiLontal maka lintasan gerak bola akan berbentuk parabola. Perhatikan Gambar 1.1CD dua buah bola dilepaskan dari ketinggian tertentu. Bola A dilepaskan dari keadaan diam. Dalam hal iniD gerak bola A adalah gerak jatuh bebasD yang dipengaruhi oleh percepatan graKitasi Bumi. Pada saat yang bersamaanD bola B diberi gaya horiLontal dengan pegas. Lintasan bola B seperti pada Gambar 1.1C berupa parabola. Pada awalnyaD kedua bola terletak pada ketinggian yang samaD kemudian dilepaskan pada saat yang sama. Dapatkah Anda menebak bola mana yang menyentuh tanah lebih cepat5 TernyataD waktu yang dibutuhkan oleh kedua bola hingga menyentuh tanah adalah sama. Dengan demikianD kecepatan mendatar akibat adanya gaya terhadap bola B tidak menjadikan bola A menyentuh tanah lebih cepat. Gerak benda yang sering dijadikan sebagai contoh gerak parabola adalah gerak peluru yang arahnya membentuk sudut eleKasi tertentu terhadap permukaan Bumi.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Perhatikan gambar berikut. y vy
vy = 0
v
vx vx
vx vy
v0
v0 sin &
Gambar 1.15
v
Lintasan gerak parabola. Nilai a selalu negatif karena ditetapkan arah positif adalah arah ke atas, dan arah gravitasi selalu ke bawah.
ay = –g vx
&
O(0,0) v0 cos & vy
x
v
Pada Gambar 1.1N terlihat kecepatan pada sumbu-+, yaitu D+ dengan arah dan besarnya selalu konstan. Adapun kecepatan pada sumbu-yD yaitu Dy, arah dan besarnya dipengaruhi oleh percepatan graKitasi g. Rektor resultan kecepatan D setiap saat di koordinat (+D y) merupakan resultan dari komponen Kektor 7+ dan 7y. Vika besar kecepatan awal peluru adalah 70D besar kecepatan dalam arah sumbu-+ adalah 7+, dan besar kecepatan pada sumbu-y adalah 7y, diperoleh persamaan-persamaan berikut ini. 1. Persamaan pada sumbu-+: Besar kecepatan pada sumbu-+ adalah 7$ = 70 cos &
(1–2])
Varak pada sumbu-+ adalah + = 70 cos & t 2.
Tokoh Galileo Galilei (1564–1642)
(1–29)
Persamaan pada sumbu-y: Besar kecepatan pada sumbu-y dengan a S –g adalah 7y = 70 sin & – g t
(1–30)
Varak pada sumbu-y adalah Sumber: Conceptual Physics, 1998
y = 70 sin & t – 1 g t2 2
(1–31)
Keterangan: 7y S besar kecepatan pada sumbu-y (mcs) 7$ S besar kecepatan pada sumbu-+ (mcs) 7o S besar kecepatan awal (mcs) g S besar percepatan graKitasi (mcs2) & = sudut eleKasi + = jarak tempuh mendatar (m) y S jarak tempuh Kertikal (m) Berdasarkan persamaan-persamaan tersebutD dapat disimpulkan bahwa komponen gerak pada sumbu-y (Kertikal) sangat dipengaruhi oleh percepatan graKitasi BumiD sedangkan besar kecepatan dalam arah mendatar selalu tetap. Gerak pada sumbu-y adalah gerak lurus berubah beraturan dan sumbu-+ adalah gerak lurus beraturan.
Galileo Galilei lahir di kota Pisa, Italia, pada 15 Februari 1564. Ia belajar kedokteran di Universitas Pisa. Oleh karena ia lebih tertarik dengan ilmu alam, ia tidak melanjutkan belajar kedokterannya, tetapi belajar matematika. Ia meninggalkan Pisa untuk belajar di Universitas Padua. Ia adalah pendukung teori Heliosentris yang menyatakan bahwa Matahari adalah pusat tata surya. Penemuan Galileo yang terkenal adalah teleskop dan menemukan pegunungan di Bulan serta satelit di Yupiter. Oleh karena hobinya mengamati benda-benda langit termasuk Matahari, ia menderita kebutaan pada usia 74 tahun. Ia meninggal dunia 4 tahun kemudian pada usia 78 tahun.
Analisis Gerak
15
Contoh 1.13 6eorang siswa melempar bola dengan kecepatan 10 mcs pada arah yang membentuk sudut 53` terhadap tanah (sin 53 S 0D]). Tentukan: a. besar kecepatan bola setelah 0D5 sd dan b. besar kedudukan bola setelah 0D5 s jika percepatan graKitasi 10 mcs2. JawabA Diketahui: !K = 10 mcs & = 53` sin & = sin 53` = 0D] cos & = 0DG g = 10 mcs2 a. Besar komponen kecepatan pada saat t S 0 sekon adalah 7 0$ S 70 cos & 7 0y S 70 sin & S (10 mcs)( 0DG) S G mcs S (10 mcs)( 0D]) S ] mcs Besar kecepatan pada saat t = 0D5 sekon adalah 7t$ = 70$ S G mcs 7ty S 70y – g t = ] mcs – (10 mcs2)( 0D5 s) S 3 mcs
b.
7t = 7tx 2 + 7ty 2 S (G m/s)2 T(3 m/s)2 S 45 S GD^1 mcs VadiD besar kecepatan bola saat t S 0D5 s adalah GD^1 mcs. Kedudukan bola saat t S 0D5 sekon adalah + S 70$ t S (G mcs)(0D5 s) S 3 m y S 70y . t – 1 g t2 2 S (] mcs)(0D5 s) – 1 (10 mcs)(0D5 s)2 S (4 – 1D25) m S 2D^5 m 2 VadiD kedudukan bola pada saat t S 0D5 s adalah pada koordinat (3 md 2D^5 m).
1. Tinggi Maksimum dan Jarak Terjauh Qntuk menentukan tinggi maksimum dan jarak terjauh yang dapat dicapai oleh benda yang bergerak dengan lintasan parabolaD perlu ditentukan dahulu waktu yang diperlukan untuk mencapai titik tertinggi dan jarak terjauhnya. a.
Waktu untuk Mencapai Tinggi Maksimum Ketika mencapai tinggi maksimumD besar kecepatan benda yang bergerak parabola pada arah Kertikal sama dengan nolD 7y S 0. ArtinyaD benda sempat berhenti beberapa saat sebelum akhirnya turun. VadiD waktu tempuh benda saat mencapai tinggi maksimum adalah 7y S 70 sin & – g t 0 S 70 sin & – g t 7 sin & t y maksS 0 (1–32) g b. Waktu untuk Mencapai Jarak Terjauh Pada gerak parabolaD arak terjauh adalah jarak yang ditempuh benda saat kembali ke permukaan tanah. Pada kondisi tersebutD jarak menurut sumbu-y S 0 dan jarak menurut sumbu-+ adalah maksimum. Oleh karena ituD digunakan kondisi keduaD yaitu y S 0. VadiD waktu untuk mencapai jarak terjauh adalah
16
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
y = 70 t sin & # 1 gt2 2 0 = 70 t sin & # 1 gt 2 2 27 sin & t j maks = 0 g
(1–33)
c.
Tinggi Maksimum Tinggi maksimum yang dapat dicapai oleh benda yang melakukan gerak parabola dapat dicari dengan menggunakan waktu untuk mencapai tinggi maksimum ke persamaan gerak dalam sumbu-y. Dengan melakukan substitusi Persamaan (1O01) ke dalam Persamaan (1O0K) diperoleh tinggi maksimum sebagai berikut. 70 sin & . 1 - 70 sin & . – g g 20 2 1/ g 20 1 2 2 7 sin 2 & 70 sin 2 & S 0 – 2g g
ymaks S 70 sin & /
2
2
70 sin & 2g
ymaks S
2
(1–34)
Tantangan untuk Anda Apakah tendangan bebas yang biasa dilakukan oleh pemain sepakbola seperti David Beckham termasuk gerak parabola?
d. Jarak Terjauh pada Sumbu-x Dengan melakukan substitusi Persamaan (1O00) ke dalam Persamaan (1O2J) maka diperoleh jarak terjauh pada sumbu-+ sebagai berikut. + maks S 70 cos & t+ maks - 2 70 sin & . 0 g 1 2
= 70 cos & / S +maks S
y jarak vertikal (m)
70 2 ( 2sin& cos &) g 2
70 sin 2& g
(1–35)
2. Jarak Terjauh dan Pasangan Sudut Elevasi Perhatikan Gambar 1.1F yang menunjukkan grafik lintasan parabola yang ditempuh sebuah benda dengan kelajuan awal yang samaD tetapi dengan sudut-sudut eleKasi yang berbeda. Anda dapat menyimpulkan bahwa pasangan sudut eleKasi yang berjumlah 90`D yaitu ^5` dan 15`D serta G0` dan 30` akan menghasilkan jarak terjauh yang sama. Pada gambar tersebut terlihat bahwa jarak terjauh mencapai harga maksimum untuk sudut eleKasi 45`. Berdasarkan persamaan-persamaan gerak parabolaD jarak terjauh diperoleh jika sin 2& S 1 atau & S 45`.
75° 60° 45° 30° 15°
x jangkauan (meter)
Gambar 1.16 Grafik lintasan sebuah benda dengan sudut elevasi berbeda dan kecepatan awal yang sama.
Contoh 1.14 6ebuah benda dilepaskan dari pesawat terbang yang sedang terbang mendatar dengan kecepatan 40 mcs dan berada pada ketinggian 500 m di atas tanah. Vika g S 10 mcs2D berapakah: a. waktu yang diperlukan benda hingga tiba di tanahd b. jarak mendatar jatuhnya bendad dan c. kecepatan benda sebelum menyentuh tanah.
Analisis Gerak
17
Tantangan untuk Anda Buktikan bahwa jika kecepatan awalnya sama, pasangan sudut elevasi yang hasil jumlahnya 90° akan menghasilkan jarak terjauh yang sama. Kemudian, apakah waktu tempuh keduanya sama?
JawabA a. Gerak Kertikal benda sama dengan gerak jatuh bebas. 7 0y S 0 y S – 1 g t2 2 500 m S 1 (10 mcs)(t2) 2 500 m S 5 t2 mcs2 t S 10 s VadiD benda tiba di tanah setelah 10 sekon. b. Varak mendatar diperoleh melalui persamaan + = 7+ t S (40 mcs)(10 s) S 400 m VadiD jarak mendatar benda 400 m. c. Kecepatan benda sebelum menyentuh tanah dapat diperoleh dengan rumus Kektor resultan kecepatanD yaitu 7 $ S 40 mcs 7 y S –g t S (10 mcs2)(10s) S –100 mcs
()
7B S
7+ 2 + 7y2
S (40 mcs)2 T( #100 mcs)2 S 10^D^ mcs VadiD besar kecepatan benda sebelum menyentuh tanah 10^D^ mcs.
Contoh 1.15 Dua buah peluru dengan jangkauan R membutuhkan waktu t1 dan t2 untuk mencapai R ketinggian semula (peluru kembali ke tanah). Buktikan bahwa t1 t2 S 2 . g JawabA R R S 7 cos % t atau cos % S 7t (2 7 sin% ) atau sin % S gt t S 27 g Dengan memasukkan harga sin% dan cos% pada rumus cos2 % T sin2 % S 1D Anda akan memperoleh g2t4 – 472 t2 T 4R2 S 0. Qntuk mendapatkan nilai t1dan t2D Anda harus mencari nilai akar-akar persamaan tersebut dengan menggunakan rumus berikut:
Ingatlah Untuk mencari nilai akar-akar dari y = ax2 + bx + c digunakan rumus abc berikut ini. x1,2 =
#b & b 2 # 4 ac 2a
2 1D2
(
2
2
) ( #4 7 )
t
S
t12
S
27 2 + #47 4 # 4 g 2 R 2 g2
t 22
S
27 2 + #47 4 # 4 g 2 R 2 g2
2 1
t t
t1 t 2
18
# #4 7 2 &
2 2
2g
# 4 g 2 4R 2
2
( 47 4 # ( 47 4 # 4 g 2 R 2 ) ) 4 S 3 g4 3* 4+ 2 2 2 4g R 4R S S 2 g4 g S 2 R (terbukti) g
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(
)
d a S g2d b S –472d c S 4o2
Contoh 1.16
Kata Kunci
6ebuah peluru ditembakkan dengan sudut eleKasi 30`. Tentukan perbandingan antara tinggi maksimum dan jarak terjauh yang dicapai peluru. JawabA Dari persamaan tinggi maksimum (hm) dan jarak horiLontal terjauh (+m)D diperoleh 2
hm : +m S
• jarak terjauh • sudut elevasi • tinggi maksimum
2
70 sin 2 & 70 sin 2& : 2g 2g
sin 2 & : sin 2& 2 sin 2 305 : sin 60o S 2 S
2
-1. / 0 1 1 3 S 1: 4 3 S 1 22 : 1 3 S : ] 2 2 2
VadiD perbandingannya adalah 1: 4 3 .
Tes Kompetensi Subbab
B
Kerjakanlah dalam buku latihan. 1.
2.
3.
4.
5.
6ebuah benda dilemparkan dengan sudut eleKasi 53` dan kecepatan awalnya 10 mcs. Vika g S 10 mcs2 tentukanlah: a. waktu tempuh benda di udarad b. tinggi maksimum yang dicapaid dan c. jarak mendatar terjauh. Buktikan bahwa benda yang dilemparkan dengan sudut eleKasi & akan mencapai titik terjauh jika & S 45`. 6ebuah benda dilemparkan dengan sudut eleKasi G0` dan kecepatan 10 mcs. Hitung besar dan arah kecepatan setelah: 1 3 sekond dan a. 2 b. 3 sekon. Posisi burung terletak pada koordinat (50D ])m. 6eorang anak melontarkan batu dengan menggunakan katapelnya pada sudut eleKasi 3^` ke arah burung. Berapakah kecepatan yang harus diberikan agar batu mengenai burung tersebut5 Dalam permainan sepakbolaD Putu menendang bola dengan sudut eleKasi & sehingga mencapai ketinggian maksimum 10 meter. Berapa lama bola harus ditunggu hingga tiba kembali di tanah (g S 10 mcs2)5
G.
6ebuah sasaran terletak pada jarak 100 m dan pada ketinggian 10 m. Berapa sudut eleKasi peluru agar tembakannya tepat mengenai sasaran jika kecepatan awalnya G0 mcs5
10 m 100 m
^.
].
6ebuah sasaran terletak pada koordinat (]0D 20)m. 6eseorang melemparkan batu dengan sudut 53` ke arah sasaran tersebut dari pusat koordinat. Berapakah kecepatan yang harus diberikan agar batu itu tepat mengenai sasaran5 6ebuah pesawat tempur bergerak dengan kecepatan 100 mcs dan arahnya membentuk sudut G0` dengan bidang datar. Ketika berada pada ketinggian ]00 m dari A (arah Kertikal)D sebuah bom dilepaskan dari pesawat tersebut. Vika bom jatuh di titik BD tentukan jarak AB. 60°
800 m
A
B
Analisis Gerak
19
y
C. Gerak Melingkar
v %
P yP
%
xP
x
(a) vy
v
y
%
Di Kelas PD Anda telah mempelajari gerak melingkar beraturan. Pada subbab ini akan dibahas gerak melingkar secara umum dengan menggunakan kaidah Kektor. Perhatikan Gambar 1.1G(a). 6ebuah partikel bergerak melingkar pada bidang +y dengan jari-jari r terhadap pusat koordinat. Anda tentu telah mengetahui bahwa dalam gerak melingkar Kektor kecepatan gerak partikel D selalu menyinggung lintasan gerak partikel dan tegak lurus jari-jari lintasan partikel. Di titik PD Kektor kecepatan D membentuk sudut % terhadap garis Kertikal dan besarnya sama dengan sudut % yang dibentuk oleh jari-jari r dan sumbu +. Oleh karena ituD komponen Kektor D dinyatakan dengan persamaan
D = 7+ i T 7y j
vx
D S(–7 sin % )i T (7 cos % )j x
(1–3G)
Adapun posisi partikel pada bidang +y dinyatakan dengan persamaan r S +p i T y p j
(1–3^)
Dengan demikian Kektor kecepatan D dapat dinyatakan dengan persamaan - 7y p D = /# 1 r
(b) y
6
. 0j 2
(1–3])
Anda tentu mengetahui bahwa persamaan gerak partikel didapatkan dari turunan pertama persamaan kecepatan atau turunan kedua persamaan posisi partikel. Oleh karena ituD persamaan percepatan linear dalam gerak melingkar dinyatakan dengan persamaan
ay a
. - 7+ p 0i +/7 r 2 1
ax x
a=
dD - 7 dyp . - 7 d+ p . = # i+ j dt /1 r dt 02 /1 r dt 02
Dari Persamaan (1O0J)D nilai
(c) Gambar 1.17 Sebuah partikel bergerak melingkar. (a) Posisi dan kecepatan partikel pada saat tertentu. (b) Komponen-komponen vektor kecepatan. (c) Percepatan gerak partikel dan komponen-komponennya.
dalam arah sumbu-y dan
(1–39)
dyp merupakan komponen kecepatan dt
d+ p merupakan komponen kecepatan dalam dt
arah sumbu-+. Perhatikan Gambar 1.1G(b). Dari gambar tersebutD Anda akan mengetahui bahwa 7+ S –7 sin % dan 7y S 7 sin % . Dengan demikianD Persamaan (1O0J) dapat dinyatakan dengan persamaan - 72 . - 72 . a = / # cos % 0 i + / # sin % 0 j r r 1 2 1 2
(1–40)
Rektor percepatan dan komponen Kektor percepatan dalam gerak melingkar ditunjukkan oleh Gambar 1.1G(L)D sedangkan besar Kektor percepatan dinyatakan dengan persamaan a = a 2+ + a 2y =
72 r
2
2
(cos% ) + (sin % )
=
72 r
(1–41)
Qntuk menentukan arah aD dapat Anda tentukan melalui sudut 6 D seperti ditunjukkan Gambar 1.1G(L).
20
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
72 a y # r sin % tan 6 = = = tan % a+ 72 # cos % r
VadiD 6 = % D artinya percepatan a arahnya sepanjang jari-jari r menuju pusat lingkaran (Gambar 1.1G(L)). Percepatan tersebut dinamakan percepatan sentripetal.
Tes Kompetensi Subbab
C
Kerjakanlah dalam buku latihan. 1. 6ebuah partikel bergerak melingkar dengan kecepatan konstan dalam bidang +y. Ketika partikel berada di posisi + S –2 mD kecepatannya –(4 mcs)j. Tentukanlah kecepatan dan percepatan partikel pada posisi y S 2 m. 2. 6ebuah satelit Bumi bergerak pada orbitnya yang berjarak G40 km di atas permukaan Bumi dengan periode 9] menit. Tentukanlah kecepatan dan besar percepatan sentripetal dari satelit tersebut.
3.
6eorang astronaut bergerak dalam lintasan melingkar berjari-jari 5 m. a. Tentukan kecepatan gerak astronaut jika besar percepatan sentripetalnya ^D0 g. b. Berapakah jumlah putaran yang dihasilkan berdasarkan percepatan tersebut5 c. Tentukan periode dari gerak astronaut tersebut.
Rangkuman 1. Rektor posisi r menunjukkan posisi partikel dari titik asal ke posisi partikel tersebutD yaitu rS+iTyj Perpindahan merupakan perubahan Kektor posisi ! r selama selang waktu ! t. ! r S r2 – r1 S ! + i T ! y j dengan ! + S +2 – +1 dan ! y S y2 – y1 2. Kecepatan rata-rata adalah besarnya perpindahan dalam selang waktu tertentu. !r r2 # r1 = D= !t t2 # t2 Kecepatan sesaat adalah kecepatan rata-rata untuk selang waktu ! t mendekati nol. !r dr = D = lim D = lim !t ' 0 !t ' 0 !t dt Rektor posisi dapat ditentukan dari kecepatan sesaat dengan cara integrasi. r S r0 T $ v dt dengan r0 adalah Kektor posisi pada t S 0. 3. Percepatan rata-rata adalah perubahan kecepatan dalam setiap satuan waktu. !D D 2 # D 1 = a= !t t1 # t2 Percepatan sesaat adalah percepatan rata-rata untuk selang waktu ! t mendekati nol. !D dD = a = lim a = lim !t ' 0 !t ' 0 !t dt Kecepatan sesaat dapat ditentukan dari percepatan sesaat dengan cara integrasi. ! S !0 T $ a dtd dengan 70 adalah kecepatan pada saat t S 0.
4. Gerak parabola merupakan perpaduan dari GLB pada sumbu-+ dan GLBB pada sumbu-y sehingga 7+ = 70+= tetapD dan + S 70+t 1 7y = 70y + ay t, dan y = 70y + ay t2 2 dengan ay S –g 5. Pada gerak parabolaD titik tertinggi dicapai pada saat 7y S 0. Dengan memasukkan syarat iniD dapat ditentukan 70 sin & ty maks S g 70 2 sin 2 & ymaks S . 2g G. Titik paling jauh dicapai pada saat y S 0. Dengan menggunakan sifat simetri parabolaD diperoleh 27 sin & t+ maks S 2ty maks S 0 g 70 2 sin 2& +maks S . g ^. Pada gerak melingkarD besar percepatan sentripetal dinyatakan dengan persamaan 72 a = r Adapun sudut yang dibentuk arah Kektor percepatan sentripetal dinyatakan dengan persamaan ay tan 6 = a+ Percepatan sentripetal adalah percepatan gerak partikel yang bergerak melingkar dan arahnya menuju ke pusat lingkaran.
Analisis Gerak
21
Peta Konsep Gerak Benda dapat berbentuk
Gerak Parabola
Gerak Lurus
Gerak Melingkar membahas secara Kektor
membahas secara Kektor
Posisi r
Kecepatan oata-rata 7
Percepatan oata-rata a
!t ' 0
!t ' 0
Kecepatan 6esaat 7
Percepatan 6esaat a
Posisi
Kecepatan
Percepatan
membahas
sumbu-+
sumbu-y
Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
pada
pada
Titik Terjauh (+maks)
paktu 6ampai di Titik Terjauh (t+ maks)
Titik Tertinggi (ymaks)
paktu 6ampai di Titik Tertinggi (ty maks)
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu dapat membedakan antara besaran vektor dan besaran skalar yang ada pada konsep gerak. Anda juga dapat menentukan persamaan besaran fisika dari persamaan yang diketahui dengan menggunakan operasi integral dan diferensial. Dari materi bab ini, bagian manakah yang Anda anggap sulit?
22
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Dengan mempelajari bab ini, Anda dapat menentukan bentuk lintasan gerak suatu benda. Pada gerak parabola, titik terjauh dan titik tertinggi dapat ditentukan dari persamaan gerak dan waktunya. Nah, sekarang coba Anda sebutkan manfaat lain mempelajari bab ini.
Tes Kompetensi Bab 1 A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan. 1. Pada saat t1 S 0D seekor burung memiliki posisi di a. 1]D^ mcs d. 15 mcs koordinat (4 mD 2 m) dan pada saat t2 S 4 s memiliki b. 1^ mcs e. 14 mcs koordinat (] mD 5 m). Dalam selang waktu tersebutD c. 1G mcs besar kecepatan rata-rata burung adalah .... ^. 6ebuah partikel bergerak sepanjang sumbu-+ dengan a. 1D25 mcs d. 2D50 mcs besar percepatan a S 0D5 tD dengan a dalam mcs2. Vika b. 1D50 mcs e. 5D00 mcs pada saat t S 0D kecepatan 4 mcsD kecepatan partikel c. 2D25 mcs pada saat t S 2 s adalah .... 2. Persamaan Kektor posisi sebuah materi dinyatakan a. 2 mcs d. ^ mcs dengan r S (t3 – 2t2)i T (3t2)j. Vika satuan r dalam b. 4 mcs e. 9 mcs meter dan t dalam sekonD besar percepatan materi tepat c. 5 mcs setelah 2 sekon dari awal pengamatan adalah .... ]. 6ebuah partikel bermuatan listrik mula-mula bergerak a. 2 mcs2 d. ] mcs2 lurus dan memiliki kecepatan 100 mcs. Partikel b. 4 mcs2 e. 10 mcs2 mengalami percepatan yang dinyatakan dengan c. G mcs2 persamaan a S (2 – 10t) mcs2 dengan t adalah waktu (Rbtanas 1JJH) lamanya gaya listrik bekerja. Kecepatan partikel setelah 3. 6ebuah peluru yang ditembakkan dengan sudut eleKasi gaya bekerja selama 4 sekon adalah .... tertentu memiliki persamaan Kektor posisi a. 24 mcs d. 3G mcs b. 2] mcs e. 40 mcs r = 30t i T 30 3 t # 5t2 j dengan t dalam sekon dan c. 32 mcs r dalam meter. Varak terjauh yang dapat dicapai oleh 9. Perhatikan grafik berikut. peluru dalam arah sumbu-+ adalah .... 2 6 ax (m/s ) a. 135 m d. 2^0 m b. 1]0 3 m e. 135 3 m c. 1]0 m y = –t + 6
(
4.
5.
)
Posisi sebuah benda yang dilemparkan Kertikal ke atas dinyatakan dengan persamaan y S 40t – 5t2D dengan y dalam meter dan t dalam sekon. Kecepatan awal dan tinggi maksimum yang dapat dicapai benda masingmasing adalah .... a. 5 mcs dan 40 m d. 40 mcs dan ]0 m b. 10 mcs dan ]0 m e. ]0 mcs dan 1G0 m c. 20 mcs dan 40 m Perhatikan gambar berikut. 4
0
vx
2
6
t
–2
6ebuah partikel yang bergerak sepanjang sumbu-+ memiliki grafik kecepatan 7+ terhadap waktu seperti tampak pada gambar tersebut. Vika pada saat t S 1 sekon partikel berada pada + S 3 mD posisi partikel pada saat t S G sekon berada pada .... a. + S –2 m d. + S –1 m b. + S T2 m e. + S 0 m c. + S T1 m G. 6ebuah partikel bergerak lurus dari keadaan diam dengan persamaan percepatan a S (t T2)2. Besar kecepatan partikel setelah 2 sekon adalah ....
3
0
3
6
t (s)
Pada saat t S 0D sebuah partikel berada pada + S 3 m dan bergerak dengan kecepatan awal 15 mcs dengan arah sumbu-+ positif. Percepatan partikel berubah terhadap waktu seperti tampak pada gambar. Posisi benda pada t S G sekon adalah .... a. 1^5 m d. 13] m b. 1G5 m e. 129 m c. 150 m 10. Perahu motor jika bergerak searah dengan arah arus sungai memiliki kelajuan ^ mcsD dengan kecepatan arus sungai 3 mcs. Vika bergerak tegak lurus terhadap arah arusD perahu mungkin hanya mampu bergerak dengan kelajuan .... a. 3 mcs d. G mcs b. 4 mcs e. ^ mcs c. 5 mcs 11. Perahu motor memerlukan waktu 10 menit untuk menyeberangi danau yang lebarnya 400 meter (danau tidak berarus). paktu yang dibutuhkan perahu untuk menyeberangi danau jika di danau timbul arus air berkecepatan 30 metercmenit tegak lurus terhadap arah perahu adalah ....
Analisis Gerak
23
a. 5 menit d. 12D5 menit b. ] menit e. 15 menit c. 10 menit 12. Perbandingan antara jarak tembakan dua buah peluru yang ditembakkan dari sebuah senapan dengan sudut eleKasi 30` dan G0` adalah .... a. d. 1 : 2 3 :1 b. 1 : 3 e. 2 : 3 c. 1 : 1 13. 6ebuah bola ditendang mengikuti gerak parabola. Vika tinggi maksimum yang dapat dicapai adalah 45 mD dan g S 10 mcs2D waktu yang diperlukan oleh bola selama di udara adalah .... a. 3 sekon d. 10 sekon b. G sekon e. 12 sekon c. ] sekon 14. Peluru ditembakkan dari tanah datar dengan kece4. patan awal 40 mcs. 6udut eleKasi & / tan & = 3 0 dan 1 2 percepatan graKitasi 10 mcs2. Besar kecepatan peluru setelah 2 sekon dari tembakan adalah .... a. G 5 mcs d. 12 3 mcs b. 12 mcs e. 24 mcs c. 12 5 mcs 15. 6ebuah batu dilempar dengan kecepatan awal 10 mcs pada sudut eleKasi & (cos & S 3 ) dan g S 10 mcs2. 5 Pada suatu saatD kecepatan batu ke arah sumbu-y adalah 3 mcs. Ketinggian batu pada saat tersebut adalah .... a. 2D^5 m d. 4D00 mcs b. 3D25 mcs e. 4D25 mcs c. 3D^5 mcs 1G. Dua peluru ditembakkan dari sebuah senapan. Varak tembakan akan sama jika sudut eleKasinya .... B. 1.
2.
3.
24
Jawablah pertanyaan berikut ini dengan tepat. 6ebuah partikel bergerak dengan persamaan fungsi kecepatan 7(t) S at2 T bt T c dengan 7 dalam mcs dan t dalam sekon. Vika a S 3 mcs3D b S –2 mcs2D dan c S 5 mcsD tentukanlah: a. percepatan rata-rata partikel untuk selang waktu t S 1 sekon sampai t S 5 sekond b. percepatan awal partikeld dan c. percepatan partikel pada saat t S 5 sekon. Persamaan gerak suatu partikel dinyatakan oleh fungsi + S # t4D dengan + dalam meter dan t dalam sekon. $ a. Tentukan kecepatan rata-rata dalam selang waktu t S 2 sekon sampai dengan t S 3 sekon. b. Hitung kecepatan sesaat pada saat t S 4 sekon. Peluru meriam ditembakkan dengan kecepatan awal 4 50 mcs dan sudut eleKasi & dengan cos & = . Vika 5 percepatan graKitasi S 10 mcs2D tentukanlah: a. kecepatan peluru meriam setelah 0D5 sekond b. posisi peluru meriam setelah 0D5 sekond
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
1^.
1].
19.
20.
4.
5.
a. 15` dan G0` d. 3^` dan 53` b. 30` dan 45` e. 35` dan ^5` c. 40` dan G0` 6ebuah peluru ditembakkan dengan sudut eleKasi G0` dan kecepatan awalnya 400 mcs. 6etelah mencapai titik puncakD kecepatan peluru menjadi .... a. 0 d. 50 mcs b. 25 mcs e. 100 mcs c. 40 mcs Pesawat pembom terbang rendah 500 m dari atas permukaan tanah dengan kecepatan 3G0 kmcjam. Pesawat tersebut melepaskan sebuah bom. Varak horiLontal yang ditempuh oleh bom sebelum tiba di tanah adalah .... (g S 10 mcs2) a. 100 m d. ]00 m b. 400 m e. 1.000 m c. 500 m Pada gerak parabolaD di titik puncak .... a. percepatan benda adalah nol b. kecepatan benda adalah nol c. percepatan dan kecepatan benda tidak adalah nol d. kecepatan benda sesaat adalah nol e. kelajuan benda arah horiLontal adalah nol (SSPRNMAEV 1JHC) Benda A dan B dijatuhkan dari ketinggian yang sama secara bersamaan. Akan tetapiD benda A dijatuhkan secara bebasD dan benda B dijatuhkan secara horiLontal dengan kecepatan awal. paktu yang dibutuhkan kedua benda untuk mencapai tanah adalah .... (gesekan dengan udara diabaikan) a. tA q tB d. tA S 1 tB 2 b. tA n tB e. tA S 2 tB c. tA S tB
c. tinggi maksimumd dan d. jarak tembakan maksimum. 6ebuah peluru ditembakkan dari atap gedung yang tingginya 100 meter dengan kecepatan awal 50 mcsD condong ke atas dengan sudut eleKasi & di mana 3 cos & = . Vika g S 10 mcs2D tentukan: 5 a. waktu yang dibutuhkan peluru untuk sampai di tanahd dan b. jarak terjauh yang dicapai peluru dari dasar gedung saat mencapai tanah. Pada permainan sepakbolaD seorang anak menerima dan meneruskan bola dengan menggunakan kepala. Bola meninggalkan kepala anak tersebut dengan laju 4D^5 mcs. 6udut eleKasi terhadap horiLontal adalah 4 & dimana tan & = . Vika bola sampai di tanah pada 3 jarak 3D14 meterD berapa tinggi anak itu5 (g S 10 mcs2)
Bab
2 Sumber: F1F1 Racing, Mei 2003 Sumber: Racing, Mei 2003
Tikungan pada sirkuit balapan F1 dibuat kasar dan miring ke dalam agar pembalap dapat melintas dengan aman.
Gaya Hasil yang harus Anda capai: menganalisis gejala alam dan keteraturan dalam cakupan mekanika benda titik. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: • • •
menganalisis keteraturan gerak planet dalam tata surya berdasarkan hukumhukum Newton; menganalisis pengaruh gaya pada sifat elastisitas bahan; dan menganalisis hubungan antara gaya dengan gerak getaran.
!rand 'ri) Form-la / mer-pakan salah sat- 6abang olahraga yang 6-k-p pop-ler di d-nia: ;alah sat-
A. Gaya Gesek B. Gaya Gravitasi C. Elastisitas dan Gaya Pegas D. Gerak Harmonik Sederhana
25
Tes Kompetensi Awal *e$el-m mem.elajari konse. !aya6 kerjakanlah soal8soal $erik-t :alam $-k- latihan( /:
Jika Anda menjat-hkan seb-ah apel dan seb-ah angg-r dari ketinggian yang sama dalam r-ang Ea6-m= mengapa wakt- jat-h ked-a b-ah yang beratnya berbeda terseb-t samaC
L: N:
Mengapa terjadi pasang s-r-t pada air la-tC Bagaimanakah konstanta pegas gab-ngan dari pegasA pegas yang dis-s-n se6ara seri dan pararelC
A. Gaya Gesek
Gambar 2.1 Ban mobil dibuat bergerigi untuk memperbesar gaya gesek sehingga mobil tidak slip.
piston ring piston stang piston poros engkol
Gambar 2.2 Gaya gesek pada mesin bersifat merugikan.
rem cakram
'ada -m-mnya= setiap benda yang bergerak mengalami gaya gesek: !aya gesek timb-l karena d-a perm-kaan benda yang bersent-han: Arah gaya gesek selal- berlawanan dengan arah gerak benda: ;-paya lebih jelas= 6obalah Anda tarik seb-ah meja belajar di r-ang kelas: Ketika menarik meja= Anda memb-t-hkan tenaga 6-k-p besar: ;emakin kasar perm-kaan lantai= semakin besar gaya tarik yang Anda kel-arkan: Hemikian p-la sebaliknya: Jadi= besarnya gaya gesek antara lain ditent-kan oleh kasar ata- li6innya bidang yang bersingg-ngan: Arah gaya gesek ?f@ antara lantai dan kaki meja selal- berlawanan dengan arah gaya tarik sehingga tenaga -nt-k menarik meja tidak sel-r-hnya berg-na -nt-k melak-kan gerak= tetapi sebagian gaya tarik hilang -nt-k melawan gaya gesek: Contoh lainnya adalah gaya gesek antara ban dengan jalan pada gerak kendaraan: Arah gaya gesek selal- berlawanan dengan arah gerak ban: Jal terseb-t menyebabkan kendaraan tidak tergelin6ir ketika melewati lintasan yang naik ata- t-r-n: 'erhatikan !am$ar '(): 'erm-kaan ban dib-at bergerigi agar ban tidak selip dan kendaraan dapat dengan m-dah berhenti ketika kendaraan direm: !aya gesek pada d-a bidang yang bersent-han ada yang bersi
1. Gaya Gesek Statis dan Gaya Gesek Kinetik Gambar 2.3 Rem cakram pada sepeda motor menerapkan konsep gaya gesek.
26
!aya gesek yang timb-l pada benda yang sedang bergerak diseb-t gaya gesek kinetik ?fk@= sedangkan gaya gesek pada benda diam atabenda yang tepat akan bergerak diseb-t gaya gesek statis ?f s@: Knt-k lebih jelasnya= pelajarilah -raian berik-t:
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
a. Gaya Gesek Statis 'erhatikan !am$ar '(;: ;eb-ah balok yang memiliki berat w terletak di atas bidang datar kasar dan ditarik mendatar oleh gaya sebesar =: !aya normal > dengan arah Eertikal ke atas tegak l-r-s bidang sent-h memiliki nilai yang sama dengan gaya berat w P m g: !esekan antara balok dengan bidang sent-h menyebabkan balok bel-m dapat bergerak ?FPfs@: !aya gesek yang mempertahankan balok tetap diam diseb-t gaya gesek statis: Jika besar gaya = mendatar pada balok diperbesar= pada saat yang sama gaya gesek statis pada lantai j-ga ik-t naik: Jal terseb-t ter-s berlangs-ng sampai balok dalam keadaan tepat akan bergerak ata- fs maksim-m: Men-r-t per6obaan ?empiris@= gaya gesek statis maksim-m antara d-a perm-kaan kering tanpa pel-mas memen-hi at-ran berik-t: !aya gesek statis maksim-m ?fs maksim-m@ sebanding dengan gaya normal ?/@ yang bekerja pada salah sat- perm-kaan: 'erbandingan antara besar gaya gesek statis maksim-m dengan besar gaya normal diseb-t koe
N F
fs w
Gambar 2.4 Gaya gesek statis fs mempertahankan keadaan balok agar tetap diam.
?L–/@
Keterangan: fs P gaya gesek statis ?T@ ! s P koe
?L–L@
Contoh 2.1 ;eb-ah balok bermassa L kg terletak di atas bidang datar kasar: Balok diberi gaya tarik F sebesar W T mendatar seperti pada gambar: Jika koe
Tantangan untuk Anda Mengapa koefisien gesek ( ! ) tidak memiliki satuan?
Gaya
27
b. N
=m
gs
in
"
fs "
m g cos "
mg "
Gambar 2.5 Sebuah balok tepat akan bergerak pada suatu bidang miring.
Koefisien Gaya Gesek Statis Benda pada Bidang Miring
;eb-ah balok dengan berat 0 terletak di atas bidang miring kasar dengan s-d-t kemiringan " terhadap hori\ontal: 'ada saat balok tepat akan bergerak= persamaan koe
sin" fs mg sin" P P P tan " 6os" mg 6os" N Jadi= koe
! s P tan "
c.
?L–N@
Gaya Gesek Kinetik
Knt-k memahami perbedaan antara gaya gesek statis fs dan gaya gesek kinetik fk= lak-kanlah aktiEitas berik-t:
Aktivitas Fisika 2.1 Gaya Gesek Tujuan Percobaan Membedakan antara gaya gesek statis dan gaya gesek kinetik Alat-Alat Percobaan 1. Balok kayu 2. Katrol 3. Tali 4. Neraca pegas/Dinamometer Langkah-Langkah Percobaan 1. Susunlah alat-alat percobaan seperti pada gambar. 2. Tarik balok sehingga balok tepat akan bergerak. 3. Catatlah skala yang ditunjukkan neraca pegas. 4. Tarik kembali balok tersebut dengan gaya tarik yang lebih besar daripada gaya tarik pertama sehingga balok bergerak. 5. Pada saat balok bergerak, catatlah kembali skala yang ditunjukkan neraca pegas. 6. Apa yang dapat Anda simpulkan?
N
N F
F
fs
fs
Gambar 2.6
Jika gaya tarik bertambah= pada saat yang sama gaya gesek statis j-ga bertambah sampai maksim-m: ;ampai saat terseb-t= balok bel-m bergerak karena gaya gesek selal- dapat mengimbangi gaya tarik: Jadi= balok masih diam: 'ada saat balok bergerak= besar gaya tarik melampa-i ! s /: !aya gesek kinetik memen-hi h-k-m empiris sama seperti gaya gesek statis: Qleh karena it-= besar gaya gesek kinetik dapat dir-m-skan sebagai berik-t: ?L–W@ fk P ! k /
(a) Balok diam, F < fs maks. (b) Balok tepat akan bergerak, F = fs maks. (c) Balok mengalami percepatan, F > fk. (d) Balok bergerak dengan kecepatan konstan, a = 0.
'ada -m-mnya= ! k/ ] ! s/ sehingga pada saat m-lai bergerak= balok sempat mengalami per6epatan: 'ada balok yang bergerak tanpa per6epatan= balok ter-s bergerak dengan ke6epatan konstan dan besar fk P F:
w
w
?a@ N
?b@ N
a F
F
fk w
?6@
28
w
v a=0 fk
?d@
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
d. Koefisien Gaya Gesek Kinetik Benda pada Bidang Miring ;eb-ah balok dengan berat 0 bergerak ke bawah di atas bidang miring kasar yang memiliki kemiringan " terhadap hori\ontal: 'ersamaan koe
#F P mg sin " – ! k / P mg sin " – ! k mg 6os " P ! k mg 6os " P
ma ma ma mg sin " – ma mg sin " $ ma !k 2 mg 6os" g sin" $ a !k 2 g 6os"
N fk "
mg
sin
"
"
mg cos " mg
Gambar 2.7 Sebuah balok bergerak di atas bidang miring.
?L–^@
Hengan demikian= koe
?L–_@
Contoh 2.2 ;eb-ah benda bermassa ^ kg terletak pada bidang miring dengan s-d-t kemiringan " dengan sin " P X=[: Jika koe
Dawa$: Hiketah-i: m P ^ kgY sin " P X=[Y fk P X=L^ !ayaAgaya yang bekerja pada benda terlebih d-l- di-raikan: Besar gaya gesekan kinetik: fk P !k / P !k mg 6os " P ?X=L^@?^ kg@?/X mZsL@?X=_@ P `=^ T F P m g sin " " P ?^@?/X kg@?X=[ mZsL@ P WX T Besar per6epatan balok diperoleh dari J-k-m II Tewton:
#F
N m f k=
g
. sin
"
untuk Anda Perhatikan gambar berikut. m1
"
m2
m g . cos " mg
F $ fk ?WX T $ `=^ T@ P P _=^ mZsL m ^ m Jadi= balok mel-n6-r pada bidang miring dengan per6epatan _=^ mZsL:
aP
Tantangan
P
Ketika gerobak diam, balok bermassa m akan bergerak ke arah balok bermassa m2 karena pengaruh gaya berat m2g. Berapa gaya dorong F minimum yang harus diberikan pada gerobak supaya sistem berada dalam keadaan setimbang?
Contoh 2.3 ;eb-ah benda W kg terletak di atas bidang datar: Koe
Gaya
29
Pembahasan Soal Sebuah balok yang beratnya w ditarik sepanjang permukaan mendatar dengan kelajuan konstan v oleh gaya F yang bekerja dengan arah membentuk sudut % terhadap bidang horizontal. Besar gaya normal yang bekerja pada balok oleh permukaan adalah .... a. w + F cos % b. w + F sin % c. w – F sin % d. w – F cos % e. w Soal UMPTN 2000 Pembahasan: F
/ a F sin N`b Pmg / P mg – F sin N`b / P ?W kg@?/X ms –/@ – ?F@?X=_@ / P WX T – X=_ F Besar gaya dalam arah s-mb--3: # F3 = X F 6os N`b – fk P X
F sin "
F
N "
fk
37°
F cos "
X=[ F – ! k / 2 0 mg X=[ F – X=N?WX T – X=_ F@ P X X=[ F – /L T a X=/[ F P X X=c[ F P /L T F P /L=LW T Jadi= agar benda bergerak dengan ke6epatan konstan= har-s diberi gaya tarik sebesar /L=LW T:
F sin % N
% F cos %
w
Gaya tarik F jika diuraikan atas komponen searah sumbu-x dan sumbu-y adalah Fy = Fsin % Fx = Fcos % Besar gaya normal: # Fy = 0
F sin % + N = w N = w – F sin % Jawaban: c
Contoh 2.4 H-a b-ah benda bermassa m/dan mL dih-b-ngkan dengan se-tas tali melal-i seb-ah katrol: Benda bermassa m/ terletak di atas meja= sedangkan benda bermassa mL tergant-ng pada tali seperti pada gambar: Massa benda masingAmasing N kg dan L kg: Besar per6epatan graEitasi ?g@ P /X mZsL: Jika koe
/ N Balok / : / P m/g P ?N kg@?/X mZsL@ P NX T Balok L : 0L P mLg P ?L kg@?/X mZsL@ P LX T Hari balok / dan L diperoleh 0L – ! k / P ?m/a mL@ a
m2 g
!k P
LX T – / NX T P ?N a L@ a N /X T P ^ a a P L mZsL Jadi= besar per6epatan ked-a balok sama= yait- L mZsL:
Tugas Anda 2.1 Amatilah sebuah tabung pejal yang berada di puncak suatu bidang miring. Jika tabung mulai bergerak di sepanjang bidang miring tersebut, bagaimanakah gerakannya? Jika bidang miring tersebut diberi oli sehingga licin, apa yang akan terjadi pada tabung tersebut? Jelaskan fenomena tersebut di depan teman-teman Anda.
30
N
fk
m1
w1
T T m2 w2
2. Penerapan Gaya Gesek pada Jalan Menikung a.
Tikungan Mendatar Jalan yang basah sering menyebabkan kendaraan m-dah tergelin6ir= apaA lagi jika kendaraan melaj- ken6ang pada jalan menik-ng: Knt-k menghindari selip= jalan datar terseb-t har-s dib-at kasar sehingga ketika kendaraan menik-ng akan timb-l gaya gesek: !aya gesek terseb-t ber<-ngsi sebagai gaya sentripetal yang selal- men-j- ke p-sat lintasan lingkaran: !am$ar '(F menggambarkan gaya gesek yang men-j- p-sat lingkaran:
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
N
Gambar 2.8 Sebuah mobil sedang melaju pada lintasan melingkar dan datar.
fgesek R
Tugas Anda 2.2
w
Perhatikan gambar berikut.
Apakah Anda mengetah-i jenis gaya gesek yang bekerja pada kas-s iniC Jika mobil membelok dalam keadaan ban masih berp-tar= gaya yang bekerja adalah gaya gesek statis: Uetapi= ketika mobil mel-n6-r ?selip@= gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesekan kinetik: Besar ke6epatan maksim-m mobil yang melintas pada tik-ngan jalan kasar mendatar agar tidak selip memen-hi persamaan sebagai berik-t:
m5L maks m5Lmaks 2 !s / & 2 ! s mg r r
! gr
T T a B w
Diskusikan dengan teman Anda, apakah benar percepatan sistem tersebut adalah:
FspP fs
5maksP
A
• Jika permukaan bidang datar licin,
?L–`@
' mB ( * g a= ) + mA + mB , • Jika permukaan bidang datar kasar, ' mB $ ! k . mA ( a= ) m +m * g A b , +
Contoh 2.5 ;epeda motor melaj- pada jalan melingkar dengan jariAjari lingkarannya NX m: Jika gaya gesek maksim-m yang bekerja antara ban dan jalan ^:XXX T= massa motor dengan pen-mpangnya /[`=^ kg= tent-kan kelaj-an maksim-m yang dapat di6apai oleh motor agar tidak selip: Dawa$: Hiketah-i: Fsp P ^:XXX T m P /[`=^ kg R P NX m Kelaj-an diperoleh dengan mengg-nakan persamaan berik-t: 5L Fsp P m R 2 ^:XXX T P ?/[`=^ kg@ 5Lmaks P [XX mLZsL 5maks P LX L mZs
5 NX m
Jadi= agar tidak selip kelaj-an maksimal motor har-s sebesar LX L mZs:
b.
Tikungan Miring Licin 'erhatikan !am$ar '(G: ;eb-ah mobil sedang bergerak di belokan miring di lintasan li6in: ;-d-t kemiringan jalan terhadap bidang hori\ontal adalah % : !aya normal kendaraan yang bekerja pada komponen hori\ontal ?/ sin % @ akan memberikan gaya sentripetal yang diperl-kan mobil agar dapat menik-ng:
Gaya
31
N
N cos %
%
N sin % R
Gambar 2.9 Sebuah mobil sedang melaju pada lintasan melingkar yang miring dan licin. w
Qleh karena besar gaya gesek statis ?fs@ sama dengan nol= diperoleh persamaan gaya normal sebagai berik-t:
# Fy P X
/ 6os % – mg P X / 6os % P mg
?L–[@
!aya yang men-j- p-sat lingkaran mer-pakan gaya sentripetal= yait/ sin % P Fsp L
/ sin % P m 5 r
?L–c@
Hengan membagi @ersamaan A'–GC dengan @ersamaan A'–FC= diperoleh
m5L / sin % = r / 6os% mg
Informasi untuk Anda Pernahkah Anda menonton balap motor di TV? Jika Anda perhatikan, pada setiap tikungan, pembalap motor selalu memiringkan badannya. Apakah Anda tahu alasannya? Jika pembalap motor itu menikung dengan kecepatan yang cukup tinggi, dia membutuhkan gaya sentripetal yang lebih besar. Gaya sentripetal tersebut berupa gaya gesek dan gaya normal. Untuk mendapatkan gaya normal yang arahnya menuju pusat lingkaran, pembalap tersebut harus memiringkan badannya.
Information for You Have you watched motorcycle racing on TV? If you watch it, you can see that the riders always put their bodies at an angle with road in each corners. Do you know what is their reason? If the riders come in the corner at high velocity, they need bigger centripetal force which are from friction and normal force. To get normal force which has direction to the center of circle, the riders should put their bodies at an angle.
32
5L tan % P rg
?L–/X@
Kelaj-an maksim-m mobil agar dapat bergerak dinyatakan dengan 5maks 2
r g tan %
?L–//@
Keterangan: % H s-d-t kemiringan belokan terhadap hori\ontal 5maks P kelaj-an maksim-m ?mZs@ r P jariAjari tik-ngan ?m@ g P per6epatan graEitasi ?mZsL@ Uah-kah Anda teknologi mobil terbar- yang paling m-takhirC ;istem komp-terisasi yang terpasang pada mobil dapat mengat-r pilihan daya 6engkeram rem roda yang paling dib-t-hkan ketika mobil melaj- di jalan menik-ng: ;e6ara otomatis= kampas rem pada setiap roda dapat bekerja ses-ai besar ke6ilnya daya 6engkeram setiap ban mobil terhadap jalan raya: c.
Tikungan Miring dan Kasar 'ara ahli mendesain jalan tik-ngan miring dengan memperhit-ngkan jariAjari tik-ngan ?r@= per6epatan graEitasi ?g@= kemiringan jalan ?% @= serta nilai kekasaran jalan: Jika Anda perhatikan @ersamaan A'–)IC= semakin besar s-d-t kemiringan jalan= semakin besar j-ga kelaj-an maksim-m kendaraan yang diperbolehkan -nt-k melewati tik-ngan terseb-t:
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Bagaimanakah 6ara menghit-ng batas kelaj-an pada tik-ngan jalan yang miring dan kasarC 'erhatikan !am$ar '()I: Uerdapat d-a komponen gaya dalam arah radial ke p-sat tik-ngan jalan= yait- komponen gaya normal / sin % dan komponen gaya gesekan statis fs 6os% : des-ltan ked-a gaya terseb-t ber<-ngsi sebagai gaya sentripetal: Kelaj-an maksim-m mobil agar tidak selip dapat diperoleh sebagai berik-t: 5L Fs P m maks r L 5 / sin % a fs6os% P m maks r 5Lmaks / sin % a ! s /6os% P m r / ?sin % a ! s6os % @ P m
5Lmaks r
N cos %
N
%
fs cos % N sin %
%
fs sin %
fs
Gambar 2.10 Diagram gaya pada mobil yang sedang melaju pada lintasan melingkar yang miring dan kasar.
?L–/L@
Mobil tidak bergerak pada s-mb--y sehingga # Fy P X ?ambil arah ke atas positi<@ / 6os % – mg 9 fs sin % P X / 6os % – ! s / sin % P mg / ?6os % – ! ssin % @ P mg
?L–/N@
Jika @ersamaan A'–)'C dibagi dengan @ersamaan A'–)JC= diperoleh
6os% sin % + ! s 6os% 6os% / $ ! s sin % 6os%
( (
5maks P
gr
) P5 ) gr L
maks
! s + tan % / $ ! s tan %
?L–/W@
Hari persamaan terseb-t= dapat disimp-lkan bahwa s-d-t kemiringan jalan ?% @ dan kekasaran jalan ? ! s@ berpengar-h terhadap laj- maksim-m mobil -nt-k membelok agar tidak terjadi selip:
Kata Kunci • gaya gesek kinetik • gaya gesek statis • koefisien gaya gesek
Contoh 2.6 Mobil melewati tik-ngan jalan yang jariAjari kelengk-ngannya ^X m: Jika s-d-t kemiringan jalan ?% @ P N^b= tent-kan ke6epatan maksim-m mobil yang diperbolehkan -nt-k kondisi: a: jalan li6in karena berair ?gesekan diabaikan@ b: jalan kering dengan koe
g r tan% P
5maks 2
^XX (X=`X ) P/[=` mZs
/X mZsL (^X m ) tanN^&
Gaya
33
b:
Tantangan untuk Anda
5maks P
Sebuah benda bermassa m meluncur pada bidang miring kasar. Sudut kemiringan bidang tersebut adalah ! . Jika benda berhenti setelah berpindah sejauh x akibat gaya gerak, buktikan bahwa: w=
Knt-k kondisi jalanan kasar= g-nakan persamaan
5maks P
gr
! s + tan % P / $ ! s tan %
/X ( ^X )
/X mZsL (^X m ) X= c^ X=[L^
X=L^atan N^ / $ X= L^tan N^&
P LW mZs
Mari Mencari Tahu
! mg x 1 $ ! cos-
Halam aktiEitas
Tes Kompetensi Subbab
A
Kerjakanlah :alam $-k- latihan( /:
L:
N:
W:
Benda bermassa ^ kg terletak di atas bidang datar: Besar koe
_:
m
B
mA = 2 kg
`:
37°
34
Benda bermassa /X kg terletak pada bidang kasar ? ! P X=L^@: Hari keadaan diam= benda diberi gaya tetap `^ T selama /L sekon: ;etelah menemp-h jarak L^X m= keadaan bidang m-lai li6in semp-rna: Berapakah perpindahan bendaC
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
=8
kg
"
;aat dilepaskan= ked-a benda memiliki per6epatan N L mZsL: Jika sin " P = berapa koe
B
4 kg
3 kg
3 kg
F
^:
'erhatikan gambar berik-t:
[:
C
Koe
c:
Massa seb-ah sepeda dan pengendaranya sama dengan /XX kg: ;epeda terseb-t akan melintas di s-at- jalan dengan s-d-t kemiringan sebesar % : Hiketah-i jariA jari lintasan sama dengan NX m: Jika kelaj-an sepeda sama dengan /_ mZs dan besar per6epatan graEitasi P /X mZsL= tent-kan: a: per6epatan sentripetal pada sepedaY b: besar s-d-t % jika koe
/X: ;eb-ah mobil berbelok tanpa selip dengan kelaj-an maksim-m L^ mZs pada seb-ah jalan tik-ngan: JariA jari kelengk-ngan tik-ngan ^X m dan koe
B. Gaya Gravitasi !aya yang memb-at benda jat-h ke tanah adalah gaya yang sama dengan gaya yang memb-at planetAplanet ter-s mengitari Matahari: IsaaM >ewton ialah orang pertama yang mengetah-i hal ini: 'ada tah-n /_[`= Tewton melal-i b-k-nya= :rin$ipia= menjelaskan bahwa planetAplanet mengitari Matahari karena adanya gaya graEitasi yang menarik planetA planet ke arah Matahari: Tewton j-ga dapat men-nj-kkan bahwa besar gaya graEitasi antara Matahari dan planet bergant-ng pada jarak antara ked-anya: ;emakin ja-h jarak planet dari Matahari= gaya graEitasi yang bekerja semakin ke6il: Tewton j-ga dapat men-nj-kkan bahwa gaya tarik graEitasi antara d-a b-ah benda bergant-ng pada massa ked-anya: ;emakin besar massa benda= semakin besar p-la gaya tariknya:
1. Hukum Gravitasi Universal Newton Uah-n /_[_= Tewton menyatakan h-k-m graEitasi berlak- di sel-r-h alam semesta ?graEitasi -niEersal@: Jika ada d-a b-ah benda bermassa m/ dan mL= serta berjarak r sat- dengan yang lainnya seperti tampak pada !am$ar '())= di antara ked-a benda terseb-t akan terjadi gaya tarikA menarik yang diseb-t gaya gra5itasi: Tewton berkesimp-lan bahwa gaya tarik graEitasi yang bekerja antara d-a benda terseb-t= sebanding dengan massa setiap benda dan berbanding terbalik dengan k-adrat jarak ked-a benda terseb-t: ;e6ara matematis= pernyataan terseb-t dapat dinyatakan dengan persamaan
F.
m/ mL rL
m1
F
F
m2
r
Gambar 2.11 Gaya tarik menarik pada dua benda bermassa m1 dan m2.
?L–/^@
Knt-k menyetarakan r-as kiri dan r-as kanan maka r-as kanan har-s dikalikan s-at- konstanta tertent- yang diseb-t konstanta gra5itasi uni5ersal ?>@ sehingga diperoleh persamaan
F=>
m/ m L rL
?L–/_@
Keterangan: F P gaya tarik graEitasi ked-a benda ?T@ m/ dan mL P massa benda ?kg@ r P jarak antara ked-a benda ?m@ > P konstanta graEitasi -niEersal ?TmLZkgL@ ;eorang ilm-wan Inggris= *ir Nenry CaPen:ish ?/`N/–/[/X@= se6ara sederhana berhasil menent-kan nilai konstanta graEitasi -niEersal >: 'engamatan dilak-kan se6ara saksama dan teliti dengan mengg-nakan seb-ah alat yang diseb-t nera$a ?a5endish:
Gaya
35
posisi kesetimbangan
tali torsi
m'
m'
m B
m A
Gambar 2.12 Skema neraca Cavendish.
Tera6a CaEendish terb-at dari batang AB ringan= seperti pada !am$ar '()': 'ada -j-ngA-j-ng A dan B= terdapat bolaAbola ke6il dari emas ata- platina yang massanya sama= yait- m: Ked-a bola terseb-t dapat bergerak dengan bebas: Bagian tengah batang diikat dengan mengg-nakan benang hal-s dan digant-ng Eertikal: Cermin datar diletakkan pada benang terseb-t dan dapat memant-lkan sinar pada s-at- skala: BolaAbola ke6il A dan B masingAmasing didekatkan pada bola agak besar yang terb-at dari timah hitam yang masingAmasing bermassa mf: Jarak antara bola ke6il dan bola besar ?d-a pasang@ di-sahakan sama: !aya graEitasi yang timb-l antara m dan mf= baik di A ma-p-n di B menghasilkan kopel gaya yang mem-tar benang: Akibatnya= 6ermin berp-tar sehingga menyebabkan sinar pada skala bergeser: Berdasarkan pengamatan dan peng-k-ran gaya tarik antara d-a massa bola ke6il dan massa bola besar se6ara saksama= CaEendish memperoleh nilai > P _=_`X e /X–// TmLZkgL:
Contoh 2.7
Tantangan untuk Anda Berapakah massa dua benda pada jarak 1 meter agar memiliki gaya gravitasi sebesar 1 N?
P ?_=` e /X–// TmLZkgL@
r1 F
"
M
r2
F2
m2
Gambar 2.13 Resultan gaya gravitasi.
Ingatlah Gaya gravitasi merupakan besaran vektor.
36
?[ kg@?/L kg@ P / e /X–` T ?X= L^ m@L
'erhatikan !am$ar '()J: 'ada seb-ah benda bermassa M bekerja gaya graEitasi F/ dan FL: Besar res-ltan gaya graEitasi F/ dan FL memen-hi persamaan berik-t ini: Mm Besar gaya graEitasi dari m/ adalah F/ P > L / r/ Mm Besar gaya graEitasi dari mL adalah FL P > L L rL Besar res-ltan gaya graEitasi F/ dan FL adalah
m1
F1
Uent-kan besar gaya graEitasi antara d-a benda bermassa [ kg dan /L kg yang terpisah pada jarak L^ 6m: Dawa$: m2 = 12 kg m1 = 8 kg Hiketah-i: F F m/ P [ kg mL P /L kg r = 0,25 m r P L^ 6m P X=L^ m > P _=` e /X–// TmLZkgL Besar gaya graEitasi diperoleh dengan persamaan m/ m L FP > L r
F = F/L + FLL + LF/ FL 6os"
?L–/`@
;eperti telah dibahas pada bagian awal s-bbab ini= dengan mengg-nakan J-k-m !raEitasi KniEersal Tewton ini= Anda dapat menghit-ng massa planetAplanet dan massa Matahari: a.
Menghitung Massa Bumi
Anda pasti telah mengetah-i bahwa setiap benda di perm-kaan B-mi yang bermassa m= akan mendapat per6epatan graEitasi sehingga berat benda terseb-t yang j-ga dipengar-hi gaya tarik B-mi dan memen-hi persamaan
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
w P mg
Jika massa seb-ah benda m dan massa B-mi M= sedangkan jarak benda terhadap p-sat B-mi adalah r ?berarti benda berada di perm-kaan B-mi@= berat benda akan memen-hi persamaan berik-t: mM ?L–/c@ 0P > L r Hengan melak-kan s-bstit-si dari besar @ersamaan A'–)FC ke @ersamaan A'–)GC= akan dihasilkan: m g P > mM rL Jika jariAjari B-mi sama dengan _:N[L=^ km dan besar gaya graEitasi b-mi c=[ mZsL= massa B-mi dinyatakan dengan MP
rLg P ^=c` e /XLW kg P _ e /XLW kg >
Tokoh
?L–/[@
?L–LX@
b.
Menghitung Massa Matahari ;elain menghit-ng massa B-mi= massa Matahari p-n dapat dihit-ng dengan mengg-nakan persamaanApersamaan gerak saat B-mi mengelilingi Matahari: Keseimbangan gerak B-mi pada orbitnya disebabkan oleh d-a gaya yang bekerja pada B-mi= yait- besar gaya tarik Matahari F dan besar gaya sentripetal B-mi Fsp: Besar gaya tarik Matahari terhadap B-mi adalah mM ?L–L/@ FP > L r Hengan menganggap bahwa lintasan gerak B-mi ber-pa lingkaran= berlak- persamaan gerak melingkar= yait-
Isaac Newton (1642–1777)
Sumber: Fisika untuk Sains dan Teknik, 1998
Isaac Newton lahir di Inggris tahun 1642. Ia kuliah di Universitas Cambridge selama 5 tahun. Selama menjadi mahasiswa, ia tidak terlalu menonjol dalam bidang akademis. Pada waktu wabah pes menyerang Inggris, ia mengasingkan diri di pedesaan. Di tempat itulah, legenda tentang apel jatuh itu terjadi. Ia memperhatikan dan terus memikirkan mengapa apel jatuh ke bawah, gaya itulah yang kemudian disebut gaya gravitasi. Selain gaya gravitasi, ia juga menemukan prinsipprinsip dasar kalkulus.
L
Fs = m 5 ?L–LL@ r @ersamaan A'–')C dis-bstit-sikan ke @ersamaan A'–''C= menghasilkan >
#L M/m = m / rL r MP
5L r >
?L–LN@
B-mi mengelilingi Matahari dalam sat- periode ?C@ menemp-h lintasan sat- p-taran pen-h ?L0 r@: Jadi= kelaj-an perp-taran B-mi adalah 5 P
jarak temp-h L0 r P wakt- temp-h C
?L–LW@
Jika Anda s-bstit-sikan @ersamaan A'–';C ke @ersamaan A'–'JC= hasilnya adalah M P
L0 r C
L
( )
Keterangan: M P massa Matahari ?kg@ r P jarak B-mi dari Matahari ?m@ C P periode B-mi ?s@ > P _=_` e /X–/X TmLZkgL
W0 L r N r P > >C L
?L–L^@
Gaya
37
Massa Matahari dapat dihit-ng berdasarkan wakt- edar B-mi selama / tah-n: Jarak antara B-mi dan Matahari adalah /=^ e /X// m sehingga massa Matahari adalah W0 L r N M = >C L W?N=/W@L?/=^ ' /X// m@N = ?_=_`e/X $// Tm L Zkg L @?N=/^e/X ^ s@L M = L=X/ e /XNX kg
2. Kuat Medan Gravitasi Qa$el '() Tilai 'er6epatan !raEitasi di Berbagai Uempat Qem.at
@erMe.atan !raPitasi AmSs'C
K-t-b Ktara !reenland ;to6kholm Br-ssels Tew gork HenEer ;an Fran6is6o Khat-listiwa
c=[NL c=[L^ c=[/[ c=[// c=[XN c=`c_ c=[XX c=`[X
Sumber: Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 2000
Qa$el '(' Kebergant-ngan Tilai 'er6epatan !raEitasi g dengan Ketinggian Ketinggian AkmC
g AmSs'C
X ^ /X ^X /XX ^XX /:XXX ^:XXX /X:XXX
c=[N c=[/ c=[X c=_[ c=^N [=W^ `=NW N=Xc /=Wc
Sumber: Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 2000
38
;em-a benda di sekitar perm-kaan B-mi akan dipengar-hi oleh medan graEitasi B-mi sehingga memiliki gaya berat yang besarnya sebanding dengan per6epatan graEitasi di tempat terseb-t: 'er6epatan graEitasi B-mi di s-at- tempat akan semakin ke6il jika jarak antara p-sat B-mi ke tempat terseb-t semakin ja-h: Artinya= semakin ja-h letak seb-ah benda dari p-sat B-mi= semakin ke6il gaya graEitasi B-mi yang dialami oleh benda terseb-t: Qa$el '() men-nj-kkan per6epatan graEitasi di beberapa tempat: Men-r-t mekanika Tewton= gaya berat ?gaya graEitasi@ seb-ah benda memen-hi persamaan $ 2 mg= dengan g diseb-t per6epatan graEitasi yang j-ga mer-pakan gaya per sat-an massa yang dilak-kan B-mi terhadap setiap benda dan diseb-t medan graEitasi B-mi: Jika massa B-mi M dan massa seb-ah benda yang berada di perm-kaan B-mi m= benda bermasa m terseb-t akan mendapatkan gaya graEitasi yang besarnya Mm 0=F => L r sehingga akan diperoleh M g=> L ?L–L_@ r Keterangan: g P k-at medan graEitasi ?mZsL@ > P konstanta graEitasi -niEersal ?TmLZkgL@ r P jarak benda terhadap p-sat B-mi ?m@ @ersamaan A'–'RC terseb-t adalah persamaan yang menyatakan besar per6epatan graEitasi B-mi yang dialami oleh s-at- benda yang berjarak r dari p-sat B-mi dan mendapat k-at medan graEitasi g: > dan M mer-pakan konstanta dan besaran g berbanding terbalik dengan jarak s-at- benda terhadap p-sat B-mi: Jadi= semakin ja-h letak s-at- benda ?r@= semakin ke6il per6epatan graEitasi yang dialami s-at- benda:
Contoh 2.8 H-a benda A dan B masingAmasing bermassa W kg dan c kg diletakkan terpisah pada jarak ^X 6m: Hi manakah titik ' har-s ditempatkan agar k-at medan graEitasi di tempat terseb-t sama dengan nolC Dawa$: Hiketah-i: mA P W kg mB P c kg R P ^X 6m P X=^ m
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Misalnya letak titik : dari benda A adalah 3: Agar k-at medan graEitasi di titik : sama dengan nol maka mA = 4 kg mB = 9 kg gA P gB gA g2 P A B m m > AL = > BL dA RB x
mA mB = 3 L ?X= ^ $ 3@L
50 cm
L L W c L = N 1L= N = L L 1 3 X= ^ $ 3 3 X= ^ $ 3 3 ?X= ^ $ 3 @ L ?X=^ – 3@ P N 3 / – L3 P N 3 / /P^3 1 32 m ^ / Jadi= titik ' har-s ditempatkan pada jarak m dari benda A: ^
() (
)
m1 r1
;eperti halnya gaya graEitasi= per6epatan graEitasi j-ga mer-pakan besaran Eektor: Jadi= besar res-ltan per6epatan graEitasi yang bekerja pada seb-ah titik akibat medan graEitasi yang dihasilkan oleh d-a b-ah benda bermassa m / dan m L= har-s dihit-ng p-la se6ara Eektor: 'erhatikan !am$ar '();: Besar res-ltan ked-a per6epatan graEitasi terseb-t adalah
%
?L–L`@
g = g/L + g LL + g/ g L 6os%
g2
Resultan percepatan gravitasi
Pembahasan Soal
Contoh 2.9
5m
H-a b-ah benda bermassa ^ kg dan /^ kg: Uerdapat seb-ah titik F yang berjarak sama dari benda / dan benda L= yait- ^ m yang membent-k s-d-t _Xb seperti pada gambar: Jika konstanta graEitasi > P _=` e /X–// T mLZkgL= tent-kan k-at medan graEitasi di titik F: Dawa$: m1 = 5 kg Hiketah-i: r/ P rL P ^ m m/ P ^ kg mL P /^ kg g1 m/ ^ / L g > = > = > kgZm g/ P r L ?^@L ^ /
mL /^ N L g/ P > r L = > ?^@L = ^ > kgZm L K-at medan graEitasi diperoleh dari persamaan
60° O
g P
g + gL + Lg/ gL 6os%
g P
2/ 3 2N 3 2 / 32 N 3 4 > 5 + 4 > 5 + L 4 > 5 4 > 5 6os _X& P 6^ 7 6^ 7 6 ^ 76 ^ 7
g2
5m
m1 = 15 kg
L
Perbandingan antara jari-jari sebuah planet (Rp) dan jari-jari Bumi (Rb) adalah 2 : 1, dan perbandingan massanya 10 : 1. Jika berat Butet di Bumi 100 N, di planet tersebut beratnya menjadi .... a. 100 N b. 200 N c. 250 N d. 400 N e. 500 N Soal UMPTN Tahun 1990 Pembahasan: Percepatan gravitasi 1 g =
M R2
2
gp
2 Rb 3 2 M p 3 5 = 44 55 4 gb 6 R p 7 6 Mb 7
L
L
m2
r2
Gambar 2.14
Keterangan: m m g/ = > L/ dan gL = > LL rL r/
L /
g
g1
2 / L c L N L3 4 > + > + > 5 L^ L^ 7 6 L^
3 /N $// 2 / P> P ( _=` ' /X ) 4 /N 5 P W=[N e /X–// TZkg L^ 6^ 7 Jadi= k-at medan graEitasi W=[N e /X–// TZkg:
2
2 1 3 2 10 3 5 = 2,5 627 6 1 7
= 4 5 4
gp = 2,5 gb maka wp= 2,5 wb w = 2,5 (100 N) = 250 N Jawaban: c
Gaya
39
3. Hukum-Hukum Kepler
Tantangan untuk Anda Banyak penelitian menunjukkan bahwa ada beberapa tempat yang rendah, tetapi percepatan gravitasinya lebih kecil daripada tempat yang lebih tinggi. Menurut Anda, faktor-faktor apa yang menyebabkan hal tersebut?
y M b a F1
F2
x
Gambar 2.15 Dua titik fokus pada elips.
Gambar 2.16 (a) Lintasan planet yang eliptis dengan Matahari di salah satu titik fokusnya. Titik P, dinamakan perihelion, dan titik A dinamakan aphelion. (b) Luas daerah yang ditempuh dalam waktu yang sama adalah sama.
Keberadaan gaya graEitasi sangat terasa pengar-hnya dalam kehid-pan man-sia: ;alah sat- hal menarik yang mer-pakan e<ek dari gaya graEitasi adalah keterat-ran gerak planet dalam bereEol-si terhadap Matahari: Anda masih ingat b-kan tentang istilah reEol-siC ;ejak \aman dah-l-= man-sia s-dah tertarik -nt-k mengamati dan mempelajari gerak planetAplanet: 'ada tah-n /WX= @tolome-s memperA kenalkan seb-ah model Alam ;emesta= yait- B-mi sebagai p-sat Alam ;emesta: Adap-n planetAplanet= bintang= serta Matahari bergerak mengeA lilingi B-mi: Ueori terseb-t dinamakan teori geosentris: 'ada tah-n /^WN= Co.erniM-s memperkenalkan seb-ah model alam semesta bar- yang kontroEersial= yait- heliosentris: Model terseb-t menjadi kontroEersial karena yang menjadi p-sat adalah Matahari sehingga B-mi dan planetAplanet lain bergerak mengelilingi Matahari: ;etelah era Coperni6-s= m-n6-l seorang ahli astronomi= QyMho Brahe= yang berhasil memb-at model pergerakan planetAplanet dengan lebih detil: Kem-dian= model pergerakan planetAplanet yang paling <enomenal adalah model yang dikem-kakan oleh Dohannes Ke.ler: Kepler berhasil menem-kan keterat-ran gerak planetAplanet yang ia
A
Matahari
?a@
A2
b
planet A1
?b@
Men-r-t Kepler= l-as daerah A/ dan AL pada gambar terseb-t adalah sama: Hengan demikian= ke6epatan orbit planet lebih besar pada saat jarak antara planet dan Matahari dekat: Ketika jarak antara planet dan Matahari ja-h= ke6epatan orbit planet akan melambat: Kesimp-lan terseb-t dapat j-ga dib-ktikan se6ara matematis= yait- dengan mengA g-nakan konsep J-k-m Kekekalan Moment-m ;-d-t: 'embahasan dan pen-r-nan r-m-snya dapat Anda pelajari pada Bab ^:
40
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
J-k-m III Kepler menyatakan bahwa k-adrat periode setiap planet sebanding dengan pangkat tiga jarak planet terseb-t dari Matahari: Bent-k matematis dari J-k-m III Kepler ini adalah
CL Pk rN
?L–L[@
Keterangan: C P periode r P jarak antara planet dan Matahari k P konstanta
Contoh 2.10
Ingatlah
Jarak rataArata planet g-piter dan Matahari adalah ^=L sa: Berapakah periode planet g-piter terseb-tC Dawa$: Hiketah-i: CB-mi P / tah-n rB-mi P / sa rg-piter P ^=L sa
1 sa = 1,5 × 1011 m
Hitanyakan: Cg-piter
C Lg-piter r Ng-piter
P
C Lg-piter P
C LB-mi r NB-mi
r Ng-piter r NB-mi
N
CLB-mi P
(^=L sa ) (/ sa )
?/ tah-n@L P /WX=_X[
maka C g-piter P /WX=_X[ P //=c tah-n:
Uah-kah Anda berapa nilai konstanta k pada J-k-m III Kepler terseb-tC 'ada Contoh '()'= Anda dapat mengg-nakan persamaan J-k-m III Kepler tanpa memerl-kan nilai konstanta k: Akan tetapi= -nt-k beberapa kas-s ?tanpa ada data pembanding@= nilai konstanta k akan sangat membant- ?Halam sat-an astronomi ?sa@= k P /@: Anda tent- ingin mengetah-i nilai dari konstanta k terseb-t: Qleh karena it-= ik-tilah langkahAlangkah berik-t ini: 'ada gerak planet yang mengelilingi Matahari= terdapat gaya sentripetal yang arahnya men-j- Matahari ?sebagai p-sat dari gerak melingkar@: !aya sentripetal terseb-t tidak lain adalah gaya graEitasi: 'ada Bab /= Anda telah belajar tentang gerak melingkar: Besar per6epatan sentripetal pada gerak melingkar dapat dit-liskan sebagai berik-t: as P 8 Lr L0 dengan 8 P C sehingga L W0 L L0 r2 L r as P C C ;es-ai dengan J-k-m II Tewton= besar gaya sentripetalnya adalah Fs P m as
( )
Fs P
Wm0 L r CL
?h@
Tugas Anda 2.3 Hitunglah nilai konstanta k. Dengan menggunakan nilai k yang sudah Anda dapatkan, hitung kembali berapa periode planet Yupiter jika jaraknya terhadap Matahari 5,2 sa.
Gaya
41
Berdasarkan nilai CL pada @ersamaan ?'–'F@= persamaan ?h@ dapat dit-liskan menjadi Fs P
Wm0 L kr L
?hh@
;eperti telah diketah-i pada pembahasan sebel-mnya= gaya sentripetal setara dengan gaya graEitasi sehingga FgraEitasi P Fsentripetal Wm0 L > Mm P kr L rL kP
W0 L >M
?L–Lc@
Keterangan: k P konstanta pada J-k-m III Kepler > P konstanta graEitasi -niEersal ?TmLZkgL@ M P massa Matahari ?kg@ ;ekarang= Anda tent- s-dah dapat menghit-ng nilai konstanta terseb-t: Uernyata= tidak s-lit -nt-k men-r-nkan persamaan terseb-t:
4. Kelajuan Orbit Satelit
Tantangan untuk Anda Anda telah belajar tentang hubungan gaya gravitasi dan massa sebuah planet. Sekarang, hitunglah berapa nilai percepatan gravitasi (g) pada setiap planet di dalam tata surya ini. Kemudian, apakah Anda dapat menduga hubungan antara nilai percepatan gravitasi dan jarijari planet-planet tersebut?
Tugas Anda 2.4 Diskusikan bersama teman sekelas Anda. Jika Anda menimbang berat badan, sebenarnya angka yang ditunjukkan oleh timbangan adalah massa badan atau gaya berat badan?
Ada d-a ma6am satelit yang dikenal= yait- satelit alami dan satelit b-atan: ;atelit alami= misalnya B-lan= sedangkan satelit b-atan= misalnya satelit G3plorerH /imbusH dan Midas: ;atelit b-atan yang pertama berhasil mengorbit B-mi adalah satelit Jputnik I= dil-n6-rkan oleh Kni ;oEyet pada W Qktober /c^`: ;atelit ini mengelilingi B-mi dalam wakt- /=^ jam dengan kelaj-an L:[[X kmZjam: Indonesia memiliki satelit kom-nikasi pertama bernama :alapa: ;atelit terseb-t dig-nakan -nt-k memberi pelayanan kom-nikasi= radio= dan teleEisi kepada sebagian besar pend-d-k Indonesia: Bahkan= beberapa negara tetangga menyewanya -nt-k keperl-an yang sama: ;-mber energi -nt-k mengoperasikan satelit adalah baterai sel Matahari= yait- sel silikon yang meng-bah sinar Matahari menjadi energi listrik: ;-mber energi lain yang dig-nakan adalah generator yang langs-ng menghasilkan energi listrik dari tenaga atom sehingga satelit dapat bergerak pada orbitnya mengelilingi B-mi dengan kelaj-an tetap: !aya graEitasi B-mi ber<-ngsi sebagai gaya sentripetal sehingga satelit tetap berada pada orbitnya -nt-k mengelilingi B-mi: Jika massa satelit m bergerak dengan kelaj-an 5 dalam orbit lingkaran berjariAjari r maka akan diperoleh persamaan berik-t ini:
5L Mm => L r r sehingga kelaj-an satelit agar tetap berada pada orbitnya adalah m
5=
>M r
Keterangan: M P massa B-mi ?kg@ r P jariAjari orbit satelit ?m@ > P konstanta graEitasi -niEersal ?TmLZkgL@
42
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
?L–NX@
Contoh 2.11
/ R dari L LW perm-kaan B-mi= jika diketah-i massa B-mi ^=c` e /X kg dan jariAjarinya _=N` e /X_ mC Dawa$: Hiketah-i: / Jarak satelit dari perm-kaan B-mi P R: Hengan demikian= jarak satelit ke p-sat L / B-mi adalah r P / R: L > P _=_` e /X–// TmLZkgL M P ^=c` e /XLW kg R 2 _=N` e /X_ m dengan memas-kkan nilai >= M= dan R maka >M >M 5 P = N r R L 'ada kelaj-an berapakah satelit b-atan har-s mengorbit B-mi pada ketinggian
LW L L 2 ^=c`e/X kg 3 $// P ?_=_` ' /X Tm Z kg @4 5 4 N ?_= N`e/X_ m@ 5 6L 7 P _:W^^=^` mZs= dib-latkan menjadi _:W^_ mZs Jadi= satelit har-s mengorbit dengan ke6epatan _:W^_ mZs:
5. Periode Satelit pada Orbitnya (Materi Pengayaan) Apakah Anda masih ingat J-k-m III KeplerC Kepler menyatakan bahwa k-adrat periode reEol-si planet terhadap Matahari sebanding dengan pangkat tiga jarak planet terseb-t dari Matahari: Konsep terseb-t dapat diterapkan j-ga -nt-k satelit: Jadi= Anda dapat menent-kan periode seb-ah satelit dengan persamaan berik-t: CL Pk rN CL P krN
Qleh karena k P
?L–N/@
N
W0 maka >M CL P
W0 N N r >M
?L–NL@
Tantangan untuk Anda Geosynchronous satellite adalah istilah untuk satelit Bumi yang mengorbit pada daerah yang sama di ekuator Bumi. Dengan menggunakan pemahaman Anda, dapatkah Anda menduga bagaimana caranya satelit tersebut selalu mengorbit di tempat yang sama? Mengapa orbitnya harus berada di ekuator?
Keterangan: C P periode orbit satelit ?s@ > P konstanta graEitasi ?TmLZkgL@ M P massa B-mi ?kg@ r P jarak satelit ke p-sat B-mi ?m@
Contoh 2.12 'eriode Merk-ri-s mengelilingi Matahari adalah [[ hari= sedangkan periode B-mi mengelilingi Matahari adalah N_^ hari: Jika jarak B-mi ke Matahari adalah /=^ e /X// m= tent-kanlah jarak Merk-ri-s ke Matahari: Dawa$: Hiketah-i: CB P N_^ hariY CM P [[ hariY rBM P /=^ e /X// m
Gaya
43
Kata Kunci • • • •
C LP
kelajuan orbit konstanta gravitasi universal percepatan gravitasi periode orbit
W0 L N r >M
C L!rN
rBM N CB L P rMM N CML
rMM 2
N
CM CB
L
L
rBM
N
2 rBM
N
CML L B
2
N
[[L r BM P X=Nc rBM N_^L
P X=Nc ?/=^ e /X// m@ P ^=[ e /X` km P ^[ j-ta km: Jadi= jarak Merk-ri-s ke Matahari adalah ^[ j-ta km:
Tes Kompetensi Subbab
B
Kerjakanlah :alam $-k- latihan( /:
L:
N:
W:
^:
H-a b-ah bola masingAmasing memiliki massa / kg dan W kg terpisah pada jarak N m: Uepat di antara d-a bola terseb-t terdapat seb-ah bola ketiga yang bermassa L kg: Uent-kan: a: res-ltan gaya graEitasi yang bekerja pada bola ketigaY b: letak ata- posisi bola ketiga agar res-ltan gaya graEitasinya nol: ;atelit dari planet B-mi memiliki periode /[X hari: Massa B-mi _ e /XLW kg: Uent-kanlah jariAjari orbit satelit terseb-t: 'er6epatan graEitasi B-mi di perm-kaan B-mi adalah c=[ mZsL: Jika jariAjari B-mi _=N` e /X_ m= hit-ng massa jenis B-mi: JariAjari planet g-piter // kali jariAjari B-mi: Jika berat badan Made di B-mi [XX T= berapakah berat badannya di g-piterC ;eb-ah benda jat-h bebas dari ketinggian h meter di atas perm-kaan B-mi: Benda men6apai tanah dalam wakt- /X detik: Jika benda yang sama dijat-hkan pada ketinggian h di atas perm-kaan B-lan= hit-ng berapa wakt- yang dib-t-hkan -nt-k men6apai perm-kaan / B-lan: ?massa b-lan massa B-mi dan jariAjari B-lan [/ P X=L` jariAjari B-mi@
_: ;eorang anak bermassa WX kg berada di atas perm-kaan B-mi: Jit-nglah massa anak it- pada ketinggian /X:XXX m di atas perm-kaan B-mi: ?Hiketah-i per6epatan graEitasi B-mi P c=[ mZsL dan jariAjari B-mi _:N`X km@ `: Massa seb-ah planet ^ kali massa B-mi= sedangkan jariAjarinya L kali jariAjari B-mi: Jika berat ;ri di perm-kaan B-mi adalah WXX T= berapakah berat ;ri di perm-kaan planet terseb-tC [: 'ada titik A ?X= X@ dan B ?W= X@ diletakkan titik massa sebesar c kg dan /_ kg: ;eb-ah benda C diletakkan di antara A dan B: Hi manakah letak benda C ?m P ^ kg@ agar gaya tarik di C nolC ?;at-an sistem koordinat dalam meter@: c: 'ada titik s-d-t segitiga samasisi dengan sisi /X 6m= ditempatkan benda dengan massa L kg= ^ kg= dan N kg: Uent-kan gaya tarik graEitasi yang bekerja pada benda yang bermassa N kg: /X: Uent-kan periode seb-ah satelit B-mi yang radi-s orbitnya sepertiga jarak antara B-lan dan B-mi: Tyatakan jawabannya dalam hari: ?dataArata jarak B-lan ke B-mi adalah N=[W e /X[ m@:
C. Elastisitas dan Gaya Pegas Hi ;M'= Anda telah mempelajari si
44
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
!elain memiliki si+at elastis- benda padat juga memiliki si+at plastisyaitu ketika gaya yang bekerja pada benda ditiadakan maka benda tidak dapat kembali ke bentuk semula. !i+at plastis timbul jika gaya yang diberikan melebihi batas elastisitas benda. Beberapa contoh benda yang memiliki si+at plastis yang cukup besar- antara lain tanah lempung dan plastisin. Kedua si+at elastis dan plastis tersebut dimiliki oleh setiap benda padat. Akan tetapi- kadar kedua si+at tersebut untuk setiap benda berbeda-beda. Karet memiliki si+at plastis yang sangat rendah dan si+at elastis yang sangat tinggi. >leh karena itu- karet sangat cocok digunakan sebagai bahan pembuat ban kendaraan.
1. Tegangan dan Regangan
karet
karet
!0
!!
F
karet ditarik
(a) F (N)
gaya tarik
?ntuk lebih memahami elastisitas suatu benda- perhatikan !ambar 2.1) +a,. Pada gambar tersebut terlihat seutas karet yang memiliki panjang mula-mula ! 0 . Karet tersebut ditarik dengan gaya sebesar F1 sehingga karet mengalami pertambahan panjang sebesar !! 1. Ketika tarikannya dilepas- karet kembali ke panjang semula. Ini berarti- karet masih berada dalam daerah elastisitasnya. Kemudian- besar gaya tarikan pada karet diperbesar menjadi F2 dan karet mengalami pertambahan panjang sebesar !! 2 . Ketika gaya tarikan dilepas- ternyata karet kembali ke panjang semula. Ini berarti- karet tersebut berada dalam daerah elastis. !etiap benda memiliki batas elastisitas tertentu- jika gaya yang diberikan pada benda melewati batas elastisitasnya- benda tersebut akan mengalami perubahan bentuk (de+ormasi). Hika besar gaya tarikan pada karet ini diperbesar lagi menjadi FI maka karet akan putus. Ini berarti- gaya tarikan pada karet telah mencapai titik putusnya. ?ntuk lebih jelasnya- silahkan Anda ulangi lagi membaca ilustrasi ini sambil melihat !ambar 2.1)+b,. Dalam pembahasan mengenai elastisitas- Anda akan menemukan pengertian stress (tegangan) dan strain (regangan). Gaya yang bekerja per satuan luas penampang disebut tegangan. !ecara matematis- tegangan dapat ditulis sebagai berikut. F "! (2LII) A KeteranganM " N tegangan atau stress (NPm2) F N besar gaya tarik (N) A N luas penampang (m2) Perbandingan antara pertambahan panjang dan panjang mula-mula disebut strain atau regangan. !ecara matematis- dapat ditulis sebagai berikut. !! #! (2LIQ) !0 KeteranganM # N reganganPstrain !! = pertambahan panjang (m) ! 0 N panjang awal (m)
ba
t
as
el
t as
isi
ta
s titik putus
F3 F2
F1 daerah elastis pertambahan panjang
(b)
!! (m)
Gambar 2.17 (a) Besar gaya tarik F menyebabkan karet bertambah panjang. (b) Grafik F – !! seutas karet yang ditarik dengan besar gaya F.
Gaya
45
2. Modulus Elastisitas Gantunglah sebuah karet ban sepanjang R0 cm dan sepotong kawat dengan panjang yang sama. Kemudian- berilah beban bermassa 200 g pada setiap benda tersebut. Apa yang dapat Anda amati dari aktiSitas tersebutT Pertambahan panjang yang dialami karet ban dan kawat ternyata berbeda. Perbedaan tersebut disebabkan oleh perbedaan modulus elastisitas atau Modulus Voung yang dimiliki kedua benda tersebut. !ecara matematismodulus elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan yang dimiliki benda. " -! (2LI5) # Dengan melakukan substitusi Persamaan +2122, dan Persamaan +2123, ke Persamaan +2125, maka didapatkan persamaanM F! o -! (2LIR) A!! KeteranganM - N modulus elastisitas atau modulus Voung (NPm2).
3. Hukum Hooke Hika sebuah pegas diberi gangguan sehingga pegas merenggang (berarti pegas ditarik) atau merapat (berarti pegas ditekan)- pada pegas akan bekerja gaya pemulih yang arahnya selalu menuju titik asal. Dengan kata lain- besar gaya pemulih pada pegas ini sebanding dengan gangguan atau simpangan yang diberikan pada pegas. Pernyataan tersebut dikenal dengan Xukum Xooke. !ecara matematis- Xukum Xooke ditulis sebagai berikut. (2LIY) F N k !! atau F N k ! x KeteranganM F N Besar gaya pemulih pegas (N) k N Konstanta pegas (NPm) !! N !x N simpangan pada pegas (m) ?ntuk lebih memahami besar konstanta elastisitas pegas k- lakukanlah kegiatan berikut ini.
Aktivitas Fisika 2.2 Hukum Hooke Tujuan Percobaan Menentukan konstanta elastisitas pegas Alat-Alat Percobaan 1. Pegas 2. Statif 3. Penggaris 4. Ember kecil 5. Koin kecil bermassa 50 g sebanyak 10 buah 6. Neraca Ohaus Langkah-Langkah Percobaan 1. Susunlah batang statif dan pegas seperti terlihat pada gambar. 2. Ukurlah panjang mula-mula pegas tersebut. 3. Timbanglah berat ember dengan neraca Ohaus. 4. Gantunglah ember kecil dan sebuah koin bermassa 50 g. 5. Catatlah panjang pegas tersebut pada tabel data pengamatan. 6. Ulangi langkah pada poin ke-3 dengan 2 keping koin, 3 keping koin, dan seterusnya sampai 10 keping koin.
46
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
7. Ulangi langkah pada poin ke-4 untuk setiap penambahan koin. 8. Dari data tersebut, buatlah grafik plot dan grafik garis lurus F –!x. 9. Hitunglah nilai konstanta pegas k dari grafik tersebut.
Contoh 2.13 !eutas kawat panjangnya 50 cm dan luas penampangnya 2 cm2. !ebuah gaya 50 N bekerja pada kawat tersebut sehingga kawat bertambah panjang menjadi 50-Z cm. XitunglahM a. regangan (strain) kawat[ b. tegangan (stress) kawat[ dan c. modulus elastisitas kawat. 5a6ab: DiketahuiM ! = 50 cm N 0-5 m !! N 0-Z cm N Z \ 10LI m F N 50 N A N 2 cm2 N 2 \ 10LQ m2 a. ReganganM !! Z\10 $I m #! ! ! 1-R\10 $2 ! 0 5\10 $1 m b. TeganganM 50 N F "! ! 5 2 A 2 " 10 $Q m 2 N 2-5 \ 10 NPm c. Modulus elastisitasM " 2-5\10 2 NPm 2 -! ! N 1-R \10Y NPm2 # 1-R\10 $2 Hadi- besar regangan- tegangan- dan modulus elastisitas batang tersebut berturut-turut adalah 1-R \ 10L2 [ 2- 5 \ 105 NPm2[ dan 1-R \10Y NPm2.
4. Susunan Beberapa Pegas Tahukah Anda beberapa penggunaan pegas dalam kehidupan seharihariT Alat-alat yang Anda gunakan- mulai dari alat sederhana sampai alat yang menggunakan teknologi modern banyak menggunakan pegas. Hika Anda menggunakan bolpoin mekanik- Anda akan menemukan pegas di dalamnya. Pegas dalam bolpoin mekanik ber+ungsi untuk mengatur keluar masuknya mata bolpoin. Dalam bidang otomoti+- pegas pun banyak digunakan. Anda akan menemukan pegas pada sepeda motor ataupun mobil. Pegas pada sepeda motor dan mobil dikenal dengan nama shockbreaker. Tahukah Anda +ungsi shockbreaker pada sepeda motor atau mobilT Perhatikanlah !ambar 2.18.
Gambar 2.18
Sumber: Dokumentasi Penerbit
(a)
(a) Sepeda motor yang menggunakan monoshockbreaker (b) Sepeda motor yang menggunakan double shockbreaker
(b)
Gaya
47
k1
Shockbreaker pada sepeda motor ada yang menggunakan sistem monoshockbreaker dan double shockbreaker. Menurut Anda- sistem manakah yang dapat memberikan kenyamanan bagi pengendara sepeda motor- sistem monoshockbreaker atau double shockbreakerT Adakah hubungannya dengan gaya yang bekerja pada setiap shockbreaker tersebutT !epeda motor yang menggunakan sistem monoshockbreaker dapat dianalogikan dengan sistem satu pegas dan satu beban- sedangkan sistem double shockbreaker dapat dianalogikan dengan sistem dua pegas yang disusun secara paralel dengan satu beban. Bagaimanakah perhitungan gaya dan konstanta pegas pada kedua sistem pegas tersebutT Berikut ini akan dibahas tentang sistem pegas yang disusun secara seri- paralel- dan seri-paralel. a. Pegas Disusun secara Seri Perhatikan !ambar 2.19. Dua buah pegas disusun secara seri dan setiap pegas memiliki konstanta pegas k1 dan k2. Hika pada ujung pegas yang disusun seri tersebut diberi gaya !- kedua pegas tersebut akan menerima gaya yang sama- yaitu :. Dari pegas 1 dan pegas 2- akan diperoleh persamaan
k1
k2
k2
F
Gambar 2.19 Pegas disusun seri.
F ! k1 !x1 ! k2 !x 2 Pertambahan panjang pegas total !x sama dengan !x1 _ !x 2 sehingga pada pegas yang disusun seri berlakuM F ! !x1 # !x 2 ks F F F ! # ks k1 k2 1 1 1 ! # ks k1 k2
ks !
k1k2 k1 # k2
(2LIZ)
KeteranganM ks adalah konstanta pegas untuk pegas yang disusun seri. b. Pegas Disusun secara Paralel Dua buah pegas disusun secara paralel seperti pada !ambar 2.20setiap pegas memiliki konstanta k1 dan k2. Hika pada ujung pegas yang tersusun secara paralel tersebut diberikan gaya F- besar gaya F dibagi menjadi dua pada kedua pegas tersebut- misalnya F1 dan F2. k1
F1 ! k1!x1 ! k 1!x
k2
F1
F2 F
Gambar 2.20 Pegas disusun paralel.
F2 ! k2 !x 2 ! k 2 !x
Pada pegas yang disusun paralel berlakuM F N F1 _ F2 k p !x p ! k 1 !x # k2 !x 2 Pertambahan panjang pegas total sama dengan pertambahan panjang setiap pegas- atau !x1N ! x 2 N !x p sehingga persamaan konstanta pegas paralel menjadi kp N k1 _ k2
48
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(2LI`)
Dengan demikian- pada sepeda motor yang menggunakan sistem double shockbreaker terjadi pembagian gaya oleh kedua shockbreakersedangkan pada sistem monoshockbreaker gaya hanya bekerja pada satu shockbreaker.
Contoh 2.14 Tiga buah pegas disusun seri- setiap pegas memiliki konstanta pegas sebesar 1.200 NPmR00 NPm- dan Q00 NPm. Ketiga pegas tersebut diberi gaya sebesar Q0 N. Berapakah k total pegas-pegas tersebutT 5a6ab: DiketahuiM k1 = 1.200 NPm[ k2 = R00 NPm[ kI = Q00 NPm. 1 1 1 1 1 1 1 1_2_I ! ! # # _ _ ! ktotal k1 k2 kI 1.200 R00 Q00 1.200 k total N 200 NPm.
Tantangan untuk Anda Sepeda motor keluaran terbaru banyak yang menggunakan sistem monoshockbreaker. Menurut Anda, apakah hal tersebut ada hubungannya dengan tingkat kenyamanan sepeda motor tersebut? Selain itu, apakah permukaan jalan yang dilalui oleh sepeda motor akan memengaruhi gaya yang bekerja pada pegas (shockbreaker) sepeda motor?
Hadi- besar k total pegas tersebut adalah 200 NPm.
Contoh 2.15 Dua buah pegas disusun secara paralel- setiap pegas memiliki konstanta pegas 200 NPm. Hika pada susunan paralel pegas tersebut diberi gaya berat 20 N- hitunglah pertambahan panjang pegas. 5a6ab: DiketahuiM F N 20 N k1 N 200 NPm k2 N I00 NPm kI N 20 NPm k total N k1 + k2 N 200 NPm _ I00 NPm N 500 NPm F N ktotal !x 20 NN 500 NPm( !x ) !x N 0-0Q m N Q cm Hadi- pertambahan panjang pegas tersebut sebesar Q cm.
k1
k2
k3 F
Gambar 2.21 Susunan pegas secara paralel-seri.
c.
Pegas Disusun secara Paralel-Seri Tiga buah pegas disusun secara paralel-seri seperti pada !ambar 2.21setiap pegas memiliki konstanta pegas k1- k2- dan kI. Pada ujung pegas yang tersusun secara paralel-seri tersebut diberikan gaya sebesar F. Dengan menggunakan rumusan konstanta pegas pada susunan seri dan susunan paralel- konstanta pegas total dapat ditentukan. Caranya dengan menyederhanakan susunan pegas pada !ambar 2.21. Pertama- konstanta pegas k1 dan k2 dianggap menjadi pegas susunan paralel tanpa gangguan dari pegas ke-I. >leh karena itu- persamaan konstanta pegas k1 dan k2 menjadi kp N k1 _ k2 Kemudian- nilai konstanta pegas tersebut digabungkan secara seri dengan pegas ke-I sehingga 1 1 1 ! # kseri k p kI
k p kI atau kseri N k # k p I
(2LQ0)
shockbreaker
Sumber: Kamus Visual, 2004
Gambar 2.22 Sistem pegas yang digunakan pada shockbreaker mobil. Dapatkah Anda memperhitungkan gaya yang bekerja pada setiap shockbreaker?
Gaya
49
Tugas Anda 2.6
Contoh 2.16 Tentukan nilai perbandingan periode susunan pegas pada !ambar +a, dan !ambar +b, jika massa bebannya sama- yaitu m.
Jika shockbreaker motor mulai terasa tidak nyaman, shockbreaker tersebut dapat direparasi di bengkel. Diskusikanlah bersama teman Anda menurut tinjauan Fisika, apa yang dilakukan teknisi bengkel untuk mereparasi shockbreaker tersebut?
k
k
k
k
y1
2k
6k (a)
m
k
(b)
m
5a6ab:
!usunan pegas pada !ambar +a, terdiri atas tiga buah pegas yang disusun paralel- kp N k _ k _ k N Ik. Hadi- kp N Ik.
Kata Kunci • • • • • •
k p(Rk)
(Ik)(Rk) = =2k atau ks N 2k. k p # Rk Ik # Rk !usunan pegas pada !ambar +b,- merupakan pegas yang disusun secara paralel atau kp N k _ k N 2k. Hadi- kp N 2k.
gaya pulih konstanta pegas regangan susunan pararel susunan seri tegangan
!usunan seri dengan pegas R k maka ks =
(k p )(2k)
(2k)(2k) N N 1 k atau ks N k. 2k # 2k k p # 2k Perbandingan periode susunan pegas pada !ambar +a, dan susunan pegas pada !ambar +b, adalah
!usunan seri dengan pegas 2 k adalah ks N
Ta M Tb = 2%
m m M 2% ka kb
1 1 1 1 M T a M Tb = k M k N 2k k a b
Hadi- Ta M Tb N 1: 2
Tes Kompetensi Subbab
C
<er=a>anlah dalam bu>u latihan. 1.
2.
I.
50
!ebuah balok besi bermassa 10 kg digantungkan pada sebuah kawat logam berdiameter 0-2 cm dan panjang 50 cm. Akibatnya- kawat logam tersebut memanjang sejauh 0-02 cm. Xitunglah tegangan- regangan- dan modulus elastisitas kawat tersebut. Diketahui modulus Voung timah 1-R\1010 NPm2. Xitunglah berat beban maksimum yang boleh digantungkan pada seutas kawat timah yang berdiameter 10 mm- jika regangan yang terjadi tidak boleh lebih dari 0-001. Perhatikanlah gra+ik hasil eksperimen berikut. Gra+ik tersebut menunjukkan gaya yang diberikan pada sebuah pegas dalam satuan N (pada sumbu-y) sebanding dengan pertambahan panjangnya dalam satuan mm (pada sumbu-x) sehingga menghasilkan sebuah persamaan garis lurus. Hika pada garis tersebut terdapat titik A (20- I) dan titik B (Q0- R)- tentukan besar konstanta gaya pegas tersebut.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
F (N) 6
3
0
Q.
5.
R.
B (40,6)
A (20,3) 20
40
x (mm)
!ebuah benda bermassa 0-5 kg digantung pada sebuah pegas sehingga pegas tersebut bertambah panjang 5 cm. Xitunglah konstanta pegas tersebut. (g N 10 mPs2) Diketahui modulus elastisitas besi adalah 2-1 \ 105 NPm2. Hika sebuah balok besi dengan luas penampang Q cm2 dan panjang 100 cm ditarik dengan gaya sebesar 10 Ntentukan pertambahan panjang kawat dan tetapan gaya kawat tersebut. Tiga buah pegas identik disusun secara paralel. Hika konstanta setiap pegas k N 100 NPm- hitunglah pertambahan panjang total sistem pegas setelah diberi beban yang beratnya I0 N.
Y.
Z.
Hika sebuah benda bermassa 1-25 kg ditimbang dengan neraca pegas- pegas akan menyimpang 5 cm. Tentukan besar konstanta pegas dari neraca pegas tersebut. (diketahui g N 10 mPs2) !ebuah pegas memiliki konstanta pegas sebesar k N Q00 NPm. !aat beban bermassa 10 kg digantungkan pada ujung pegas- ternyata panjang pegas menjadi Z5 cm. Hika g N 10 mPs2- berapakah panjang pegas mula-mulaT
`. !ebuah pegas panjangnya Q2 cm jika dibebani benda seberat Q0 N- dan panjangnya QQ cm jika dibebani benda seberat Z0 N. Xitunglah konstanta pegas tersebut. 10. Terdapat 5 buah pegas identik dengan konstanta setiap pegas adalah k N 50 NPm. Tentukan pertambahan panjang total sistem pegas setelah diberi beban 0-25 kgjika setiap pegas disusun secaraM a. seri dan b. paralel dengan g N 10 mPs2.
D. Gerak Harmonik Sederhana !ebuah benda dikatakan bergerak harmonik jika benda tersebut melakukan gerak secara bolak-balik di sekitar titik kesetimbanganmisalnya ayunan sederhana yang banyak dijumpai di arena bermain Taman Kanak-Kanak. Gerak bolak-balik sebuah ayunan terus berlangsung jika diberi gaya dorong secara berkelanjutan untuk melawan gaya gesek. Gerak bolak-balik pada ayunan disebut juga gerak harmonik sederhana. Ayunan akan berhenti di titik kesetimbangan. Hika gerakan bolak-balik tersebut berlangsung dalam selang waktu yang sama- gerak tersebut dinamakan gerak periodik. Dalam bab ini- Anda akan membahas gerak harmonik sederhana dengan mengabaikan adanya gesekan yang terjadi. Contoh gerak harmonik sederhana dapat Anda lihat pada ayunan bandul sederhana atau getaran pada pegas. Baik getaran pegas atau gerakan bolakbalik pada bandul sederhana- arahnya selalu menuju titik kesetimbangan.
1. Simpangan Gerak Harmonik Sederhana Perhatikan !ambar 2.22. !ebuah titik bergerak melingkar beraturan. Hika waktu yang diperlukan untuk berpindah dari posisi P0 ke posisi P adalah t2% besar sudut yang ditempuh titik itu adalah & N' t N 2 % f t = T t. Proyeksi titik P terhadap sumbu-y adalah Py dan proyeksi titik P terhadap sumbu-x adalah Px- sedangkan OP adalah jari-jari lingkaran R. Hika Anda perhatikan proyeksi titik P pada sumbu-y- proyeksi tersebut memiliki simpangan maksimum A yang disebut amplitudo. Besar proyeksi di titik P pada sumbu-y dapat ditulis - = A sin ' t N A sin 2 % ft (2LQ1)
( )
Hika titik awal bergerak mulai dari & 0- Persamaan +2131, dapat ditulis - = A sin ( ' t + & 0) N A sin (2 % f t + & 0)
(2LQ2)
y P
Py R
&
x Px
Po
Gambar 2.23 Sebuah titik bergerak dari posisi Po ke posisi P.
KeteranganM - N simpangan (m) f N +rekuensi (Xb) A N amplitudo (m) & 0 N sudut awal (rad) t N waktu (sekon) ' N +rekuensi sudut (radPs) Besar sudut yang ditempuh sebuah titik dalam +ungsi sinus disebut sudut 2% t fase. Besar sudut +ase adalah & N ' t _ & 0 N _ & 0. Hika & N 2 % T ) t &0 * + # , ! 2%( di mana ( adalah +ase getaran- persamaan +ase getarannya - T 2% .
Gaya
51
Informasi untuk Anda Suatu ketika ayunan sebuah lampu yang tergantung tali panjang pada sebuah bangunan di Pisa diamati oleh Galileo. Hal tersebut memberikan inspirasi kepadanya bahwa periode sebuah bandul tidak bergantung pada amplitudonya.
Information for You One time Galileo saw a lamp swinged over time. It was hang by a long rope and tight to an old building in Pisa. That phenomenon became something that has inspired him for a thought that pendulum’s period was not depend on its amplitud.
t &0 # (2LQI) T 2% !ebuah titik yang bergerak harmonik sederhana berpindah dari t1 t & t & memiliki +ase (1 ! 1 # 0 dan pada saat t2 memiliki +ase (2 ! 2 # 0 T 2% T 2% maka beda +ase t2 dan t1 untuk t2 c t1 adalah
( !
!( ! (2 $ (1 !
(2LQQ)
Pada gerak harmonik sederhana- beda +ase dinyatakan oleh angka dari nol sampai dengan satu. Beda +ase untuk bilangan bulat tidak perlu 1 1 1 disertakan- misalnya 1 - 2 - I [ dan seterusnya- cukup ditulis beda 2 2 2 1 +asenya adalah saja. Posisi benda (titik) dikatakan se+ase jika beda 2 1 +asenya nol (0)- dan berlawanan +ase jika beda +asenya setengah 2 . !ecara matematis- dapat ditulis sebagai berikut.
()
!e+aseM atau Berlawanan +aseM
!( N 0- 1- 2- I- ...
!( N n !( N
(2LQ5)
1 1 1 - 1 - 2 - ... 2 2 2
1 (2LQR) 2 KeteranganM n adalah bilangan cacah 0- 1- 2- I- dan seterusnya.
atau
Tokoh
t2 L t1 T
!( N n _
2. Kecepatan Gerak Harmonik Willems Gravesande (1688–1742)
Kecepatan gerak harmonik sederhana merupakan turunan pertama dari persamaan posisi terhadap waktu. Benda pada awalnya bergerak & 0 N 0 dy maka nilai kecepatannya adalah v y ! ! d (A sin ' t). dt dt vy N ' A cos ' t
(2LQY)
Nilai vy akan mencapai maksimum jika nilai cos ' t N 1 sehingga nilai maksimum dari vy N ' A. Hadi- kecepatan maksimum memenuhi persamaan berikut. vm N ' A (2LQZ)
Sumber: research.leidenuniv.nl
Ilmuwan Belanda, Willems Gravesande (1688–1742) membuat beberapa perkakas untuk melakukan percobaan merangkai gerak. Ia juga membuat peralatan untuk mengamati mengapa pegas yang ditekan dapat menggerakkan bendabenda lain, begitu tekanannya dilepaskan. Terungkap bahwa energi potensial tersimpan di dalam benda, seperti pegas yang menjadi energi gerak, kemudian menyebabkan benda bergerak.
52
Dari Persamaan +213), dan +2138, akan diperolehM vy N vm cos ' t
(2LQ`)
Kecepatan di sembarang posisi sebuah titik yang bergerak harmonik adalah - = A sin ' t[ -2 = A2 sin2 ' t[ -2 = A2 (1 – cos2 ' t). Dengan melakukan substitusi dari Persamaan +2138, dan +2139, ke dalam persamaan -2 N A2 (1 – cos2 ' t)- diperoleh vyN ' A 2 $ - 2
KeteranganM vy N kecepatan terhadap sumbu-y (mPs) A N amplitudo (m) ' N +rekuensi sudut (radPs) - N simpangan (m)
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(2L50)
3. Percepatan Gerak Harmonik Sederhana !eperti penjelasan percepatan pada gerak lurus sebelumnya- diketahui bahwa percepatan sesaat gerak harmonik sederhana suatu getaran juga merupakan turunan pertama dari persamaan kecepatan getaran- dan dvy d ditulis sebagai ay N N ( ' A cos ' t). dt dt ay N L ' A sin ' t N L ' 2
y
(2L51)
2
Dari Persamaan +2151,- simpangan - bertanda negati+ (L)- artinya kecepatan arah ay menuju sumbu - positi+. !ebaliknya- pada saat simpangan - ke sumbu positi+- arah percepatan ay menuju ke sumbu - negati+. ?ntuk lebih jelasnya- perhatikan !ambar 2.23. Menurut Xukum II Newton- arah percepatan ay sama dengan arah gaya pemulih (gaya yang selalu menuju titik keseimbangan). !ama halnya dengan kecepatan maksimum- nilai percepatan ay akan maksimum jika % sin ' t N 1 atau ' t N rad. Hadi- persamaan percepatan maksimum 2 gerak harmonik adalah (2L52) am N ' 2 A KeteranganM am N percepatan maksimum (mPs2) ' N +rekuensi sudut (radPs) A N amplitudo (m) Pada !ambar 2.25 terlihat tiga buah gra+ik- yaitu gra+ik simpangan y terhadap waktu t- gra+ik kecepatan vy terhadap waktu t- dan gra+ik percepatan ay terhadap waktu t. Pada saat t N 0- gra+ik simpangan y menunjukkan harga minimum (y N 0 di titik setimbang). Gra+ik kecepatan vy menunjukkan harga maksimum (vm N ' A)- dan gra+ik percepatan a menunjukkan harga minimum. !ebaliknya- pada saat nilai simpangan mencapai maksimum (- = A)- nilai kecepatan minimum (vy N 0)- dan nilai percepatan akan maksimum (amaksN ' 2 A).
Y+ aY – x
aY + Y–
Gambar 2.24 Arah simpangan Y dan percepatan ay pada gerak harmonik sederhana selalu berlawanan.
y
ymak A
t
0 a y
(a)
vy +' A
t
0
(b)
ay –' A
Contoh 2.17
t
!ebuah benda melakukan gerak harmonik sederhana sepanjang sumbu-y. Persamaan 1 simpangannya dinyatakan sebagai - N 2 sin % t # % dengan - dalam meter dan t R dalam sekon. TentukanM a. amplitudo- +rekuensi- dan periode geraknya b. persamaan percepatan dan kecepatan c. simpangan- kecepatan- dan percepatan pada saat t N 2 sekon d. kecepatan maksimum dan percepatan maksimum 5a6ab: a. Persamaan simpangan gerak harmonik sederhana- yaitu - = A sin ( ' t + & 0 ). 1 Bandingkan dengan persamaan simpangan - N 2 sin % t # % R diperoleh A N 2 m dan ' N % radPs- maka 1 1 1 2 % f N % atau f N Xb N 0-5 Xb dan T N f N 0- 5 N 2 sekon 2 b. Persamaan kecepatan vy dan persamaan percepatan ay akan diperoleh
(
)
(
(c) Gambar 2.25 Grafik gerak harmonik sederhana: (a) simpangan terhadap waktu, (b) kecepatan terhadap waktu, dan (c) percepatan terhadap waktu.
)
dd % % N d2 sin % t # e N 2 % cos % t # mPs dt dt R R dvy d % % ay N N d2 % cos % t # e N L 2 % 2 sin % t # mPs2 dt R R dt
vy N
(
)
(
(
)
)
(
)
Gaya
53
gerak kertas
pegas yang naik turun
c.
(
Gambar 2.26
)
% N 2 sin I`0g N 1 m R % vy N 2 % cos 2% # N 2 % cos I`0g N 5-QQ mPs R % ay N L 2 % 2 sin 2% # N 1`-Y2 sin I`0g N `-ZR mPs2 R Dari persamaan simpangan pada butir (a)- diperoleh vm = ' A = 2 % f A = R-2Z mPs. am = ' 2 A = Q % 2 f 2 A = 1`-Y2 mPs2 . - N 2 sin 2% #
d. Percobaan untuk menghasilkan grafik simpangan terhadap waktu.
Pada saat t N 2 sekon maka
(
(
)
)
4. Periode dan Frekuensi pada Gerak Harmonik
B
O garis setimbang
A
(a)
A
B O
garis setimbang
(b) Gambar 2.27 Periode dan frekuensi pada (a) pegas, (b) bandul, dapat ditentukan dari besar simpangannya.
(a)
(b)
+y
(c)
–F
+y
P –y –y
F
Gambar 2.28 Arah gaya pemulih pada pegas selalu berlawanan tanda dengan simpangan.
54
Besar simpangan gerak harmonik sederhana pada pegas dan banduldapat ditentukan dengan mengamati gerak bolak-balik pada getaran pegas dan ayunan sederhana. Anda akan memperoleh periode getaran (T) dan +rekuensi (f). Periode getaran adalah waktu yang diperlukan beban untuk melakukan satu kali gerak bolak-balik (getaran). frekuensi getaran adalah banyaknya gerak bolak-balik yang dapat dilakukan dalam waktu satu sekon. Periode yang dilakukan oleh sebuah benda pada !ambar 2.2) adalah waktu yang dibutuhkan benda untuk bergerak dari A-O-B-O-A. Pada !ambar 2.2) +a,- beban ditarik sehingga pegas memanjang sampai ke titik A. Pada ayunan beban (!ambar 2.2) +b,)- gerak benda menyimpang hingga titik A. Ketika dilepas- beban bergerak menuju titik kesetimbangan dan melewatinya sampai di titik B. Kemudian- beban bergerak kembali ke titik semula- yaitu titik A setelah melewati titik kesetimbangan untuk kedua kalinya di titik O. Hadi- berdasarkan pengamatan- waktu yang dibutuhkan beban untuk melakukan satu kali getaran pada pegas atau satu kali ayunan pada bandul disebut periode (T)- sedangkan +rekuensi berbanding terbalik dengan periode. !ecara matematis- ditulis 1 1 T=f atau f = T (2L5I) KeteranganM T N periode (sekon) f N +rekuensi (hertb N Xb)
5. Gaya Pemulih pada Pegas dan Bandul Dalam gerak harmonik sederhana- bekerja resultan gaya yang arahnya selalu menuju titik kesetimbangan- gaya ini disebut gaya pemulih- besarnya berbanding lurus dengan posisi benda terhadap titik kesetimbangan. Perhatikan !ambar 2.28. Pegas dalam tiga kedudukan- mula-mula benda pada posisi setimbang di P- kemudian ditarik ke bawah sejauh Ly, lalu benda dilepaskan. Bersamaan dengan saat pegas ditarik- bekerja sebuah gaya ! Sertikal ke atas bertanda positi+ dan benda melewati titik kesetimbangan hingga mencapai titik tertinggi _y- pada posisi tersebut benda berhenti sesaat (" N 0). Pada posisi ini pula- pada benda bekerja gaya pemulih ! Sertikal ke bawah menuju titik kesetimbangan. ?ntuk kedua kalinya- benda akan menuju titik terendah lagi. Pada saat posisi terendah- kecepatan benda kembali bernilai minimum (v N 0). Demikian seterusnya- gerak harmonik pada pegas berlangsung secara berulang-ulang. Hadi- gerak harmonik pada pegas adalah
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
gerak yang berulang akibat gaya pemulih yang arahnya selalu menuju titik kesetimbangan. Besar gaya pemulih sebanding dengan jarak benda ke titik setimbang y. !ecara matematis- gaya pemulih pada pegas ditulis F N ky (notasi skalar) ############################! N –k.$ (notasi Sektor) (2L5Q) Gaya pemulih selalu berlawanan arah dengan arah simpangan. Ketika arah benda ke bawah- gaya pemulih ke atas. Demikian juga saat benda bergerak ke atas- arah gaya pemulih adalah Sertikal ke bawah. !ebuah bandul bermassa m dihubungkan dengan seutas tali yang panjangnya l seperti tampak pada !ambar 2.29. Bandul ditarik sejauh s sehingga membentuk sudut & . Pada bandul bekerja dua gaya- yaitu gaya tegangan tali T dan gaya berat bandul (mg) yang arahnya Sertikal ke bawah. Komponen gaya berat (mg) yang bekerja pada bandul adalah mgcos & . Gaya ini selalu seimbang terhadap gaya tegang tali T sehingga bandul bergerak tetap pada lintasannya. Komponen gaya lainnya adalah mgsin & . Gaya tersebut selalu menuju titik kesetimbangan ayunan dan tegak lurus terhadap tegangan tali. Gaya yang arahnya selalu menuju titik kesetimbangan adalah gaya pemulih. Besar gaya pemulih pada ayunan sederhana dapat dinyatakan dengan persamaan FN – m g sin & (2L55) KeteranganM F N besar gaya pemulih (N) g N besar pecepatan graSitasi (mPs2) m N massa benda (kg) & N sudut simpangan a. Periode Gerak Harmonik pada Pegas Periode getaran pada pegas dapat ditentukan dengan menggunakan Xukum II Newton- yaitu : = may dengan nilai percepatan gerak benda ay = – ' 2 y. Gaya pemulih pada pegas adalah : = –k.$ sehingga jika dieliminasikan antara persamaan Xukum II Newton dan persamaan gaya pemulih- diperoleh k .y N m ay / k y = m (– ' 2 y) k k 'N k N m '2 / '2 N / m m 2% >leh karena kecepatan sudut ' N maka T T N 2%
m k
(2L5R)
& T
!
m
0 B
mg sin &
mg cos & mg
Gambar 2.29 Gaya pemulih pada ayunan selalu menuju titik kesetimbangan.
garis seimbang y
mg
Gambar 2.30 Sebuah pegas ditarik hingga merenggang sejauh y.
frekuensi pegas berbanding terbalik dengan periode pegas sehingga besar +rekuensi pegas dinyatakan dengan persamaan fN
1 2%
KeteranganM f = +rekuensi getaran pegas (Xb) m N massa beban (kg) T N periode (sekon) k N tetapan pegas (NPm)
k m
(2L5Y)
Gaya
55
b. Periode Ayunan Bandul Sederhana Ayunan bandul sederhana memiliki besar gaya pemulih F = –mg sin & . y
y
Hika sudut & mendekati nol- nilai sin & N mendekati . Dari Xukum II ! ! Newton- besar F = m ay sehingga akan diperoleh periode ayunan bandul sederhana sebagai berikut. F = –m g sin & y m ay N Lm g >leh karena ay = – ' 2 y maka L ' 2 y N Lg Dengan ' N
2% 2% - didapat N T T
! g y g 2 atau ' N . / ' N ! ! !
g sehingga !
T N 2%
! g
(2L5Z)
KeteranganM T N periode gerak bandul (s) g N besar percepatan graSitasi (mPs2) ! N panjang tali (m) ?ntuk lebih memahami periode pada bandul sederhana- lakukanlah aktiSitas berikut.
Aktivitas Fisika 2.3
Ingatlah Gerak harmonik sederhana pada ayunan bandul akan terjadi jika besar sudut simpangan ayunan kurang dari atau sama dengan 15° karena pada sudut-sudut tersebut nilai sin & = tan & .
Gerak Harmonik Sederhana Tujuan Percobaan Mengamati pengaruh panjang tali dan massa bandul terhadap periode getaran atau frekuensi getar pada gerak harmonik sederhana. Alat-Alat Percobaan 1. Tiga buah anak timbangan, masing-masing 50 g, 100 g, dan 200 g 2. Benang secukupnya Langkah-Langkah Percobaan 1. Rangkai alat seperti pada gambar di samping. Panjang tali yang digunakan ! = 50 cm dan massa anak & timbangannya m = 50 g. ! 2. Berikan sudut simpangan pada anak timbangan sebesar & = 15° atau kurang, lalu lepaskan. Hitung periode dan frekuensinya untuk getaran selama 10 sekon. 3. Lakukan langkah 1 sampai 2 untuk massa anak timbangan m 100 g dan 200 g. 4. Dari langkah 1–3, kesimpulan apa yang Anda peroleh tentang pengaruh massa bandul terhadap perioda atau frekuensi getar pada gerak harmonik sederhana? 5. Lakukan langkah 1–3 dengan massa bandul tetap m = 100 g dan panjang tali ! bervariasi, yaitu 50 cm, 75 cm, dan 100 cm. 6. Dari langkah 5, kesimpulan apa yang Anda peroleh tentang pengaruh panjang tali terhadap perioda atau frekuensi getar pada gerak harmonik sederhana? 7. Diskusikan bersama guru dan teman Anda, mengapa sudut simpangan yang digunakan pada gerak harmonik sederhana harus 0 15°?
Contoh 2.18 Hika periode ayunan bandul sederhana yang panjangnya 1R0 cm adalah 2-55 sekontentukan besar percepatan graSitasi di lokasi ayunan tersebut.
56
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
5a6ab: DiketahuiM panjang tali ( ! ) N 1R0 cm N 1-R m. periode (T) N 2-55 sekon Percepatan graSitasi diperoleh dengan Persamaan +2136,M 2
2
Q% ! Q ( I-1Q ) (1- R m ) ! = N `-Y mPs2 / gN 2 T2 g (2- 55 s ) Hadi- percepatan graSitasi di tempat tersebut adalah `-Y mPs2.
T N 2%
Contoh 2.19 1.
Dari gra+ik simpangan terhadap waktu seperti tampak pada gambar- tentukanM a. amplitudo[ b. periode[ dan c. +rekuensi getaran. y
5 0
3
6
9 12 15 18 21 24
t
–5
5a6ab: a. Amplitudo adalah simpangan maksimum dari garis mendatar- yaitu A N 5 m. b. Periode (T) adalah selang waktu yang diperlukan untuk membentuk tiga titik potong berurutan pada sumbu-t dengan t N 12 sekon. c. frekuensi (f) getaranM
1
1
2.
fN N 12 Xb T Pada sumbu-y dan sumbu-t yang sama- lukislah dua gra+ik y L t gerak harmonikdengan periode getaran (2) setengah periode getaran (1)- dan amplitudo getaran (2) setengah amplitudo getaran (1). 5a6ab: Hika untuk gra+ik y L t gerak harmonik (1) diambil amplitudo A1- periode T1- dan +rekuensi f1- maka untuk gra+ik y – t gerak harmonik (2) berlakuM 1 1 amplitudo A2 N A1[ periode T2 N T1[ dan +rekuensi f2 N 2 f1. 2 2 Gra+ik gerak y L t gerak harmonik (1) dinyatakan oleh garis utuh dan gra+ik y L t gerak harmonik (2) dinyatakan oleh garis putus-putus seperti pada gambar berikut. simpangan (y)
T2 A2
Grafik gerak harmonik (1) Amplitudo A1, periode T1 Frekuensi f1
q
A1 waktu (t)
T1
Grafik gerak harmonik (2) Amplitudo A2, periode T2 Frekuensi f2 Ek = 0
5. Energi pada Gerak Harmonik Sederhana Gerak harmonik sederhana dari sebuah ayunan bandul diperlihatkan pada !ambar 2.21. Pada keadaan awal- posisi benda di simpangan terjauh- yaitu di titik A. Pada posisi tersebut- besar energi potensial bandul maksimum- sebaliknya besar energi kinetik bandul minimum. Ketika
Y
C Epmaks =
1 2 kA 2
Gambar 2.31
B
Ek = 0 A Epmaks =
Ep = 0 Ekmaks =
1 2 kA 2
1 mv2maks 2
Perubahan energi terjadi saat bandul bergerak dari A menuju B yaitu energi potensial ke energi kinetik dan sebaliknya dari B ke C.
Gaya
57
bandul dilepas menuju titik kesetimbangan di B, besar energi potensial berangsur menurun- sedangkan besar energi kinetiknya bertambah hingga mencapai maksimum di titik B. Bandul terus bergerak menuju titik C. Pada gerakan bandul dari titik B ke titik C akan mengalami penurunan besar energi kinetik dan pertambahan besar energi potensial. Di titik Cbesar energi potensial bandul kembali maksimum- sedangkan besar energi kinetiknya kembali nol. Hadi- selama gerakan harmonik sederhana pada ayunan bandul berlangsung- akan selalu terjadi perubahan energi potensial menjadi energi kinetik- atau sebaliknya. Hika tidak ada gaya gesek- berlaku hukum kekekalan energi mekanik sehingga besar energi total pada gerakan harmonik di setiap lintasan selalu tetap. !ecara matematis- besar energi kinetik benda pada gerak harmonik memenuhi persamaan
1 1 % mv 2 / Ek = m ' 2 A2 cos2 ' t # 2 2 2 1 % , dengan k = m' 2 Ek = k A2cos2 ' t # 2 2
(
Ek = atau
(
)
)
(2L5`)
hnergi potensial gerak harmonik di setiap simpangan adalahM
1 1 % k - 2 N k A2 sin2 ' t # 2 2 2 1 % Ep N m ' 2 A2sin2 ' t # 2 2
(
Ep N
(
)
)
(2LR0)
hnergi total atau energi mekanik yang merupakan penjumlahan energi potensial dan energi kinetik dapat ditulis sebagai berikut. Em N Ep _ Ek N
1 % + 1 m ' 2A2cos2 ' t # % m ' 2A2sin2 ' t # 2 2 2 2
(
(
)
% dari si+at trigonometri- sin2 ' t # Em N Energi
Ep = 21 kA2
Ep = E M
+A
Ep = 0 Energi E k = EM
simpangan Y
1 1 m ' 2A2 N k A2 2 2
Em N Q % 2 f 2 A2 m
Ek N Em L Ep N Ek =
+A
Gambar 2.32
(2LR1) (2LR2)
1 1 k A2 L k - 2 2 2
1 k (A2 – - 2) 2
Berdasarkan Persamaan +2162,- dapat ditulis
Grafik energi potensial dan energi kinetik terhadap simpangan pada gerak harmonik sederhana.
58
)
2 't #% 2 + cos 2 = 1- maka
Ek Ek = 0 –A
(
)
hnergi mekanik pada gerak harmonik sederhana besarnya tidak bergantung pada simpangan gerak- dan nilainya selalu tetap di setiap titik lintasan. Dengan demikian energi mekanik dalam gerak harmonik selalu tetap. 1 hnergi potensial gerak harmonik memenuhi persamaan Ep = k -2. 2 Persamaan tersebut merupakan +ungsi kuadrat terhadap -. Gra+ik energi potensial terhadap simpangan berbentuk parabola melalui titik pusat (0- 0). Demikian pula dengan energi kinetik. Perhatikan !ambar 2.22. hnergi kinetik diperoleh dari Persamaan +2160,- yaitu
Ep –A
atau
)
(
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
1 1 m v2 = k (A2 – - 2) 2 2
(2LRI)
vN
k ( A2 L - 2 ) m
(2LRQ)
Hika posisi benda di titik setimbang - = 0- kecepatan gerak harmonik mencapai maksimum sehingga Persamaan +2163, menjadi vmaks = A KeteranganM vmaks N kecepatan maksimum (mPs) A N amplitudo (m) k N konstanta pegas (NPm) m N massa benda (kg)
k m
Kata Kunci • • • • • •
amplitudo fase frekuensi getar gaya pemulih periode getar simpangan
(2LR5)
Contoh 2.20 !ebuah pegas bertambah panjang 0-15 m saat ditarik dengan benda bermassa 0-I kg yang digantung pada pegas tersebut (lihat gambar). Kemudian- ditarik lagi sejauh 0-1 m dari titik kesetimbangan dan dilepaskan.
+y 0,150 m m
0,100 m m
(a)
(b)
(c)
TentukanM a. nilai konstanta pegas k dan +rekuensi sudut ' [ b. simpangan y sebagai +ungsi dari waktu t[ c. kecepatan setiap saat tJ d. energi total[ e. energi kinetik dan energi potensial +ungsi dari waktu t[ dan +.
energi kinetik dan energi potensial saat y N
A . 2
5a6ab: a. Nilai konstanta pegas k dan +rekuensi sudut ' adalah F mg ! y y (0- I kg)(`-Z mPs2 ) N N1`-R NPm 0-150 m dan k '! m
kN
1`- R NPm 0- I kg NZ-0Z Xb. ?ntuk menggambarkan hubungan simpangan y terhadap waktu t dapat digunakan dua persamaan- yaitu yNLA cos ' t atau yNLA sin ' t Pemilihan persamaan yang digunakan bergantung pada kedudukan awal pegas untuk melakukan gerak harmonik. Pada kasus ini diketahui kedudukan awal
N
b.
Gaya
59
pegas pada saat t N 0 adalah y N A N 0-1 m sehingga persamaannya yNL(0-1 m) cos (Z-0Z t) atau yNL(0-1 m) cos (Z-0Z t L % ) karena +ungsi cosinus berharga 1 pada saat t N 0 c.
Kecepatan setiap saat t
dy
/ v = dt = A ' sin ' t.
A ' N v maks / v maksN(Z-0Z sL1)(0-1 m) N 0-Z0Z mPs Hadi- kecepatan setiap saat t adalah v=(0-Z0Z mPs) sin Z-0Z t. d. e.
+.
1 1 EtotN k A2N (1`-R NPm)(0-1 m)2N `-Z0 \10L2 H. 2 2 Dari (b) didapatkan yNL(0-1m) cos Z-0Z t. Dari (c) diperoleh v=(0-Z0Z mPs) sin Z-0Z t. Hadi- energi potensial dan kinetik sebagai +ungsi dari waktu adalah 1 Ep N k y2N(`-Z0 \10L2 H)cos2 Z-0Z t. 2 1 Ek N m v2N(`-Z0 \10L2 H) sin2 Z-0Z t. 2 A Pada saat y= =0-05 m- energi potensial dan energi kinetik balok adalah
2
1 1 Ep N k y2 N (1`-R NPm)(0-05)2N2-Q5 \10L2 H. 2 2 Ek N Etot L EpN(`-Z \ 10L2) (L 2-Q5\10L2 H) NY-I5\10L2 H.
Tes Kompetensi Subbab
D
<er=a>anlah dalam bu>u latihan. 1.
!ebuah ayunan sederhana seperti pada gambar- terbuat dari bandul bermassa 0-I kg yang diikat seutas tali yang panjangnya Z0 cm. &
5.
80 cm r
m= 0,3 kg
10 cm
2.
I.
60
Q.
Hika percepatan graSitasi N 10 mPs2- tentukan besar gaya pemulih pada bandul. !ebuah pegas panjangnya 50 cm. Hika pegas diberi beban 500 g- panjangnya menjadi R0 cm. Kemudianbeban pada pegas tersebut digetarkan. Hika diketahui g N 10 mPs2- tentukanlah periode getaran pegas. !ebuah benda m digantungkan pada sebuah pegas yang bergetar dengan +rekuensi N 0-Y2 Xb. Ketika beban yang massanya Y00 g ditambahkan pada m+rekuensi getaran menjadi 0-QZ Xb. Tentukanlah nilai m.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
R.
!ebuah pegas dengan konstanta pegas N 1.250 NPm digantung Sertikal. Pada ujungnya diberi beban sebesar 500 gram- beban ditarik ke bawah lalu dilepas. Tentukanlah periode getar pegas dan +rekuensi getarnya. Hika amplitudo getaran P N amplitudo getaran K- tetapi periode K N 1 periode P- lukislah gra+ik y L t dari dua I gerak harmonik tersebut. !ebuah benda melakukan gerak harmonik sederhana sepanjang sumbu-y. Persamaan simpangan dinyatakan % sebagai - N Q sin % t # R dengan y dalam meter dan t dalam sekon. TentukanM a. amplitudo- +rekuensi- kecepatan- dan percepatan[ b. persamaan kecepatan dan percepatan[ c. simpangan- kecepatan- dan percepatan pada saat t = 1 sekon[ d. kecepatan maksimum dan percepatan maksimum.
(
)
Rangkuman 1.
2.
I.
Q.
5.
R.
Gerak gesek timbul jika dua buah benda bersentuhan. Gaya gesek statis bernilai mulai dari 0 hingga mencapai & s Nfs maksimum N & s N Gaya gesek kinetik bernilai konstan- yaitu fk N & k N Benda yang disimpan di atas benda miring maka koe+isien gesek statis yang terjadi adalah & s N tan 1 dengan 1 adalah sudut kemiringan bidang. Kecepatan maksimal mobil yang diperbolehkan melintas agar aman dan tidak selip adalah sebagai berikut. i Pada tikungan mendatarM vmaks= & gr i Pada tikungan miring lainM vmaks= r g tan & • Pada tikungan miring kasarM & s # tan & vmaks = gr 1 $ & tan & s denganM & N sudut kemiringan jalan[ r N jarak mobil terhadap pusat kelengkungan tikungan. Dua buah benda yang bermassa m1 dan m2 yang berada pada jarak r satu sama lain akan mengalami gaya tarik graSitasi di antara keduanya yang besarnya dinyatakan dengan m1 m 2 FNG 2 . r Percepatan graSitasi Bumi dinyatakan dengan GM persamaan g = 2 r denganM r N jarak permukaan Bumi terhadap pusat Bumi. Xukum I Kepler menyatakan bahwa semua planet bergerak dalam orbit elips dengan Matahari di salah satu +okusnya. Xukum II Kepler menyatakan bahwa garis yang menghubungkan antara planet dan Matahari akan menyapu luas daerah yang sama pada waktu yang sama.
Y.
Agar satelit tetap berada pada lintasannya- satelit harus memiliki kecepatan gerak sebesar GM r Benda padat memiliki bentuk Solume tetap- serta mempunyai si+at elastis. Stress (tegangan) pada benda dinyatakan dengan persamaan
vN
Z.
F A Strain (regangan) pada benda dinyatakan dengan A! #! !0 Modulus elastisitas (Modulus Voung) dinyatakan dengan
"!
F! 0 A!! Dalam gerak harmonik sederhana- bekerja resultan gaya yang selalu menuju titik kesetimbangan. Gaya tersebut dinamakan gaya pemulih. Gaya pemulih pada pegasM F N Lk y Gaya pemulih pada ayunan sederhanaM F= –mg sin & Periode gerak harmonik pada pegas dinyatakan
-=
`.
m k Periode ayunan bandul sederhana dinyatakan dengan persamaan
T N 2%
! g hnergi mekanik pada sebuah gerak harmonik sederhana selalu tetap dan tidak bergantung pada simpangan gerak. Em N Q % 2 f2 A2 m TN 2%
T2 Xukum III KeplerM 3 N konstan r
denganM T N periode[ r N jarak antara planet dan Matahari.
Gaya
61
Peta Konsep !aya membahas
Gaya Gesek
Gaya GraSitasi
Gaya !entripetal
terbagi atas
di antaranya
pada
Gaya Gesek Kinetik
Gaya Gesek !tatis
GraSitasi ?niSersal
hlastisitas pada Pegas
Gerak Xarmonik !ederhana
menggunakan
pada
Xukum Xooke
Pegas dan Bandul
mencari
memiliki
Konstanta pegas
Gaya pemulih
Kelajuan >rbit !atelit
Percepatan GraSitasi
Periode
berlaku
Periode >rbit !atelit
Xukum Kekekalan hnergi Mekanik
hnergi
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda dapat mengetahui jenis-jenis gaya yang sering Anda temukan dalam kehidupan sehari-hari. Anda juga tentu dapat menjelaskan perbedaan antara jenis gaya yang satu dan gaya yang lainnya. Dari materi bab ini, bagian mana yang dianggap sulit? Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.
62
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Pada bab ini, Anda dapat mempelajari gaya gesek. Kita dapat berjalan atau mobil dapat melaju karena adanya gaya gesek.Ternyata, banyak manfaat dengan adanya gaya gesek, meskipun memang ada kerugiannya pada kasus-kasus tertentu. Coba Anda cari manfaat lain mempelajari bab ini.
Tes Kompetensi Bab 2 A. Pilihlah salah satu =a6aban yang paling tepat dan >er=a>anlah pada bu>u latihan. 1.
2.
I.
Q.
5.
R.
Berikut ini yang tidak menunjukkan terjadinya gaya gesek adalah .... a. mobil dapat berhenti setelah sampai di tempat tujuan b. orang dapat berjalan di tebing atau kaki gunung c. bunyi gemerisik daun-daun yang tertiup angin d. sepeda motor tergelincir di atas jalan yang licin e. besi dapat dipegang Arah gaya gesek selalu .... a. searah dengan arah gaya berat benda b. searah dengan gerak benda c. berlawanan arah dengan gerak benda d. berlawanan dengan berat benda e. tegak lurus dengan benda !ebuah benda yang meluncur pada bidang miring mendapat gaya gesek yang besarnya tidak ditentukan oleh .... a. massa benda b. sudut kemiringan bidang c. berat benda d. kekasaran permukaan bidang e. kecepatan benda Benda bermassa 1 kg bergerak mendatar di atas permukaan dengan kecepatan awal N 20 mPs. Hika koe+isien gesekan N 0-Q- dan g N 10 mPs2- jarak yang ditempuh benda tersebut dari posisi awal sampai posisi akhir adalah .... a. Q00 m b. 1R0 m c. Z0 m d. 50 m e. 100 m Gaya gesek maksimum terjadi pada saat benda .... a. tepat akan bergerak b. bergerak ke bawah c. diam d. meluncur ke atas e. bergerak berlawanan arah Mobil bermassa 1.000 kg meluncur dengan kecepatan Y2 kmPjam direm dengan gaya !. Hika koe+isien gesekan kinetik antara roda dan jalan 0-2 dan mobil berhenti setelah Q detik- besar gaya pengereman F adalah .... a. 5.000 N b. Q.`Z0 N c. Q.Z00 N d. Q.550 N e. Q.500 N
Y. Gaya minimum untuk menggerakkan benda yang massanya Z kg dan terletak pada bidang mendatar yang koe+isien gesek statisnya 0-Z adalah .... a. Z0 N b. YR N c. 5Q N d. QR N e. RQ N Z. Benda bermassa m berada pada sebuah bidang miring dengan sudut kemiringan I0g. Hika g N 10 mPs2- besar koe+isien gesekan antara benda dengan bidang pada saat benda tepat akan bergerak adalah .... a. 0-II b. 0-Q5 c. 0-RQ d. 0-Y5 e. 0-ZR `. Pada gambar berikut- saat beban B dilepaskan- balok A tepat akan bergerak. Hika percepatan graSitasi sebesar 10 mPs2- koe+isien gesekan statis antara balok dengan meja adalah .... a. b. c. d. e.
0-5 0-Q 0-I 0-2 0-1
2 kg A
B 1 kg
10. Hika jari-jari Bumi R dan berat benda di permukaan Bumi w- berat benda tersebut pada ketinggian R dari permukaan Bumi adalah .... a. w b. 0-Y5 w c. 0-RR w d. 0-50 w e. 0-25 w 11. Hika massa Bulan 1 kali massa Bumi dan jari-jari Bulan Z1 1 kali jari-jari Bumi- perbandingan gaya tarik Bumi R terhadap Bulan adalah .... a. R M Z1 b. IR M Z1 c. 1 M 1 d. Z1 M IR e. Z1 M R
Gaya
63
12. Hika perbandingan jari-jari Bumi di khatulistiwa dan di kutub ` M Z- perbandingan percepatan graSitasi Bumi di khatulistiwa dan di kutub adalah .... a.
IM2 2
b. 2 2 M I c. ` M Z d. Z1 M RQ e. RQ M Z1 1I. Hika jari-jari Bumi N R- medan graSitasi di permukaan Bumi N g- besarnya medan graSitasi pada ketinggian h dari permukaan Bumi adalah .... gh a. R gh 2 b. ( R # h )2 c. d. e.
R2 (R # h)2 gh ( R # h) gRh ( R # h)
1Q. Diketahui perbandingan jari-jari sebuah planet (Rp) dan jari-jari Bumi (R B) adalah 2 M 1- sedangkan perbandingan massa planet (Mp) dan massa Bumi (MB) adalah 10 M 1. Hika berat Putu di Bumi 100 N- di planet berat Putu menjadi .... a. 1.000 N b. 2.000 N c. 2.500 N d. Q.000 N e. 5.000 N 15. Hika medan graSitasi di permukaan Bumi N `-Z mPs2besarnya medan graSitasi pada ketinggian R dari permukaan Bumi adalah ... (R N jari-jari Bumi). a. nol b. 1-225 mPs2 c. 2-Q5 mPs2 d. Q-` mPs2 e. `-Z mPs2 1R. !yamsul yang bermassa Z0 kg ditimbang dalam sebuah li+t. Harum timbangan menunjukkan angka 1.000 newton. Hika percepatan graSitasi Bumi 10 mPs2- dapat disimpulkan bahwa .... a. li+t sedang bergerak ke atas dengan kecepatan tetap b. li+t sedang bergerak ke bawah dengan kecepatan tetap c. li+t sedang bergerak ke atas dengan percepatan tetap
64
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
d.
li+t sedang bergerak ke bawah dengan percepatan tetap e. li+t sedang bergerak ke bawah dengan percepatan berubah 1Y. Benda elastis adalah benda yang jika dikenai gaya .... a mudah patah b. memiliki bentuk yang baru c. dapat kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan d. bertambah panjang e. bentuknya tidak berubah 1Z. Menurut Xukum Xooke- pertambahan panjang sebuah batang yang ditarik oleh suatu gaya .... a. berbanding lurus dengan besar gaya tarik b. berbanding lurus dengan luas penampang batang c. berbanding terbalik dengan modulus Voung batang tersebut d. berbanding terbalik dengan panjang mula-mula e. berbanding lurus dengan panjang mula-mula 1`. !ebuah pegas panjang awalnya ! 0 , luas penampang A- dan modulus Voung-nya E. Besarnya konstanta gaya pegas (k) yang dimiliki oleh pegas tersebut adalah ..... a. EA !0 b. c. d. e.
A! 0 E E! 0 A E A! 0 A E! 0
20. Hika E N modulus young- F N gaya- ! N panjang batang!! N perubahan panjang- dan A N luas penampangpersamaan berikut yang benar adalah .... A! a. E N F !! F !! b. E N A! F! c. E N A !! d. E N F A !0 e. E N A F! 0
21. !ebuah pegas yang panjangnya I0 cm tergantung tanpa beban. Kemudian- ujung bawah pegas digantungi beban 100 g sehingga panjang pegas menjadi I5 cm. Hika beban tersebut ditarik ke bawah sejauh 5 cm- dan percepatan graSitasi Bumi N 10 mPs2 - energi potensial elastik pegas adalah .... a. 0-025 joule b. 0-05 joule c. 0-1 joule d. 0-25 joule e. 0-5 joule (JKPLMMARP 1983) R 22. Hika jari-jari Bumi N R-Q \ 10 cm- kelajuan lepas suatu roket yang diluncurkan Sertikal dari permukaan Bumi adalah .... a.
Q 2 kmPs
b.
R 2 kmPs
c.
Z 2 kmPs
d.
10 2 kmPs
e.
12 2 kmPs (PMPQM 2001)
B.
5a6ablah pertanyaan beri>ut ini dengan tepat.
1.
Pada susunan benda-benda seperti pada gambar- massa benda A dan B sama- yaitu 5 kg. A=
2I. !ebuah pegas yang memiliki panjang 15 cm digantung secara Sertikal. Kemudian- mendapatkan gaya tarik 0-5 N dan panjangnya bertambah 12 cm. Panjang pegas jika ditarik dengan gaya 0-R N adalah .... a. I2-Q cm d. 2`-0 cm b. I1-Q cm e. 2Z-5 cm c. 2`-Q cm 2Q. !ebuah pegas digantungi beban bermassa I00 gkemudian ditarik sehingga memiliki +rekuensi gerak harmonis pegas sebesar 2 Xb. Massa benda yang harus ditambahkan agar +rekuensi gerak harmonis pegas menjadi 1-5 Xb adalah .... a. 150 g d. Q1Z g b. 2II g e. 5II g c. IQZ g 25. Pada gerak harmonik pegas- jika massa beban yang digantung pada ujung bawah pegas 1 kg- periode getarannya 2 sekon. Hika massa beban ditambah hingga menjadi Q kg- periode getarannya adalah .... 1 a. sekon Q b. 1 sekon 2 c. 1 sekon d. Q sekon e. Z sekon (PMPQM 1989)
I.
Dua benda tersusun seperti gambar. I
g 5k
II
1
2.
B = 5 kg
Hika koe+isien gaya gesek kinetik antara benda A dan I bidang miring &k N 0-2 dan tan 1 N - berapakah Q percepatan setiap benda jika kedua benda dilepaskanT !ebuah benda yang bermassa Z kg terletak pada bidang datar dengan koe+isien gesekan statisnya 0-Z. a. Tentukan gaya minimal untuk menggerakkan benda tersebut. b. Hika benda tersebut dipengaruhi gaya sebesar 5Q N yang sejajar dengan arah bidang- bagaimana keadaan benda tersebutT
Massa benda I N R kg dan massa benda II N Q kg. Koe+isien gesekan kinetik benda I dengan bidang sama dengan 0-25 dan percepatan graSitasinya N 10 mPs2. Xitunglah percepatan kedua benda dan tegangan tali penghubung kedua benda. Q. A
F
B
Dua benda A dan B dihubungkan dengan tali ringan- seperti pada gambar. Massa A N R kg dan massa B N Z kg (g N10 mPs2). Hika gaya F mendatar sebesar 5R N dan koe+isien gesekan benda dengan lantai 0-2- tentukanM a. percepatan yang timbul[ dan b. tegangan tali.
Gaya
65
5.
R.
Y.
66
Massa planet Vupiter adalah 1-` \ 102Y kg dan massa Matahari adalah 2-0 \ 10I0 kg. Hika jarak rata-rata antara Matahari dan Vupiter adalah Y-Z \ 10 11 m dan G N R-RY \ 10 L11 Nm2Pkg- tentukanM a. gaya graSitasi Matahari pada planet Vupiter[ dan b. laju linear orbit planet Vupiter. Berat ?ni di Bumi adalah Z00 N. Hika jari-jari Bumi (R) N R-Q \ 10R m- massa Bumi (M) N R-0 \ 102Q kg- dan konstanta graSitasi (G) N R-Y \ 10L11 Nm2Pkg2- berapa berat ?ni di ketinggian R dari permukaan BumiT 1 Massa bulan 1 massa Bumi dan jari-jari Bulan jariQ Z1 jari Bumi. Hika percepatan graSitasi di permukaan Bumi `-Z mPs2- tentukan percepatan graSitasi di permukaan Bulan.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Z. !ebuah benda bermasssa 1-25 kg ditimbang dengan neraca pegas- pegas akan menyimpang sebesar 5 cm. Tentukan besar konstanta gaya pegas dari neraca pegas tersebut. (g N 10 mPs2) `. !ebuah pegas memiliki konstanta pegas k N Q00 NPm. !aat beban bermassa 10 kg digantungkan pada ujung pegas- ternyata penjang pegas menjadi Z5 cm. Hika percepatan graSitasi g N 10 mPs2- berapakah panjang pegas mula-mulaT 10. Panjang sebuah pegas bertambah 10 cm jika anak timbangan bermassa I kg digantungkan pada ujungnya. Hika g N 10 mPs 2- berapakah konstanta pegas tersebutT
Bab
3 Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
Pada saat atlet angkat besi mengangkat beban, sebetulnya ia sedang melakukan kerja pada beban yang disimpan sebagai energi potensial.
Usaha, Energi, dan Daya Hasil yang harus Anda capai: menganalisis gejala alam dan keteraturan dalam cakupan mekanika benda titik. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: • •
menganalisis hubungan antara usaha, perubahan energi dan hukum kekekalan energi mekanik; menerapkan hukum kekekalan energi mekanik untuk menganalisis gerak dalam kehidupan sehari-hari.
!"e$%&' s)"%)t' +&,-t-./)"' 0)"-s&)' +)1)0' 0e1)/-/)"' )/t&2&t)s"3) se.)$&4.)$&5' 6)"3)/' )/t&2&t)s4)/t&2&t)s' 7$&0e$' 0)"-s&)' 3)"%' 0e0,-t-.4 /)"' e"e$%&8' se7e$t&' 0e0)s)/8' 0e"9-9&' 7)/)&)"8' +)"' se,)%)&' s-0,e$ 7e"e$)"%)"' 7)+)' 0)1)0' .)$&5' :e1)&"' )/t&2&t)s' 7$&0e$8' ,)"3)/' )/t&2&t)s 1)&""3)'3)"%'0e0,-t-./)"'e"e$%&8'+&')"t)$)"3)'o1).$)%)5'<)+)'%)0,)$'+& )t)s8' seo$)"%' )t1et' se+)"%' 0e"%)"%/)t' ,e,)"' 3)"%' s)"%)t' ,e$)t5' =t1et te$se,-t'.)$-s'+)7)t'0e"%-/-$8')7)/).'&)'0)07-')t)-'t&+)/'0e"%)"%/)t ,e,)"' te$se,-t5' :e1)0)' 7$oses' 1)t&.)"8' )t1et' te$se,-t' .)$-s' 0e"%.&t-"% ,e$)7)',)"3)/'/)1o$&'3)"%'.)$-s'&)'/o"s-0s&'s-7)3)'+)1)0'7e$1o0,))"'&) +)7)t' 0e"%)"%/)t' ,e,)"' 3)"%' +&&"%&"/)"5 >)1)0' ,),' &"&8' )/)"' +&,).)s' te"t)"%' -s).)8' e"e$%&8' +)3)8' +)" .-,-"%)"' )"t)$)' /et&%)"3)5' ?o"se7' @&s&/)' te"t)"%' -s).)8' e"e$%&8' +)" +)3)' &"&' ,)"3)/' se/)1&' )71&/)s&"3)' +)1)0' /e.&+-7)"' se.)$&4.)$&5
A. Gaya Dapat Melakukan Usaha B. Energi dan Usaha C. Gaya Konservatif dan Hukum Kekekalan Energi Mekanik D. Daya
67
Tes Kompetensi Awal 2-&-34%(%-%5-3$6$r7(8o.s-5(:s$;$<(=.-r>7<(d$.(@$y$<(8-r6$8$.3$;(so$3Bso$3(&-r784C(d$3$%(&484(3$C7;$.* L5 Te1)s/)"'+e"%)"',).)s)'="+)'se"+&$&'7e"%e$t&)"'-s).) J5 :e,-t/)"' 9o"to.49o"to.' 7e"e$)7)"' U-/-0 +)"'e"e$%&5 ?e/e/)1)"'!"e$%&'3)"%')+)'+&'se/&t)$'="+)5 P5 =7)/).' 7)+)' se,-).' ,o1)' 3)"%' )/)"' +&te"+)"% V5 =7)'7e$,e+))"'+)3)'+)"'e"e$%&D te$+)7)t'e"e$%&'7ote"s&)1D
A. Gaya Dapat Melakukan Usaha =%)$' ="+)' 1e,&.' 0e0).)0&' 7e"%e$t&)"' -s).)' +)1)0' /e.&+-7)" se.)$&4.)$&8' 7e1)A)$&' 0)te$&' ,e$&/-t' &"&5
1. Pengertian Usaha
F s
Gambar 3.1 Togar melakukan usaha(W) dengan mentransfer energi melalui gaya dorong F sehingga mobil berpindah sejauh s.
<)+)'s))t'+&'/e1)s8'="+)',e$-s).)',e1)A)$'0)/s&0)1'-"t-/'0e07e$o1e. "&1)&'t&"%%&5'?et&/)',e1)A)$8'="+)'0e"%%-")/)"'te")%)'+)"'7&/&$)"5'>)1)0 /e.&+-7)"' se.)$&4.)$&8' -s).)' +&+eB&"&s&/)"' se,)%)&' 7e/e$A))"' 3)"% +&1)/-/)"' -"t-/' 0e07e$o1e.' t-A-)"' 3)"%' +&&"%&"/)"5' Ce"-$-t' ="+)8 )7)/).'7e"%e$t&)"'-s).)'+)1)0'B&s&/)'s)0)'+e"%)"'7e"%e$t&)"'-s).)'+)1)0 /e.&+-7)"' se.)$&4.)$&' te$se,-tD' Es).)' +)1)0' B&s&/)' se1)1-' ,e$.-,-"%)" +e"%)"' t$)"sBe$' e"e$%&' +)"' %)3)5' :&0)/1).' 9o"to.' ,e$&/-t5' :e,-).' 0o,&1 0o%o/'+&+o$o"%'o1e.'Fo%)$'+e"%)"'%)3)'!'se.&"%%)'0o,&1',e$7&"+).'te07)t seA)-.' s' +)$&' 7os&s&' )G)1"3)5' ?et&/)' Fo%)$' 0e"+o$o"%' 0o,&1' te$se,-t se.&"%%)'0o,&1',e$%e$)/8'Fo%)$'0e1)/-/)"'-s).)8'3)&t-'0e"t$)"sBe$'e"e$%& 0e1)1-&' %)3)' +o$o"%' 7)+)' 0o,&1' se.&"%%)' 0o,&1' ,e$%e$)/' +)"' ,e$7&"+). seA)-.' s5' 6es)$' -s).)' H!I' 3)"%' +&1)/-/)"' Fo%)$' -"t-/' 0e"+o$o"%' 0o,&1 o1e.'%)3)'s)0)'+e"%)"'.)s&1'/)1&'%)3)' !'+e"%)"'7e$7&"+).)"' s5 !"#"!" $"s
?ete$)"%)"M ! #" -s).)' HAo-1eI ! N'%)3)'HNI s N' 7e$7&"+).)"' H0I Es).)' )+)1).' ,es)$)"' s/)1)$8' G)1)-7-"' %)3)' !' +)"' 7e$7&"+).)"' s 0e$-7)/)"' 2e/to$5' Ce"-$-t' 7e$/)1&)"' 2e/to$' H5I8' .)s&1"3)' .)$-s' ,e$-7) s/)1)$5'Es).)'3)"%'+&1)/-/)"'o1e.'%)3)'/o"st)"'!'3)"%'0e0,e"t-/'s-+-t ! 'te$.)+)7')$).'7e$7&"+).)"',e"+)8'se7e$t&'te$1&.)t'7)+)' #$%&$r( )*+8 ,es)$' -s).)"3)' )+)1).
arah perpindahan
F
! s
H)I
F sin !
! F cos !
Gambar 3.2 (a) Usaha oleh gaya F yang membentuk sudut ! terhadap perpindahan benda s. (b) Penguraian vektor F menjadi komponen-komponennya.
68
!"#"%"&'9os" !
F
H,I
HJKLI
HJKPI
Qe/to$' !' +)7)t' +&-$)&/)"' 0e"A)+&' +-)' /o07o"e"' %)3)' 3)"%' s)1&"% te%)/'1-$-s8'3)&t-'/o07o"e"'!(9os! "3)"%'se)$).'+e"%)"')$).'7e$7&"+).)" ,e"+)' +)"' !( s&"! " 3)"%' te%)/' 1-$-s' +e"%)"' )$).' 7e$7&"+).)"5' Fe$"3)t)8 .)"3)'/o07o"e"'%)3)'3)"%'se)$).'+e"%)"'7e$7&"+).)"'3)"%'0e"%.)s&1/)" -s).)8' 3)&t-' se,es)$' !" &" 9os! 5' 6e$&/-t' &"&' ,e,e$)7)' /e)+))"' &st&0eG) 3)"%' +&.)s&1/)"' ,-rs$%$$.( /)0+15 )5 ! 'N'RSM E"t-/' ! 'N'RS8' )$).'%)3)'se)$).'+e"%)"')$).'7e$7&"+).)"'se.&"%%) +&7e$o1e. !"#"%"&" 9os"RS
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
!"#"%"&
HJKJI
,5
95
! 'N'[RSM E"t-/' ! ' N' [RS8' )$).' %)3)' %' te%)/' 1-$-s' +e"%)"' )$).' 7e$7&"+).)" se.&"%%)' +&7e$o1e. !"#"%"&"9os"[RS !"#"R HJKVI T&/)" !" #" R8' ,e$)$t&' %)3)' te$se,-t' t&+)/' 0e1)/-/)"' -s).)5' >e"%)" /)t)' 1)&"8' %)3)' 3)"%' te%)/' 1-$-s' +e"%)"' )$).' 7e$7&"+).)"' ,e"+)8 )$t&"3)' %)3)' te$se,-t' t&+)/' 0e1)/-/)"' -s).)5 ! 'N'L\RSM ?e)+))"' &"&' 0e"3)t)/)"' ,).G)' )$).' %)3)' ,e$1)G)")"' +e"%)"' )$). 7e$7&"+).)"' se.&"%%)' +&7e$o1e. !"#"%"&"9os'L\RS !"#"%"&"HKLI
!"#"+"%"& HJKWI ]o"to.' -s).)' "e%)t&B8' 3)&t-' seo$)"%' 7e"%e"+)$)' se7e+)' 3)"%' se+)"% 0e0)9-' se7e+)"3)8' t&,)4t&,)' 0e"%e$e0' se7e+)"3)5' Es).)' 3)"% +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' %ese/' 3)"%' te$A)+&' )"t)$)' /e+-)' ,)"' se7e+) +e"%)"' A)1)"8' ,e$"&1)&' "e%)t&B' /)$e")' %)3)' %ese/' ,e$1)G)")"' )$). +e"%)"' )$).' 7e$7&"+).)"' se7e+)5' 6es)$"3)' -s).)' "e%)t&B' te$se,-t se,)"+&"%'+e"%)"'%)3)'%ese/'+)"'7e$7&"+).)"'3)"%'+&te07-.'se7e+) se1)0)'%)3)'%ese/',e/e$A)5'>e"%)"'+e0&/&)"8'se7e+)'0e"%)1)0&'%e$)/ +&7e$1)0,)t5 +5 <e$7&"+).)"',e"+)'&"#"RM <)+)' #$%&$r( )*)8' @)+1&' se+)"%' ,e$+&$&' s)0,&1' 0e"%%e"+o"%' t)s5' F)s te$se,-t' 0e0&1&/&' %)3)' ,e$)t' se,es)$' ,' +e"%)"' )$).' /e' ,)G).5' 6es)$ %)3)' t)$&/' t)1&' t)s' o1e.' 7-"%%-"%' @)+1&' H!I' s)0)' +e"%)"' ,es)$' %)3) ,e$)t' t)s' E' se.&"%%)' t)s' +)1)0' /e)+))"' set&0,)"%5' ^)3)' $e)/s&' /e )t)s'o1e.'7-"%%-"%'@)+1&'7)+)'t)1&'t)s'te$se,-t't&+)/'+&.&t-"%'se,)%)& -s).)'/)$e")'t&+)/')+)'7e$7&"+).)"'7)+)'t)s')/&,)t'%)3)'$e)/s&5'>)$& ,-rs$%$$.( /)0+18' +&+)7)t/)"' ,).G) ! #"%"&" 9os" ! ! #"%HRI'9os ! ! #"R ]o"to.'1)&"')+)1).'seo$)"%')")/'3)"%',e$s)"+)$'7)+)'+&"+&"%'H#$%&$r )*GI5' >&"+&"%' t&+)/' ,e$%ese$' /)$e")' %)3)' 3)"%' +&1)/-/)""3)' t&+)/ 9-/-7' /-)t' -"t-/' 0e"%%ese$' +&"+&"%5' >e"%)"' +e0&/&)"8' -s).)' 3)"% +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' +o$o"%"3)' s)0)' +e"%)"' "o15 <e$1-' ="+)' /et).-&8' s)t-)"' -s).)' )+)1).' Ao-1e' H+&s&"%/)t' TI$" -*./ 0)/12" 34325464&47*6" &28*9*4" 82&*:" /&*;*" <*69" 341*7/7*6" )12;" 9*<*" &282&*:" &*./ 62,.)6"/6./7"'2'463*;7*6"8263*"&20*/;"&*./"'2.2:5
Contoh 3.1
F
w
Gambar 3.3 Fadli sedang menggendong tas.
F
Gambar 3.4 Seorang anak sedang bersandar pada dinding.
:e,-).'%)3)'tet)7'se,es)$'PW'N',e/e$A)'7)+)'se,-).',e"+)'3)"%',e$0)ss)'V'/%5'T&/) s-+-t'3)"%'+&,e"t-/')"t)$)'%)3)'!'+)"',&+)"%'+)t)$')+)1).'JXS8',e$)7)'-s).)'3)"% +&1)/-/)"'%)3)'&t-'te$.)+)7',e"+)'se1)0)'V'+et&/D F D$E$&F >&/et).-&M %'N'PW'NY'''N'V'/%Y'! 'N'JXS5 ! %"()&"! 'N''"* F cos ! HPW'NI9os JX! * #" % 9os ! 'N' 'N'W'0ZsP s V'/% '
Usaha, Energi, dan Daya
69
1 1 & N' *".P'N' HW'0ZsPIHV'sIP'N'VR'0 2 2 ! #"%"&"9os ! 'N'HPW'NIHVR'0IHR8\I'N'\RR'T T)+&8'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)'%')+)1).'\RR'Ao-1e5
Contoh 3.2
Tokoh James Prescott Joule (1824–1907)
Sumber: Jendela Iptek, 1997
James Prescott Joule lahir di Salford, Inggris. Ia adalah fisikawan kenamaan Inggris yang berperan dalam perumusan Hukum Kekekalan Energi. Pada 1840, Joule mendeklarasikan sebuah hukum, yang dikenal sebagai Hukum Joule, yaitu tentang panas yang diproduksi dalam konduktor listrik. Untuk menghormati jasajasanya, nama Joule digunakan sebagai satuan energi dan usaha.
70
:e,-).',e"+)',e$0)ss)'\'/%'te$1et)/'+&')t)s',&+)"%'+)t)$'/)s)$'+e"%)"'/oeB&s&e" %ese/'/&"et&/'R8P5'6e"+)'te$se,-t'+&t)$&/'seA)-.'_'0ete$'+e"%)"'1)A-'tet)75'6e$)7)/). -s).)'3)"%'+&.)s&1/)"'o1e.'%)3)'t)$&/'te$se,-t'A&/)'t)$&/)""3)'seA)A)$'+e"%)"'1)"t)&D H+&/et).-&'9NLR'0ZsPI N D$E$&F >&/et).-&M ''N'\'/%Y & N'_'0 F fk 5/ N'R8PY " N'LR'0ZsP w 6es)$"3)'-s).)'o1e.'%)3)'t)$&/')+)1). s ! N'%"$s(#"%'9os ! "& `1e.'/)$e")'! #"R="0)/)',es)$'-s).)')+)1). ! N'"%"& 6es)$'%)3)"%"0)s&.',e1-0'+&/et).-&5 `1e.'/)$e")'1)A-',e"+)'tet)7'0)/)',es)$'$es-1t)"'%)3)' # %(N'R %>"+"57N'R'H7)+)'s-0,-->I +)" %@+","N'R'H7)+)'s-0,--
Contoh 3.3 C)ss)'seo$)"%'7e"%e"+)$)'0oto$'+)"'se7e+)'0oto$"3)')+)1).'PRR'/%5':e7e+)'0oto$ &"&'0e1-"9-$'+e"%)"'/e1)A-)"'VR'0Zs5'?e0-+&)"8'0oto$'+&$e0'.&"%%)',e$.e"t&'sete1). \'+et&/5'Fe"t-/)"'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'se1)0)'7e"%e$e0)"',e$1)"%s-"%5 D$E$&F >&/et).-&M ''N'PRR'/%Y'BR'N'VR'0ZsY'.'N'\'+et&/5 :e7e+)'0oto$',e$.e"t&M'Bt"#"R B t N'BR'a'*'. R N'VR'0Zs'a'*'H\'sI * N'KW'0ZsP L & #"BA"."a *'.P P N'HVR'0ZsIH\'sI'a' L HKW'0ZsPIH\'sIP'N'HJPR'0'K'L_R'0I'N'L_R'0 P ! N'%"& H/)$e")')$).'%)3)'seA)A)$'+e"%)"'7e$7&"+).)"',e"+)I ! N'''*'& N'HPRR'/%IHKW'0ZsIHL_R'sI'N'KL_R5RRR'T5 T)+&8'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'se1)0)'7e"%e$e0)"')+)1).'KL_R'/T5
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
2. Menentukan Usaha dari Grafik Gaya Terhadap Perpindahan
F
<)+)'-$)&)"'se,e1-0"3)8'%)3)"%'3)"%'+&%-")/)"',e$"&1)&'/o"st)"'-"t-/ 0e"%.)s&1/)"' -s).)' 7)+)' ,e"+)' 3)"%' ,e$7&"+).' seA)-.' &$ T&/)'="+)'0e0,-)t'%$)B&/'%HtI'te$.)+)7'&'H7e$7&"+).)"I'7)+)'%)3) /o"st)"' %8' ="+)' )/)"' 0e07e$o1e.' %$)B&/' se7e$t&' 7)+)' #$%&$r( )*H5 6e$+)s)$/)"'%$)B&/'te$se,-t8',es)$'-s).)'3)"%'+&.)s&1/)"'o1e.'%)3)'/o"st)" !'se.&"%%)',e"+)',e$7&"+).'seA)-.' % s's)0)'+e"%)"'1-)s'+)e$).'+&',)G). /-$2)' %HtI5 E"t-/' -s).)' 3)"%' +&.)s&1/)"' %)3)' !' 3)"%' ,es)$"3)' ,e$-,).4-,).8 )/)"' +&+)7)t/)"' se,-).' %$)B&/' se7e$t&' 7)+)' #$%&$r( )*I5' d-)s' +)e$). 3)"%' +&)$s&$' ,e$)+)' +&' )"t)$)' %)$&s' s-0,-4&' +)"' %)$&s' s-0,-4%$ Es).)'tot)1'3)"%'te$A)+&'7)+)'#$%&$r()*I'0e$-7)/)"'7e"A-01).)" set&)7' -s).)' +)$&' &L' s)07)&' +e"%)"' &P5' T)+&8' +)7)t' +&t-1&s/)"
F=s
F(t)
%s
s1
s
s2
Gambar 3.5 Pada besar F konstan, W = luas daerah di bawah kurva F(t). F
&P
''''''''''''''''''''''''''''''''''' !.).*1 & & % %& ''''''''''''''''''''''''''''''''''HJK_I
s1
&L
<e"+e/)t)"' te$,)&/' )+)1).' +e"%)"' 9)$)' 0e07e$/e9&1' % & ' s)07)& 0e"+e/)t&'"o1')t)-' 1&0 5'`1e.'/)$e")'&t-8'se9)$)'0)te0)t&s',-rs$%$$. %& 'R /)0J1( 0e"A)+& &P
!.).*1 & 1&0 & % %& %&'R
&P
HJKXI
&L
%& ' R
&L
'&P
F
s2
Fds
HJK\I
'&L
s1
s2
Gambar 3.7
Contoh 3.4
N'
Grafik gaya (F) terhadap perpindahan (s) dengan gaya (F) tidak konstan atau berubahubah.
s1
=$t&'&"te%$)1'7)+)',-rs$%$$.(/)0K1()+)1).'1-)s'+)e$).'3)"%'+&)$s&$ +&')"t)$)'/-$2)',es)$'%)3)'%'+)"',es)$'7e$7&"+).)"' &$
:e7oto"%' ,)1o/' /)3-' 3)"%' 0)ss)"3)' V' /% te$1et)/'+&')t)s',&+)"%'+)t)$5'?e0-+&)"8 ,)1o/'/)3-'te$se,-t'0e"%)1)0&'%e$)/'1-$-s 3)"%'+&se,),/)"'o1e.'%)3)'3)"%',es)$"3) ,e$-,).4-,).'te$.)+)7'/e+-+-/)"',)1o/8 se7e$t&'t)07)/'7)+)'%)0,)$5'Fe"t-/)"'tot)1 -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' %)3)' 7)+)' ,)1o/ .&"%%)',e$7&"+).'seA)-.'X'05 D$E$&F L5 !=6]> #"1-)s't$)7es&-0'=6]>
F (N) B 40
C
A
2
–40
Usaha merupakan luas daerah arsir di antara s1 dan s2 pada kurva antara gaya F dan perpindahan s.
D 4
E 5
G 7 s F
# => % 6] $ =6 & # V % P$ VR &'LPR'Ao-1e
P P !>! #"1-)s'>!'N'R !!@^ #"1-)s'se%&t&%)'!@^ L L N' H!^'b'^@I'N' HP'b'HKVRII'N'KVR'T P P T)+&8'-s).)'tot)1'-"t-/'R'c'>'c'X')+)1). !tot)1 N'!=6]>'a'!>!'a'!!@^
P5 J$
#"HLPR"?"R''K'VRI'T'N''\R'T
s
Gambar 3.6
(
1&0 & % %& & ( % 3 &
)t)-
s2
%s
Kata Kunci • usaha negatif • usaha nol • usaha positif
Usaha, Energi, dan Daya
71
s
Tes Kompetensi Subbab
A
K-r6$8$.3$;(d$3$%(&484(3$C7;$.* L5
P5
J5
V5
:eo$)"%'s&sG)'0e"+o$o"%'se,-).'0eA)'+e"%)"'%)3) \R' N5' 6e$)7)/).' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3) +o$o"%')%)$'0eA)',e$7&"+).'seA)-.'P'0D 6e$)7)/).'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'-"t-/'0e"%)"%/)t se,-).'0es&"'t&/'3)"%'0)ss)"3)'V'/%'.&"%%)'/et&"%%&)" P'0'H9'N'[8\'0ZsPID :e,-).',e"+)'3)"%'0)ss)"3)'P'/%'0e1-"9-$'+e"%)" /e9e7)t)"'LR'0Zs5'`1e.'/)$e")')+)'7e"%)$-.'%)3) %ese/')"t)$)'1)"t)&'+)"',e"+)8',e"+)',e$.e"t&'sete1). ,e$%e$)/'W'+et&/5'Fe"t-/)"'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'o1e. %)3)'%ese/'7)+)',e"+)'te$se,-t5 :e,-).' ,e"+)' ,e$0)ss)' W' /%' +&t)$&/' /e' )t)s' 7)+) ,&+)"%'0&$&"%'/)s)$'o1e.'%)3)'VR'N'se)$).'+e"%)" ,&+)"%5':-+-t'/e0&$&"%)"',&+)"%'te$.)+)7'.o$&fo"t)1
J+ * )+)1).' " ' , t)" " & - se.&"%%)' ,e"+)' ,e$7&"+). V/ .
W5
seA)-.' V' 05' T&/)' /oeB&s&e"' %ese/)"' )"t)$)' ,e"+) J +e"%)"',&+)"%'R8P'+)"' t)" " & 8'.&t-"%1).'-s).) V 3)"%'+&1)/-/)"'o1e.'%)3)',e$)t'+)"'%)3)'%ese/'/&"et&/5 :e,-).' %)3)' %' 3)"%' ,e$-,).4-,).' ,e/e$A)' 7)+) se,-).',e"+)'se.&"%%)',e"+)'0e"%)1)0&'7e$-,).)" se7e$t&'%$)B&/'7)+)'%)0,)$',e$&/-t5 4
F (N)
6 7 8 2
x (cm)
4
–4
U&t-"%' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' %' 7)+) ,e"+)'-"t-/'A)$)/'seA)-.'\'05
B. Energi dan Usaha <e$")./).'="+)'0e1&.)t'see/o$'/-+)'3)"%'se+)"%'0e")$&/'%e$o,)/ 3)"%'7e"-.'+e"%)"'0-)t)"D'?et&/)'/-+)'se+)"%'0e")$&/'%e$o,)/'+)1)0 G)/t-' 3)"%' 9-/-7' 1)0)8' ,&)s)"3)' ")7)s' /-+)' te$1&.)t' te$se"%)14se"%)15 Ce"%)7)' +e0&/&)"D' ?-+)' te$se,-t' te1).' 0e"%e1-)$/)"' e"e$%&' 3)"%' +&4 %-")/)"' -"t-/' 0e1)/-/)"' -s).)5' >e"%)"' +e0&/&)"8' 262:94" *3*1*;" &/*./ 72'*'C/*6" /6./7" '21*7/7*6" /&*;*5
1. Energi Kinetik dan Teori Usaha-Energi Fe1).'="+)'7e1)A)$&'7)+)'s-,,),'se,e1-0"3)',).G)'-s).)'+)7)t'te$A)+& 7)+)'%)3)'/o"st)"")t)-'%)3)'3)"%',e$-,).4-,).$'?e+-)'Ae"&s'-s).)'te$se,-t 0e0&1&/&' /es)0))"8' 3)&t-' )+)"3)' %)3)' 3)"%' ,e/e$A)' 7)+)' ,e"+)' se.&"%%) ,e"+)' ,e$%e$)/8' 1)A-"3)' /o"st)"8' )t)-' 0e0&1&/&' 7e$9e7)t)"5 :e/)$)"%' )/)"' +&,).)s' /e)+))"' +e"%)"' $es-1t)"' %)3)' %' /o"st)"5 ^)3)' te$se,-t' ,e/e$A)' 7)+)' ,e"+)' ,e$0)ss)' '' +)"' )/)"' 0e"%.)s&1/)" 7e$9e7)t)"' *5' Ce"-$-t' U-/-0' ee' NeGto"8' ,es)$' 7e$9e7)t)"' te$se,-t % )+)1).' * & 5' =+)7-"' 7e$s)0))"' ,es)$' 7e$7&"+).)""3)' )+)1). ' L P P && B. ) BR 5' Es).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' te$se,-t' )+)1). P* !N%&N'*&
#
$
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""# '* L B.P ) BRP P*
#
#
$$
P P L L """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!"# P 'B. ) P 'BR
72
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
HJK[I
="+)' te1).' 0e"%et).-&' ,).G)' -s).)' )+)1).' 7$oses' t$)"sBe$' e"e$%& 0e1)1-&' %)3)' se.&"%%)' ,e"+)' ,e$%e$)/5' ?et&/)' ,e"+)' ,e$%e$)/8' ,e"+) 0e0&1&/&' /e9e7)t)"' +)"' 0e"%.)s&1/)"' e"e$%&' /&"et&/5' 6e$+)s)$/)" ,-rs$%$$.( /)0M18' e"e$%&' /&"et&/' ,e"+)' +&"3)t)/)"' +e"%)"
?ete$)"%)"M D7 N' e"e$%&' /&"et&/' HTI ' N' 0)ss)' ,e"+)' H/%I B N' /e1)A-)"' ,e"+)' H0ZsI >e"%)"' +e0&/&)"8
D7'N' L 'BP P
HJKLRI V0
Vt
F
!"N'D/P" +"D/L
HJKLLI
T)+&8'-s).)'3)"%'+&.)s&1/)"'%)3)'$es-1t)"'7)+)'7)$t&/e1'te$se,-t's)0) +e"%)"' 7e$-,).)"' e"e$%&' /&"et&/' 7)$t&/e1
A
!"N' % D/
Gambar 3.8
HJKLPI
,-rs$%$$.( /)0N+1' +&/e")1' +e"%)"' teo$e0)' -s).)4e"e$%&' -"t-/' 7)$t&/e15
Contoh 3.5 :e,-).'/e1e$e"%',e$0)ss)'PR'%5'`1e.'/)$e")'7e"%)$-.'%)3)8'/e1e$e"%',e$%e$)/'+e"%)" /e1)A-)"'tet)7'VR'90Zs5'Fe"t-/)"'e"e$%&'3)"%'+&0&1&/&'/e1e$e"%'te$se,-t5 D$E$&M >&/et).-&M '"N'PbLRKP'/% B'N'VR'90Zs'N'R8V'0Zs L L D7'N' 'BP'N' HPbLRKP'/%IHR8V'0ZsIP P P N'L8_'b'LRKJ'T5 T)+&8'e"e$%&'/&"et&/'3)"%'+&0&1&/&'/e1e$e"%')+)1).'L8_'b'LRKJ'T5
B
s
Besar usaha yang dilakukan oleh pengemudi becak sama dengan besar gaya yang bekerja pada becak dikalikan dengan besar perpindahannya.
Tugas Anda 3.1 Amatilah perubahan energi yang terjadi di sekitar Anda. Diskusikanlah hal tersebut bersama teman Anda, apakah perubahan energi yang terjadi akan memengaruhi usaha yang dilakukan?
Contoh 3.6 <)/-',e$0)ss)'W'%'te$1e7)s'+)$&'t)"%)"'seo$)"%'t-/)"%'/)3-5'?et&/)'7)/-'0e"3e"t-. t)").8' /e1)A-)""3)' JR' 0Zs5' T&/)' %)3)' %ese/' 7)/-' te$.)+)7' t)").' se,es)$' VW' N8 .&t-"%1).'/e+)1)0)"'7)/-'3)"%'0e")"9)7'+)1)0't)").5 D$E$&F F >&/et).-&M ' N'W'% BL N''JR'0Zs % N''VW'N s L ! N' ) m B22 ) B12 P %!& N''HK L IHW'b'LRKJ'/%IHR'K'JRP'0ZsPI P VW'& N''P8PW' $ "'R8RW'05 T)+&8'/e+)1)0)"'7)/-'3)"%'0e")"9)7'+)1)0't)").')+)1).'R8RW'05
#
$
Usaha, Energi, dan Daya
73
2. Energi Potensial D62:94" C).26&4*1" *3*1*;" 262:94" <*69" .2:&4'C*6" C*3*" &/*./" 8263*" *748*. 826./76<*E"12.*76<*E"*.*/"72*3**66<*E"3*6"047*"72*3**6"'2'/697467*6E"262:94 .2:&28/."3*C*."34'/6(/17*65']o"to."3)'t)1&',-s-$'3)"%'se+)"%'+&te%)"%/)"5 <)+)' /e)+))"' &"&8' t)1&' ,-s-$' 0e0&1&/&' e"e$%&' 7ote"s&)15' T&/)' t)1&' ,-s-$ +&1e7)s/)"8' )")/' 7)").' +)7)t' te$1e07)$' +e"%)"' A)$)/' te$te"t-5' 6e%&tA-%)'7)+)'/)t)7e15'!"e$%&'7ote"s&)1'0-"9-1'/et&/)'/)$et'/)t)7e1'+&te%)"%4 /)"8' /e0-+&)"' .&1)"%' /et&/)' /)$et' /)t)7e1' +&1e7)s/)"5' 6e"t-/' e"e$%& 7ote"s&)1' 1)&"' 3)"%' te$+)7)t' +&' )1)0' )+)1).' e"e$%&' 7ote"s&)1' %$)2&t)s&' +)" e"e$%&' 7ote"s&)1' 7e%)s5 Gambar 3.9 Menegangkan tali panah dan katapel memunculkan energi potensial.
F
h mg
Gambar 3.10 Usaha yang dibutuhkan Pak Simbolon untuk mengangkat ikan setinggi h adalah W = mgh.
y2 s
h
Ftangan= mg
Energi Potensial Gravitasi
!"e$%&' t&+)/' +)7)t' +&9&7t)/)"' +)"' t&+)/' +)7)t' +&0-s")./)"8' tet)7& +)7)t' ,e$-,).' +)$&' s-)t-' ,e"t-/' 0e"A)+&' ,e"t-/' 3)"%' 1)&"5' >e0&/&)" A-%)' e"e$%&' 7ote"s&)1' %$)2&t)s&' 3)"%' se$&"%' +&te0-/)"' +)1)0' /e.&+-7)" se.)$&4.)$&5 <e$.)t&/)"' 9o"to.' ,e$&/-t5' :e,-).' ,)t-' /e$&/&1' +&1e07)$/)"' se9)$) 2e$t&/)15' !"e$%&' 7ote"s&)1' te$,es)$' 3)"%' +&0&1&/&' ,)t-' )+)1).' /et&/)' ,)t0e"9)7)&' /et&"%%&)"' 0)/s&0-05' ]o"to.' 1)&"8' se,-).' 7e"s&1' 3)"%' te$1et)/ +&' )t)s' 0eA)' 0e0&1&/&' e"e$%&' 7ote"s&)1' %$)2&t)s&' 3)"%' ,es)$"3)' se,)"+&"% +e"%)"' 0)ss)' +)"' te07)t' /e+-+-/)"' 7e"s&1' te$.)+)7' 1)"t)&5' ?et&/)' 7e"s&1 ="+)'se"t-.'+)"'="+)',&)$/)"'A)t-.'/e'1)"t)&8'%)3)',e$)t'7e"s&1'0e1)/-/)" -s).)' se.&"%%)' 7e"s&1' ,e$7&"+).' 7os&s&"3)' +)$&' )t)s' 0eA)' /e' 1)"t)&5 6es)$' e"e$%&' 7ote"s&)1' %$)2&t)s&' 3)"%' +&0&1&/&' ,e"+)4,e"+)' 7)+) 9o"to.' +&' )t)s' ,e$%)"t-"%' 7)+)' /e+-+-/)"' ,e"+)' te$se,-t' te$.)+)7 )9-)"' te$te"t-5' <)+)' #$%&$r( )*NO8' -"t-/' 0e"%)"%/)t' see/o$' &/)"' 3)"% ,e$)t"3)','set&"%%&';8'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'<)/':&0,o1o"')+)1).'!"#"%; H)$).' %)3)' se)$)." 7e$7&"+).)"' ,e"+)I" )t)-' +&t-1&s !"#"'9;
DC!"!'9;
y1
Gambar 3.11 Sebuah benda yang diangkat oleh gaya dorong Ftangan = mg dari posisi y1 ke y2.
HJKLJI
?ete$)"%)"M ' #" 0)ss)' ,e"+)' H/%I 9 #" ,es)$' 7e$9e7)t)"' %$)2&t)s&' H0ZsPI ; #" t&"%%&' ,e"+)' H0I 6e"+)'3)"%',e$)+)'7)+)'/et&"%%&)"';'+)$&'t&t&/')9-)"'0e0&1&/&'e"e$%& 7ote"s&)1' -"t-/' 0e1)/-/)"' -s).)' se,es)$' '9;5' T)+&8' ,e"+)' 0e0&1&/& 7ote"s&)1' %$)2&t)s&' 3)"%' ,es)$"3)
' Fgravitasi=mg
74
a.
HJKLVI
N1 P4&4.>$.($.C$r$(-.-r>7(5oC-.s7$3(>r$Q7C$s7(d$.(4s$;$ <e$.)t&/)"'#$%&$r()*NN5'=$).'2e$t&/)1'/e')t)s'Hs-0,--
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Es).)'te$se,-t'+&+eB&"&s&/)"'se,)%)&'7e$-,).)"'e"e$%&'e/ste$")1'Ht)"%)"I" DC' e/s
% DC"e/s#DCP'+"DCL#!e/sN"' 9H
HJKLWI
:))t' /e' ,)G). !%$)2&t)s&! #! #%$)2&t)s&$s! #" '9H
% DC'%$)2#"DCP+"DCL#"+!%$)2N'' 9F
HJKL_I
!"e$%&' 7ote"s&)1' %$)2&t)s&' 7)+)' t&t&/' <' +)$&' t&t&/' )9-)"' te$te"t-' H
HJKLXI
+e"%)"" ;" 0e$-7)/)"" t&"%%&" ,e"+)" te$.)+)7" 1)"t)&$ +1 :s$;$(y$.>(d73$848$.(o3-;(>$y$(5$d$(&-.d$(5$d$(8-C7.>>7$.(% <e$.)t&/)"'#$%&$r()*N+/$1'+)"'#$%&$r()*N+/&15'@)$&+'+)"':)0-e1 se+)"%' 0e0&"+)./)"' ,)1o/' 3)"%' ,e$0)ss)' s)0)' /e' /et&"%%&)"' ;5' @)$&+ 0e0&"+)./)"' ,)1o/' 0e"%%-")/)"' ,&+)"%' 0&$&"%8' se+)"%/)"' :)0-e1 0e0&"+)./)"' ,)1o/' 0e"%%-")/)"' /)t$o15' Ce"-$-t' ="+)8' s)0)/). -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' @)$&+' +)"' :)0-e1' te$.)+)7' ,)1o/' te$se,-tD <)+)( #$%&$r( )*N+( /$18' 7)"A)"%' 1&"t)s)"' 3)"%' +&te07-.' ' H&I 0e0,e"t-/'s-+-t ! te$.)+)7',&+)"%'.o$&fo"t)15'>e"%)"'+e0&/&)"8'-s).) 7)+)' 1&"t)s)"' 0&$&"%' H!=6I' 3)"%' +&1)/-/)"' @)$&+' )+)1). !=6 N'!gs N''9&'s&" !
N F
sin
B A
!
s
H)I
h
HJKL\I
=+)7-"' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' :)0-e1' -"t-/' 0e0&"+)./)"' ,)1o/ /e' /et&"%%&)"' ;' 0e"%.)s&1/)"' 1&"t)s)"' 2e$t&/)1' se7)"A)"%' ;5' >e"%)" +e0&/&)"8' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' :)0-e1' )+)1). !'N'%; !'N''9; HJKL[I 6e$+)s)$/)"'/e+-)'9o"to.'te$se,-t8'+)7)t'+&s&07-1/)"',).G)'-s).) 3)"%' +&1)/-/)"' ,e"+)' ,e$%)"t-"%' 7)+)' /et&"%%&)"' 3)"%' +&9)7)&8' t&+)/ ,e$%)"t-"%' 7)+)' 9)$)' 7e"%)"%/)t)"' ,e"+)' te$se,-t' )t)-' 1&"t)s)"' 3)"% +&te07-.' se1)0)' 7e"%)"%/)t)"5
mg
H,I Gambar 3.12 (a) Farid memindahkan balok ke ketinggian h menggunakan bidang miring, sedangkan (b) Samuel menggunakan katrol dengan lintasan vertikal. Samakah usaha yang dilakukan keduanya?
Contoh 3.7 6)t-',e$0)ss)'P'/%'A)t-.',e,)s'+)$&'/et&"%%&)"'PR'0'+&')t)s't)").5'Fe"t-/)"'7e$-,).)" e"e$%&'7ote"s&)1'+)"'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)',e$)t',)t-'te$se,-t'7)+)'s))t'0e"9)7)& /et&"%%&)"'W'0'+&')t)s't)").5 D$E$&F >&/et).-&M '"#"P'/%Y';="#"PR'0Y';6'N'W'0
Usaha, Energi, dan Daya
!
h
mg
; 1 N''9' 02 3 s&" ! 4 s&" ! 5 !=6'N''9;
g =m
75
Tantangan untuk Anda
)5 ,5
<e$-,).)"'e"e$%&'7ote"s&)1M %E p N''9H;L"K";MI'N'HP'/%IHLR'0ZsPIHW'0'K'PR'0I'N'KJRR'T5 T)+&8'7e$-,).)"'e"e$%&'7ote"s&)1'se,es)$'JRR'Ao-1e5 Es).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)',e$)tM !N'K'9"H;6'K';=I'N'KHP'/%IHLR'0ZsPIHW'0'K'PR'0I'N'JRR'T5 Es).)'7os&t&B'/)$e")')$).'%)3)',e$)t'se)$).'+e"%)"')$).'7e$7&"+).)"5 T)+&8'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)',e$)t'se,es)$'JRR'Ao-1e5
Contoh 3.8 Sumber: Fisika untuk Sains dan Teknik, 1998
Perhatikan gambar di atas. Jika seorang ahli gizi menyatakan bahwa pada pizza isi daging dan keju tersebut mengandung energi 16 megajoule, bagaimana pendapat Anda jika dikaitkan dengan konsep Fisika? Bagaimana cara mendapatkan angka tersebut?
6e$)7)/).' e"e$%&' 7ote"s&)1' 3)"%' +&0&1&/&' o1e.' VRR' 0J' )&$' 3)"%' ,e$)+)' 7)+) /et&"%%&)"'[R'08'A&/)'0)ss)'Ae"&s')&$'L5RRR'/%Z0J'+)"'7e$9e7)t)"'%$)2&t)s&'+&'te07)t te$se,-t'LR'0ZsPD D$E$&F =&$'te$A-"'te$se,-t'0e0&1&/&'0)ss) ' #" 6 'J'N'HL5RRR'/%Z0JIHVRR'0JI'N'V'b'LRW'/% !"e$%&'7ote"s&)1'3)"%'+&0&1&/&')&$'te$A-"')+)1). D C N''"9";'#"HV'b'LRW'/%I'HLR'0ZsPIH[R'0I'N'J8_'b'LR\'T T)+&8'e"e$%&'7ote"s&)1'3)"%'+&0&1&/&')&$'te$A-"')+)1).'J8_'b'LR\'Ao-1e5
b. Energi Potensial Elastis Pegas
H)I
H,I
H9I
y2' y1=0
y2
!"e$%&' 7ote"s&)1' e1)st&s' 7e%)s' ,e$,e+)' +e"%)"' e"e$%&' 7ote"s&)1' 7)+) -0-0"3)5'!"e$%&'7ote"s&)1'7e%)s')+)1).'e"e$%&'3)"%'+&0&1&/&'7e%)s')/&,)t )+)"3)'7e$-,).)"'7)"A)"%')t)-'$e%)"%)"'7e%)s5'^)3)'3)"%',e/e$A)'7)+) 7e%)s' 0e0-"%/&"/)"' 7e%)s' -"t-/' 0e$e%)"%5 <e$.)t&/)"'#$%&$r()*N)5'<)+)'#$%&$r()*N)/$18'0-1)40-1)'7e%)s'+)1)0 /e)+))"'set&0,)"%$' !"e$%&' 7ote"s&)1' 7e%)s' +)"' e"e$%&' /&"et&/"3)' "o15' <)+) #$%&$r()*N)/&1'+)"'#$%&$r()*N)/R18'7e%)s'0e0&1&/&'s&07)"%)"'seA)-.'
N' ) Gambar 3.13 (a) Keadaan awal benda dalam posisi seimbang. (b) Pegas ditarik sejauh simpangan y2. (c) Posisi benda kembali ke titik setimbang karena gaya pegas F = –ky2.
(
% 7 3<
<& R <
N' ) ( # ) 7< $ 3< R
L P N' 7< P >e"%)"' +e0&/&)"8' ,es)$"3)' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' 7e%)s +&"3)t)/)"' +e"%)"' 7e$s)0))" !@'7e%)s'N' )%D7 '7e%)s D7'7e%)s'N' L 7
76
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Contoh 3.9 <e%)s',e$t)0,).'7)"A)"%'LR'90'/et&/)'+&,e$&'%)3)'LR'N5'6e$)7)/).'e"e$%&'7ote"s&)1 7e%)s'A&/)'%)3)'7)+)'7e%)s'te$se,-t'+&A)+&/)"'P8W'/)1&'1&7)tD D$E$&F >&/et).-&M %L'N'LR'NY'"">L''N'LR'90'N'R8L'05 7'N'
FL LR N 'N' 'N'LRR'NZ05 R8L'0 >L
T&/)'%P'N'P8W(%L'N'HP8WIHLR'NI' $ %P'N'PW'N5 >P'N'
FP PW N 'N' 'N'LRR'NZ0'N'R8PW'05 LRR'NZ0 7P
Kata Kunci
L L DC"N' '7>P'N' 'HLRR'NZ0IHR8PW'0IP'N''J8LPW'T5 P P T)+&8',es)$'e"e$%&'7ote"s&)1'e1)st&s'7e%)s')+)1).'J8LPW'T5
Tes Kompetensi Subbab
• energi kinetik • energi potensial
B
K-r6$8$.3$;(d$3$%(&484(3$C7;$.* L5
P5
J5
:e,-).',)t-'/e9&1',e$0)ss)'V'%'+&1e7)s/)"'+)$&'/)t)7e1 se.&"%%)',es)$'e"e$%&'/&"et&/'3)"%'+&0&1&/&"3)')+)1). L\R'Ao-1e5'U&t-"%'/e1)A-)"',)t-'te$se,-t5 Co,&1' ,e$0)ss)' LWR' /%' se+)"%' ,e$%e$)/' +e"%)" /e9e7)t)"'XP'/0ZA)08't&,)4t&,)'+&$e0'+)"',e$.e"t& sete1).'0e"e07-.'A)$)/'PR'05'Fe"t-/)"1).M )5 %)3)'$e0'7)+)'0o,&1Y'+)" ,5 -s).)'3)"%'+&7e$o1e.'+)$&'7e"%e$e0)"5 ?e$et)' 0)&")"' 3)"%' 0)ss)"3)' V' /%' +&1e7)s/)"' +)$& 7-"9)/',&+)"%'0&$&"%'1&9&"'+e"%)"'s-+-t'/e0&$&"%)" JRS'te$.)+)7'.o$&fo"t)15'T&/)'7)"A)"%'1&"t)s)"',&+)"% 0&$&"%'LP'0'+)"'9'N'LR'0ZsP8'te"t-/)"'7e$-,).)"'e"e$%& 7ote"s&)1'+&'='+)"'/e$et)'sete1).'0e"e07-.'A)$)/'LR'05
V5
W5
6e"+)',e$0)ss)'R8P'/%'+&1e7)s/)"'+)$&'/et&"%%&)"'LRR'905 )5 U&t-"%1).'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)'%$)2&t)s& 7)+)',e"+)'te$se,-t5 ,5 U&t-"%1).',e$/-$)"%"3)'e"e$%&'7ote"s&)1'%$)2&t)s& ,e"+)'te$se,-t5 6e"+)'C',e$0)ss)'L'/%'A)t-.'0e"%%e1&"9&$'+)$&')t)s ,&+)"%'0&$&"%'+e"%)"'s-+-t'/e0&$&"%)"'JXS5'6e"+) te$se,-t'0e"-0,-/'se,-).'7e%)s'3)"%'te$1et)/'L'0 +)$&'1et)/'C'se0-1)5'T&/)'7'N'PRR'NZ0'+)"'7e%)s te$te/)"'0)/s&0-0'seA)-.'LR'908'.&t-"%'/oeB&s&e" %ese/')"t)$)',)1o/'C'+e"%)"',&+)"%'0&$&"%5
C. Gaya Konservatif dan Hukum Kekekalan Energi Mekanik <e$.)t&/)"' #$%&$r' )5NG/$15' :e,-).' 7e%)s' +&1et)//)"' +&' )t)s' 1)"t)& +)"' s)1).' s)t-' -A-"%"3)' +&&/)t/)"' 7)+)' +&"+&"%5' ?e0-+&)"8' se,-).' ,)1o/ ,e$0)ss)'''0e1-"9-$'+e"%)"'/e9e7)t)"'''te7)t'/e')$).'7e%)s5'T&/)'1)"t)& +)t)$'+)"'1&9&"8'se$t)'7e%)s"3)'&+e)18's&ste0')/)"'0e0e"-.&'U-/-0'Uoo/e8 !' N' K7 S8' +e"%)"' !' )+)1).' %)3)' 7)+)' 7e%)s' s))t' -A-"%' ,e,)s"3)' ,e$%ese$ seA)-.' (5' ?e)+))"' 3)"%' +&&"%&"/)"' 7)+)' s&ste0' te$se,-t' )+)1).' e"e$%& /&"et&/'te$7-s)t'7)+)'0)ss)',)1o/'se.&"%%)'e"e$%&'/&"et&/'7e%)s'+&),)&/)"5 =/&,)t"3)8' 0)ss)' 7e%)s' +&)"%%)7' s)"%)t' /e9&1' +)$&7)+)' 0)ss)' ,)1o/5 ?et&/)',)1o/'0e"3e"t-.'7e%)s8'1)A-',)1o/',e$/-$)"%'s)07)&')/.&$"3) ,e$.e"t&' /)$e")' %)3)' 7e%)s' 3)"%' 0e1)G)"' %)3)' +o$o"%)"' +)$&' ,)1o/5 <e$.)t&/)"'#$%&$r')5NG/&15'?e0-+&)"8')$).',)1o/',e$,)1&/')/&,)t'%)3) 7e%)s' ,e/e$A)5' =/&,)t"3)8' ,)1o/' 0e07e$o1e.' e"e$%&' /&"et&/"3)' /e0,)1& se7e$t&' s))t' ,)1o/' 0e"3e"t-.' 7e%)s8' G)1)-7-"' )$)."3)' ,e$,e+)5' 6)1o/
H)I
v k m licin
H,I
x m
H9I
x1
licin v
%x = x2 – x1
m x2
Gambar 3.14
licin
Gaya pada pegas merupakan gaya konservatif.
Usaha, Energi, dan Daya
77
/e.&1)"%)"' e"e$%&' /&"et&/"3)' 7)+)' s)1).' s)t-' )$).' %e$)/"3)8' tet)7& 0e07e$o1e.' e"e$%&' /&"et&/"3)' /e0,)1&' 7)+)' )$).' %e$)/' 3)"%' 1)&"8' 3)&t/et&/)' ,)1o/' ,e$,)1&/' /e' 7os&s&' se0-1)' H#$%&$r' )5NG/R1I5 <)+)' 7e$&st&G)' te$se,-t8' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' %)3)' 7e%)s' !' N' 7 S t&+)/'0e"%-,).'e"e$%&'0e/)"&/'s&ste0'7e%)s5'^)3)'3)"%'+&1)/-/)"'o1e. 7e%)s'te$se,-t',e$s&B)t'/o"se$2)t&B5'^)3)'%$)2&t)s&'A-%)',e$s&B)t'/o"se$2)t&B8 +)7)t/).'="+)'0e"Ae1)s/)"'0e"%)7)'%)3)'%$)2&t)s&',e$s&B)t'/o"se$2)t&BD >)$&'s-+-t'7)"+)"%'3)"%'1)&"8'%)3)'/o"se$2)t&B'A-%)'0e0&1&/&'9&$&',).G) A-01).'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)'7)+)'7)$t&/e1'H,e"+)'+&)"%%)7'se,)%)& 7)$t&/e1I')+)1).'"o15'<)+)'/e)+))"'set&0,)"%'H7os&s&'>'N'RI8'%)3)'7e%)s !7' 7)+)' 9o"to.' te$se,-t' +&"3)t)/)"' +e"%)"' 7e$s)0))" !7"#"7S
F).-/).' ="+)' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' 7e%)s' te$se,-tD <e$.)t&/)"' /e0,)1&' #$%&$r( )*NG8' /et&/)' ,e"+)' ,e$7&"+).' +)$&' 7os&s&' L 3)"%'0e0&1&/&'s&07)"%)"'>L'/e'7os&s&'P'+e"%)"'s&07)"%)"'>P8',es)$'-s).) 3)"%'+&1)/-/)"'%)3)'7e%)s'te$.)+)7',e"+)'+&"3)t)/)"'+e"%)"'7e$s)0))" !L8P'N'K%C %> """""""""""""""""""""""""!L8P'N'K7> %> ''''''''''''''''''''HiI F)"+)' "e%)t&B' 0e"3)t)/)"' ,).G)' )$).' %)3)' 7e%)s' %C' ,e$1)G)")" +e"%)"' )$).' 7e$7&"+).)"' %> $" M3*C/6" &4'C*69*6" j" 3*C*." 34C2:)12;" 3*:4 641*4":*.*N:*.*"3*:4"&4'C*69*6">L'+)"'>P5 >e"%)"' +e0&/&)"8' 7e$s)0))"' HiI' +)7)t' +&"3)t)/)"' +e"%)" !L8P N'K7> %> *> %> + !L8P N'K7 , P L - # >P ) >L $ . P / 7 !L8P #" ) # >P % >L $# >P ) >L $ P 7 !L8P #" ) >PP ) >LP ' HiiI P 6e$+)s)$/)"' 7e$s)0))"' HiiI8' Ae1)s1).' ,).G)' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)" o1e.'7e%)s't&+)/'0e"%-,).'e"e$%&'0e/)"&/'s&ste0'+)"'t&+)/',e$%)"t-"% 7)+)'7os&s&')G)1'+)"'7os&s&')/.&$',e"+)'3)"%'+&/e")&'%)3)'7e%)s'te$se,-t5 <e$.)t&/)"'#$%&$r()*NH*':e,-).'7et&'+&7&"+)./)"'/e'te07)t'1)&" set&"%%&' ;$' Es).)' 3)"%' +&7e$1-/)"' -"t-/' 0e0&"+)./)"' 7et&' )+)1). !L'N'K'9;$'F)"+)'"e%)t&B't&0,-1'/)$e")')$).'%)3)',e$)t'!',e$1)G)")" +e"%)"' )$).' %e$)/' 7et&5 Es).)' /et&/)' 0e0&"+)./)"' 7et&' t&+)/' ,e$%)"t-"%' 7)+)' 7)"A)"% 1&"t)s)"'3)"%'+&1)1-&'7et&8'tet)7&',e$%)"t-"%'7)+)',es)$'7e$-,).)"'t&"%%& 7et&'+)$&'/e+-+-/)"')/.&$'/e'/e+-+-/)"')G)1"3)5'T&/)'7et&'+&7&"+)./)" 1)%&'/e'7os&s&')G)1"3)8'-s).)'3)"%'+&1)/-/)""3)')+)1).'!P'N''9;5':e9)$) 0)te0)t&s8' -s).)' tot)1' 3)"%' +&1)/-/)"' -"t-/' 0e0&"+)./)"' 7et&' +)$& ,)G).' /e' )t)s' H!LI8' 1)1-' +&7&"+)./)"' 1)%&' /e' ,)G).' H!PI' )+)1). !tot N'!P'a"!L N' HK'9;I' a' H'9;I N'R 6es)$' -s).)' 7e0&"+).)"' se,-).' 7et&' +)$&' /e+-+-/)"' )G)1' .&"%%) /e0,)1&' /e' /e+-+-/)"' )/.&$"3)' ,e$"&1)&' "o15' T)+&8' +)7)t' +&s&07-1/)" ,).G)' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' /o"se$2)t&B' )/)"' ,e$"&1)&' "o18 A&/)' /e+-+-/)"' )/.&$' ,e"+)' /e0,)1&' /e' /e+-+-/)"' )G)1"3)5
#
Gambar 3.15 Seseorang sedang melakukan usaha memindahkan peti.
Tugas Anda 3.2 Sebutkan contoh-contoh gaya konservatif yang ada di sekitar Anda.
78
HJKPLI
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
$
1. Perumusan Hukum Kekekalan Energi Mekanik >)1)0' 0e+)"' %$)2&t)s&8' A-01).' e"e$%&' 7ote"s&)1' +)"' e"e$%&' /&"et&/ s-)t-',e"+)'tet)7'HA&/)'.)"3)')+)'%)3)'%$)2&t)s&I5'<e$"3)t))"'te$se,-t'+&/e")1 se,)%)&' U-/-0' ?e/e/)1)"' !"e$%&' Ce/)"&/5' <e$.)t&/)"( #$%&$r( )*NI5 :e,-).' ,e"+)' ,e$0)ss)' '' A)t-.' ,e,)s5' <)+)' 7os&s&' L8' /et&"%%&)""3)' ;H te$.)+)7' )9-)"' H1)"t)&I5' :es))t' /e0-+&)"8' ,e"+)' ,e$)+)' 7)+)' 7os&s&' P +e"%)"' /et&"%%&)"' ;G' te$.)+)7' )9-)"5' >&/)t)/)"' ,).G)' 7)+)' ,e"+) te$A)+&' 7e"%-$)"%)"' e"e$%&' 7ote"s&)1' 3)"%' ,es)$"3)' s)0)' +e"%)"' -s).) 3)"%' +&1)/-/)"' %)3)' ,e$)t5 HJKPPI !"N"K'HD7P" +"D7LI <)+)' 7os&s&' L8' /e9e7)t)"' ,e"+)' BH8' /e0-+&)"' ,e"+)' t-$-"' .&"%%) 7)+)' 7os&s&' P' +e"%)"' /e9e7)t)"' BG$" <)+)' /e)+))"' te$se,-t8' /e9e7)t)" ,e"+)' ,e$t)0,).' /)$e")' 7e"%)$-.' 7e$9e7)t)"' %$)2&t)s&' se.&"%%)' -s).) 3)"%' +&1)/-/)"' ,e"+)' s)0)' +e"%)"' 7e$-,).)"' e"e$%&' /&"et&/8' 3)&t!"N"D/P" +"D/L
v1
1
v2
2 h1
h2
mg
Gambar 3.16 Balok dijatuhkan dari ketinggian tertentu.
HJKPJI
6e$+)s)$/)"' ,-rs$%$$.' /)0++1' +)"' ,-rs$%$$.( /)0+)1' +&7e$o1e. D7L'K'D7P"N"D/P'K'D/L )t)-
D7L'?'D/L"N"D7P"a'D/P
HJKPVI
Contoh 3.10 :e,-).',o1)',e$0)ss)'''+&1e07)$/)"'2e$t&/)1'/e')t)s'+e"%)"'/e9e7)t)"')G)1'se,es)$''R$ Fe"t-/)"M )5 t&"%%&'0)/s&0-0'3)"%'+&9)7)&Y'+)" ,5 /e9e7)t)"'/et&/)',o1)'0e"9)7)&'t&"%%&'sete"%).'0)/s&0-05 v2 = 0 D$E$&F Ek2 ; Ep2 h2 = h )5 DCL"?"D7L"N"DCP?"D7P '9;L'a' L 'BLP N''9;P'a' L 'BPP P P R'a' L 'BLP #"'9;"a'R h P BRP L P `1e.'/)$e")'BH"'N"BA"0)/)' 'BR 'N''9;" $";''N P9 P T)+&8't&"%%&'0)/s&0-0'3)"%'+&9)7)&')+)1).';"#" ,5
DCL"?"D7L
BRP 5 P9
Ek1 ; Ep1
m
h1 = 0 v1 = v0
N"DCP?"D7P
R''a L 'BRP N''9 L ; '*7& a L 'B P P P P
#
$
P L 'B P N''9 * L BR + a L 'B P , R P . P P9 / P L 'B P N'' L BP a L 'B P P R V R P L 'B P N L 'B P V R P B P #" L BP P R L BP BP N P R T)+&8'/e9e7)t)"',o1)'/et&/)'0e"9)7)&'t&"%%&'sete"%).'t&"%%&'0)/s&0-0')+)1).
B"N'
L BP $ P R
Usaha, Energi, dan Daya
79
Contoh 3.11 :e,-).',)t-',e$0)ss)'''te$%)"t-"%'7)+)'se-t)s't)1&'3)"%'7)"A)"%"3)' ! '+&,e$&'%)3) 0e"+)t)$5'6)t-'0-1)&',e$%e$)/'+e"%)"'/e1)A-)"')G)1'BR'se7e$t&'7)+)'%)0,)$8'/et&/) ,)t-'0e"3&07)"%'+e"%)"'s-+-t' ! 8't&"%%&'3)"%'+&9)7)&',o1)'+)$&'t&t&/'set&0,)"%"3) )+)1).';5'Fe"t-/)"M )5 t&"%%&'0)/s&0-0'3)"%'+&9)7)&',)t-Y'+)" ,5 ,es)$'/e9e7)t)"')G)1',)t-'HBRI5 D$E$&F )5 DC="?"D7="N"DC6?"D76 ! '9;='a' L m B 2A N''9;6'a' L 'BP6 P P ! 2 L R'a' mB0 N''9;6'a'R P h BRP BR'N' P9; ' ' ; #" v0 P9 T)+&8't&"%%&'0)/s&0-0'3)"%'+&9)7)&',)t-'N' ,5
9os ! &
!); !
;"N' ! 'K' ! " 9os ! &
Tugas Anda 3.3 Apakah Anda tahu olahraga bungee jumping? Selidikilah Hukum Kekekalan Energi yang bekerja saat orang melakukan bungee jumping.
BRP P9 $
! 'K' ! ' 9os ! &
BRP P9
BRP P9
BR'N' P 9 ! #L ) 9os ! $
Contoh 3.12 6)1o/'='3)"%',e$0)ss)'W'/%'0e"%%e1&"9&$'+)$&')t)s'se,-).',&+)"%'0&$&"%'3)"%'s-+-t 0&$&"%"3)'JRS5'6)1o/'te$se,-t'/e0-+&)"'0e"-0,-/'7e%)s'3)"%'te$1et)/'\'0'+)$& 7os&s&'se0-1)5'T&/)'/oeB&s&e"'%ese/')"t)$)',)1o/'='+e"%)"',&+)"%'0&$&"%'R8PW8',e$)7) 0ete$'7e%)s'te$te/)"D'>&/et).-&'/o"st)"t)'7e%)s'N'WRR'NZ05 D$E$&F Es).)'3)"%'+&1)/-/)"'%)3)'7e%)s')+)1).'"e%)t&B'/)$e")'7e%)s'0e1)G)"'%)3)'te/)" ,)1o/5'=$t&"3)8'/et&/)'7e%)s'te$te/)"8'7e%)s'0e1)G)"'%)3)'te/)"'se.&"%%)'%)3) 7e%)s'+)"')$).'7e$7&"+).)"',e$1)G)")"')$).5'<e$.)t&/)"'%)0,)$',e$&/-t5 !7e%)s'N' L '7>P'N'K L '78P P P s !%$)2"#"+ % DC"#"+"'9H;9'K';)I A b 'N''9H&"?"8I's&"'JRS ha 'N'R8W''9H&"?"8I B Es).)'o1e.'%ese/)"',e$"&1)&'"e%)t&B hb /)$e")')$).',)1o/',e$1)G)")" hc C 30° +e"%)"')$).'%)3)'%ese/5 !92&27 #"+!5/"H&"?"8I N' ) " k '9"9os'JRS"H&"?"8I N' L J "'9"H&"?"8I " / P
80
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Ce$-A-/'7$&"s&7'e"e$%&'+&/et).-&',).G) !.).*1"#" %D7 se.&"%%)'+&'7e$o1e. !C29*&"?"!9:*B"?"!92&27"#" L '"HB(G"+"B*GI P L L L G K 78 "?" "'9H&"?"8I'K' 3 '9H&"?"8I "k 'N' L '"HRP'K'RPI P P P P
Pembahasan Soal
L * J" k +- 8"+"R8W'&'a'' L 3 " k &'N'R K L 7"8G"?" L "'"9" , R8 W ) P P P P . / ="+)'+)7)t'0e"3e1es)&/)"'7e$s)0))"'/-)+$)t'te$se,-t'+e"%)"'0e"%.&t-"%'8'+)$& '"#"W'/%8'7"#"WRR'NZ08'&"#"\'08' " k 'N'R8PW8'+)"'9"#"LR'0ZsP5 WRR'N/m
#P$#W'/% $ #LR'0ZsP $
+ L L 3 J +- #R8PW$ - 8"+"HR8WIH\'0I'a' HR8PWIH\'0I'N'R P .P / /
* .
# $
8G"0P'K' , R8W ) *,
W'8G0P"+"R8P\PW'8'0K'P8P_\'0'N'R P
8LP N' N' N'
) # )R8 P\PW $ ' H )R8 P\PWI )
a.
3 mv2 2
d.
1 mv2 2
b.
mv 2
e.
1 mv 2 4
c.
3 2 4 mv
Soal UMPTN Tahun 1989
# V $#W$ #)P8 P_P\ $
Pembahasan: hB = 2hA Berarti, EpB = 2 EpA Sesuai dengan Hukum Kekekalan Energi Mekanik maka EpB – EpA = EkA – EkB EkB = 2 EkA
LR R8 P\PW '
Dua buah benda A dan B yang bermassa masing-masing m, jatuh bebas dari ketinggian h meter dan 2h meter. Jika A menyentuh tanah dengan kecepatan v m/s, benda B akan menyentuh tanah dengan energi kinetik sebesar ....
VW8 VV
LR
R8 P\PW ' _8 XV LR
#1 $
= 2 2 mv = mv2
8H"#"KR8_W'0'Ht&+)/'te$7)/)&I 8G"#"R8X'0 T)+&8'7e%)s'te$te/)"'seA)-.'R8X'05
2
Jawaban: b
Contoh 3.13 6o1)'+)7)t',e$%e$)/'t)"7)'%ese/)"'7)+)'1&"t)s)"'se7e$t&'%)0,)$',e$&/-t5':))t'+&'t&t&/ =8',o1)',e$/e9e7)t)"'PRR'90Zs5'6e$)7)'1)A-'+&'t&t&/'6'+)"']D A C 80 cm 50 cm B D$E$&F <)+)'s&ste0',e$1)/-'?e/e/)1)"'!"e$%&'Ce/)"&/'se.&"%%)M L L )5 '"9;='a' 'B=P'N''"9;6'a' 'B6P P P L L HLR'0ZsPIHR8\'0I'a' HP'0ZsIP'N'R'a' B6P P P B6'N' PR'0Zs'N'V8VV'0Zs T)+&8'/e1)A-)"',o1)'+&'t&t&/'6')+)1).'V8VV'0Zs5 L L ,5 '"9;='a' 'B=P'N''"9;]'a' 'B]P P P
L L HLR'0ZsPIHR8\'0I'a' *, +- HP'0ZsIP'N'HLR'0ZsPIHR8W'0I'a' B]P P .P/ B]'N' LR '0Zs'N'J8LV'0Zs T)+&8'/e1)A-)"',o1)'+&'t&t&/']')+)1).'J8LV'0Zs5
Usaha, Energi, dan Daya
81
2. Analisis Gerak pada Roller Coaster A lintasan loop B
Sumber: Dokumentasi Penerbit
Gambar 3.17 Lintasan roller coaster.
A C
N c mg
B
Gambar 3.18 Lintasan roller coaster dengan loop berbentuk lingkaran.
U)07&$'se0-)'te/"o1o%&'+&'t)0)"'.&,-$)"'se7e$t&' O4&62<"P*638' O4&62< !):138')t)-'>-"&)'@)"t)s&'s)"%)t'/)3)')/)"'/o"se7'B&s&/)5'>&')"t)$)'seA-01). 7e$0)&")"' 3)"%' )+)8' :)112:" ()*&.2:' )t)-' 3)"%' ,&)s)' +&se,-t' .)1&1&"t)$' +)7)t 0e"+o$o"%'="+)'-"t-/'0e0).)0&'1e,&.'+)1)0'/o"se7'B&s&/)'te"t)"%'%e$)/5 <e$.)t&/)"' #$%&$r( )*NJ5' ?e"+)$))"' t)"7)' 0es&"' 0e"%%-")/)"' ,)" ,e$A)1)"'H()6B2<):"821.I'-"t-/'")&/'/e'7-"9)/',-/&t'='0e1)1-&'1&"t)s)"'3)"% t&+)/' te$1)1-' 9-$)05 <-"9)/' ,-/&t' =' se"%)A)' +&$)"9)"%' 1e,&.' t&"%%&' +)$&7)+)' 7-"9)/ 1oo7' 68' .)1' te$se,-t' 0e0-"%/&"/)"' e"e$%&' 7ote"s&)1' /e"+)$))"' +&' = 3)"%' 1e,&.' ,es)$' se.&"%%)' 0)07-' ,e$A)1)"' 0e1)1-&' 1&"t)s)"' 0e"-A7-"9)/' 6' +e"%)"' ,)&/5' d&"t)s)"' 1oo7' se"%)A)' +&,-)t' se7e$t&' tetes)"' )&$ te$,)1&/5'T&/)'1oo7',e$-7)'1&"%/)$)"'7e"-.8')/)"'+&7e$o1e.',o,ot'7e"-04 7)"%'e")0'/)1&',o,ot'"o$0)1"3)'s))t'/e"+)$))"'+&'7os&s&'te$e"+).8'/o"+&s& &"&' +)7)t' 0e"3e,),/)"' 7-s&"%' 1)1-' 7&"%s)"5' d&"t)s)"' 1oo7' 3)"%' se7e$t& tetes)"' )&$' .)"3)' 0e0,e$&/)"' ,o,ot' 0)/s&0-0' J8X' /)1&' ,o,ot' "o$0)14 "3)8' 7)+)' ,o,ot' te$se,-t' 7e"-07)"%' 0)s&.' 0e$)s)/)"' /e"3)0)")"5 ?et&/)':)112:"()*&.2:',e$)+)'+&'t&t&/'te$t&"%%&'+)$&'1&"t)s)"'1oo78'3)&t+&'t&t&/']'se7e$t&'3)"%'="+)'1&.)t'7)+)'#$%&$r()*NK8'%)3)'se"t$&7et)1"3) )+)1).' $es-1t)"' +)$&' @]' H%)3)' te/)"I' +)"' ,es)$' %)3)' ,e$)t' 7e"-07)"% '9' se.&"%%) BP Q :3)$)t' /e1)A-)"' 0&"&0)1' +&' t&t&/' ]' )+)1).' @(' N' R' se.&"%%)' +&7e$o1e.
"%s'N'@9'a''9'N' '
R"?"'9"#" '
BP( Q
B Cmin 'N' 9: ?et&/)' :)112:" ()*&.2:' ,e$)+)' +&' t&t&/' te$e"+).8' 3)&t-' t&t&/' 68 DC6 #"R D76?"DC6 #"D79"?"DC9
L L 'B P'a''9;6 N' 'B]P'a''9;] P 6 P P ?)1&/)"' /e+-)' $-)s' 7e$s)0))"' te$se,-t' +e"%)"' ' se.&"%%)' +&7e$o1e. '
P"9;6"?"B6G"#"P"9;]"?"B]G `1e.'/)$e")';6"#"R'Y';]"#"PQY'+)"'B]G"#"9Q'0)/) 7e$s)0))"' 0e"A)+& R'a'B6G"#"P"9HPQI'a'9Q B60&" 'N' W9Q
HJKPWI
?et&"%%&)"' )G)1' 0&"&0)1' 1-"9-$)"' +&' t&t&/' =' +)7)t' ="+)' .&t-"% 0e1)1-&' 7e"e$)7)"' U-/-0' ?e/e/)1)"' !"e$%&' Ce/)"&/' +&' t&t&/' =' +)"' ] )%)$' :)112:" ()*&.2:' 0)07-' 0e1eG)t&' 1oo7' +e"%)"' )0)"5
82
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Contoh 3.14 :e7oto"%',)1o/',e$0)ss)'''0e1-"9-$'7)+)'s-)t-'t)1)"%'H1&"%/)$)"'+)1)0I'se7e$t& te$1&.)t'7)+)'%)0,)$5'T&/)'%)3)'%ese/')"t)$)',)1o/'+)"'t)1)"%'+&),)&/)"8 )5 ,e$)7)/).'/et&"%%&)"'0&"&0-0',)1o/'3)"%'.)$-s'+&1e7)s')%)$'%e$)/)""3)'+)7)t 0e"9)7)&'7-"9)/'1&"%/)$)"'Ht&t&/'6IDY'+)" ,5 te"t-/)"1).',es)$'7e$9e7)t)"',)1o/'+&'t&t&/'65 D$E$&F A
B
v
NB mg
hA R
C
)5
^-")/)"'$-0-s'/e1)A-)"'0&"&0-0'7)+)'t&t&/'te$e"+).8',-rs$%$$.(/)0+H15 T)+&8'/e1)A-)"'0&"&0-0'+&'t&t&/']',es)$"3)'B]'0&"'N' W9Q 'se.&"%%)')"t)$)'t&t&/ ='+)"']'+e"%)"'0e"%%-")/)"'.-/-0'/e/e/)1)"'e"e$%&'0e/)"&/5 DC='a'D7='N'DC]'a'D7] ' 9 ;='a'
L L 'B P'N'' 9 ;]'a' 'B]P P = P
' 9 ;='a'R'N'R'a'
,5
L ''HW9QI P
;='N'P8W'Q T)+&8'/et&"%%&)"'0&"&0-0')%)$',)1o/'0e"9)7)&'t&t&/'6')+)1).'P8W'Q5 6es)$'7e$9e7)t)"'+&'t&t&/'6')+)1).'7e$9e7)t)"'se"t$&7et)15'6e$+)s)$/)"'%)0,)$8 +&'t&t&/'6 %s'N'@'a''9 '*&"#"'98'+&'0)")'@'N'R *&'N'9 T)+&8''7e$9e7)t)"',)1o/'+&'t&t&/'L')+)1).'*&'N'95
Tes Kompetensi Subbab
Kata Kunci • • • • •
energi mekanik gaya konservatif gaya sentripetal kelajuan minimal konstanta pegas
C
K-r6$8$.3$;(d$3$%(&484(3$C7;$.* L5 =7)/).'3)"%'="+)'/et).-&'te"t)"%'%)3)'/o"se$2)t&B +)"'%)3)'t&+)/'/o"se$2)t&BD P5 =7)/).'.-/-0'/e/e/)1)"'e"e$%&'0e/)"&/',e$1)/7)+)'se,-).',e"+)8'A&/)'%)3)'/o"se$2)t&B',e/e$A)'7)+) ,e"+)'te$se,-tD J5 >-)',-).',e"+)'='+)"'6'3)"%',e$0)ss)'0)s&"%40)s&"% '8'A)t-.',e,)s'+)$&'/et&"%%&)"';'0ete$'+)"'P;'0ete$5 T&/)'='0e"3e"t-.'t)").'+e"%)"'/e9e7)t)"'Q'0Zs8 te"t-/)"1).' e"e$%&' /&"et&/' ,e"+)' 6' s))t' )/)" 0e"3e"t-.'t)").5
V5
W5 _5
:e,-).',)1o/',e$0)ss)'W'/%'0-1)40-1)'+&)05'6)1o/ te$se,-t'/e0-+&)"'+&A)t-./)"'+)$&'s-)t-'/et&"%%&)" _8W'90'7)+)'se,-).'7e%)s'3)"%'/o"st)"t)'%)3)"3) LRR'NZ05'T&/)'9'N'[8\'0ZsP8'',e$)7)'0ete$'7e%)s'te$te/)"D Fo1e' 0e0&"+)./)"' ,-/-' +)$&' 1)"t)&' /e' )t)s' 0eA)5 6e$)7)'-s).)'tot)1'3)"%'+&te$&0)'o1e.',-/-'te$se,-tD F&%)',)t-',)t)'3)"%'te,)1"3)'\'90'+&1et)//)"'+&')t)s se,-).' 0eA)5' U&t-"%1).' -s).)' -"t-/' 0e"-07-/ /et&%)',)t-',)t)'te$se,-t'+)1)0's)t-'t-07-/)"'A&/) 0)ss)'set&)7',)t-',)t)'N'L8W'/%5
Usaha, Energi, dan Daya
83
X5
\5
:e,-).'/e1)7)'A)t-.',e,)s'+)$&'/et&"%%&)"'_'0ete$5 T&/)' 0)ss)' ,-).' /e1)7)' P8W' /%' +)"' 9' N' LR' 0ZsP8 te"t-/)"1).'/e9e7)t)"',-).'/e1)7)'s))t'0e"9)7)& /et&"%%&)"'P'0ete$'+)$&'t)").'+)"'e"e$%&'/&"et&/',-). /e1)7)'ses))t'se,e1-0'0e"9)7)&'t)").5 :e,-).'/e$et)'0e1eG)t&'1&"t)s)"':)112:"()*&.2:'+e"%)" +&)0ete$'PR'05'=%)$'/e$et)'+)7)t'0e1&"t)s'+e"%)" )0)"8' te"t-/)"1).' /e9e7)t)"' 0&"&0-0' /e$et) te$se,-t5
[5
:e,-).' ,e"+)' ,e$0)ss)' R8XW' /%' A)t-.' ,e,)s' +)$& /et&"%%&)"'\'0ete$'+&')t)s't)").5'T&/)'9'N'LR'0ZsP8 te"t-/)"1).M )5 /e9e7)t)"',e"+)'s))t't&,)'+&'t)").Y'+)" ,5 -s).)'o1e.'%)3)',e$)t'se1)0)'7e$7&"+).)"5 LR5 :e,-).'7e1-$-'+&te0,)//)"'0&$&"%'/e')t)s'+e"%)" s-+-t'e1e2)s&'VWS'+)"'e"e$%&'/&"et&/'se,es)$'LWR'T5 T&/)'9'N'LR'0ZsP8'te"t-/)"1).'e"e$%&'/&"et&/'+)"'e"e$%& 7ote"s&)1',e"+)'7)+)'s))t'0e"9)7)&'t&t&/'te$t&"%%&5
D. Daya
Tugas Anda 3.4
="+)' te1).' ,e1)A)$' te"t)"%' 9)$)' 0e"%.&t-"%' -s).)' +)$&' %)3)' 3)"% +&1)/-/)"5' >&,)"+&"%/)"' 0e"%et).-&' ,es)$' -s).)8' 1e,&.' 0e")$&/' 0e"%e4 t).-&' se,e$)7)' 1)A-' -s).)' te$se,-t' +&/e$A)/)"5' Fe"t-"3)' ,es)$)"' G)/t-' +& +)1)0' ,).)s)"' &"&' 0e"A)+&' s)"%)t' ,e$7e$)"5' :))t' -s).)' 7e$' s)t-)"' G)/t+&+eB&"&s&/)"8' 0-"9-11).' &st&1).' +)3)5 <e$1-'="+)'&"%)t',).G)'+)3)'t&+)/'+&te"t-/)"'o1e.',es)$'e"e$%&'3)"% +&0&1&/&' s-)t-' ,e"+)5' E"t-/' 1e,&.' 0e0).)0&"3)8' 7e$.)t&/)"' 9o"to. ,e$&/-t5' E9o/' +)"' 6-tet' ,e$0)ss)' s)0)8' 3)&t-' WR' /%8' 0e")&/&' 1)"t)&' +-) se/o1)."3)' set&"%%&' J' 0ete$5' ?e+-)"3)' 0e0&1&/&' e"e$%&' s)0)' ,es)$' -"t-/ 0e1)/-/)"'-s).)'L5WRR'Ao-1e5'!"e$%&'7ote"s&)1'3)"%'+&0&1&/&'0e$e/)'s)0)8 G)1)-7-"'/e"3)t))""3)'E9o/'s)07)&'+&'1)"t)&'+-)'1e,&.'9e7)t5'>)$&'-$)&)" 9o"to.' te$se,-t' +&/et).-&' ,).G)' )$t&"3)' -s).)' ,e1-0' +)7)t' 0e0,e$&/)" &"Bo$0)s&'1e,&.'1e"%/)7'te"t)"%'7e$7&"+).)"')/&,)t'7e"%)$-.'%)3)5'>)1)0 7e$&st&G)' &"&8' +)7)t' +&/)t)/)"' ,).G)' E9o/' 0e0&1&/&' +)3)' 1e,&.' ,es)$ +)$&7)+)' 6-tet' G)1)-7-"' /e+-)"3)' 0e0&1&/&' /e0)07-)"' -"t-/' 0e"%4 .)s&1/)"' e"e$%&' 3)"%' s)0)5 T)+&8' +)3)' )+)1).' ,es)$)"' B&s&/)' 3)"%' 0e"3)t)/)"' -s).)' 3)"% +&1)/-/)"'o1e.',e"+)'set&)7'se/o""3)')t)-'1)A-'e"e$%&'3)"%'+&,-t-./)" ,e"+)' set&)7' se/o""3)5 >)3)' H$)t)4$)t)I'N'
Sebutkan contoh alat-alat yang mencantumkan besaran daya yang ada di sekitar Anda.
R&
-s).)' se1)"%'G)/t-
% %& ! ')t)-' & %B R& %. %.
HJKP_I
?ete$)"%)"M ! N' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' HAo-1eI %. N' G)/t-' 3)"%' +&7e$1-/)"' Hse/o"I B N' /e1)A-)"' $)t)4$)t)' H0ZsI >)1)0's&ste0':e8's)t-)"'+)3)'+&t-$-"/)"'+)$&'s)t-)"'-s).)8'3)&t-'TZs5 :)t-)"' te$se,-t' se$&"%' +&se,-t' G)tt8' +&tet)7/)"' se,)%)&' 7e"%.)$%))" te$.)+)7' &10-G)"' :/ot1)"+&)8' 3)&t-' D$%-s( W$CC' HLXJ_KL\L[I5 :)t-)"' +)3)' +)1)0' /e0)07-)"' se,-).' 0es&"' ,&)s)' 0e"%%-")/)" s)t-)"' ;):&2" C),2:' H;CI' )t)-' +)3)' /-+)5 L'.7'N'XV_'G)tt'N'R8XV_'/k5 L'/k.'N'L'H/kIHL'A)0I'N'J8_'b'LR_'T5
84
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
/k.' )+)1).' s)t-)"' -s).)' )t)-' e"e$%&8' ,-/)"' s)t-)"' +)3)5' :)t-)" te$se,-t',)"3)/'+&%-")/)"'-"t-/'0e"3)t)/)"'e"e$%&'1&st$&/5'T&/)'set$&/) 1&st$&/' 0e0&1&/&' +)3)' JRR' G)tt8' e1e0e"' set$&/)' te$se,-t' e"e$%&' 1&st$&/ 0e1)/-/)"' /e$A)' )t)-' -s).)' JRR' Ao-1e' set&)7' se/o""3)5
Contoh 3.15 l&"to'3)"%',e$0)ss)'WR'/%'0e")&/&'t)"%%)'/e'1)"t)&'t&%)'set&"%%&'LP'0'se1)0)'R8W'0e"&t5 6e$)7)/).'+)3)'$)t)4$)t)'3)"%'+&1)/-/)"'l&"toD D$E$&F >&/et).-&M ''N'WR'/% ;'N'LP'0 .'N'R8W'0e"&t R'N' R' &
! %.
&
'9; %.
#WR'/% $ #LR'0ZsP $ #LP'0 $
N'PRR'G)tt JR's T)+&8'l&"to'0e"%e1-)$/)"'+)3)'se,es)$'PRR'G)tt5
Contoh 3.16 :e,-).'0es&"'7o07)'se"t$&B-%)1'+)7)t'0e0&"+)./)"'JRR'/%')&$'/e',)/'3)"%'t&"%%&"3) \'0ete$'se1)0)'P8W'0e"&t5'T&/)'eB&s&e"s&'0es&"'7o07)'te$se,-t'.)"3)'\Rm8',e$)7)/). +)3)'$)t)4$)t)'1&st$&/'3)"%'+&7e$1-/)"D D$E$&F >&/et).-&M ' N'JRR'/% ; N'\'0 . N'P8W'0e"&t'N'LWR's >)3)'3)"%'+&7e$1-/)"'-"t-/'0e0&"+)./)"')&$')+)1). %! '9; & R'N' %. %. ''' &
# JRR /% $ #LR 0ZsP $ #\ 0 $
N'L_R'G)tt LWR s >)3)'3)"%'+&7e$1-/)"'7o07)'-"t-/'0e07e$o1e.'-s).)'se,es)$'L_R'G)tt'+e"%)" eB&s&e"s&'0es&"'\Rm')+)1). R'N'
L_R'G)tt L_R'G)tt & 'N'PRR'G)tt5 \Rm R8\
T)+&8'+)3)'7o07)')%)$'eB&s&e"s&"3)'\Rm'.)$-s'se,es)$'PRR'G)tt5
Usaha, Energi, dan Daya
85
Tes Kompetensi Subbab
D
K-r6$8$.3$;(d$3$%(&484(3$C7;$.* L5
P5
J5
V5
l&"o'0e")&/&'t)"%%)'3)"%'t&"%%&"3)'W'0'+)1)0'G)/t_'+et&/5'U&t-"%1).'+)3)'$)t)4$)t)'l&"o'+)1)0's)t-)" ;C'A&/)'0)ss)"3)'_R'/%5'H9'N'[8\'0ZsPI5 :e,-).'7o07)'0es&"'+&%e$)//)"'o1e.'0oto$'1&st$&/'3)"% 0e0&1&/&'+)3)'J';C5'Ces&"'te$se,-t')/)"'0e")&//)" ,e,)"'PPJ8\'/%'/e'te07)t'3)"%'t&"%%&"3)'LV'05'U&t-"%1). G)/t-' 3)"%' +&,-t-./)"' -"t-/' 0e")&//)"' ,e,)" te$se,-t5 :e,-).'0o,&1'0e"%%-")/)"'0es&"'LR'';C5'6e$)7)'%)3) $)t)4$)t)'3)"%'+&,e$&/)"'0es&"'0o,&1'te$se,-t')%)$'+)7)t ,e$%e$)/'+e"%)"'/e9e7)t)"'/o"st)"'[R'/0ZA)0D :e,-).',)1o/',e$0)ss)'P'/%',e$)+)'+)1)0'/e)+))" +&)0'+&')t)s',&+)"%'0&$&"%5'6)1o/'te$se,-t'0e"+)7)t %)3)'!'se,es)$'L_'N'se)$).',&+)"%'0&$&"%'/e')t)s5
m = 2 kg
F 30°
)5
W5
_5
X5
\5
:e,-).'0es&"'7o07)'+)7)t'0e0&"+)./)"'WRR'/%')&$ /e'se,-).',)/'3)"%'t&"%%&"3)'LP'0'se1)0)'LW'0e"&t5 T&/)'eB&s&e"s&'0es&"'7o07)'&"&'\Rm8',e$)7)/).'+)3) 1&st$&/'3)"%'+&7e$1-/)"D To)"',e$0)&"'7)7)"'1-"9-$'+&'/et&"%%&)"'P'0ete$'+)$& 1)"t)&5'T&/)'/e9e7)t)"'To)"'7)+)')G)1'7e1-"9-$)"'J'0Zs8 ,e$)7)/).'/e9e7)t)""3)'/et&/)'0e"3e"t-.'1)"t)&D >)$&'/et&"%%&)"'JR'08'se,-).'/e1)7)'3)"%'0e0&1&/& 0)ss)' R8W' /%' A)t-.' +)$&' 7o.o"5' 6e$)7)/).' e"e$%& /&"et&/' 3)"%' +&0&1&/&' /e1)7)' 7)+)' s))t' 0e"9)7)& /et&"%%&)"'LR'0'+&')t)s't)").'H9'N'LR'0ZsID :e,-).',e"+)'3)"%'0)ss)"3)'_'/%',e$%e$)/'+e"%)" /e9e7)t)"'tet)7'V'0Zs5'?e0-+&)"8',e"+)'te$se,-t'+&,e$& %)3)' se.&"%%)' ,e"+)' 0e"%)1)0&' 7e$1)0,)t)"8 /e0-+&)"',e$.e"t&'sete1).'0e"e07-.'A)$)/'LP'05 Fe"t-/)"M )5 ,es)$'%)3)'7e"%e$e0)"'3)"%',e/e$A)'7)+)',e"+)Y ,5 -s).)'3)"%'+&1)/-/)"',e"+)'.&"%%)',e$.e"t&5
Fe"t-/)"'/e9e7)t)"',)1o/'sete1).'0e"e07-. A)$)/'&'N'R8W'0'se7)"A)"%',&+)"%'0&$&"%5 U&t-"%'+)3)'3)"%'+&,e$&/)"'o1e.'%)3)'%$ H&'N'R8W'0Y"9'N'LR'0ZsPY's-+-t',&+)"%'0&$&"%'N'JRSI
,5
Rangkuman L5 Es).)' )+)1).' ,es)$"3)' %)3)' H%I' se)$).' 7e$4 7&"+).)"'HsI'+&/)1&'+e"%)"',es)$"3)'7e$7&"+).)" !'N'%"9os ! "&')t)-'!'N'%&"9os ! +e"%)"' ! ' )+)1).' s-+-t' )"t)$)' %)3)' +)" 7e$7&"+).)"5 Es).)',e$.)$%)'"e%)t&B'0e"-"A-//)"',).G)'%)3) 3)"%',e/e$A)',e$1)G)")"'+e"%)"')$).'7e$7&"+).)"5 P5 <)+)'%$)B&/'%)3)'te$.)+)7'7e$7&"+).)"8',es)$'-s).) 0e$-7)/)"'1-)s'+)e$).'3)"%'+&)$s&$5 F
W1 s Wtotal = W1+W2
W2
J5 !"e$%&' )+)1).' /e0)07-)"' -"t-/' 0e1)/-/)" -s).)5'!"e$%&'/&"et&/')+)1).'e"e$%&'3)"%'+&0&1&/& o1e.'set&)7',e"+)'3)"%',e$%e$)/5
86
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
D7'N
L '"B"G P
!"e$%&'7ote"s&)1')+)1).'e"e$%&'3)"%'+&0&1&/&'o1e. set&)7',e"+)'/)$e")'/e+-+-/)""3)5'T&/)'/e)+))" 0e0-"%/&"/)"8'e"e$%&'te$se,-t'+)7)t'+&0-"9-1/)"5 DC"N''9;'-"t-/'e"e$%&'7ote"s&)1'%$)2&t)s& DC"e1)st&s'N'
L P' 7"> -"t-/'e"e$%&'7ote"s&)1'7e%)s P
V5 Es).)' 0e$-7)/)"' 7e$-,).)"' e"e$%&' +)$&' s-)t,e"+)5 !"#"D7P"+"D7L'-"t-/'e"e$%&'/&"et&/ !"#"DCP'+"DCL'-"t-/'e"e$%&'7ote"s&)1 W5 U-/-0' ?e/e/)1)"' !"e$%&' Ce/)"&/M' nT&/)' 7)+) s-)t-' s&ste0' 3)"%' ,e/e$A)' .)"3)' %)3)4%)3) /o"se$2)t&B8'e"e$%&'0e/)"&/'s&ste0'se1)1-'tet)75o DS"#"DC"+"D7"#"/o"st)" DCL"?"D7L'#"DCP'a'D7P
T$ Es).)'tot)1'3)"%'+&1)/-/)"'o1e.'%)3)'/o"se$2)t&B .)"3)'0e07e$.)t&/)"'/e)+))"')G)1'+)"'/e)+))" )/.&$'7os&s&',e"+)8'1&"t)s)"'t&+)/'0e0e"%)$-.&5
X5 >)3)' )+)1).' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' ,e"+) set&)7'se/o"')t)-'1)A-'e"e$%&'3)"%',e$-,).'0e"A)+& e"e$%&',e"t-/'1)&"5
Peta Konsep :s$;$<(=.-r>7<(d$.(@$y$ 0e0,).)s
Es).)
!"e$%&
>)3)
.-,-"%)""3)
Es).)'N'<e$-,).)"'!"e$%& 0e0,).)s
!"e$%&'?&"et&/
!"e$%&'
U-/-0'?e/e/)1)" !"e$%&'Ce/)"&/
0e0,).)s
!"e$%&'
!"e$%&'
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda dapat memahami konsep usaha, energi, dan daya. Anda juga tentu dapat mengetahui hubungan antara usaha, energi, dan daya. Nah, dari materi-materi bab ini, bagian manakah yang Anda anggap sulit? Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.
Dengan mempelajari konsep usaha, Anda dapat menentukan usaha dengan menentukan lintasan yang lebih efisien untuk dilakukan. Hal tersebut adalah salah satu manfaat mempelajari bab ini. Coba Anda sebutkan manfaat lain setelah mempelajari bab ini.
Usaha, Energi, dan Daya
87
Tes Kompetensi Bab 3 A.
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan.
L5
:)t-)"4s)t-)"',e$&/-t'&"&'3)"%'.43*7'te$0)s-/'s)t-)" -s).)')+)1).'5555 )5 "eGto"'0ete$ ,5 Ao-1e 95 /%0PZsKP +5 /%0PZsP e5 /%0PZs 6es)$)"4,es)$)"',e$&/-t'&"&'.43*7"0e0&1&/&'s)t-)"'s)0) )+)1).'5555 )5 -s).)4e"e$%& ,5 -s).)4e"e$%&'/&"et&/ 95 e"e$%&'7ote"s&)14e"e$%&'/&"et&/ +5 te")%)4-s).) e5 %)3)4-s).) :e,-).',e"+)'0)ss)"3)'_'/%'+)1)0'/e)+))"'+&)05 ?e0-+&)"8',e"+)'te$se,-t'+&,e$&'%)3)'tet)7'se,es)$ JR' N' se1)0)' V' +et&/5' Es).)' 3)"%' +&1)/-/)"' %)3) te$se,-t')+)1).'5555 )5 L5PRR'T ,5 L5LRR'T 95 L5RRR'T +5 \RR'T e5 _RR'T 6-' C&")' 0e0,)G)' /e$)"A)"%' ,e$0)ss)' PR' /%' +)" ,e$A)1)"'seA)-.'LR'05'T&/)'7e$9e7)t)"'%$)2&t)s&'LR'0ZsP8 ,es)$'-s).)'3)"%'+&1)/-)"'6-'C&")')+)1).'5555 )5 P5RRR'T ,5 L5RRR'T 95 PRR'T +5 LRR'T e5 "o1 Co,&1' 3)"%' 0)ss)"3)' P5RRR' /%' +&$e0' +e"%)"' %)3) VR5RRR'N'se.&"%%)',e$.e"t&'7)+)'A)$)/'P'05'6es)$'-s).) s))t'7e"%e$e0)"'0o,&1'te$se,-t')+)1).'5555 )5 L8_'b'LRW'T ,5 \'b'LRV'T 95 V'b'LRV'T +5 \'b'LRJ'T e5 V'b'LRJ'T 6e"+)',e$0)ss)'LL'/%'te$1et)/'7)+)',&+)"%'+)t)$5'6e"+) te$se,-t'+&,e$&'%)3)'LRR'N'3)"%'0e0,e"t-/'s-+-t'JRS te$.)+)7',&+)"%'+)t)$5'T&/)',e"+)',e$7&"+).'seA)-.'P'08 ,es)$'-s).)'3)"%'+&1)/-/)"',e"+)')+)1).'5555
P5
J5
V5
W5
_5
88
)5
LLR J 'T
,5
LRR J 'T
95
WW J 'T
+5
WR J 'T
e5
PW J 'T
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
X5 <)+)',&+)"%'0&$&"%'+)"'1&9&"'=68'+&1e7)s/)"',e"+) t)"7)'/e9e7)t)"')G)1'.&"%%)',e"+)',e$)+)'+&'/)/& ,&+)"%'0&$&"%'seA)-.'W'05'T&/)'s&"! 'N'R8\8'/e9e7)t)" ,e"+)'=6')+)1).'5555 )5
W W '0Zs
,5
V W '0Zs
95
J W '0Zs
+5
P W '0Zs
e5 W '0Zs \5 :e,-).'%)3)'!'N'HP7(a'J6I'N'0e1)/-/)"'-s).)'+e"%)" t&t&/'t)"%/)7"3)',e$7&"+).'0e"-$-t''r'N'HV7'a'*6I'0 +)"'2e/to$'7'+)"'6',e$t-$-t4t-$-t')+)1).'2e/to$'s)t-)" 3)"%' se)$).' +e"%)"' s-0,-4>' +)"' s-0,-4<' 7)+) /oo$+&")t'])$tes&-s5'T&/)'-s).)'te$se,-t',e$"&1)&'P_'T8 "&1)&'*'s)0)'+e"%)"'5555 )5 W ,5 _ 95 X +5 \ e5 LP /:U,VW(NMMN1 [5 ^e$o,)/'+e"%)"'0)ss)'PR'/%'te$1et)/'7)+)',&+)"% 0&$&"%' 3)"%' s-+-t' /e0&$&"%)""3)' JRS' te$.)+)7 ,&+)"%'.o$&fo"t)15'T&/)'+&/et).-&'7e$9e7)t)"'%$)2&t)s& 9'N'LR'0ZsP'+)"'%e$o,)/',e$%ese$'seA)-.'J'0'/e')$). ,)G).8' -s).)' 3)"%' +&1)/-/)"' o1e.' %)3)' ,e$)t )+)1).'5555 )5 _R'T ,5 _R J 'T 95 LWR'T +5 PRR'T e5 JRR'T LR5 :e,-).' ,e"+)' ,e$0)ss)' W' /%' A)t-.' ,e,)s' +)$& /et&"%%&)"'LWR'05'T&/)',es)$'7e$9e7)t)"'%$)2&t)s&'9's)0) +e"%)"' LR' 0ZsP8' /e9e7)t)"' ,e"+)' s))t' ,e$)+)' +& /et&"%%&)"'PW'0'+)$&'t)").')+)1).'5555 )5 PW'0Zs ,5 JW'0Zs 95 VR'0Zs +5 WR'0Zs e5 XW'0Zs LL5 =&$'te$A-"'set&"%%&'\'0'0e"%)1&$/)"'LR'0J')&$'set&)7 se/o"5'C)ss)'Ae"&s')&$'N'L5RRR'/%Z0J'+)"'7e$9e7)t)" %$)2&t)s&'9'N'LR'0ZsP5'T&/)'.)"3)'LRm'e"e$%&'7ote"s&)1 )&$' 3)"%' +)7)t' +&-,).' 0e"A)+&' e"e$%&' 1&st$&/8' ,es)$ e"e$%&'1&st$&/'3)"%'+)7)t'+&.)s&1/)"'set&)7'se/o""3) )+)1).'5555
LP5
LJ5
LV5
LW5
L_5
)5 XR'/T ,5 XW'/T 95 \R'/T +5 [R'/T e5 [W'/T :e,-).'7ot'A)t-.',e,)s'+)$&'te07)t'3)"%'t&"%%&"3)'\R'05 T&/)'e"e$%&'7ote"s&)1')G)1'7ot'se,es)$'V5RRR'Ao-1e'+)"'9'N LR'0ZsP8'te7)t'se,e1-0's)07)&'+&'t)").'/e9e7)t)""3) )+)1).'5555 )5 WR'0Zs ,5 VR'0Zs 95 JW'0Zs +5 PW'0Zs e5 PR'0Zs :e,-).'7)1-',e$0)ss)'P'/%'+)"',e$/e9e7)t)"'PR'0Zs 0e"%.)"t)0'se,-).'7)/-'se.&"%%)'7)/-'0)s-/'/e +)1)0'/)3-'W'905'6es)$'%)3)'t).)")"'3)"%'+&se,),/)" /)3-')+)1).'5555 )5 VRR'N ,5 \RR'N 95 V5RRR'N +5 \5RRR'N e5 VR5RRR'N /2X,=WUYZ:(NMKM1 =&$'te$A-"'set&"%%&'LR'0'+e"%)"'+e,&t'se,es)$'WR'0JZs +&0)"B))t/)"' -"t-/' 0e0-t)$' t-$,&"' 3)"%' 0e"%4 %e$)/)"'%e"e$)to$'1&st$&/5'T&/)'PWm'e"e$%&')&$'te$A-"'+)7)t +&-,).'0e"A)+&'1&st$&/8'+)3)'/e/-)t)"'%e"e$)to$'set&)7 se/o""3)'s)0)'+e"%)"'5555 )5 R8[R'0k ,5 L8LR'0k 95 L8PW'0k +5 L8JR'0k e5 L8WR'0k T&/)'="+)',e$se7e+)'0e"-$-"&',-/&t't)"7)'0e"%)3-. +)"',es)$'/e9e7)t)""3)'tet)78'te$A)+&'7e$-,).)"'e"e$%& +)$&'5555 )5 /&"et&/'0e"A)+&'7ote"s&)1 ,5 7ote"s&)1'0e"A)+&'/&"et&/ 95 7ote"s&)1'0e"A)+&'/)1o$ +5 /)1o$'0e"A)+&'7ote"s&)1 e5 /&"et&/'0e"A)+&'/)1o$ /V-s(XV[(NMJH1 :e,-).' ,o1)' +&%)"t-"%/)"' 7)+)' -A-"%' t)1&' 3)"% 7)"A)"%"3)'L8W'05'6o1)'+&t)$&/'/e's)07&"%'se.&"%%) t)1&'0e0,e"t-/'s-+-t'_RS'te$.)+)7'2e$t&/)15'T&/)',o1) +&1e7)s/)"8'/e1)A-)"',o1)'7)+)'/e+-+-/)"'te$e"+). )+)1).'5555
)5 ,5 95
LW'0Zs PR'0Zs PW'0Zs
+5 LW '0Zs e5 PR '0Zs LX5 :e,-).' ,e"+)' 3)"%' ,e$0)ss)' V' /%' 0-1)40-1)' +&)08 /e0-+&)"',e$%e$)/'1-$-s'+e"%)"'7e$9e7)t)"'J'0ZsP5'Es).) 3)"%'0e"A)+&'e"e$%&'/&"et&/'sete1).'P'+et&/')+)1).'5555 )5 _'Ao-1e ,5 LP'Ao-1e 95 PV'Ao-1e +5 V\'Ao-1e e5 XP'Ao-1e L\5 :e,-).'7e%)s'0e0&1&/&'tet)7)"'7'N'PRR'NZ05'T&/)'7)+) -A-"%' 7e%)s' te$se,-t' +&%)"t-"%/)"' ,e,)"' 3)"% ,e$)t"3)'LR'N8'e"e$%&'7ote"s&)1'3)"%'+&s&07)"'+)1)0 7e%)s'te$se,-t')+)1).'5555 )5 R8RW'T ,5 R8LR'T 95 R8LW'T +5 R8PR'T e5 R8PW'T L[5 >-)',e"+)'='+)"'6'0)s&"%40)s&"%',e$0)ss)'''A)t-. ,e,)s' +)$&' /et&"%%&)"';' 0ete$' +)"' P;' 0ete$5' T&/)' = 0e"3e"t-.'t)").'+e"%)"'/e9e7)t)"'B'0Zs8',e"+)'6')/)" 0e"3e"t-.'t)").'+e"%)"'e"e$%&'/&"et&/'se,es)$'5555 )5 ,5
J P 'B P 'BP
95
J 'BP V
+5
L P 'B P
e5
L 'BP V
PR5 :e,-).' 7e%)s' +&t)$&/' +e"%)"' %)3)' LRR' N' .&"%%) ,e$t)0,).'7)"A)"%'W'905'6es)$'e"e$%&'7ote"s&)1'7e%)s te$se,-t')+)1).'5555 )5 R8W'T ,5 L8R'T 95 L8W'T +5 P8R'T e5 P8W'T
Usaha, Energi, dan Daya
89
[*
D$E$&3$;(5-rC$.y$$.(&-r784C(7.7(d-.>$.(C-5$C*
L5
:e,-).',e"+)'3)"%'0)ss)"3)'P'/%'+)$&'/e)+))"'+&)0 ,e$%e$)/'.&"%%)'/e9e7)t)""3)'0e"A)+&'LR'0Zs'se1)0) P'se/o"'/)$e")'7e"%)$-.'%)3)'#5'6e$)7)/).',es)$ -s).)'3)"%'+&1)/-/)"'o1e.'%)3)'te$se,-tD :e,-).',e"+)'0e0&1&/&'0)ss)'V'/%'+)1)0'/e)+))"'+&)05 ?e0-+&)"8' ,e$%e$)/' 1-$-s' +e"%)"' /e9e7)t)"' J' 0Zs se1)0)'P'+et&/5':)0)/).',es)$'-s).)'+)"'7e$-,).)" e"e$%&'/&"et&/'3)"%'te$A)+&D'Te1)s/)"5 :e,-).'7e1-$-',e$0)ss)'P'/%'+&te0,)//)"'2e$t&/)1'/e )t)s' +e"%)"' /e9e7)t)"' )G)1' WR' 0Zs5' F&"%%&' 3)"% +&9)7)&' 7e1-$-' )+)1).' LRR' 05' 6e$)7)/).' ,es)$"3) 7e$-,).)"'e"e$%&'0e/)"&/'0e"A)+&'e"e$%&'7)")s'7)+) 7e$&st&G)'te$se,-tD'H9'N'LR'0ZsPI :e,-).',e"+)'+&te0,)//)"'2e$t&/)1'/e')t)s'+e"%)" /e9e7)t)"')G)1'BR5'F&"%%&'0)/s&0-0'3)"%'+&9)7)& )+)1).';5'N3)t)/)"'/et&"%%&)"',e"+)'+)1)0';'7)+) s))t' e"e$%&' 7ote"s&)1' ,e"+)' s)0)' +e"%)"' e"e$%& /&"et&/"3)D :e,-).':)112:"()*&.2:'H+&'>-"&)'@)"t)s&'="9o1'+&se,-t .)1&1&"t)$I'0e"+)/&'/e'/et&"%%&)"'0)/s&0-0"3)';= N'WR'0'+&')t)s't)").'+e"%)"'/e1)A-)"'BL'N'R8W'0Zs5 ?e0-+&)"8' :)112:" ()*&.2:' 0e1-"9-$' /e' ,)G).' /e /et&"%%&)"'0&"&0-0"3)';6"N'W'0'se,e1-0'0e"+)/& /e0,)1&'0e"-A-'/et&"%%&)"';]'N'PR'05
P5
J5
V5
W5
A C
hA
lintasan roller coaster
B
hC
hB
T&/)'%)3)'%ese/':)112:"()*&.2:'+)"'1&"t)s)""3)'+&),)&/)"8 te"t-/)"' /e1)A-)"' :)112:" ()*&.2:' 7)+)' /e+-)' t&t&/ te$se,-t5
90
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
_5 :e,-).',e"+)',e$0)ss)'J'/%'+&%)"t-"%'+e"%)"'se-t)s t)1&'3)"%'7)"A)"%"3)'P'05'EA-"%'t)1&'3)"%'1)&"'+&&/)t 7)+)'1)"%&t41)"%&t5'6e"+)'+&7-/-1'se.&"%%)',e$%e$)/ +e"%)"'/e9e7)t)"'tet)7' P W '0Zs5'6e$)7)/).',es)$ s-+-t'0)/s&0-0'3)"%'+&,e"t-/'t)1&'te$.)+)7')$). 2e$t&/)1D X5 6o1)'3)"%'0)ss)"3)'R8V'/%'+&1e07)$/)"'/e')$).'.o$&4 fo"t)1'+e"%)"'/e9e7)t)"'LR'0Zs'+)$&'7-"9)/'0e")$) %e+-"%'3)"%'t&"%%&"3)'LPR'05 v0 A 0 120 m
vy
gedung
vx v
B
vx
lantai gedung vy
v
U&t-"%1).M )5 e"e$%&'/&"et&/')G)1Y ,5 e"e$%&'7ote"s&)1')G)1Y 95 e"e$%&'/&"et&/',o1)'/et&/)'0e"-0,-/'t)").Y +5 /e1)A-)"',o1)'/et&/)'0e"-0,-/'t)").5 \5 <)+)'se,-).'7e%)s'te$%)"t-"%',e,)"'3)"%'0)ss)"3) L'/%5'<e%)s'te$se,-t',e$t)0,).'7)"A)"%'W'905'U&t-"%1). e"e$%&'7ote"s&)1'7e%)s'+)"',e$)7)/).',es)$'e"e$%& 7ote"s&)1'7e%)s'A&/)',e,)""3)'+&t)0,).'P'/%D H9'N'LR'0ZsPI [5 :e,-).',)1o/',e$0)ss)'J'/%'0-1)40-1)'+&)05'6)1o/ te$se,-t'/e0-+&)"'+&A)t-./)"'+)$&'/et&"%%&)"'L'0'7)+) se,-).'7e%)s5'Fe$"3)t)8'7e%)s'te$te/)"'0)/s&0-0 se,es)$'VR'905'6e$)7)/).'/o"st)"t)'7e%)s'te$se,-tD H9'N'LR'0ZsPI LR5 =&$'te$A-"'\'0'+e"%)"'+e,&t'WR'0JZs'+&%-")/)"'-"t-/ 0e0-t)$'%e"e$)to$'1&st$&/5'T&/)'+&/et).-&'9'N'LR'0ZsP +)"' .)"3)' LRm' e"e$%&' )&$' 3)"%' ,e$-,).' 0e"A)+& e"e$%&' 1&st$&/8' ,e$)7)' G)tt' +)3)' 3)"%' +&.)s&1/)" %e"e$)to$'te$se,-tD e"e$%& * + , 7et-"A-/ M+)3)N se/o" 8 0e0&1&/&'s)t-)"'G)tt . /
Bab
4 Sumber: www.savannah.com
Petinju secara rutin berlatih meningkatkan kecepatan pukulan dan berusaha mempersingkat interaksi dengan sasarannya. Petinju juga menggunakan sarung tangan ketika bertinju.
Momentum, Impuls, dan Tumbukan Hasil yang harus Anda capai: menganalisis gejala alam dan keteraturan dalam cakupan mekanika benda titik. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: menunjukkan hubungan antara konsep impuls dan momentum untuk menyelesaikan masalah tumbukan.
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
A. B. C. D.
Momentum Linear Tumbukan Jenis Tumbukan Tumbukan Lenting Sebagian pada Benda Jatuh Bebas E. Ayunan Balistik F. Gaya Dorong Roket
91
Tes Kompetensi Awal 1%2%34)0)%)"%3(5(&6078*'%"098)%*:4);0<)"43';0=(*0>4)247(*;07%&5(7(*3(?0'8(3@'8(302%&674:0=(3()02474 3(:6?(*A G: P: Q:
).%'%& 6"-/%. <"$*% 8%$0 +"+/7/'/ +,+"$-2+ 120% +"+/7/'/ "$"#0/5 T/'% *2% <2%& <"$*% +"+/7/'/ "$"#0/ '/$"-/' 6%+% <"6%#= -"-%./ +%66%$8% <"#<"*%= <"$*% +%$% 8%$0 +"+/7/'/ +,+"$-2+ 7"& <"6%#5 ).% 8%$0 */+%'62* *"$0%$ ',">/6/"$ #"6-/-26/5
E:
B,7% ) <"#+%66% P '0 <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ P +K6: B,7% B <"#+%66% G '0 <"#0"#%' <"#7%?%$%$ %#%& -"#&%*%. <"$*% ) *"$0%$ '"9".%-%$ V +K6: ;"-"7%& <"#-2+<2'%$= '"9".%-%$ <,7% B +"$1%*/ Q +K6: B"#%.%'%& '"9".%-%$ %'&/# <,7% )5
A. Momentum Linear ;"-/%. <"$*% 8%$0 <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ -"#-"$-2 */.%6-/'%$ +"+/7/'/ +,+"$-2+: B"6%#$8% +,+"$-2+ 6%$0%- <"#0%$-2$0 .%*% +%66% *%$ '"9".%-%$ <"$*% -"#6"<2-: @,+"$-2+ 8%$0 */+/7/'/ 62%-2 <"$*% %*%7%& &%6/7 ."#'%7/%$ %$-%#% +%66% *%$ '"9".%-%$ <"$*% .%*% 6%%- -"#-"$-2: !"#6%+%%$ +,+"$-2+ 62%-2 <"$*% 8%$0 <"#+%66% ! *%$ <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ ! 6"9%#% +%-"+%-/6 */#2+26'%$ 6"<%0%/ <"#/'2-:
Tugas Anda 4.1 Jika Anda bersepeda dengan kecepatan tinggi, manakah yang memiliki momentum lebih besar, sepeda atau Anda? Apakah hal tersebut dapat memberikan penjelasan, mengapa Anda akan terpelanting ke depan ketika sepeda berhenti mendadak?
" C !! DEFGH I"-"#%$0%$J " C +,+"$-2+ <"$*% D'0 +K6H ! C +%66% <"$*% D'0H ! C '"9".%-%$ <"$*% D+K6H @,+"$-2+ %*%7%& 6"<2%& <"6%#%$ L"'-,# 8%$0 %#%&$8% 6%+% *"$0%$ %#%& '"9".%-%$ <"$*%: "#$$% '()t+n +"$0"+2'%'%$ &2'2+ 0"#%' 8%$0 '"*2% */'%/-'%$ *"$0%$ +,+"$-2+: M% +"$0%-%'%$ +,+"$-2+ 6"<%0%/ '2%$-/-%6 0"#%': N2'2+ MM O"?-,$ +"$0%-%'%$ <%&?%= ."#2<%&%$ +,A +"$-2+ <"$*% -/%. 6%-2%$ ?%'-2 6"<%$*/$0 *"$0%$ 0%8% #"627-%$ 8%$0 <"'"#1% .%*% <"$*% *%$ <"#%#%& 6%+% *"$0%$ %#%& 0%8% -"#6"<2-: ;"9%#% +%-"+%-/6= *%.%- */-27/6 6"<%0%/ <"#/'2-:
-" DEFPH -t $%&'()((* +,-./ 6"-%#% *"$0%$ <"$-2' F C ! ( 2$-2' 6"<2%& .%#-/'"7 -2$00%7 *"$0%$ +%66% ! D',$6-%$H: !"#&%-/'%$ &2<2$0%$$8% *%7%+ <"$-2' <"#/'2- /$/: #C
FC
Ingatlah Kecepatan yang berada pada kerangka satu-dimensi, penulisan notasi vektornya dapat diganti dengan notasi skalar.
-" -D !!H -! C C ! -t C !( -t -t
DEFQH
!%*% -",#/ #"7%-/L/-%6 D)$*% %'%$ +"+."7%1%#/$8% */ I"7%6 RMM *%7%+ <%&%6%$ S/6/'% @,*"#$H= N2'2+ MM O"?-,$ 2$-2' .%#-/'"7 -2$00%7 <"$-2' # C !( -/*%' <"#7%'2= -"-%./ N2'2+ MM O"?-,$ <"$-2' # C
-" -"-%. <"#7%'2: -t
1. Hukum Kekekalan Momentum Linear T/'% .%#-/'"7 +"$0%7%+/ -,-%7 0%8% 72%# # $,7= $%&'()((*0+,-./ *%.%*/-27/6 6"<%0%/ <"#/'2-: -" CU %-%2 " C -"-%. -t
92
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
DEFEH
$%&'()((*0 +,-,/ +"$8%-%'%$ <%&?% 1/'% 0%8% 72%# -,-%7 .%*% 6"<2%& .%#-/'"7 %*%7%& $,7= +,+"$-2+ 7/$"%# -,-%7 p *%#/ 6/6-"+ %*%7%& -"-%.: !"#$8%-%%$ -"#6"<2- */'"$%7 *"$0%$ ./0/! 1(0(0$2$n 3+!(nt/! 4in($6 8%$0 */$8%-%'%$ *"$0%$ "%?%7 C "%'&/#
DEFWH
$%&'()((*0 +,-B/ +"$0%$*2$0 ."$0"#-/%$ <%&?% +,+"$-2+ 7/$"%# -,-%7 .%*% ?%'-2 %?%7 6%+% *"$0%$ +,+"$-2+ 7/$"%# -,-%7 .%*% ?%'-2 %'&/#: M$0%-= $%&'()((*0 +,-B/ %*%7%& <"$-2' L"'-,#: X7"& '%#"$% /-2= %#%& +,+"$-2+ 7/$"%#$8% <"#0%$-2$0 .%*% %#%&:
2. Momentum Linear dan Impuls !"#&%-/'%$ C()2(&0 ,AD: ;"<2%& +,7 <"#+%66% ! -"#7"-%' .%*% *%$0 *%-%# <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ !G= '"+2*/%$ */<"#/ 0%8% -"-%. # 6"&/$00% '"9".%-%$$8% <"#2<%& +"$1%*/ !P 6"7%+% ! t: Y%#/ N2'2+ MM O"?-,$= */."#,7"& ."#6%+%%$ # 7 !( !%*% 0"#%' 72#26 */."#9".%- <"#7%'2 ! "! (C P G !t
DEFVH
DEFZH
Y%#/ $%&'()((*0 +,-E/ *%$ $%&'()((*0 +,-F/ */*%.%-'%$ D! " ! H DEF[H #C! P G !t @"$2#2- N2'2+ MM O"?-,$ 8%$0 */'%/-'%$ *"$0%$ +,+"$-2+ 7/$"%# +"$8%-%'%$ <%&?% 0%8% D#H 8%$0 */<"#/'%$ .%*% <"$*% <"6%#$8% 6%+% *"$0%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+ D"H <"$*% ."# 6%-2%$ ?%'-2 DtH: \/&%-" $%&'()((*0+,-./= 8%/-2 # C : B"#%#-/= $%&'()((*0+,-G/ 6"62%/ *"$0%$ -t $%&'()((*0 +,-./: X7"& '%#"$% /-2= 0%8% #%-%A#%-%$8% %*%7%& !" #= !t " " "G = P !t 6"&/$00%
#!t = !! 8 " !!G
< C # !t
Gambar 4.1 Sebuah mobil yang mengalami percepatan sehingga kecepatannya berubah dari v1 menjadi v2.
Tokoh Werner Heisenberg (1901–1976)
DEF]H
B"#*%6%#'%$ $%&'()((*0 +,-H/= )$*% +"$0"-%&2/ <%&?% &%6/7 '%7/ 0%8% D#H *%$ 6"7%$0 ?%'-2 7%+%$8% 0%8% <"'"#1% D !t H 6%+% *"$0%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+ %-%2 6"7/6/& %$-%#% +,+"$-2+ %'&/# D!!PH *%$ +,+"$-2+ %?%7 D!!GH <"$*% 2$-2' 0%8% # 8%$0 -"-%.: O/7%/ # !t */'"$%7 6"<%0%/ /+.276 8%$0 */7%+<%$0'%$ *"$0%$ <: Y"$0%$ *"+/'/%$= *%.%- */6/+.27'%$ <%&?% /+.276 8%$0 <"'"#1% .%*% 62%-2 <"$*% 6%+% *"$0%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+ 8%$0 -"#1%*/ .%*% <"$*% -"#6"<2-: I"-"#%$0%$J < C /+.276 DO6H # C 0%8% DOH !t 7 6"7%$0 ?%'-2 D6H
v2
v1
DEFGUH
Sumber: Conceptual Physics,1998
Ia dilahirkan di Duisberg, Jerman. Ia mempelajari fisika teoritis di Munich, di tempat ini pun ia menjadi penggemar ski dan pendaki gunung. Hasil pemikirannya yang terkenal ialah prinsip ketidakpastian Heisenberg yang didasarkan pada konsep momentum, yaitu foton yang digunakan untuk mengamati posisi elektron memiliki momentum yang relatif sama. Oleh karena itu, ketika terjadi tumbukan antara foton dan elektron akan mengubah posisi elektron.
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
93
Contoh 4.1
Ingatlah
;"<2%& <,7% <"#+%66% WU 0 1%-2& *%#/ '"-/$00/%$ Z=P +"-"#: ;"-"7%& +"$2+<2' 7%$-%/= <,7% +"+%$-27 '"+<%7/ D<"#7%?%$%$ *"$0%$ %#%& 6"+27%H *"$0%$ '"-/$00/%$ Q=P +: N/-2$07%&J %: +,+"$-2+ <,7% 6"<"72+ *%$ 6"62*%& +"$2+<2' 7%$-%/^ h1 <: 0%8% 8%$0 */<"#/'%$ 7%$-%/ .%*% <,7% '"-/'% <,7% h2 +"$8"$-2& 7%$-%/ 6"7%+% U=UP 6: I(J(2K Y/'"-%&2/J ! C WU 0 C W _ GUFP '0 9G C Z=P + 9P C Q=P + !t C U=UP 6 `$-2' 0"#%' 1%-2& <"<%6= <"#7%'2 ."#6%+%%$ 6"<%0%/ <"#/'2-:
Impuls sebanding dengan perubahan momentum.
Kata Kunci • impuls • momentum linear
:1 = " P;9G =" %:
<:
Tes Kompetensi Subbab
:2 =
(P)(GU )(Z=P) = –GP m/s
=$
P;9P
(P)DGUH(Q=P)
= [ m/s
%#%& '" <%?%& DFH %#%& '" %-%6DaH FP
A
L%&5(7(*3(?0=(3()0247403(:6?(*A G:
;"<2%& <,7% 6".%' <"#+%66% U=E '0 */-"$*%$0 &,#/c,$A -%7 ,7"& ."$1%0% 0%?%$0 *"$0%$ '"9".%-%$ GUU +K6: 3"$-2'%$ 0%8% 8%$0 */<"#/'%$ ,7"& '%'/ ."$1%0% 0%?%$0 -"#&%*%. <,7% 1/'% 6"7%$0 ?%'-2 '%'/ +"$8"$-2& <,7%J %: E _ GUFP 6 ^ <: P _ GUFQ 6:
P:
;",#%$0 6/6?% +"$00"$00%+ <,7% <"#+%66% U=W '0 *%$ +"7"+.%#'%$$8% 6"9%#% &,#/c,$-%7 *"$0%$ '"9".%-%$ %?%7 PU +K6: B,7% -"#6"<2- +"+<"$-2# -/%$0 6"7%+% P _ GUFP 6 6"&/$00% <"#<%7/' %#%& *"$0%$ '"9".%-%$ GW +K6: 3"$-2'%$J %: /+.276 8%$0 */<"#/'%$ -/%$0 .%*% <,7%^ <: 0%8% 8%$0 */<"#/'%$ -/%$0 .%*% <,7%^ *%$ 9: ."#9".%-%$ <,7% D."+2'27H 6"7%+% <"#6"$-2&%$:
B. Tumbukan Ingatlah Jika berlaku Hukum Kekekalan Momentum Linear, momentum linear awal sama dengan momentum linear akhir.
94
!"#/6-/?% -2+<2'%$ *%.%- )$*% -"+2/ .%*% *2% <"$*% 8%$0 6%7/$0 <"#-%<#%'%$ 6%-2 6%+% 7%/$: !"#+%/$%$ 8%$0 +"+%$>%%-'%$ 6"9%#% 7%$062$0 ."#/6-/?% -2+<2'%$ %*%7%& ."#+%/$%$ 7/%# *%$ <,?7/$0: 3%&2'%& )$*% %-2#%$ ."#+%/$%$A."#+%/$%$ -"#6"<2-5 !%*% 2#%/%$ 62<<%< 6"<"72+$8%= -"7%& */'"-%&2/ <%&?% /+.276 6%+% *"$0%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+: B"#/'2- /$/ %'%$ */1"7%6'%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+ 8%$0 -"#1%*/ .%*% 6"-/%. <"$*% 8%$0 6%7/$0 <"#-2+<2'%$= 6"#-% '%/-%$ %$-%#% 6"-/%. ."#2<%&%$ +,+"$-2+ -"#6"<2-:
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
@/6%7$8%= %*% *2% <2%& <"$*% 8%$0 6%7/$0 <"#-2+<2'%$= 6"."#-/ .%*% C()2(&0 ,A. <"#/'2-: vA
vA
vB
vB
Gambar 4.2
ketika tumbukan
sebelum tumbukan vA
Hukum Kekekalan Momentum Linear berlaku pada dua benda yang bertumbukan.
vB FA
setelah tumbukan
I"#"-% ) *%$ '"#"-% B 6"<"72+ <"#-2+<2'%$ +%6/$0A+%6/$0 +"+/7/'/ +%66% !) *%$ !B= *%$ '"9".%-%$ v) *%$ v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a "B %'&/# !)!) > !B!B 7 !)!)d> !B!Bd
DEFGGH
I"-"#%$0%$J !)!)> !B!B C 12+7%& +,+"$-2+ 6"<"72+ -2+<2'%$ !)!)d> !B!Bd C 12+7%& +,+"$-2+ 6"62*%& -2+<2'%$ e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
Tes Kompetensi Subbab
Sumber: Dokumentasi Penerbit
Gambar 4.3 Hukum kekekalan momentum terjadi pada bom-bom car yang bertumbukan.
B
L%&5(7(*3(?0=(3()0247403(:6?(*A G: ;",#%$0 $"7%8%$ <"#+%66% EU '0 <"#%*% */ %-%6 ."#%&2 VU '0: !"#%&2 <"#0"#%' *"$0%$ '"7%12%$ GU +K6: 3"$-2'%$ '"9".%-%$ ."#%&2 1/'% $"7%8%$ +"7,+.%*"$0%$ '"9".%-%$ GW +K6 *"$0%$ %#%&J %: '" *".%$= 6"%#%& *"$0%$ %#%& 0"#%' ."#%&2^ <: '" <"7%'%$0= <"#7%?%$%$ *"$0%$ %#%& 0"#%' ."#%&2^ *%$ 9: '" 6%+./$0= -"0%' 72#26 *"$0%$ %#%& 0"#%' ."#%&2:
P:
Y2% <2%& '"7"#"$0 ) *%$ B +%6/$0A+%6/$0 <"#+%66% U=[ '0 *%$ U=V '0= <"#0"#%' 6"%#%& *"$0%$ '"9".%-%$ QU +K6 *%$ WU +K6: !,6/6/ '"7"#"$0 */<2%- 6"*"+/'/%$ 6"&/$00% '"7"#"$0 B +"$2+<2' '"7"#"$0 ) *%#/ <"7%'%$0: ;"-"7%& -2+<2'%$= '"*2%$8% <"#0"#%' <"#6%+%%$: 3"$-2'%$ '"9".%-%$ '"*2% '"7"#"$0 -"#6"<2-: A
vA
B
vB
A
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
B
vAB
95
C. Jenis Tumbukan )*% -/0% +%9%+ -2+<2'%$ 8%$0 */."7%1%#/ .%*% .,',' <%&%6%$ -2+<2'%$= 8%/-2 -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%= -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= *%$ -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/: ;2<<%< /$/ &%$8% +"+<%&%6 -2+<2'%$ %$-%#% *2% <"$*% 8%$0 7/$-%6%$ '"*2%$8% <"#%*% .%*% 6%-2 0%#/6 72#26:
1. Tumbukan Lenting Sempurna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f$"#0/ '/$"-/' -,-%7 8%$0 */+/7/'/ <"$*% 6"<"72+ *%$ 6"62*%& -2+<2'%$ %*%7%& -"-%.: f$"#0/ .,-"$6/%7 <"$*% -/*%' */."#&/-2$0'%$ '%#"$% '"*2% <"$*% <"#0"#%' *%7%+ 6%-2 *%$0 *%-%# *"$0%$ '"-/$00/%$ 8%$0 6%+%: Gambar 4.4
m1
Tumbukan lenting sempurna.
v1 v2
m2
sebelum tumbukan
Tugas Anda 4.2 Anggota polisi sering menggunakan rompi anti peluru dalam melaksanakan tugasnya. Dalam beberapa kejadian, rompi tersebut bisa tembus oleh peluru. Mengapa hal tersebut bisa terjadi?
m1 m2 saat tumbukan
v1'
m1
m2
v2'
setelah tumbukan
!"#&%-/'%$ C()2(&0,A,: Y2% <2%& <"$*% .%*% *%$0 *%-%# <"#0"#%' <"#7%?%$%$: I"+2*/%$= 6"-"7%& -"#1%*/ -2+<2'%$ '"*2% <"$*% -"#6"<2<"#0"#%' <"#7%?%$%$ %#%& *%#/ %#%& 6"+27%: I"9".%-%$ 6"-/%. <"$*% %*%7%& !Gd *%$ !Pd: ;"62%/ *"$0%$ N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+ \/$"%#= */*%.%-'%$ ."#6%+%%$ 6"<%0%/ <"#/'2-: !G!G > !P!P C !G!Gd > !P!Pd !GD!G A !GdH C !PD!Pd A !PH
DEFGPH
@"$2#2- N2'2+ I"'"'%7%$ f$"#0/ I/$"-/'= */*%.%-'%$ ."#6%+%%$ <"#/'2-: B0G a B0P C B0Gd a B0Pd G G G G ! : P > !P:PP C !G:Gd P > !P:Pd P P G G P P P
DEFGQH
Y%#/ $%&'()((*0 +,-DM/ %'%$ */."#,7"& ."#6%+%%$ 6"<%0%/ <"#/'2-: !G:GP > !P:PP C !G:Gd P > !P:Pd P !GD:GP A :Gd PH C !PD:Pd P A vPPH !GD:G > :GdHD:G A :GdH C !PD:Pd > :PHD:Pd A :PH
DEFGEH
T/'% #2%6 '%$%$ $%&'()((* +,-D,/ */<%0/ *"$0%$ #2%6 '%$%$ $%&'()((* +,-D./= *%$ #2%6 '/#/ $%&'()((* +,-D,H */<%0/ *"$0%$ #2%6 '/#/ $%&'()((* +,-D./= %'%$ */&%6/7'%$ D:G > :GdH C D:P > :PdH D:GdF :PdH C F D:G A :PH %-%2
96
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
# : d " :P d $ "% G & =G ' :G " :P (
DEFGWH
N%#0% G .%*% $%&'()((*0 +,-DG/ +"$8%-%'%$ 0+(Ei#i(n 6(#tit/#i 2$-2' -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%: ;"9%#% 2+2+= $%&'()((*0 +,-DG/ */-27/6
# : d " :P d $ "% G &=( ' :G " :P (
DEFG]H
Y%7%+ &%7 /$/= ( %*%7%& ',">/6/"$ #"6-/-26/: $%&'()((*0+,-DH/ <"#7%'2 2$-2' 6"+2% 1"$/6 -2+<2'%$:
2. Tumbukan Lenting Sebagian dan Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali N2'2+ '"'"'%7%$ +,+"$-2+ <"#7%'2 2$-2' 6"+2% 1"$/6 -2+<2'%$: )'%$ -"-%./= &2'2+ '"'"'%7%$ "$"#0/ '/$"-/' &%$8% <"#7%'2 .%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%: !%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= 6"<%0/%$ "$"#0/ '/$"-/' 6"-"7%& -2+<2'%$ %'%$ <"#2<%& <"$-2' +"$1%*/ "$"#0/ 7%/$ 6"&/$00% 12+7%& "$"#0/ '/$"-/' 6"-"7%& -2+<2'%$ %'%$ 7"& '"9/7 *%#/.%*% 6"<"72+ -2+<2'%$: N%#0% ',">/6/"$ #"6-/-26/ D(H .%*% $%&'()((*0 +,-DE/ <"#%*% .%*% /$-"#A L%7 U h ( h G: !%*% -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/= 6"<%0/%$ <"6%# "$"#0/ '/$"-/'$8% <"#2<%& <"$-2' 6"&/$00% 12+7%& "$"#0/ '/$"-/' 6"<"72+ -2+<2'%$ 7"& <"6%# *%#/.%*% 6"-"7%& -2+<2'%$= *%$ ( C U: !%*% -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/= '"*2% <"$*% <"#6%-2 6"-"7%& -2+<2'%$ *%$ <"#0"#%' <"#6%+%A6%+% *"$0%$ '"9".%-%$ 6%+%: )$*% *%.%- +"+."#&%-/'%$ %'/<%- 7%/$ *%#/ -2+<2'%$ 1"$/6 /$/:
Contoh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a ! B :B C ! ) :) d a ! B : B d DP '0HDV +K6H a DE '0HDFE +K6H C DP '0H :)d > DE '0H :Bd GP +K6 F GV +K6 C P :)d > E :Bd FP +K6 C D:)d > P :BdH +K6 DgH !%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%= ( C G +%'% : A ’" : B ’ # : ’" :B ’$ "% A & C G ) F V " ( "E) C G " : : ' A B ( A :)d > :Bd 7 GU +K6 Y%#/ "7/+/$%6/ ."#6%+%%$ DgH *%$ DggH= */."#,7"& FP C :)d > P :Bd ) :)d C FP F P :B +%'% F:)d a :Bd C GU +K6 :Bd C GU +K6 a:)d :Bd C GU +K6 F P +K6 F P:Bd [ :Bd 7 +K6 Q
DggH
Ingatlah •
•
Pada tumbukan lenting sempurna, koefisien restitusinya adalah e = 1. Pada tumbukan lenting sebagian, koefisien restitusinya 0 < e < 1, sedangkan pada tumbukan tidak lenting sama sekali, koefisien restitusinya adalah e = 0.
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
97
Tugas Anda 4.3 Jika Anda sedang menggunakan sepatu, cobalah tendang sebuah bola sepak. Kemudian, bukalah sepatu dan tendang kembali bola tersebut. Jika diasumsikan gaya yang Anda berikan selama menyentuh sama besar, selidikilah tendangan mana yang membuat bola terlempar jauh? Apa hubungan kejadian ini dengan konsep impuls?
Y%#/ ."#6%+%%$ DggH= */."#,7"& A:CF > :DF 7 GU +K6 A:CF a [ +K6 C GU +K6 Q PP +K6 C F Z G +K6 :C F C F Q Q T%*/= '"9".%-%$ '"*2% <"$*% 6"-"7%& -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$% %*%7%& [ :)d C F Z G +K6 *%$ vBd C +K6: Q Q I"*2% '"9".%-%$ +"$0%7%+/ ."#2<%&%$ -%$*%: )#-/$8%= '"*2% <"$*% -"#6"<2+"$0%7%+/ ."#2<%&%$ %#%& 0"#%': T/'% )$*% +"$*%.%-'%$ $/7%/ '"9".%-%$ -/*%' <"#2<%& %#%& 6"-"7%& -2+<2'%$= <"#%#-/ ."#&/-2$0%$ )$*% <"72+ <"$%#: !%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= ( C U=E 6"&/$00% ( : C d " :D d ) " C U=E V +K6 " ( "E +K6 ) F :)d a :Bd C E +K6 DgggH G GU Y%#/ "7/+/$%6/ ."#6%+%%$ DgH *%$ DgggH= */*%.%- :Bd C +K6^ :)d C +K6: Q Q T%*/= 2$-2' -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= '"9".%-%$ <"$*% ) 6"-"7%& -2+<2'%$ %*%7%& GU G +K6 *%$ '"9".%-%$ <"$*% B %*%7%& +K6: Q Q
Contoh 4.3
Tantangan untuk Anda Apakah Anda pernah menonton balapan? Mengapa di beberapa bagian sirkuit diberi pagar dari ban (tyre wall)?
Y2% <2%& <"$*% -"#7"-%' .%*% 6%-2 *%$0 *%$ 6"0%#/6: B"$*% ."#-%+% <"#+%66% !G C [ '0 *%$ <"$*% '"*2% !P C GP '0: I"*2% <"$*% <"#0"#%' <"#7%?%$%$ %#%& *"$0%$ '"9".%-%$ :G C PU +K6 *%$ :P CF GU +K6: 3"$-2'%$ '"9".%-%$ 6"-/%. <"$*% 6"-"7%& -"#1%*/ -2+<2'%$: B"#%.% "$"#0/ '/$"-/' 8%$0 <"#2<%& +"$1%*/ "$"#0/ .%$%6= 1/'% -"#1%*/J %: -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%^ <: -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= ( C U=PW^ *%$ m1 = 8 kg m2 = 12 kg v1 v2 9: -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/: m1 m2 I(J(2K sebelum tumbukan Y/'"-%&2/J !G C [ '0^ !P C GP '0 v1 v2 :G C PU +K6^ :P C F GU +K6 m1 m2 %: `$-2' -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%J setelah tumbukan Y%#/ N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+= */*%.%-'%$ ! G: G > ! P:8 C ! G: Gd > ! P:Pd D[ '0HDPU +K6H > DGP '0H DFGU +K6H C [ '0 :Gd > GP '0 :Pd GU '0+K6 C P '0 :Gd a Q '0 :Pd DgH `$-2' -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%= ( C G= $%&'()((*0+,-DE/ +"$1%*/ # $ :1 ’" :2 ’ F% CG % PU +K6 " ( "GU +K6 ) && ' ( QU C F :Gda:Pd DggH @"$62<6-/-26/'%$ $%&'()((*0+N/ '" $%&'()((*0+NN/ +"$0&%6/7'%$ :Gd C F GV +K6: :Pd C GE +K6: !"#2<%&%$ "$"#0/ '/$"-/' f$"#0/ '/$"-/' 6"<"72+ -2+<2'%$J G G G G B0G > B0P 7 !G:GP > !P:PP C D[ '0HDPU +K6HP a DGP '0HDGU +K6HP C P:PUU T: P P P P f$"#0/ '/$"-/' 6"-"7%& -2+<2'%$J G G G G B0Gd > B08d C !G:Gd P > !P:Pd P C D[ '0HDFGV +K6HP a DGP'0HDGE +K6HP C P:PUU T: P P P P
98
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
<:
T%*/= .%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%= "$"#0/ '/$"-/' 6"<"72+ *%$ 6"62*%& -2+<2'%$ %*%7%& -"-%.: `$-2' -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= ( C U=PWJ m1 = 8 kg m1
v 1 v2
m2 = 12 kg m2
sebelum tumbukan
9:
v1 '
m1
m2
v2'
setelah tumbukan
Y%#/ N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+= */*%.%- &%6/7 6"."#-/ $%&'()((*0DgH: !%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= ( C U=PW= $%&'()((*0+,-H/ +"$1%*/ Z=W +K6 C F vGd a :Pd DGGGH ;2<6-/-26/'%$ $%&'()((*0+N/ '" *%7%+ $%&'()((*0+NNN/ 6"&/$00% */."#,7"& &%6/7 :Gd C FP=W +K6 :Pd C W +K6 f$"#0/ '/$"-/' 6"-"7%& -2+<2'%$ G G B0Gd > B0Pd C !G:Gd P > !P:Pd P P P G G C D[ '0HDFP=W +K6HP a DGP '0HDW +K6HP P P C PW a GWU C GZW 1,27" T%*/= "$"#0/ '/$"-/' 8%$0 <"#2<%& +"$1%*/ .%$%6 %*%7%& (n(6;i 0in(ti0 #(?(2/! t/!?/0$n A (n(6;i 0in(ti0 #(t(2$9 t/!?/0$n C P:PUU 1,27" F GZW 1,27" C P:UPW 1,27": `$-2' -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/= ( C UJ m1 = 8 kg m1
v 1 v2
m1
sebelum tumbukan
m2
v'
setelah tumbukan
Tantangan untuk Anda
$3(*%:
X7"& '%#"$% ( 7 U +%'% :Gd C :Pd C :d 6"&/$00% $%&'()((*0+N/ %'%$ +"$1%*/ GU C W :Gd C W :Pd C W :d :d C P +K6: f$"#0/ '/$"-/' 6"-"7%& -2+<2'%$ G G B0Gd > B0Pd C D !G > !P H :dP C DGU '0H DP +K6HP C EU 1,27": P P T%*/= <%$8%'$8% "$"#0/ '/$"-/' 8%$0 <"#2<%& +"$1%*/ .%$%6 %*%7%& DP:PUU F EUH 1,27" C P:GVU 1,27":
Tes Kompetensi Subbab
• tumbukan lenting sebagian • tumbukan lenting sempurna • tumbukan tidak lenting sama sekali
Berikut ini ukuran diameter, massa jenis, dan periode rotasi dari planet-planet.
m2 = 12 kg m2
Kata Kunci
d+7)/
B2+/ GP:VZW @%#6 V:Z]U i2./-"# GEP:][U ;%-2#$26 GPU:WEU
T W=WP Q=]W Q=QQ U=V]
PQ 1%+ WVd PE 1%+ QZd ] 1%+ QWd GU 1%+ EUd
Dari data tersebut, berapakah momentum yang dimiliki setiap planet? Apakah ada hubungan antara momentum dan periode rotasi planet tersebut?
C
L%&5(7(*3(?0=(3()0247403(:6?(*A G:
P:
Q:
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
E:
3"$-2'%$ '"9".%-%$ 6"-/%. <"$*% 6"-"7%& -2+<2'%$ *%$ "$"#0/ '/$"-/' 8%$0 <"#2<%& +"$1%*/ "$"#0/ .%$%6= 1/'% -"#1%*/J %: -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%^ <: -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= ( C U=E^ *%$ 9: -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/: ;"<2%& <%7,' <"#+%66% U=W '0 -"#7"-%' */ %-%6 7%$-%/: I,">/6/"$ 0"6"'%$ <%7,' *"$0%$ 7%$-%/ %*%7%& U=P: !"72#2 8%$0 <"#+%66% GU 0#%+ */-"+<%''%$ '" %#%& <%7,' &/$00% <"#6%#%$0 */ *%7%+$8% *%$ <%7,' <"#0"6"# 6"1%2& 6%-2 +"-"#: B"#%.%'%& '"9".%-%$ ."72#2 6%%- %'%$ G +"$0"$%/ <%7,' D; C GU +K6PH5 Db2$%'%$ J E'# C !:PH P
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
99
W:
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
[: 3,$, 8%$0 <"#+%66% QW '0 +"7,$9%- *"$0%$ '"9".%-%$ Q +K6 *%#/ 6"<2%& ."#%&2 '"9/7 8%$0 */%+: @%66% ."#%&2 %*%7%& QU '0: B"#%.%'%& '"9".%-%$ ."#%&2 6"-"7%& 3,$, +"7,+.%-5 ]: Y2% +,7 +%/$%$ +%6/$0A+%6/$0 <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ QV '+K1%+ *%7%+ %#%& <"#7%?%$%$ *%$ <"#-2+<2'%$ 6"9%#% -/*%' "7%6-/6 6%+% 6"'%7/: @%66% '"*2% +,7 +%6/$0A+%6/$0 U=W '0 *%$ U=PW '0: N/-2$0 <"#%.% '"9".%-%$ '"*2% +,7 -"#6"<2- 6"-"7%& -2+<2'%$: B"#%.%'%& "$"#0/ '/$"-/' 8%$0 &/7%$05 GU: b"#<,$0 ."$0%$0'2- <%#%$0 <"#+%66% GP:UUU '0 <"#0"#%' .%*% #"7$8% *"$0%$ '"9".%-%$ E +K6: 3/<%A -/<% <%#%$0 6"<"#%- Q -,$ */-%+<%&'%$ *%7%+ 0"#<,$0 -"#6"<2- -"0%' 72#26 %#%& 0"#%' 0"#<,$0: N/-2$0 '"9".%-%$ 0"#<,$0 6"'%#%$0:
D. Tumbukan Lenting Sebagian pada Benda Jatuh Bebas
v1
h1
v2
32+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$ <"#7%'2 120% .%*% 6"<2%& <"$*% 8%$0 <"#0"#%' 1%-2& <"<%6: Y%7%+ '%626 /$/= 8%$0 <"#-/$*%' 6"<%0%/ <"$*% '"*2% %*%7%& 7%$-%/: !"#&%-/'%$ C()2(&0,AB: Y"$0%$ *"+/'/%$= '"9".%-%$ <"$*% '"*2% 6"<"72+ *%$ 6"62*%& -2+<2'%$ %*%7%& $,7: ;"<2%& <,7% 1%-2& <"<%6 *%#/ '"-/$00/%$ 9 -"#&%*%. 7%$-%/: I"9".%-%$ <,7% 6"6%%- 6"<"72+ *%$ 6"62*%& +"$2+<2' 7%$-%/ +"+"$2&/ ."#6%+%%$
h2
Gambar 4.5 Tumbukan lenting sebagian pada benda jatuh bebas.
: C P;9
DEFGZH
I"9".%-%$ <,7% 6"<"72+ *%$ 6"62*%& +"$2+<2' 7%$-%/ +"+"$2&/ ."#6%+%%$ :G C " P;9G *%$ :Gd C a P ;9G d
DEFG[H
3%$*% $"0%-/> .%*% :G +"$%$*%'%$ %#%& <,7% '" <%?%& *%$ -%$*% .,6/-/> .%*% :Gd +"$%$*%'%$ %#%& <,7% '" %-%6: I,">/6/"$ #"6-/-26/ %$-%#% <,7% *%$ 7%$-%/ *%.%- */."#,7"& *%#/ ."#6%+%%$ (=
# P;9G d " U $ ( = "% & % " P;9 " U & G ' (
m m m h1
h2
h3
m
Tinggi pantulan bola yang mengalami tumbukan lenting sebagian.
100
( = 9d 9
h4
Gambar 4.6
( :G d" :P d ) ( :G " :P )
DEFG]H
$%&'()((*0+,-DH/ *%.%- */02$%'%$ .%*% <"$*% 1%-2& '" 7%$-%/ *%$ '"+2*/%$ +"+%$-27 <"<"#%.% '%7/: ;"<%0%/ 9,$-,&= ."#&%-/'%$ '%626 .%*% C()2(&0 ,AE: !%*% '%626 -"#6"<2-= ."#6%+%%$ ',">/6/"$ #"6-/-26/ +"$1%*/
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(C
9P 9G C
9Q 9P C
9E 9Q
DEFPUH
Contoh 4.4 ;"<2%& <,7% ) */1%-2&'%$ D1%-2& <"<%6H *%#/ 62%-2 -/-/' !: \,'%6/ -/-/' ! */-2$12''%$ .%*% 0%+<%#: B,7% <"#0"#%' <"<%6 6".%$1%$0 -%7%$0 7/9/$ D1%#/A1%#/ -%7%$0 HH: Y/ 212$0 -%7%$0 -"#*%.%- <,7% B 8%$0 +%66%$8% P '%7/ +%66% ): I"*2%$8% <"#-2+<2'%$ 6"9%#% "7%6-/6 6"+.2#$%: %: N/-2$0 '"9".%-%$ <,7% ) 6"6%%- 6"<"72+ +"$2+<2' <,7% B: P A <: N/-2$0 '"9".%-%$ <,7% B 6"6%%- 6"-"7%& x <"#-2+<2'%$ *"$0%$ <,7% ): 0 B R 9: B"#%.% -/$00/ +%'6/+2+ 8%$0 */9%.%/ ,7"& <"$*% B5 R D;,%7 @"$212 X7/+./%*" ;%/$6 M$*,$"6/%H I(J(2K P !"#&%-/'%$ 0%+<%#: 3/$00/ <,7% ) *%#/ ."#+2'%%$ 5 A 1 I -%7%$0 6"<"72+ 1%-2& %*%7%& C -%$ 0 1 I C H -%$ 0 X B H 0 2 4 +%66% <,7% )= !) C ! R R +%66% <,7% B= !B C P ! %: I"9".%-%$ <,7% ) 6"6%%- 6"<"72+ +"$2+<2' <,7% B 6%+% *"$0%$ '"9".%-%$ .%*% .,6/6/ P= 3 1 +%'% !:)P C !;I C !;H -%$ 0 2 :) C P;H -%$0 <: I"9".%-%$ <,7% B 6"6%%- 6"-"7%& <"#-2+<2'%$ *"$0%$ <,7% ) +"+"$2&/ N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+J ! ) :) a ! B : B C ! ) :) d a ! B :B d !:) a U C !:)d a P !:Bd : ) C :)d a :Bd
P;H -%$0 C :)d a :Bd ::::::::::DgH N2'2+ I"'"'%7%$ f$"#0/ @"'%$/'J G G G G ! : P a !B:BPC !):)dP a !B:BdP P ) ) P P P G G !: P C !:)dP a !:BdP P ) P G !;H -%$ 0 C !:)dP a !:BdP P G ;H -%$ 0 C :)dP a :BdP ::::::::DggH P Y%#/ ."#6%+%%$ DgH *%$ DggH= %'%$ */."#,7"& G ;H-%$ 0 C D P ;H -%$ 0 F P :BdHP a :BdP P G ;H-%$ 0 C DP ;H -%$ 0 F E :Bd P ;H -%$ 0 a E :BdPH a :BdP P
Pembahasan Soal Perhatikan gambar berikut.
M h
H
m Sebuah ayunan yang bandulnya bermassa M dinaikkan pada ketinggian H dan dilepaskan. Pada bagian terendah dari lintasannya, bandul membentur suatu balok bermassa m yang mula-mula diam di atas permukaan dataran yang licin. Jika setelah tumbukan kedua benda saling menempel, ketinggian h yang dapat dicapai keduanya adalah .... 2
a.
* m + H ., m + M /-
b.
* m + H ., m + M /-
c.
* M + ,. m + M -/ H
d.
* M + 2 ,. m + M -/ H
e.
* M + 2 H ., m + M /-
2
2
Soal UMPTN Tahun 2001 Pembahasan: Mv = (M + m)v' M 2g H = (M + m)
2g H
M2 2gH = (M + m)2 2gh h=
2 M 2H * M + 2 = H , m + M m + M ( ) . /
Jawaban: c
;H-%$0 C ;H-%$0 F P:Bd P ;H -%$ 0 a Q :BdP
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
101
P P ;H -%$ 0 Q I"9".%-%$ <,7% ) 6"62*%& -2+<2'%$ %*%7%& [ G G P ;H -%$ 0 C :)dP a D P ;H -%$ 0 HP C :)dP a ;H -%$ 0 ] P P Q
Kata Kunci
:B d C
• koefisien restitusi
:)dC
P ;H -%$ 0 +K6: ]
P ;H -%$ 0 +K6: ] 3/$00/ +%'6/+2+ 8%$0 */9%.%/ <,7% B 6"-"7%& -2+<2'%$ */."#,7"& +"7%72/ ."#6%+%%$ "$"#0/ +"'%$/' */ .,6/6/ E *%$ W: B!BE a BIBE C B!BW a BIBW G U a !B:BdP C !B;K a U P P G L MDP !HD P ;H -%$ 0 HP C P !;K P Q E ! D ] P;H -%$ 0 H C P !;K E E K C H D ] -%$ 0 H%-%2 K C H DG a ] -%$ 0 H *%#/ *%6%# -%7%$0: E T%*/= -/$00/ +%'6/+2+ <,7% B 6"-"7%& -2+<2'%$ %*%7%& K C H DG a ] -%$ 0 H *%#/ *%6%# -%7%$0: T%*/= '"9".%-%$ <,7% ) 6"-"7%& -2+<2'%$ %*%7%& :)dC
9:
Tes Kompetensi Subbab
D
L%&5(7(*3(?0=(3()0247403(:6?(*A G: ;"<2%& <,7% */7".%6'%$ *%#/ '"-/$00/%$ GU +"-"# */ %-%6 7%$-%/: B,7% +"$2+<2' 7%$-%/ *%$ */.%$-27'%$ '"+<%7/: T/'% ',">/6/"$ #"6-/-26/ -2+<2'%$$8% U=V= <"#%.%'%& -/$00/ <,7% 8%$0 */.%$-27'%$: P: ;"<2%& <"$*% */7".%6'%$ *%#/ 62%-2 -"+.%- 6"1%2& GPW + */ %-%6 7%$-%/: ;"-"7%& +"$0"$%/ 7%$-%/= <,7% +"+%$-27 '"+<%7/ *%$ <"$*% $%/' 7%0/ 6"-/$00/ EW +: N/-2$0 ',">/6/"$ #"6-/-26/ -2+<2'%$ <"$*% -"#6"<2-:
Q:
;"<2%& <,7% */7".%6'%$ *%#/ 0"*2$0 8%$0 -/$00/$8% WU +: ;"-"7%& +"$0"$%/ 7%$-%/= <,7% -"#6"<2- */.%$A -27'%$ '"+<%7/: !%*% .%$-27%$ ."#-%+%= <,7% +"$9%.%/ '"-/$00/%$ 9 +"-"# */ %-%6 7%$-%/ *%$ .%*% .%$-27%$ '"*2% +"$9%.%/ '"-/$00/%$ W +"-"#: N/-2$07%& 9:
E. Ayunan Balistik 2
! vmp
hmaks
vp mp
mp + mb
Gambar 4.7 Ayunan balistik mencapai tinggi maksimum hmaks = ! (1 – cos 2 ).
32+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 <"#7%'2 120% .%*% ."#/6-/?% %82$%$ <%7/6-/'= 8%/-2 <"$*% 8%$0 -"#*/#/ %-%6 6".,-,$0 <%7,' '%82 8%$0 *//'%-'%$ .%*% 6"2-%6 -%7/: I"+2*/%$= */0%$-2$0'%$ 6"*"+/'/%$ #2.% %0%# <%7,' *%.%<"#0"#%' *"$0%$ <"<%6: )82$%$ 6"."#-/ /$/ *%.%- */02$%'%$ 6"<%0%/ 6%7%& 6%-2 9%#% 2$-2' +"$02'2# '"7%12%$ ."72#2: !"72#2 8%$0 %'%$ */2'2# '"7%12A %$$8% */-"+<%''%$ *%#/ 6"<2%& 6"$1%-% '" %#%& <%7,' -"#6"<2-: !"#&%-/'%$ C()2(&0,AF: @/6%7'%$ <%7,' 8%$0 -"#0%$-2$0 +"+/7/'/ +%66% !B= 6"*%$0'%$ ."72#2 -"#6"<2- +"+/7/'/ +%66% !!: !"72#2 8%$0 */-"+<%''%$ -"#6"<2<"#6%#%$0 *%7%+ <%7,' *%$ <"#0"#%' <"#6%+%A6%+% *"$0%$ '"9".%-%$ :d 6"&/$00% <%7,' <"#%82$ *%$ +"$9%.%/ '"-/$00/%$ 9: @"$2#2- N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+ \/$"%#= */*%.%- ."#6%+%%$ !!:. C D!! a !BH:d :. C
102
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
( !J $ !D ) : d !J
DEFPGH
@"$2#2- N2'2+ I"'"'%7%$ f$"#0/ @"'%$/'= "$"#0/ '/$"-/' 8%$0 */+/7/'/ ."72#2 *%$ <%7,' .%*% .,6/6/ J 6%+% *"$0%$ "$"#0/ .,-"$6/%7 8%$0 */+/7/'/ ."72#2 *%$ <%7,' '"-/'% +"$9%.%/ '"-/$00/%$ +%'6/+2+: ;"9%#% +%-"+%-/6= '"%*%%$ -"#6"<2- *%.%- */-27/6'%$ 6"<%0%/ <"#/'2-: G D! a ! H: P C D! a ! H;9 B d ! B P ! DEFPPH :d C P;9 Y%#/ $%&'()((*0 +,-.D/ *%$ $%&'()((*0 +,-../= */."#,7"& :J =
D !J $ !D H !J
(
P;9
)
DEFPQH
I"-"#%$0%$J ! ! C +%66% ."72#2 D'0H ! B C +%66% <%7,' D'0H :! C '"9".%-%$ ."72#2 D+K6H :d C '"9".%-%$ 6"-"7%& ."72#2 *%$ <%7,' <"#-2+<2'%$ D+K6H
;".,-,$0 <%7,' '%82 <"#+%66% E=]W '0 -"#0%$-2$0 .%*% 6"2-%6 -%7/: ;"<2%& ."72#2 8%$0 +%66%$8% WU 0 */-"+<%''%$ *%#/ 6"<2%& 6"$%.%$ '" %#%& <%7,' 6"&/$00% ."72#2 -"#6"<2- <"#6%#%$0 */ *%7%+$8%: B%7,' -"#6"<2- <"#%82$ *%$ $%/' 6"-/$00/ [U 9+ *%#/ '"*2*2'%$ 6"+27%: T/'% ."#9".%-%$ 0#%L/-%6/ */ -"+.%- -"#6"<2- GU +K6P= -"$-2'%$ '"9".%-%$ ."72#2 6"<"72+ +"$0"$%/ <%7,':
C
(U=UW)( E=]W) '0 U=UW '0
untuk Anda Gaya dorong pada roket dihasilkan akibat semburan gas panas dengan kecepatan tinggi. Gas panas tersebut dihasilkan dari proses pembakaran hidrogen cair dan oksigen cair. Untuk mengatasi pengaruh gravitasi Bumi, roket memiliki percepatan 3 kali percepatan gravitasi Bumi. Oleh karena itu, gaya dorong yang harus diberikan oleh roket harus lebih dari 3 × 107 N.
Information for You
Contoh 4.5
I(J(2K Y/'"-%&2/J !! C WU 0 C U=UW '0^ !B C E=]W '0^ D !J $ !D H P;9 :J C !J
Informasi
Rocket propulsion is produced by hot gas expelled from the rear of the rocket at high velocity. The hot gas made from burning of liquid hydrogen and liquid oxygen. To abandon the earth’s gravitational force, rocket have to get acceleration three times faster than earth’s gravitational acceleration. So, rocket propulsion should be more 3 × 107 N.
; C GU +K6P 9 C [U 9+ C U=[ +
(P) (GU +K6P ) (U=[) + C EUU +K6
T%*/= '"9".%-%$ ."72#2 6"<"72+ +"$0"$%/ <%7,' %*%7%& EUU +K6:
Tes Kompetensi Subbab
E
L%&5(7(*3(?0=(3()0247403(:6?(*A G:
P:
;"<2%& <%7,' <%1% <"#+%66% P '0 -"#0%$-2$0 .%*% 6"2-%6 -%7/ .%$1%$0: B%7,' -"#6"<2- */-"+<%' ,7"& 6"<2-/# ."72#2 <"#+%66% PU 0 *"$0%$ '"9".%-%$ +"$*%-%# WUU +K6: T/'% -2+<2'%$$8% "7%6-/6 6"<%0/%$ D( C U=VGVUH= &/-2$0 '"-/$00/%$ +%'6/+2+ 8%$0 *%.%*/9%.%/ <%7,' -"#6"<2-: Y2% <,7% '"9/7 8%$0 +%6/$0A+%6/$0 <"#+%66% G '0 *%$ P '0 */0%$-2$0'%$ .%*% 6"2-%6 -%7/ U=P +: ;"-/%. <,7% +27%A +27% */<"#/ %82$%$ 6"<"6%# ]Uj -"#&%*%. 0%#/6 L"#-/'%7 6"."#-/ .%*% 0%+<%#: I"+2*/%$= '"*2% <,7%
Q:
*/7".%6 .%*% 6%%- 8%$0 <"#6%+%%$ *%$ '"*2%$8% <"#-2+<2'%$ 6"9%#% "7%6-/6 6"+.2#$%: N/-2$07%& '"$%/'%$ '"*2% <,7% -"#6"<2- 6"-"7%& -2+<2'%$: ;"<2%& <"$*% -"#0%$-2$0 .%*% 6"2-%6 -%7/ 8%$0 .%$1%$0$8% PU 9+: B"$*% -"#6"<2- */-2+<2' ,7"& <"$*% 7%/$ 8%$0 +%66%$8% E '%7/ +%66% <"$*% 6"+27%: T/'% -2+<2'%$$8% "7%6-/6 6"<%0/%$= *"$0%$ $/7%/ ( C U=ZW= <"#%.%'%& '"9".%-%$ <"$*% 8%$0 +"$2+<2' %0%# <"$*% 8%$0 -"#0%$-2$0 -"#6"<2- +"$9%.%/ -/-/' -"#-/$00/ *%#/ 7/$-%6%$$8%5
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
103
E:
B,7% ) 8%$0 +%66%$8% Q '0 <"#%*% .%*% .,6/6/ 6"."#-/ -"#7/&%- .%*% 0%+<%#:
B,7% -"#6"<2- %'%$ +"$2+<2' <,7% B 8%$0 <"#+%66% P '0: T/'% ',">/6/"$ #"6-/-26/ -2+<2'%$ U=W= <"#%.% +"-"#'%& <,7% B %'%$ $%/'5 D.%$1%$0 -%7/ U=P +H:
A
B
F. Gaya Dorong Roket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t !t I"-"#%$0%$J = C 0%8% *,#,$0 #,'"- DOH : C '"9".%-%$ #,'"- D+K6H b%8% *,#,$0 8%$0 */7%'2'%$ 0%6 .%*% <%7,$ *%.%- */%$%7,0/'%$ 6"<%0%/ 0%8% *,#,$0 <%&%$ <%'%# .%*% #,'"-:
Gambar 4.8 Gaya dorong pada balon.
Tes Kompetensi Subbab
F
L%&5(7(*3(?0=(3()0247403(:6?(*A G: Y/'"-%&2/ 0%6 .%$%6 8%$0 '"72%# *%#/ #,'"- +"+/7/'/ '"7%12%$ PUU +K6: 3"$-2'%$ <"6%# 0%8% *,#,$0 6"<2%& #,'"- 8%$0 +"6/$$8% *%.%- +"$8"+<2#'%$ 0%6 .%$%6 &%6/7 *%#/ ."+<%'%#%$ *"$0%$ '"7%12%$ .%$9%#%$ 0%6 WU '0K6:
104
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
P:
@%66% -,-%7 6"<2%& #,'"- -"#+%62' <%&%$ <%'%#$8% %*%7%& G:PUU '0: ;"+<2#%$ 0%8% .%$%6 8%$0 '"72%# *%#/ #,'"- +"+/7/7'/ '"7%12%$ PWU +K6: T/'% */&%#%.'%$ #,'"*%.%- +"7%12 *"$0%$ ."#9".%-%$ P=W +K6P= -"$-2'%$7%& '"7%12%$ ."#2<%&%$ +%66% 0%6 */ *%7%+ #,'"- -"#6"<2-:
Rangkuman G:
P:
Q:
E:
W:
@,+"$-2+ 8%$0 */+/7/'/ 62%-2 <"$*% %*%7%& &%6/7 ."#'%7/%$ %$-%#% +%66% *%$ '"9".%-%$ .%*% 6%%-"#-"$-2: @,+"$-2+ +"#2.%'%$ <"6%#%$ L"'-,# 8%$0 %#%&$8% 6%+% *"$0%$ %#%& '"9".%-%$$8%: "7!! M+.276 %*%7%& &%6/7 '%7/ 0%8% *%$ 6"7%$0 ?%'-2 6"7%+% 0%8% <"'"#1%: < 7 # !t M+.276 8%$0 <"'"#1% .%*% 62%-2 <"$*% <"6%#$8% 6%+% *"$0%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+ 8%$0 */%7%+/ <"$*%: <07 ! !! 0C !!P F !!G N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+ +"$8%-%'%$ <%&?% 12+7%& +,+"$-2+ 6"<"72+ *%$ 6"62*%& -2+<2'%$ %*%7%& 6%+%= 8%/-2 !C !C a !D !D C !C!Cda !D !Dd N2'2+ MM O"?-,$ +"$8%-%'%$ <%&?% 0%8% 8%$0 */<"#/'%$ .%*% 62%-2 <"$*%= <"6%#$8% 6%+% *"$0%$ ."#2<%&%$ +,+"$-2+ <"$*% 6"-/%. 6%-2 6%-2%$ ?%'-2: !" ! ! P " ! ! G = #= !t !t I,">/6/"$ #"6-/-26/ %*%7%& 2'2#%$ '"7"$-/$0%$ D"7%6-/6/-%6H 6"<2%& -2+<2'%$: # : d " :P d $ ( = "% G & ' :G " :P ( N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+ <"#7%'2 .%*% 6"+2% 1"$/6 -2+<2'%$: !%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"+.2#$%= <"#7%'2
!G :G a !P :P C !G :Gd a !P :Pd= :Pd F :Gd C FD:P F :GHd %-%2 ',">/6/"$ #"6-/-26/ ( C G: !%*% -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/= '"*2% <"$*% 8%$0 <"#-2+<2'%$ %'%$ <"#6%-2 *%$ <"#0"#%' <"#6%+% 6"-"7%& -2+<2'%$: !%*% 1"$/6 -2+<2'%$ /$/= N2'2+ I"'"'%7%$ f$"#0/ I/$"-/' -/*%' <"#7%'2= "$"#0/ 6"<%0/%$ &/7%$0 +"$1%*/ "$"#0/ '%7,#= "$"#0/ <2$8/= *%$ +"$8"<%<'%$ ."#2<%&%$ ?212* .%*% <"$*%: !G :G a !P :P C D!G a !PH :d !%*% -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$= <"#7%'2 ."#6%+%%$ !G :G a !P :P C !G :Gd a !P :Pd
V:
Z:
# : d " :P d $ ( = "% G &=Uh(hG ' :G " :P ( B"$*% 8%$0 <"#0"#%' 1%-2& <"<%6 +"#2.%'%$ 1"$/6 -2+<2'%$ 7"$-/$0 6"<%0/%$: I,">/6/"$ #"6-/-26/$8% %*%7%& 9E 9P 9Q ( = 9 d %-%2 ( C 9G C 9P C 9Q 9 I"9".%-%$ ."72#2 *%.%- */2'2# *"$0%$ %82$%$ <%7/6-/' *"$0%$ +"+%$>%%-'%$ .#/$6/. -2+<2'%$ -/*%' 7"$-/$0 6%+% 6"'%7/: D ! $ !D H :J = J P;9 !J
(
)
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
105
Peta Konsep 98)%*:4);0<)"43';0=(*0>4)247(* +"+<%&%6
N2'2+ I"'"'%7%$ @,+"$-2+
<"#7%'2
@,+"$-2+
M+.276
*/02$%'%$ 2$-2' +"$0%$%7/6/6
<"#7%'2 .%*%
32+<2'%$ 1"$/6$8%
32+<2'%$ \"$-/$0 ;"+.2#
%$32+<2'%$ \"$-/$0 ;"<%0/%$
32+<2'%$ 3/*%' \"$-/$0 ;%+% ;"'%7/
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda dapat memahami konsep momentum, impuls, dan tumbukan. Anda juga tentu dapat menjelaskan jenis-jenis tumbukan yang mungkin terjadi dan hukum apa saja yang berlaku di dalamnya. Dari keseluruhan materi yang telah Anda pelajari, bagian manakah yang menurut Anda sulit? Coba Anda diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.
106
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Dengan mempelajari bab ini, Anda dapat mengetahui bahwa untuk mengukur kecepatan peluru tidak harus memasang alat ukur pada peluru. Anda cukup menghitung jejak yang ditinggalkannya, seperti pada bandul balistik. Nah, coba sebutkan manfaat lain mempelajari bab ini.
Tes Kompetensi Bab 4 OA $636?3(?0'(3(?0'(:405(J(2(*0P(*Q0"(36*Q0:%"(:0=(*07%&5(7(*3(?0"(=(0247403(:6?(*A G:
P:
Q:
E:
W:
Y/+"$6/ /+.276 %*%7%& :::: %: k@lk\lk3lFG <: k@lk\lk3lFP 9: k@lk\lFGk3lFG *: k@lk\lFPk3l ": k@lk\lPk3lP Y2% <"$*% +"+/7/'/ +%66% 8%$0 6%+%= 6"*%$0'%$ +,+"$-2+ <"$*% ."#-%+% *2% '%7/ +,+"$-2+ <"$*% '"*2%: !"#<%$*/$0%$ "$"#0/ '/$"-/' <"$*% ."#-%+% *%$ <"$*% '"*2% -"#6"<2- %*%7%& :::: %: G J G <: G J P 9: G J E *: P J G ": E J G b%+<%# <"#/'2- +"$2$12''%$ 0#%>/' D# A tH *%#/ 0"#%' 6"<2%& <"$*% 8%$0 +%66%$8% W '0: @,+"$-2+ <"$*% s (m) -"#6"<2- %*%7%& :::: %: PG '0+K6 24 <: PU '0+K6 9: G[ '0+K6 *: GW '0+K6 t (s) ": GU '0+K6 8 ;"<2%& <,7% 77/%# */6,*,' +"$002$%'%$ -,$0'%*"$0%$ 0%8% WU $"?-,$ *%7%+ ?%'-2 GU +/7/6"',$: T/'% +%66% <,7% U=P '0= '"9".%-%$ <,7% 6"-"7%& */6,*,' %*%7%& :::: %: U=PW +K6 <: P=W +K6 9: PW +K6 *: PWU +K6 ": P:WUU +K6 b#%>/' +,+"$-2+ D
t
<:
p
t
9:
p
t
*:
p
t
":
p
t
V:
;"<2%& <,7% *%#/ '"%*%%$ */%+ */.2'27 *"$0%$ 0%8% VUU $"?-,$ &/$00% +"7"6%- *"$0%$ '"9".%-%$ VU +K6: T/'% +%66% <,7% U=W '0= ."+2'27 %'%$ +"$8"$-2& <,7% 6"7%+% :::: %: E _ GUFP 6 <: W _ GUFP 6 9: V _ GUFP 6 *: Z _ GUFP 6 ": [ _ GUFP 6 Z: b%8% 8%$0 */."#72'%$ 2$-2' +"$0&"$-/'%$ <"$*% <"#A +%66% QW '0 8%$0 <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ GPU +K6 &/$00% <"#&"$-/ 6"-"7%& W 6"',$ %*%7%& :::: %: Z[U $"?-,$ <: [UU $"?-,$ 9: [PU $"?-,$ *: [EU $"?-,$ ": [VU $"?-,$ [: B"$*% <"#+%66% ! +"+/7/'/ +,+"$-2+ < *%$ "$"#0/ '/$"-/' B: T/'% "$"#0/ '/$"-/' <"#2<%& +"$1%*/ EB= +,+"$-2+$8% +"$1%*/ :::: %: < <: Q< 9: W< *: P< ": E< ]: B,7% ) *%$ B +"+/7/'/ +,+"$-2+ 8%$0 6%+% *%$ +%66% ) mB +%'% :::: %: '"9".%-%$ ) m '"9".%-%$ B <: "$"#0/ '/$"-/' ) C "$"#0/ '/$"-/' B 9: "$"#0/ '/$"-/' ) m "$"#0/ '/$"-/' B *: "$"#0/ '/$"-/' ) h "$"#0/ '/$"-/' B ": '"9".%-%$ ) C '"9".%-%$ B
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
107
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
GZ:
G[:
( P;9
<: 9: *:
P;9 ;9( (P9 P;9 ": ( GE: ;"<2%& <,7% 1%-2& <"<%6 *%#/ '"-/$00/%$ PU + */ %-%6 7%$-%/: T/'% -2+<2'%$ *"$0%$ 7%$-%/ "7%6-/6 6"<%0/%$ *"$0%$ ',">/6/"$ #"6-/-26/$8% U=E= '"9".%-%$ .%$-27 <,7% 6"-"7%& +"$2+<2' 7%$-%/ %*%7%& :::: %: E +K6 <: V +K6 9: [ +K6 *: ] +K6 ": GU +K6
GW: ;"<2%& <,7% 1%-2& <"<%6 *%#/ '"-/$00/%$ GUU + */ %-%6 7%$-%/: T/'% ',">/6/"$ #"6-/-26/ %$-%#% <,7% *"$0%$ 7%$-%/ U=W= -/$00/ .%$-27%$ <,7% %*%7%& :::: %: [U + <: ZW + 9: WU + *: PW + ": PU + GV: T/'% */'"-%&2/ <"$*%A<"$*% <"#/'2- */&"$-/'%$ ,7"& */$*/$0 *%7%+ 6"7%$0 ?%'-2 8%$0 6%+%= */ %$-%#% <"$*%A
108
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
G]:
PU:
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
RA
I(J(23(?0"%&:(*P((*02%&674:06*60=%*Q(*0:%"(:A
G:
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j *%$ */.%$-27'%$ '"+<%7/ *"$0%$ 62*2- .%$-27 VUj: %: 3"$-2'%$ ',">/6/"$ #"6-/-26/ -2+<2'%$ <"$*% -"#6"<2- D(H: <: 3"$-2'%$ <"6%#$8% ."#2<%&%$ +,+"$-2+ <"$*% -"#6"<2-:
P:
Q:
E:
W:
V:
Z: ;"<2%& <%7,' <"#+%66% P '0 -"#7"-%' */ %-%6 7%$-%/ 7/9/$: !"72#2 <"#+%66% GW 0#%+ */-"+<%''%$ &,#/c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
P 1m 1m B
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
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
109
Proyek Semester 1 !%*% 6"+"6-"# /$/ )$*% -"7%& <"7%1%# ',$6". -"$-%$0 b"#%' *%$ b%8%: `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
Kereta Dinamika >454(*0L%Q6(:(* @"+."7%1%#/ N2'2+ O"?-,$ O3(:0=(*0R(?(* G: I"#"-% */$%+/'% P: !%.%$ 7%$*%6%$ DPEU 9+ _ QU 9+ _ P 9+H *%$ '%-#,7 +"1% <"#*/%+"-"# E 9+ Q: Ni%0(6 ti!(6 D9"7%& ./-% G=W 9+H *%$ <+)(6 #/<<2KA$8% E: B"<%$ 0%$-2$0 PWU 0 DL%#/%6/ W= GU= PU= *%$ WU 0H W: I"#-%6 '%#<,$ *%$ <"$%$0 $/7,$ $&8'%=4&0$%&S82((* G: `'2# +%66% '"#"-% */$%+/'% *%$ <"<%$ 0%$-2$0: T2+7%& +%66% '"*2%$8% */%$00%. 6"<%0%/ +%66% 6/6-"+: P: ;262$ %7%-A%7%- 6"."#-/ .%*% 0%+<%# <"#/'2-: benang nilon
katrol
sisa beban kereta dinamika ticker timer pita
beban gantung
papan landasan
Q:
E:
b2$%'%$ 6"<%0/%$ <"<%$ 0%$-2$0 2$-2' +"$00"#%''%$ '"#"-% */$%+/'% *%$ 6/6%$8% 6/+.%$ */ %-%6 '"#"-% */$%+/'%: b"#%''%$ '"#"-% */$%+/'% <"#6%+%%$ *"$0%$ */&/*2.'%$$8% ti%0(6 ti!(6: N"$-/'%$ '"#"-% */$%+/'% .%*% 6%%- <"<%$ 0%$-2$0 -".%- %'%$ -/<% */ 7%$-%/ *%$ 6"0"#% +%-/'%$ ti%0(6 ti!(6: 3"7/-/ 1"1%' '"-/'%$ ti%0(6 ti!(6 .%*% ./-% '"#-%6: T/'% 62*%& <%026 &%6/7$8%= 7%$12-'%$ 7%$0'%& <"#/'2-$8%: \%'2'%$ 7%$0'%& '"*2% *%$ '"-/0% */ %-%6 GU '%7/ *"$0%$ <"<%$ 0%$-2$0 D."$00"#%'H 8%$0 <"#<"*% $%+2$ *"$0%$ +%66% 6/6-"+ -"-%.:
$%*Q83(?(*0T(:( G: Y"$0%$ '"#-%6 ./-% 8%$0 */."#,7"& *%#/ ."#9,<%%$ '"#"-% */$%+/'%= <2%-7%& 0#%>/' : C EDtH 2$-2' 6"-/%. ."#9,<%%$: 3"$-2'%$ ."#9".%-%$ 6/6-"+ *%#/ 6"-/%. ."#9,<%%$ <"#*%6%#'%$ 0#%>/' 8%$0 )$*% <2%- -"#6"<2-: P: B2%-7%& 0#%>/' &2<2$0%$ %$-%#% #"627-%$ 0%8% *"$0%$ ."#9".%-%$ 6/6-"+: ).%'%& &%6/7$8% 6"62%/ *"$0%$ N2'2+ MM O"?-,$5 B"#/'%$ ."$1"7%6%$: Q: 3"$-2'%$ <"6%# 0%8% 0"6"' 8%$0 -"#1%*/ *%7%+ ."#9,<%%$ -"#6"<2-:
110
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Tes Kompetensi Fisika Semester 1
OA $636?3(?0'(3(?0'(:405(J(2(*0P(*Q0"(36*Q0:%"(:0=(*07%&5(7(*3(?0"(=(0247403(:6?(*A G:
P:
Q:
E:
W:
!"#9".%-%$ 6"<2%& .%#-/'"7 .%*% 6%%- t %*%7%& Vt 6 F E5: @27%A+27% .%#-/'"7 <"#0"#%' *"$0%$ '"9".%-%$ P6: 4"'-,# '"9".%-%$ .%#-/'"7 .%*% 6%%- t %*%7%& :::: %: DP a QtH6 F Et 5 <: DP F QtPH6 a Et 5 9: DP a QtPH6 F Et 5 *: DQ F PtPH6 a Et 5 ": DQ a PtPH6 F Et 5 ;"<2%& .%#-/'"7 <"#0"#%' 6"62%/ *"$0%$ ."#6%+%%$ .,6/6/ 6 C DtP F EtH/ a DPtP F PtH1= 6 *%7%+ +"-"# *%$ t *%7%+ *"-/': B"6%# '"9".%-%$ <"$*% .%*% 6%%- t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tP F Et: !"#6%+%%$ '"9"A .%-%$ 6"$-#/."-%7$8% %*%7%& ::::: %: EtQ F EtP <: GPtP F [t 9: ]tV F GPtW a EtE *: EtV F VtW a EtE ": QVtE F PEtQ F GVtP ;"<2%& +,7 <"#+%66% G:UUU '0 +"72$92# *"$0%$ '"9".%-%$ ZP '+K1%+= '"+2*/%$ */#"+ *"$0%$ 0%8% =: T/'% ',">/6/"$ 0"6"' '/$"-/' %$-%#% #,*% *%$ 1%7%$ U=P '"+2*/%$ <"#&"$-/ 6"-"7%& E *"-/'= <"6%# 0%8% ."$0"#"+%$ = %*%7%& :::: %: W:UUU O <: E:WUU O 9: Q:WUU O *: Q:UUU O ": E:UUU O
V:
!"#&%-/'%$ 0%+<%# <"#/'2-= 1/'% <"<%$ B */7".%6'%$= <%7,' ) -".%- %'%$ <"#0"#%': 2 kg A
B
Z:
1 kg
T/'% ."#9".%-%$ 0#%L/-%6/ GU +K6P= ',">/6/"$ 0"6"' 6-%-/6 %$-%#% <%7,' *%$ +"1% %*%7%& :::: %: U=W *: U=P <: U=E ": U=G 9: U=Q !"#&%-/'%$ 6262$%$ <"$*%A<"$*% .%*% 0%+<%# <"#/'2-: 4 kg A
B
[:
1 kg
I,">/6/"$ 0"6"' '/$"-/' %$-%#% <%7,' ) *%$ +"1% %*%7%& U=GPW: T/'% <"<%$ B */7".%6'%$= ."#9".%-%$ <"$*% ) %*%7%& :::: D; C GU +K6PH %: P=PW +K6P *: G=ZW +K6P <: P=UU +K6P ": G=WU +K6P 9: G=UU +K6P !"#&%-/'%$ 0%+<%# <"#/'2- /$/: m F
30°
I,">/6/"$ 0"6"' '/$"-/' %$-%#% <"$*% *"$0%$ *%$0 +/#/$0 %*%7%& U=W *%$ ."#9".%-%$ 0#%L/-%6/ B2+/ C ;: B"6%#$8% 0%8% 8%$0 */<2-2&'%$ 2$-2' +"$*,#,$0 <"$*% *"$0%$ +%66% ! 62.%8% *%.%- <"#0"#%' '" %-%6 *"$0%$ '"9".%-%$ -"-%. %*%7%& :::: %: U=W !; <: U=[ !; 9: G=Q !; *: G=W !; ": G=G !;
111
]: ;"<2%& <"$*% *"$0%$ +%66% ! */<"#/ 0%8% = &/$00% <"#0"#%': T/'% 0%8% 0"6"' %$-%#% <"$*% *%$ 7%$-%/ 6%+% *"$0%$ E0= ."#9".%-%$ 0"#%' <"$*% %*%7%& :::: = " E0 %: $ C ! = $ E0 <: $ C ! ! 9: $ C = " E0 *:
$C
= ! $ E0
= ! " E0 GU: ;",#%$0 $"7%8%$ +"$8"<"#%$0/ 62$0%/ +"$002$%'%$ ."#%&2 *%82$0: !"#%&2 *%82$0 -"#6"<2- 6"7%72 */%#%&A '%$ -"0%' 72#26 -"#&%*%. %#%& %#26 %/# *"$0%$ '"9".%-A %$ Q +K6= 6"*%$0'%$ '"9".%-%$ %7/#%$ %/# C Q +K6: I"9"A .%-%$ -,-%7 ."#%&2 *%$ %#%&$8% *%7%+ +"7/$-%6/ 62$0%/ %*%7%& :::: %: Q +K6 *%$ EWj
":
$C
<: 9: *: ":
Q P +K6 *%$ EWj Q P +K6 *%$ ]Uj Q Q +K6 *%$ EWj V +K6 *%$ ]Uj
GG: !"72#2 */-"+<%''%$ *"$0%$ 62*2- "7"L%6/ EWj *%$ '"9".%-%$ %?%7 C GUU +K6: T/'% ."#9".%-%$ 0#%L/-%6/ ; C GU +K6 P = '"*2*2'%$ ."72#2 6%%- t C Q 6"',$ %*%7%& :::: %: I C QUU +^ K C PGU + <: I C WU P +^ K C WU P 9: I C WU P +^ K C PGU + *: I C PGU +^ K C GVZ=GQ + ": I C QUU +^ K C ]U + GP: ;"<2%& ."72#2 */-"+<%''%$ *"$0%$ '"9".%-%$ %?%7 GUU +K6 *%$ 62*2- "7"L%6/$8% WQj: !"#<%$*/$0%$ -/$00/ +%'6/+2+ *%$ -/-/' 1%2& +%'6/+2+ 8%$0 */9%.%/ ,7"& ."72#2 -"#6"<2- %*%7%& :::: %: G J E *: P J G <: G J Q ": Q J G 9: G J P GQ: !%*% ."#+%/$%$ 6".%' <,7%= <,7% 8%$0 */-"$*%$0 +"7%8%$0 */ 2*%#% 6"7%+% E *"-/' *"$0%$ 62*2"7"L%6/ QUj: T/'% 0"6"'%$ *"$0%$ 2*%#% */%<%/'%$ *%$ ; C GU +K6P= <,7% +"$9%.%/ 1%#%' 6"1%2& :::: %: GPU + <: GQ[ + 9: PUU + *: QUU + ": E[U +
112
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
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j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
PU: @%66% 1%#/A1%#/ .7%$"- R 6%+% *"$0%$ $ '%7/ +%66% B2+/ *%$ <"#1%#/A1%#/ ? '%7/ 1%#/A1%#/ B2+/: B"#%- <"$*% */ .7%$"- R */<%$*/$0'%$ *"$0%$ <"#%-$8% */ B2+/ +"$1%*/ :::: %: $? '%7/ <: $?8 '%7/ a 9: '%7/ b $ '%7/ *: ?P G '%7/ ": $? PG: ;"<2%& 6%-"7/- <"#%*% .%*% '"-/$00/%$ 9 */ %-%6 ."#+2'%%$ B2+/: T/'% */'"-%&2/ 1%#/A1%#/ B2+/ %*%7%& H= ."#/,*" 6%-"7/- -"#6"<2- +"$0"7/7/$0/ B2+/ %*%7%& :::: D,#- 6%-"7/- */%$00%. <"#2.% 7/$0'%#%$H %: <: 9: *:
D H $ 9H P3 ;
PW: ;",#%$0 $"7%8%$ +"$%#/' ."#%&2$8% *"$0%$ 62*2- EWj -"#&%*%. %#%& &,#/c,$-%7 *%$ ."#%&2 <"#./$*%& 6"1%2& GU +: T/'% $"7%8%$ -"#6"<2- +"$%#/' ."#%&2 *"$0%$ 0%8% G[U O= <"6%# 26%&% 8%$0 */7%'2'%$ $"7%8%$ -"#6"<2- %*%7%& :::: %: ]UU T *: [WU T <: PV:
PZ:
P3 H $ 9
3 H$9 DH $ 9H E3 P ;
": E3 D H $ 9 H P; PP: ;"<2%& <"$*% 8%$0 <"#%*% */ B27%$ <"#0"#%' *"$0%$ ."#9".%-%$ $ '%#"$% +"$*%.%- 0%8% = : T/'% <"$*% -"#6"<2- */<%?% '" B2+/ 8%$0 0%8% 0#%L/-%6/$8% "$%+ '%7/ +%66% B27%$ *%$ <"$*% -"#6"<2- */<"#/ 0%8% = 120%= ."#9".%-%$ %*%7%& :::: %: V$
P[:
P
$ V $ $ *: V $ ": V PQ: @"$2#2- N2'2+ MMM I".7"#= '2%*#%- ."#/,*" 62%-2 .7%$"- +"$0"7/7/$0/ @%-%&%#/ 6"<%$*/$0 *"$0%$ :::: %: +%66% .7%$"<: 1%#%' .7%$"- '" @%-%&%#/ 9: .%$0'%- -/0% +%66% .7%$"*: .%$0'%- -/0% 1%#%' .7%$"- '" @%-%&%#/ ": '2%*#%- 1%#%' @%-%&%#/ '" .7%$"PE: T/'% ."#/,*" 6%-"7/- 8%$0 +"$0,#- B2+/ *"$0%$ 1%#/A 1%#/ C GP=[ _ GUV + 6"<"6%# Q=] 1%+= ."#/,*" 6%-"7/- 8%$0 1%#/A1%#/ ,#-$8% C G]=P _ GUV + %*%7%& :::: %: Z=P 1%+ *: E=[ 1%+ <: V=E 1%+ ": P=G 1%+ 9: W=] 1%+
P]:
<: 9:
QU:
]UU 2 T
":
[ZW T
9: ]UU 3 T ;"<2%& <,7% <"#+%66% EUU 0 */7"+.%# L"#-/'%7 '" %-%6 &/$00% +"$9%.%/ '"-/$00/%$ [ +: !"#2<%&%$ "$"#0/ .,-"$6/%7 '"-/'% <,7% <"#%*% .%*% '"-/$00/%$ E + %*%7%& :::: %: GP T *: FGV T <: GV T ": QP T 9: FGP T ;"<2%& <"$*% 1%-2& <"<%6 *%#/ -"+.%- 8%$0 -/$00/$8% [U +: T/'% "$"#0/ .,-"$6/%7$8% +27%A+27% 6"<"6%# E:UUU T *%$ ; C GU +K6P= '"9".%-%$ <"$*% -".%- 6"<"72+ 6%+.%/ */ -%$%& %*%7%& :::: %: GU +K6 *: QU +K6 <: PU +K6 ": EU +K6 9: PW +K6 ;"<2%& +"6/$ '"$*%#%%$ <"#+,-,# +"+/7/'/ *%8% 6"<"6%# GUU &.: n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b%6 .%$%6 8%$0 */&%6/7'%$ ,7"& 6"<2%& #,'"- +"+/7/'/ '"7%12%$ EUU +K6 *%$ -"#1%*/ ."+<%'%#%$ 0%6 6"<%$8%' [U '0 *%7%+ ?%'-2 6%-2 6"',$: B"6%#$8% 0%8% *,#,$0 #,'"- -"#6"<2- %*%7%& :::: %: P:UUU O *: PE:UUU O <: GP:UUU O ": QP:UUU O 9: GV:UUU O
Tes Kompetensi Fisika Semester 1
113
RA
I(J(23(?0"%&:(*P((*02%&674:06*60=%*Q(*0:%"(:A
G:
!%*% 6262$%$ <"$*%A<"$*% 6"."#-/ .%*% 0%+<%#= +%66% <"$*% ) *%$ B 6%+%= 8%/-2 W '0: A
B
0
P:
T/'% ',">/6/"$ 0"6"'%$ '/$"-/' %$-%#% <"$*% ) *%$ *%$0 Q +/#/$0 %*%7%& U=P *%$ -%$ 0 C = <"#%.%'%& ."#9".%-%$ E 6"-/%. <"$*% 1/'% '"*2% <"$*% -"#6"<2- */7".%6'%$5 !"#&%-/'%$ 0%+<%# <"#/'2- /$/: A=
8k
g
B = 2 kg
0
Q:
T/'% '"*2% <"$*% */7".%6'%$= -%7/ +"+/7/'/ -"0%$0%$ Q PE O: T/'% 6/$ 0 C = <"#%.%'%& ',">/6/"$ 0"6"' %$-%#% W <"$*% ) *%$ *%$05 Y2% <"$*% ) *%$ B -"#6262$ 6"."#-/ 0%+<%# <"#/'2-: A
B
E:
114
@%66% ) C E '0 *%$ +%66% B C [ '0 D; C GU +K6PH: 3"$-2'%$ <"6%# ."#9".%-%$ <"$*% B *%$ -"0%$0%$ -%7/$8%= 1/'% ',">/6/"$ 0"6"'%$ 6-%-/6 %$-%#% *%$0 *"$0%$ <"$*% ) %*%7%& U=P: ;"<2%& +,7 <"#0"#%' *"$0%$ ."#9".%-%$ -"-%.= 8%/-2 6"<"6%# P +K6P: ;"-"7%& +"$"+.2& 1%#%' GWU += -"#$8%-% '"9".%-%$$8% +"$1%*/ PW +K6: %: B"#%.%'%& '"9".%-%$ %?%7 +,7 -"#6"<2-5 <: B"#%.% 7%+% ?%'-2 -"+.2& +,7 -"#6"<2-5
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
W: @%66% .7%$"- i2./-"# %*%7%& G=] _ GUPZ '0 *%$ +%66% @%-%&%#/ C P=U _ GUQU '0: T/'% 1%#%' %$-%#% @%-%&%#/ *%$ .7%$"- i2./-"# %*%7%& Z=[ _ GUGG + *%$ O 6"<"6%# V=VZ _ GUFGG O +PK'0= -"$-2'%$J %: 0%8% 0#%L/-%6/ @%-%&%#/ .%*% .7%$"- i2./-"#^ *%$ <: 7%12 7/$"%# ,#- .7%$"- i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c,$-%7 C U=P: I"+2*/%$= 6"<2-/# ."72#2 <"#+%66% WU 0 */-"+<%''%$ &,#/c,$-%7 +"$0"$%/ <%7,' -"#6"<2*%$ */%+ */ *%7%+ <%7,': T/'% <%7,' <"#0"6"# 6"1%2& P +"-"#= <"#%.%'%& '"9".%-%$ ."72#2 '"-/'% +"$2+<2' <%7,'5
Bab
5 Sumber: Contemporary College Physics, 1993
Peloncat indah menekuk tubuhnya ketika mulai berputar dan merentangkan tubuhnya ketika hendak mendekati air.
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar Hasil yang harus Anda capai: menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: memformulasikan hubungan antara konsep torsi, momentum sudut, dan momen inersia berdasarkan Hukum II Newton, serta penerapannya dalam masalah benda tegar.
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
A. Kinematika Gerak Rotasi B. Dinamika Gerak Rotasi C. Kesetimbangan Benda Tegar
115
Tes Kompetensi Awal S"#"$%&'&"&("$a*a+i'k./s"('1"+ak'2.tasi'4a/'5"s"tia/6a/'7"/4a'8"6a+9'k"+*aka/$a:'s.a$;s.a$'#"+ik%t 4a$a&'#%k%'$ati:a/< B; )4%(8%$/(*-+%'20*(*"$/%$(+3+"$(/%8%:(+3+"$ F; D"10.'%$(="$-2-="$-2('"2".-+1%$/%$;(G",%2'%$ '34",:(*%$(+3+"$(-$"#2-%6 *"$/%$(1%&%2%()$*%(2"$*-#-; C; )4%(&010$/%$(%$.%#%(<0'0+(9"'"'%,%$(73+"$H; )4%(4"$/"#.-%$(*%#-(.-.-'(1"#%.(1"$*%6 .0+(D0*0.(*%$(<0'0+(EE(9"4,"#6
A. Kinematika Gerak Rotasi
Gambar 5.1 Baling-baling kipas berotasi pada porosnya.
y P r
s x
! O
G-'%()$*%(+"+4"#&%.-'%$(2"10%&(4-#-$/%$(&-.%+(8%$/(2"*%$/(1"#40.%# %.%0( 1%,-$/-1%,-$/( '-4%2( %$/-$( 8%$/( 2"*%$/( 1"#40.%#:( )$*%( %'%$( +",-&%. 1%&A%( 4-#-$/%$( &-.%+( *%$( 1%,-$/-1%,-$/( '-4%2( %$/-$( ."#2"10.( +",%'0'%$ /"#%'( #3.%2-( 4%*%( 2"10%&( 20+10( 2.%2-3$"#( (.".%4)( *%,%+( '"#%$/'%( %50%$ -$"#2-%(."#."$.0;(K3$.3&(,%-$(*%#-(1"$*%(."/%#(8%$/(2"*%$/(1"#3.%2-(%*%,%& 1%$( 2"4"*%( 8%$/( 2"*%$/( 1"#40.%#( *%$( '3+-*-( 40.%#;
1. Posisi Sudut dalam Gerak Rotasi
!"#&%.-'%$( 1aa+' =<>' 8%$/( +"$*"2'#-42-'%$( 2"10%&( 1"$*%( ."/%# 1"#1"$.0'(,-$/'%#%$(8%$/(1"#3.%2-(4%*%(20+10(.".%4(!"*%$(."/%'(,0#02(."#&%*%4 1-*%$/( #$%" L-.-'( !( ."#,".%'( 4%*%( 1"$*%( 2"&-$//%( /%#-2( M!( 1"#3.%2-( 1"#2%+% 1"$*%( ."#2"10.;( D0*0.( ! ( 8%$/( *-1"$.0'( 3,"&( /%#-2( M!( *%$( 20+10-# +"$*"2'#-42-'%$( 432-2-( 1"$*%( 2%%.( 1"$*%( 1"#3.%2-; D0*0.( ! (*-1"$.0'(3,"&(2"10%&(1020#(s"4%*%(,-$/'%#%$(1"#=%#--=%#-('% N-,%-( 20*0.( ! ( (*%,%+( #%*-%$)( *-$8%.%'%$( *"$/%$( 4"#2%+%%$
s (OPB) ' 933#*-$%.( ! (+"$"$.0'%$(432-2-(#3.%2-(*%#-(1"$*%(."/%#(4%*%(20%.0 A%'.0:( ! =( ! (t);(G-'%(4%*%(2%%.(t(432-2-(20*0.(1"$*%( ! (+%'%(4%*%(2%%. t) " t:(432-2-(20*0.$8%( ! " "! ;
! !
Gambar 5.2 Sebuah benda tegar berbentuk lingkaran berotasi pada sumbu koordinat O.
D%+%(&%,$8%(*"$/%$(/"#%'(,-$"%#:(*%,%+(/"#%'(#3.%2-:('"5"4%.%$(20*0. #%.%-#%.%( *-*"@-$-2-'%$( 2"1%/%-( 4"#1%$*-$/%$( %$.%#%( 4"#01%&%$( 20*0.( "! ."#&%*%4(4"#01%&%$(A%'.0(( "t );(!"#&%.-'%$(1aa+'=<'R%#-2(M!(4%*%
y P,t2
"!
!C !B
2. Kecepatan Sudut Rata-Rata dalam Gerak Rotasi
P,t1 x
O
1"$*%( ."/%#( 1"#1"$.0'( ,-$/'%#%$( 8%$/( 1"#3.%2-( +"+1"$.0'( 20*0.( !B ."#&%*%4( 20+10-#( 4%*%( A%'.0( tB;( 9"+0*-%$:( 4%*%( 2%%.( tC:( 20*0.( 8%$/ *-1"$.0'$8%( 1"#01%&( +"$=%*-( ! C %" >"$/%$( *"+-'-%$:( '"5"4%.%$( 20*0. #%.%-#%.%$8%( %*%,%&
##%.%-#%.% ! Gambar 5.3 Perpindahan sudut sebesar "! ( dari sebuah benda tegar yang berotasi pada saat t1 dan t2.
116
! C $!B "! ! t C $ tB "t
(OPC)
M,"&( '%#"$%( ! +"+-,-'-( 2%.0%$( *"#%=%.:( #%*-%$:( %.%0( 40.%#%$: '"5"4%.%$( 20*0.( #%.%-#%.%( *%4%.( ( *-$8%.%'%$( *"$/%$( 2%.0%$( *"#%=%.S 2"'3$:( #%*-%$S2"'3$:( %.%0( 40.%#%$S2"'3$;
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
3. Kecepatan Sudut Sesaat dalam Gerak Rotasi
! # #%* $
T%/%-+%$%'%&( 5%#%( +"$/0'0#( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( *%#-( 2"10%& 1"$*%(."/%#(8%$/(1"#/"#%'(#3.%2-6(D%+%(&%,$8%(*"$/%$(/"#%'(,-$"%#:(*%,%+ /"#%'(#3.%2-:('"5"4%.%$(20*0.(2"2%%.(( # )(*-."$.0'%$(*%,%+(2",%$/(A%'.0 ( "t )( 8%$/( 2%$/%.( 2-$/'%.( ( "t % U )( 2"&-$//%( 4"#01%&%$( '"5"4%.%$$8% 2%$/%.( '"5-,;( M,"&( '%#"$%( -.0:( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( 4%*%( /"#%'( #3.%2*-$8%.%'%$( *"$/%$( 4"#2%+%%$ "! # ! ,-+ # ! ,-+ "t % U "t % U "t %.%0
*! #! *t
!C
0
(OPF)
>"$/%$( *"+-'-%$:( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( +"#04%'%$( .0#0$%$ 4"#.%+%( *%#-( 4"#2%+%%$( 432-2-( 20*0.( 2"1%/%-( @0$/2-( A%'.0;( !"#&%.-'%$ /#%@-'( ! ( ."#&%*%4( t( 4%*%( 1aa+' =<@;
Q
!B
&
P
t1
t(s)
t1
Gambar 5.4 Kecepatan sudut sesaat ( # ) dapat ditentukan dari gradien grafik ! terhadap t pada sebuah titik.
G-'% "t ! t2 $ t1 2%$/%.( '"5-,( %.%0( +"$*"'%.-( $3,:( .-.-'( V( %'%$( 2%$/%. *"'%.( *"$/%$( !:( %.%0( 1%&'%$( 1"#-+4-.( 2"&-$//%( '"+-#-$/%$( (/#%*-"$) /#%@-' ! ."#&%*%4( t( *-( .-.-'( !( +"#04%'%$( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.;( M,"& '%#"$%( -.0:( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( *%4%.( 40,%( *-$8%.%'%$( *"$/%$ 4"#2%+%%$( 1"#-'0.;
(# !
*! ! .%$ & *t
(OPH)
4. Percepatan Sudut dalam Gerak Rotasi D"10%&(4%#.-'",(8%$/(1"#/"#%'(#3.%2-(%'%$(+"+-,-'-(4"#5"4%.%$(20*0. =-'%( 4%#.-'",( ."#2"10.( +"$/%,%+-( 4"#01%&%$( '"5"4%.%$( 20*0.;( >"$/%$ *"+-'-%$:( 4"#5"4%.%$( 20*0.( %*%,%&( 4"#01%&%$( '"5"4%.%$( 20*0.( 2".-%4 2%.0%$( A%'.0( 2"&-$//%( 2%.0%$$8%( %*%,%&( #%*S2C; a. Percepatan Sudut Rata-Rata !"#5"4%.%$( 20*0.( #%.%-#%.%( *-$8%.%'%$( *"$/%$( ,%+1%$/( ' ;( G-'% 2"10%&( 4%#.-'",( 1"#/"#%'( +",-$/'%#( *"$/%$( '"5"4%.%$( 20*0.( #1 ( 4%*% 2%%.( tB:( '"+0*-%$( 1"#01%&( +"$=%*-( #2 " 4%*%( 2%%.( tC:( 4"#5"4%.%$( 20*0. #%.%-#%.%(( ' )(4%#.-'",(."#2"10.(*%,%+(2",%$/(A%'.0(Dt(*-$8%.%'%$(*"$/%$ 4"#2%+%%$( 1"#-'0.; # $# (' ! C B t C $ tB %.%0
'!
"# "t
(OPO)
b. Percepatan Sudut Sesaat )$*%(.",%&(+"$/".%&0-(1%&A%('"5"4%.%$(20*0.(2"2%%.(( # )(*-."$.0'%$ *%,%+( 2",%$/( A%'.0( 8%$/( 2%$/%.( 2-$/'%.( ( "t % U )( 2"&-$//%( 4"#01%&%$ '"5"4%.%$$8%( 2%$/%.( '"5-,;( D%+%( &%,$8%( *"$/%$( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%. ( # ):(4"#5"4%.%$(20*0.(2"2%%.(( ' )(=0/%(+"#04%'%$(4"#5"4%.%$(20*0.(#%.%#%.%( 8%$/( ."#=%*-( *%,%+( 2",%$/( A%'.0( ( "t )( 8%$/( 2%$/%.( 2-$/'%.:( %.%0 "t % U; ( >"$/%$( *"+-'-%$:( 4"#5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( *-$8%.%'%$( *"$/%$ 4"#2%+%%$( 1"#-'0.;
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
117
' ! ,-+ ' "t % U
' ! ,-+
"t % U
# #2
'1
#1
*# *t
'!
(rad/s1)
B
'!
t (s)
t1
(OPW)
>"$/%$( +"$2012.-.02-'%$( A"+sa&aa/' B=C?D( '"( *%,%+( A"+sa&aa/' B=CED: *-4"#3,"&( 4"#2%+%%$( 4"#5"4%.%$( 20*0.( 2"1%/%-( 1"#-'0.;
'2
A
t1
"# "t
Gambar 5.5 Percepatan sudut sesaat berdasarkan gradien garis singgung # = # (t) di titik t.
*# * ( *! ! * *t *t , *t
C ) *! ! + C - *t
(OPX)
>"$/%$( *"+-'-%$:( )$*%( .",%&( +"$/".%&0-( 1%&A%( 4"#5"4%.%$( 20*0. 2"2%%.( +"#04%'%$( .0#0$%$( 4"#.%+%( *%#-( '"5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( %.%0 .0#0$%$( '"*0%( *%#-( 4"#2%+%%$( 432-2-( 20*0.( 2"1%/%-( @0$/2-( A%'.0;( D",%-$ -.0:( 4"#5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( *%4%.( 40,%( *-."$.0'%$( 1"#*%2%#'%$( /#%*-"$ /%#-2(2"&-$//%(/#%@-'( # (."#&%*%4(t(*-(20%.0(.-.-';(!"#&%.-'%$(/#%@-'( # (=( # (t) 4%*%( 1aa+' =<=;( !"#5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( *-( .-.-'( )( %*%,%&( .%$ '1 , 2"*%$/'%$( 4"#5"4%.%$( 20*0.( 2"2%%.( *-( .-.-'( T( %*%,%&( .%$ ' 2 .
5. Gerak Rotasi dengan Kecepatan Sudut Konstan G-'%( 2"10%&( 1"$*%( ."/%#( 1"#/"#%'( #3.%2-( *"$/%$( '"5"4%.%$( 20*0. ( # )( '3$2.%$:( 4"#2%+%%$( /"#%'( *%#-( 1"$*%( ."/%#( ."#2"10.( *-$8%.%'%$ *"$/%$( 4"#2%+%%$ *! # ! *t *! ! # (*t !
t
U
U t
. *! ! . # (*t
! #t $ $ ! U ! # . (*t U
! #t $ $ !U ! #t
! #t $ ! ! U " #t
(OPY)
*"$/%$( !0 (%*%,%&(20*0.(8%$/(*-."+40&(4%*%(2%%.(t(=(U; )'%$(.".%4-:(=-'%(4%#.-'",(."#2"10.(+"$/%,%+-(4"#01%&%$('"5"4%.%$ 20*0.( 2"&-$//%( +"$/&%2-,'%$( 4"#5"4%.%$( 20*0.:( 4"#2%+%%$( /"#%'( #3.%2*%#-( 1"$*%( ."/%#( ."#2"10.( *%4%.( *-.0#0$'%$( *%#-( A"+sa&aa/' B=CFD: *"$/%$( $-,%- ' .".%4; *# ' ! *t *# ! ' *t #
t
. *# ! . ' *t
#U
U
t
Kata Kunci • posisi sudut • kecepatan sudut • percepatan sudut
118
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
# #t $ $ #U ! ' . *t U
# #t $ $ #U ! ' t # #t $ ! #U " ' t
(OPZ)
T"#*%2%#'%$( A"+sa&aa/' B=CGD( *%$' A"+sa&aa/' B=CHD:( *-4"#3,"& 4"#2%+%%$(432-2-(20*0.(0$.0'(/"#%'(+",-$/'%#(1"#%.0#%$(2"1%/%-(1"#-'0.; t
!
. *! ! . (# #t $ *t U t
!U
! . ##U " ' t $ *t
Tugas Anda 5.1 Buatlah perbandingan antara persamaan posisi, kecepatan, dan percepatan untuk gerak lurus berubah beraturan dan gerak rotasi benda tegar.
U
B C 't C B ! #t $ ! !U " #U t " ' t C C
! $ !U ! #Ut "
Tes Kompetensi Subbab
(OPBU)
A
5"+*aka/$a:'4a$a&'#%k%'$ati:a/< B; D"10%&( #3*%( 1"#=%#--=%#-( FU( 5+( 1"#3.%2-( *"$/%$ 20*0.(#3.%2-(8%$/(*-$8%.%'%$(*"$/%$(4"#2%+%%$ ! (=((H((#%*S2 C)t C;(L"$.0'%$,%& %; 1"2%#(20*0.( ! (4%*%(A%'.0(tB(=(C(2(*%$(tC(=(H:UO *%,%+(2%.0%$(#%*-%$(*%$(*"#%=%.[ 1; =%#%'( ."+40&( 4%#.-'",( 4%*%( ."4-( #3*%( 2",%+% -$."#\%,(A%'.0(tB(*%$(tC[ 5; '"5"4%.%$( 20*0.( #%.%-#%.%( *%,%+( 2%.0%$( #%*S2 %$.%#%(tB(*%$(tC[(*%$ *; '"5"4%.%$(20*.(2"2%%.(4%*%(.(=(F(2;
C;
F;
D"10%&(#3*%(2"4"*%(8%$/(2"*%$/(1"#40.%#(+"+-,-'*-%+"."#( FY( 5+;( G-'%( 2"10%&( .-.-'( 4%*%( ."4-( #3*% +"$"+4",(OW:O('%,-(4%*%(.%$%&:(1"#%4%'%&(4%$=%$/ ,-$.%2%$(8%$/(*-,%,0-(3,"&(#3*%(2"4"*%(."#2"10.6 D"10%&(4-#-$/%$(+,-(1"#3.%2-(*"$/%$('"5"4%.%$ 20*0.( # 8%$/(*-$8%.%'%$(*"$/%$(4"#2%+%%$( # = (Y(#%*S2F)tC;(L"$.0'%$,%&(4"#5"4%.%$(20*0.(#%.%-#%.% %$.%#%(tB(=(B(2(*%$(tC(=(C(2(*%$(1"2%#(4"#5"4%.%$ 20*0.(2"2%%.(4%*%(2%%.(t(=(O(2;
B. Dinamika Gerak Rotasi
r
1. Momen Gaya (Torsi)
M/012"3a$a(%.%0(.3#2-(+"#04%'%$(1"2%#%$(8%$/(+"$8"1%1'%$(2"10%& 1"$*%( ."/%#( (1"$*%( 8%$/( .-*%'( *%4%.( 1"#01%&( 1"$.0')( 5"$*"#0$/( 0$.0' 1"#3.%2-(."#&%*%4(43#32$8%;(73+"$(/%8%(."#+%20'(1"2%#%$(\"'.3#(*%$(*-1"#,%+1%$/( / ( (.%0); T%/%-+%$%'%&(5%#%(+"$"$.0'%$(.3#2-(%.%0(+3+"$(/%8%(8%$/(1"'"#=% 4%*%( 1"$*%( 8%$/( 1"#3.%2-6( !"#&%.-'%$( '"+1%,-( 1aa+' =<E' BaD;( 90$5+0#(8%$/(+"+-,-'-(4%$=%$/('(*-/0$%'%$(0$.0'(+"+0.%#(+0#(4%*%(#3*% +31-,;( 9".-'%( +0#( 1"#40.%#( %'-1%.( /%8%( 8%$/( *-1"#-'%$( 4%*%( '0$5-( +0#: +0#( 1"#4"#%$( 2"1%/%-( "$/2",( %.%0( 402%.( 20+10( 40.%#;( 73+"$( /%8% *-#0+02'%$( *"$/%$( 4"#2%+%%$ (OPBB) / (=(!(](" T"#*%2%#'%$(A"+sa&aa/'B=CIID:(*-'".%&0-(1%&A%(.3#2-(%.%0(+3+"$(/%8% +"+-,-'-( 2%.0%$( $"A.3$( +"."#( (N+); !"#&%.-'%$(1aa+' =<EB#D(8%$/(+"$0$=0''%$(*-%/#%+(+3+"$(/%8% 8%$/(1"'"#=%(4%*%(2%%.(+"+10'%(+0#(#3*%(+31-,;(93+43$"$(/%8%(J(8%$/ 1"'"#=%( 4%*%( 1%.%$/( !( +"+1"$.0'( 20*0.( ! :( %#%&( 4"#40.%#%$$8%( 2"%#%& *"$/%$( %#%&( 40.%#%$( =%#0+( =%+;( 93+43$"$( /%8%( J( 8%$/( +"$8"1%1'%$ +0#(1"#3.%2-(%*%,%&(^(2-$(! :(8%-.0('3+43$"$(/%8%(8%$/(."/%'(,0#02(."#&%*%4 !;(M,"&('%#"$%(-.0:(1"2%#(+3+"$(/%8%(8%$/(*-&%2-,'%$(%*%,%& / (=('5(2-$( ! (=(5*
F
(%) y
F sin !
! r
F
/ O
Gambar 5.6
x
d
(1)
(a) Gaya F dibutuhkan untuk membuka mur pada roda mobil. (b) Diagram momen gaya atau torsi yang bekerja saat membuka mur pada roda mobil.
(OPBC)
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
119
9"."#%$/%$_ / =(1"2%#(+3+"$(/%8%((N+) ' =( =%#%'( 20+10( #3.%2-( '"( .-.-'( .%$/'%4( (+) 5 =( 1"2%#( /%8%( 8%$/( *-'"#=%'%$( (N) * =('(2-$( ! (=(,"$/%$(+3+"$((+) !"#&%.-'%$( 4"#2%+%%$( +3+"$( /%8%( 4%*%( A"+sa&aa/' B=CIID;( T"2%# +3+"$( /%8%( *-&%2-,'%$( *%#-( 4"#'%,-%$( \"'.3#;( G-'%( 20*0.( %$.%#%( '" *%$ /%8%(5"."/%'(,0#02((! (=(ZU`):(%'%$(*-4"#3,"&(1"2%#(+3+"$(/%8%(/ (2"1"2%# / (=('5
(OPBF)
)#%&(*%#-(+3+"$(/%8%((/ )(*%4%.(*-."$.0'%$(1"#*%2%#'%$('3$\"$2-(%.%0 '"2"4%'%.%$( 1"#-'0.( -$-;( G-'%( %#%&( 40.%#%$( .3#2-( 2"%#%&( *"$/%$( %#%& 40.%#%$( =%#0+( =%+:( +3+"$( /%8%( (/ )( 1"#$-,%-( 432-.-@;( G-'%( %#%&( 40.%#%$ .3#2-(1"#,%A%$%$(%#%&(*"$/%$(%#%&(40.%#%$(=%#0+(=%+:(+3+"$(/%8%((/ ) 1"#$-,%-( $"/%.-@;
2. Momen Inersia
)$*%(."$.0(+"$/".%&0-(1%&A%(2".-%4(1"$*%(+"+-,-'-('"5"$*"#0$/%$ 0$.0'( +"+4"#.%&%$'%$( '"%*%%$( /"#%'$8%;( >%,%+( /"#%'( ,-$"%#:( 2".-%4 1"$*%(8%$/(*-%+(%'%$(.".%4(*-%+;()*%40$(1"$*%(8%$/(2"*%$/(1"#/"#%' ,0#02( 1"#%.0#%$( +"+-,-'-( '"5"$*"#0$/%$( 0$.0'( .".%4( 1"#/"#%'( ,0#02 1"#%.0#%$:('"50%,-(%*%(#"20,.%$(/%8%(8%$/(+"+"$/%#0&-$8%;(<%,(."#2"10. 2"20%-( *"$/%$( <0'0+( E( N"A.3$;( 9"5"$*"#0$/%$( 1"$*%( 0$.0'( +"+4"#.%&%$'%$( '"%*%%$$8%( *-2"10.( 621's6a" %.%0( 0assa; >"+-'-%$( 40,%( &%,$8%( *"$/%$( *-$%+-'%( /"#%'( #3.%2-;( T"$*%( 8%$/ 2"*%$/( 1"#3.%2-( +"+-,-'-( '"5"$*"#0$/%$( 0$.0'( .".%4( +"+4"#.%&%$'%$ /"#%'( #3.%2-$8%;( 9"5"$*"#0$/%$( ."#2"10.( *-$%+%'%$( 0/012" 621's6a; 73+"$(-$"#2-%(8%$/(1"#3.%2-(*-4"$/%#0&-(3,"&(+%22%(*%$(43,%(*-2.#-102+%22%( ."#&%*%4( 20+10( 40.%#;
m r
# v
Gambar 5.7 Partikel bermassa m berputar mengelilingi sebuah sumbu putar yang berjarak r dari partikel tersebut.
a. Momen Inersia Benda Diskrit (Partikel) G-'%( 2"10%&( 4%#.-'",( 8%$/( 1"#+%22%( 0( 1"#40.%#( +"$/",-,-$/-( 20+10 40.%#( 8%$/( 1"#=%#%'( '( *%#-( 4%#.-'",( ."#2"10.:( *%4%.'%&( )$*%( +"$/&-.0$/ 1"2%#$8%( "$"#/-( '-$".-'( *%#-( 4%#.-'",( ."#2"10.6( !"#&%.-'%$( 1aa+' =%,%+( /"#%'( +",-$/'%#:( '"5"4%.%$( ,-$"%#( *-$8%.%'%$( *"$/%$( 7( =( # #: *"$/%$( # ( '"5"4%.%$( 20*0.;( M,"&( '%#"$%( -.0:( 1"2%#( "$"#/-( '-$".-'( #3.%2*%#-( 4%#.-'",( *%4%.( *-$8%.%'%$( *"$/%$
B 98(#3.%2- ! 0' C 7C C
(OPBH)
>%#-( A"+sa&aa/' B=CI@D:( *-4"#3,"&( $-,%-( 0'C( 8%$/( +"$8%.%'%$( +3+"$ -$"#2-%(*%#-(4%#.-'",(8%$/(1"#/"#%'(+",-$/'%#;(73+"$(-$"#2-%(*-,%+1%$/'%$ *"$/%$( :; :(=(0'C (OPBO) >"$/%$(*"+-'-%$:(+3+"$(-$"#2-%(2"10%&(4%#.-'",(2"1%$*-$/(*"$/%$(+%22% 4%#.-'",( *%$( '0%*#%.( =%#%'( %$.%#%( 4%#.-'",( *%$( 20+10( 40.%#$8%;( 73+"$ -$"#2-%( +"#04%'%$( 1"2%#%$( 2'%,%#( 8%$/( +"+-,-'-( 2%.0%$( '/+C;
120
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
b. Momen Inersia Benda Tegar D"10%&(1"$*%(."/%#(."#*-#-(%.%2(2"=0+,%&(4%#.-'",(8%$/(."#4-2%&(2%.0 *"$/%$(8%$/(,%-$$8%(2"#.%(=%#%'$8%(.".%4;(73+"$(-$"#2-%$8%(+"#04%'%$ =0+,%&( *%#-( +3+"$( -$"#2-%( 2"+0%( 4%#.-'",( -.0:( 8%'$-( :" = 0 0'C;( )'%$ .".%4-:(0$.0'(2"10%&(1"$*%(8%$/(+"+-,-'-(*-2.#-102-(+%22%(8%$/('3$.-$0: %.%0( .-*%'( *%4%.( *-4-2%&'%$( 2"4"#.-( 1aa+' =
:(=( . ' *0
(OPBW)
y dm r
o
sumbu rotasi
D"10%&( 1"$*%( 1"#+%22%( 0" 8%$/( 1"#1"$.0'( 1%.%$/( *"$/%$( 4%$=%$/ ;" .%+4%'( 2"4"#.-( 1aa+' =%#-( A"+sa&aa/( B=CIED:( *-'".%&01%&A%('"=(#"*%$(*0"=( M *M (2"#.%(1%.%2-1%.%2(-$."/#%,$8%(%*%,%&(#B(*%$ ; #C:( %'%$( *-4"#3,"&
Gambar 5.8
#C ( M) : ! . # C * + *# #B ,;-
Gambar 5.9
(OPBX)
x
Momen inersia benda pejal dihitung dengan metode integral terhadap r2 dm. y L 0
x x1
x2
dm
x
Sebuah batang homogen memiliki massa m dengan panjang batang L.
a$.0'( 20+10( 40.%#( 8%$/( ."#,".%'( 4%*%( 0=0$/( 1%.%$/( 2"4"#.-( 1aa+ =
y
;
; F : ! M . #C *# (=( M 13 B # F 24 (=( M 13 B ; 24 (=( B M;C ; 5F 6 F ; U ; 5 F 6U
(OPBY)
a$.0'( 20+10( 40.%#( 8%$/( ."#,".%'( 4%*%( 4"#."$/%&%$( 1%.%$/:( 2"4"#.B B .%+4%'(4%*%(1aa+'=
:! M. ;
L
Gambar 5.10 Momen inersia untuk sumbu putar yang terletak pada ujung batang 1 adalah I = ML2. 3 y
B; C
# C *# ! M 13 B # F 24 ; 5 F 6B; C
F F 1 2 ! M 3 B B ; $ B $ B ; 4 ! B M;C ; 5F C F C 6 BC
# $ # $
x
0
(OPBZ)
73+"$(-$"#2-%(1"$*%(8%$/(20+10(40.%#$8%(."#,".%'(4%*%(402%.(+%22% *-2"10.(+3+"$(-$"#2-%(402%.(+%22%((:4+);(G-'%(20+10(40.%#$8%(.-*%'(."#,".%' 4%*%( 402%.( +%22%:( 0$.0'( +"$5%#-( +3+"$( -$"#2-%$8%:( *%4%.( *-/0$%'%$ 4"#2%+%%$( 1"#-'0.( -$-( 8%$/( *-2"10.( 2"1%/%-( '%-*%&( 20+10( 2"=%=%#; :(=(:4+(+(0*C
–1L 2
x
0
Gambar 5.11
1L 2
Momen inersia untuk sumbu putar yang terletak pada pertengahan 1 batang adalah I = ML2. 12
9"."#%$/%$_ 0 =(+%22%(1"$*% * =(=%#%'(*%#-(402%.(+%22%('"(20+10(40.%# 73+"$( -$"#2-%( *%#-( 1"1"#%4%( 1"$.0'( 1"$*%( *"$/%$( 432-2-( 20+10 ."#."$.0( *%4%.( *-,-&%.( 4%*%( .%1",( 1"#-'0.( -$-;
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
121
8a#"$'=
1aa+
A.+.s
1%.%$/( 2-,-$*"#
L.&"/'M/"+sia
+",%,0-( 402%.
C B :"=( BC M;
+",%,0-( 0=0$/
C B :"=( F M;
L
Ingatlah
1%.%$/( 2-,-$*"#
Momentum sudut merupakan besaran vektor. L
5-$5-$( .-4-2
!"#"$%&'()&*+#
2-,-$*"#( 4"=%,
+",%,0-( 20+10 2-,-$*"#
R
+",%,0-( 20+10 2-,-$*"#( 4"=%,
R
2"4"#.-( .%+4%' 4%*%( /%+1%#
R
:(=(M
C B :"=( C M<
C B C B := H M< BC M;
L
R 13,%( 4"=%,
+",%,0-( *-%+"."#
R 13,%( 1"#3$//%
13,%( 4"=%,
+",%,0-( *-%+"."#
R
+",%,0-( 2%,%& 2%.0( /%#-2 2-$//0$/$8%
C C :(=( O M<
C C ":(=( F M<
C X :(=( O M<
Sumber: Fundamental of Physics, 2001
122
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
3. Hubungan Momen Gaya dan Percepatan Sudut
y
!"#&%.-'%$( 1aa+' =;( D"10%&( 1"$*%( ."/%#( 1"#+%22%( 0( 1"#3.%24%*%(."#&%*%4(.-.-'(20+10"!;()$*%(.",%&(+"$/".%&0-(1%&A%( 4%*%( 1"$*% ."/%#(8%$/(1"#3.%2-(/%8%(8%$/(1"'"#=%(4%*%(1"$*%(+",-40.-(2",0#0&(1%/-%$ 1"$*%:(.".%4-(@3'02(4%*%(/%+1%#(."#2"10.(*-A%'-,-(3,"&(.-.-'(="8%$/(1"#=%#%' '" ."#&%*%4( 20+10( #3.%2-%" R%8%( .%$/"$2-%,( "" 1"'"#=%( *-( .-.-'( =( 2"&-$//% 1"$*%( 1"#/"#%'( #3.%2-( *"$/%$( 4"#5"4%.%$( .%$/"$2-%,( #.( '3$2.%$;( 7"$0#0. <0'0+( EE( N"A.3$:( 1"2%#( /%8%( .%$/"$2-%,( ."#2"10.( %*%,%& 5.(=(0"a.
(OPCU)
G-'%(#0%2('-#-(*%$(#0%2('%$%$(*%#-(A"+sa&aa/(B=C>KD(*-'%,-'%$(*"$/%$ =%#--=%#-( ':( %'%$( *-4"#3,"& 5.('(=(0(a. ' <010$/%$(%$.%#%(4"#5"4%.%$(.%$/"$2-%,((a.)(*%$(4"#5"4%.%$(20*0.(( ' ) %*%,%&(a.(=( ' (';(M,"&('%#"$%(-.0:(*-4"#3,"& 5.('(=(0 ' 'C(=(0"'C '
! r
(OPCC)
9"."#%$/%$_ / =(1"2%#(+3+"$(/%8%((N+) ' =( 1"2%#( 4"#5"4%.%$( 20*0.( (#%*S2) : =(+3+"$(-$"#2-%(('/+C)
P
/
x
O Garis kerja F
Lengan momen
Gambar 5.12 Gaya F bekerja pada sebuah partikel P pada benda tegar menghasilkan torsi / .
(OPCB)
L",%&( *-'".%&0-( 1%&A%( / =( 5.( '%" M,"&( '%#"$%( 5t" ."/%'( ,0#02( '( +%'% *-4"#3,"&( 4"#2%+%%$( +3+"$( /%8%( 2"1"2%# / =(0('C ' =(:( '
F
Kata Kunci • • • • • • •
benda diskrit benda tegar energi kinetik rotasi energi kinetik translasi momentum sudut sumbu putar torsi
Contoh 5.1 D"10%&(1%.%$/(&3+3/"$(+"+-,-'-(4%$=%$/(;(*%$(+%22%(0;"T%.%$/(."#2"10.(*-1"#"$/2",(2"&-$//%(*%4%.(1"#3.%2-(2"4"#.-(.%+4%'(4%*%(/%+1%#;(T%.%$/(*%,%+('"%*%%$ *-%+(4%*%(432-2-(&3#-c3$.%,;(L"$.0'%$,%&(1"2%#(4"#5"4%.%$(20*0.(( ' )(*%$(1"2%# 4"#5"4%.%$(.%$/"$2-%,(4%*%(0=0$/(1%.%$/((a.)('".-'%(1%.%$/(*-,"4%2'%$; 1 NaOa#P 2 R%8%(1"#%.(8%$/(1"'"#=%(4%*%(1%.%$/(%*%,%&(5(=(0"3> B *"$/%$(=%#%'(*(=( (d(*%#-(402%.(#3.%2-(("$/2",); C mg B 73+"$(E$"#2-%(1%.%$/(8%$/(*-4"#3,"&(*%#-(8a#"$'=
Tantangan untuk Anda Seorang pemain akrobat akan membutuhkan tongkat ketika melakukan aksi berjalan di atas tali. Jika ada dua buah tongkat yang sama panjang tetapi beratnya berbeda, tongkat manakah yang harus dipilih?
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
123
4. Momentum Sudut dan Hukum Kekekalan Momentum Sudut
y
p sin !
! r L O
p d
D"4"#.-( &%,$8%( 4%*%( /"#%'( .#%$2,%2-:( 4%*%( /"#%'( #3.%2-( =0/%( ."#*%4%. '3$2"4( +3+"$.0+( 8%$/( *-2"10.( *"$/%$( +3+"$.0+( 20*0.;( !"$.-$/$8% '"1"#%*%%$(+3+"$.0+(20*0.(4%*%(/"#%'(#3.%2-(2%+%(*"$/%$(4"$.-$/$8% '"1"#%*%%$( +3+"$.0+( ,-$"%#( 4%*%( /"#%'( .#%$2,%2-; !%*%(1aa+'=
x
Q'='+(]((
Gambar 5.13 Diagram momen gaya atau torsi yang bekerja pada waktu membuka mur sebuah roda mobil.
(OPCF)
T"2%#$8%( +3+"$.0+( 20*0.( *-1"#-'%$( 3,"&( 4"#2%+%%$ """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""";"="'(?(2-$(! ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((OPCH) D0*0.( ! (%*%,%&(20*0.(8%$/(*-1"$.0'(3,"&(+(*%$((;()#%&(+3+"$.0+(20*0.(Q ."/%'(,0#02(."#&%*%4(1-*%$/(8%$/(*-1"$.0'(3,"&(+(*%$((;()#%&(Q(*%4%.(*-1"$.0' 3,"&('%-*%&(.%$/%$('%$%$:(8%-.0(%80$'%$(+( '"( %#%&(((+",%,0-(20*0.(."#'"5-, *"$/%$(5%#%(+"$/"4%,'%$(=%#--="+%#-(.%$/%$('%$%$;(E10(=%#-(8%$/(."/%'(,0#02 *%$(+"$0$=0'(%#%&(."#."$.0(+"$8%.%'%$(%#%&(Q; 73+"$.0+(20*0.(+"#04%'%$(1"2%#%$(\"'.3#(8%$/(%#%&$8%(+"$/-'0.'%-*%&(.%$/%$('%$%$;(G-'%(*-.-$=%0(2"5%#%(2'%,%#:(A"+sa&aa/' =<>@(*%4%. *-.0,-2'%$( 2"1%/%-( 1"#-'0.( (20*0.! ( =( ZU`); ;(=('?(=('07(=('"0 # '(=(0'C # M,"&( '%#"$%( 0'C( =( :>( A"+sa&aa/' B=C>@D( +"$=%*Q(=(:( $ #
(OPCO)
M,"&('%#"$%(1"2%#( / (=(: ' (*%$(1"2%#(;(=(: # (+%'%(*-4"#3,"& dL ! I d# ! I' dt dt
2"&-$//%
dL ! ' dt
(OPCW)
A"+sa&aa/' B=C>=D( +"$8%.%'%$( 1%&A%( =0+,%&( .3#2-( "'2."#$%,( 2%+% *"$/%$( ,%=0( 4"#01%&%$( +3+"$.0+( 20*0.;( A"+sa&aa/' B=C>ED( 2"1"$%#$8% *-*%4%.(*%#-(4"$0#0$%$(4"#2%+%%$(.3#2-(*%$(/%8%(*%,%+(1"$.0'(+3+"$.0+; >%4%.'%&( )$*%( +"$0#0$'%$( 4"#2%+%%$( ."#2"10.6( G-'%( / 18st1'2a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
Gambar 5.14 Momentum sudut ketika kedua tangan direntangkan adalah Ia # a.
124
(OPCX)
!%*%( 1aa+' =
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
9".-'%(40.%#%$(2"*%$/(1"#,%$/20$/(*%$('"*0%(.%$/%$(8%$/(+"+"/%$/ 1"1%$( *-#%4%.'%$( +"$*"'%.-( .010&:( 2"4"#.-( 4%*%( 1aa+' ="$/%$( *"+-'-%$:( 1"#,%'0( &010$/%$ : a#a ! : A#A [( : a % : A (*%$( #a & #A
(OPCY)
9"."#%$/%$_ : a =( +3+"$( -$"#2-%( '"%*%%$( a( ('/+C) # a =( 1"2%#( '"5"4%.%$( 20*0.( '"%*%%$" a( (#%*S2) : A =( 1"2%#( +3+"$( -$"#2-%( '"%*%%$( A( ('/+C) #b =( '"5"4%.%$( 20*0.( '"%*%%$( A( (#%*S2) )4,-'%2-(,%-$(*%#-(<0'0+(9"'"'%,%$(73+"$.0+(D0*0.(%*%,%&(/"#%' 4,%$".( *%,%+( +"$/",-,-$/-( 7%.%&%#-;( G3&%$$"2( 9"4,"#( +"$8%.%'%$( 1%&A% *%,%+(2",%$/(A%'.0("t (8%$/(2%+%:(2"10%&(4,%$".(%'%$(+"$8%40(,0%2(*%"#%& 8%$/( 2%+%;( !"#&%.-'%$( 1aa+( =
(OPCZ)
Gambar 5.15 Momentum sudut ketika kedua tangan dirapatkan (Ib # b).
Planet X
A Matahari A1
A2
B
Gambar 5.16 Lintasan sebuah planet mengelilingi Matahari berbentuk elips.
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
Contoh 5.2 D"3#%$/(4"#"$%$/(1"#+%22%(OU('/(+",3$5%.(+"$-$//%,'%$(4%4%$(.0+40(*%,%+ '3$@-/0#%2-(,0#02(*"$/%$('"5"4%.%$(20*0.(U:CO(40.%#%$(4"#(2"'3$(."#&%*%4(402%. +%22%$8%;(9"+0*-%$:(4"#"$%$/(+"$//0,0$/'%$(.010&$8%(*%$(/0,0$/%$(."#2"10. 1"#=%#--=%#-('-#%-'-#%(FU(5+;(>"$/%$(+"$/%$//%4(4"#"$%$/(2"1%/%-(2"10%&(1%.%$/ &3+3/"$(*"$/%$(4%$=%$/(B:W(+(2"2%%.(2".",%&(+",3$5%.:(*%$(+-#-4(2"10%&(13,% &3+3/"$(2%%.(1"#/0,0$/:(4"#'-#%'%$('"5"4%.%$(20*0.$8%(2%%.(1"#/0,0$/; NaOa#P >-'".%&0-_(M(=(OU('/[( #B (=(U:CO(40.%#%$S2[(<(=(FU(5+[(;(=(B:W(+; !%*%(2%%.(%A%,:(4"#"$%$/(1"#1"$.0'(1%.%$/(*"$/%$(43#32(*-(.-.-'(."$/%&(2"&-$//% +3+"$(-$"#2-%$8%(%*%,%& B B :B(=( M;C(=( (OU('/)(B:W(+)C(=(BU:WX('/+C BC BC !%*%(2%%.(+"$//0,0$/:(4"#"$%$/(1"#1"$.0'(13,%(*"$/%$(+3+"$(-$"#2-%$8%(%*%,%& C C :B(=( M
Ingatlah Hukum Kekekalan Momentum Sudut berlaku jika tidak ada momen gaya luar yang bekerja pada sistem.
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
125
C D
9"5"4%.%$(20*0.(2%%.(+"$//0,0$/(*-&-.0$/(*"$/%$(4"#2%+%%$
:B #B(=(:C #C(%.%0( #C(=( #C(=(
:B # :(2"&-$//% :C B
BU: WX('/ + C (](U:CO(40.%#%$S2(=(B:HY(40.%#%$S2; B: Y('/ + C
5. Gerak Menggelinding
(%) R
F
v7 0
#=0
(1)
F
R
#70
(5)
N
# R O
F
fg mg
Gambar 5.17 (a) Benda bergerak translasi. (b) Benda bergerak rotasi. (c) Benda menggelinding pada bidang yang permukaannya kasar.
)$*%( 4%2.-( 2"#-$/( +"$=0+4%-( 1"$*%( 8%$/( 1"#/"#%'( +"$//",-$*-$/: +-2%,$8%( 2"10%&( 13,%( 8%$/( *-,"+4%#'%$( *-( %.%2( ,%$.%-( +"$*%.%#:( %.%0 #3*%-#3*%( 2"10%&( '"$*%#%%$( 8%$/( +",%=0( *-( =%,%$( #%8%;( 7"$//",-$*-$/ %*%,%&( 4"#-2.-A%( 1"#/"#%'$8%( 2"10%&( 1"$*%( 2"5%#%( .#%$2,%2-( *%$( #3.%2(1aa+' =%#-( 4"#2%+%%$( ."#2"10.( %'%$( *-4"#3,"& D3(=( :' < G-'%( /%8%( /"2"'( D3( 8%$/( 1"'"#=%( 4%*%( 2-,-$*"#( 1"#$-,%-( '3$2.%$( *%$ *-2012.-.02-'%$( '"( *%,%+( 4"#2%+%%$( /"#%'( .#%$2,%2-( (5" C" D3" =" 0a)( +%'% %'%$( *-4"#3,"& 5 a(= ( 0" B (OPFU)
C5 F0
9"."#%$/%$_ 5 =( 1"2%#( /%8%( 8%$/( 1"'"#=%( (N) a =( 1"2%#( 4"#5"4%.%$( .#%$2,%2-( (+S2C) 0 =( +%22%( 1"$*%( ('/)
126
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(OPFB)
Contoh 5.3 D"10%&(2-,-$*"#(4"=%,(1"#+%22%(BO('/(+"+-,-'-(=%#--=%#-(CU(5+;(D-,-$*"#(."#2"10.(*-*3#3$/ 3,"&(/%8%(2"1"2%#(FU(N(2"4"#.-(4%*%(/%+1%#;(L"$.0'%$,%&(4"#5"4%.%$(8%$/(*-%,%+N 2-,-$*"#(."#2"10.:(=-'%_ %; .-*%'(%*%(/%8%(/"2"'(%$.%#%(2-,-$*"#(*%$ ,%$.%-((2-,-$*"#(+",0$50#S2",-4)[ F 1; ."#*%4%.(/"2"'%$(2"&-$//%(2-,-$*"#(+"$//",-$*-$/; NaOa#P >-'".%&0-_(0"=(BO('/[(5"=(FU(N[(<"=(CU(5+(=(U:C(+; fg 5 FU(N C mg ! C+S2 ; %; D-,-$*"#(+",0$50#((2",-4)[( a ! ! 0 BO('/ B C 1; D%%.(2-,-$*"#(+"$//",-$*-$/:(/0$%'%$(A"+sa&aa/'B=C>?D(*"$/%$(":(=( 0< : C C5 C # FU(N $ H +%'%( a ! ! ! +S2C ; F0 F #BO('/ $ F D"'%#%$/:(531%(."$.0'%$(4"#5"4%.%$(20*0.$8%(( ' );
b. Menggelinding pada Bidang Miring )$*%( .",%&( +"$/".%&0-( 1%&A%( 2-,-$*"#( %'%$( +"$//",-$*-$/( =-'% ."#*%4%.( /%8%( /"2"'( %$.%#%( 2-,-$*"#( *%$( 1-*%$/( 2"$.0&;( >"+-'-%$( &%,$8% 4%*%(1-*%$/(+-#-$/:(%/%#(2-,-$*"#(*%4%.(+"$/",-$*-$/(+%'%(&%#02(%*%(/%8% /"2"'( %$.%#%( 2-,-$*"#( *%$( 1-*%$/( +-#-$/; a$.0'(/"#%'(.#%$2,%2-:(1"#,%'0(4"#2%+%%$(03(2-$( ! (P(D/( =(0a"*%$ F" E" 03" 532" ! %( D-,-$*"#( %'%$( 1"#/"#%'( #3.%2-( =-'%( 2-,-$*"#( -$-( +"+-,-'4"#5"4%.%$( 2"1"2%#(a" E" at( 2"&-$//%( %'%$( *-4"#3,"&( 4"#5"4%.%$( 20*0. ' ; !"#5"4%.%$( 20*0.( *%#-( /"#%'( #3.%2-( 4%*%( 2"10%&( 2-,-$*"#( *-2"1%1'%$ %*%$8%(+3+"$(/%8%(*%#-(/%8%(/"2"';(!"#2%+%%$(/%8%(/"2"'(0$.0'(1"$*% 8%$/( +"$//",-$*-$/( 4%*%( 1-*%$/( +-#-$/( %*%,%&( D3( =( : aC ; < R%8%( ,%-$( 8%$/( 1"'"#=%( 4%*%( 2-,-$*"#:( .".%4-( .-*%'( +"$-+10,'%$ +3+"$(/%8%:(2"4"#.-(/%8%(1"#%.(.-*%'(*-4"#&-.0$/'%$;(<%,(-$-(*-'%#"$%'%$ /%8%(."#2"10.(1"'"#=%(*%#-(402%.(#3.%2-;(>"$/%$(+",%'0'%$(",-+-$%2-(*%#*0%( 4"#2%+%%$( *-( %.%2:( *-4"#3,"&( 4"#2%+%%$ 03 2-$ ! (OPFC) 03"2-$( ! "C": a (=(0a( 8 ( a ! C < 0 " :C < a$.0'(2-,-$*"#(4"=%,((:(=( B 0< C ):(4"#2%+%%$(4"#5"4%.%$$8%(%*%,%& C 03 2-$ ! 03 2-$ ! ! a! C B 0< F0 C 0" C C < a ! C 3 2-$ ! (OPFF) F
Ingatlah Gaya gesek akan menyebabkan silinder menggelinding. Gaya gesek ini berperan dalam menghasilkan momen gaya untuk silinder.
N fg mg sin ! mg cos ! mg
!
Gambar 5.18 Sebuah benda yang menggelinding pada bidang miring.
Contoh 5.4 D"10%&(2-,-$*"#(4"=%,(&3+3/"$(1"#+%22%(C('/(+"+-,-'-(=%#--=%#-(F(5+;(9"+0*-%$: 2-,-$*"#(."#2"10.(*-."+4%.'%$(4%*%(1-*%$/(+-#-$/(*"$/%$(20*0.('"+-#-$/%$(OF`; L"$.0'%$,%&(4"#5"4%.%$(8%$/(*-%,%+-(2-,-$*"#(=-'%_ %) .-*%'(%*%(/"2"'%$((,%$.%-(,-5-$)[ 1) 2-,-$*"#(+"$//",-$*-$/;
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
127
NaOa#P >-'".%&0-_(0"=(C('/[(<"=(F(5+(=(F(]BUPC(+[( ! (=(OF` %; M,"&('%#"$%(1-*%$/(,-5-$:(2-,-$*"#(4"=%,(1"#/"#%'(2"4%$=%$/(1-*%$/(*"$/%$(5%#% +",0$50#((+"$//",-$5-#); 05 ! 0 a 8 03"2-$( ! (=(0"a a"=(3"2-$( ! =(BU(+S2C((2-$(OF`(=(BU(+S2C((U:Y)(=(Y(+S2C 1; D%%.(2-,-$*"#(4"=%,(+"$//",-$*-$/:(/0$%'%$(A"+sa&aa/'B=C>>D(*"$/%$ C C03 2-$ ! C5 B :(=( 0
c.
R M
T T
F
mg
Gambar 5.19 Beban dihubungkan dengan katrol.
(%)
T
a
mg
(1) R
#
R M
F
T
Gambar 5.20 (a) Gaya-gaya pada benda m. (b) Gaya-gaya pada katrol.
Beban Dihubungkan Melalui Katrol >-(9",%2(e:()$*%(.",%&(+"+4",%=%#-(."$.%$/(1"1%$(%.%0(1"$*%(8%$/ *--'%.( 3,"&( 2"0.%2( .%,-( *%$( *-&010$/'%$( *"$/%$( '%.#3,;( )'%$( .".%4-: +%22%( '%.#3,( *-%1%-'%$( '%#"$%( )$*%( 1",0+( +"+4",%=%#-( '3$2"4( +3+"$ -$"#2-%;( D"'%#%$/:( )$*%( .",%&( +"+4",%=%#-( +3+"$( -$"#2-%;( >"$/%$ *"+-'-%$:( )$*%( *%4%.( +"$//0$%'%$( '3$2"4( +3+"$( -$"#2-%( 2"&-$//% *%4%.( +"+4"#&-.0$/'%$( +%22%( '%.#3,( 4%*%( 2-2."+( '%.#3,( -$-; !"#&%.-'%$( 1aa+' =
(OPFO)
G-'%(."/%$/%$(.%,-(4%*%(A"+sa&aa/'B=C?@D(*-2012.-.02-'%$('"(A"+sa&aa/ B=C?=D( %'%$( *-4"#3,"&( 4"#2%+%%$ # 5 $ 03 $ 0a $ < C a! : 5 $ 03 a! : %.%0 (OPFW) "0
128
(OPFH)
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
C # 5 $ 03 $ M " C0
(OPFX)
9"."#%$/%$_ a =( 1"2%#( 4"#5"4%.%$( ,-$"%#( (+S2C) 5 =( 1"2%#( /%8%( .%#-'(N) 0 =( +%22%( 1"$*%( ('/) M =( +%22%( '%.#3,( ('/)
Tantangan untuk Anda
Contoh 5.5 !"#&%.-'%$( /%+1%#( *-( 2%+4-$/;( >0%( 10%&( 1"$*%( 8%$/ +%22%$8%((0B(=(C('/(*%$(0C(=(F('/(*-&010$/'%$(*"$/%$ 2"0.%2(.%,-(+",%,0-(2"10%&('%.#3,(*"$/%$(=%#--=%#-(BU(5+(*%$ +%22%('%.#3,(W('/;(L"$.0'%$,%&_ a T1 %; 4"#5"4%.%$(,-$"%#(2-2."+[ T2 1; ."/%$/%$(.%,-(GB(*%$(GC; m2 NaOa#P m1 %; D-2."+(+0,%-+0,%(*%,%+('"%*%%$(*-%+; 9".-'%(*-,"4%2:(2-2."+(+0,%-(1"#/"#%'('"(%#%&(0C(2"&-$//%(1"$*%(0B($%-'(*%$(0C(.0#0$ GB(P(0B(3(=(0B(a 0C(3"P(GC(=(0C(a GB(=(0B(3(+(0B(a """""""""""GC(=(0C((3"P(0C(a !"#,0(*-'".%&0-(1%&A%(.%,-(*-%$//%4(&3+3/"$; L-$=%0('%.#3,_ B 9 / (=(: ' [((:(=( 0'
Dengan kecepatan yang sama, mobil manakah di antara mobil yang bergerak di atas jalan kasar dan mobil yang bergerak di atas jalan licin, yang terlebih dahulu sampai? Mengapa demikian?
#
6. Energi dalam Gerak Rotasi
v
a. Energi Kinetik Rotasi D".-%4( 1"$*%( 8%$/( 1"#/"#%'( +"+-,-'-( "$"#/-( '-$".-';( D%+%( &%,$8% *"$/%$( 1"$*%( 8%$/( +",%'0'%$( /"#%'( #3.%2-:( 1"$*%( ."#2"10.( %'%$( +"+-,-'"$"#/-( '-$".-'( #3.%2-;( >-'".%&0-( "$"#/-( '-$".-'( .#%$2,%2-( %*%,%& B C B B 7"$/-$/%.(7(=(' # +%'%(98(=( 0((' # )C(=( 0'C # C; C C
98(=( 07C
(OPFY) Gambar 5.21 Benda bergerak translasi dengan kecepatan v sambil berotasi dengan kecepatan sudut # .
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
129
>-'".%&0-(1%&A%(0'C(%*%,%&(+3+"$(-$"#2-%(+%'%(0$.0'(/"#%'(#3.%2-(+"$=%*B C
98"#3.%2-(=( : #
(OPFZ)
C
9"."#%$/%$_ =( "$"#/-( '-$".-'( .#%$2,%2-( (=30,") 98 98" #3.%2- =( "$"#/-( '-$".-'( #3.%2-( (=30,") ": =( +3+"$( -$"#2-%( 1"$*%( ('/+C) =( '",%=0%$( 20*0.( (#%*S2) # b. Energi Kinetik Translasi dan Rotasi L",%&()$*%('".%&0-(1%&A%(2"10%&(1"$*%(8%$/(1"#/"#%'(+"$//",-$*-$/ %'%$( +"+-,-'-( *0%( /"#%'%$:( 8%-.0( /"#%'( ,-$"%#( *%$( /"#%'( #3.%2-;( R%10$/%$ /"#%'(,-$"%#(*%$(=%#%'(#3.%2-(*-2"10.(/"#%'(.#%$2,%2-;(R"#%'(.#%$2,%2-(+"+-,-''"5"4%.%$(,-$"%#(7:(2"*%$/'%$(/"#%'(#3.%2-$8%(+"+-,-'-('"5"4%.%$(20*0.( # ; T"$*%( 8%$/( +"$//",-$*-$/( +"+-,-'-( "$"#/-( '-$".-'( .#%$2,%2-( *%$( "$"#/'-$".-'( #3.%2-;( D"5%#%( +%."+%.-2:( +"+"$0&-( 4"#2%+%%$ B C
B C
98(.3.%,(=( (07C(+( (: # 98(.3.%,(=(98(+(98"#3.%29"."#%$/%$_ 98".3.%, =( "$"#/-( '-$".-'( .3.%,
A v
C
h
B
Gambar 5.22 Silinder yang mula-mula diam bergerak menggelinding.
(OPHU)
c.
Hukum Kekekalan Energi Mekanik pada Gerak Rotasi !"#&%.-'%$( 1aa+( =<>>;( D"10%&( 2-,-$*"#( 8%$/( +0,%-+0,%( *-%+: +"$//",-$*-$/(*%#-()('"(T;(G-'%(*-%20+2-'%$(2",%+%(13,%(1"#3.%2-(.-*%'(%*% "$"#/-( 8%$/( &-,%$/( *%$( 1"#01%&( +"$=%*-( "$"#/-( '%,3#:( 1"#,%'0( <0'0+ 9"'"'%,%$( h$"#/-; 9?)(+(98) =(9?T(+(98T B C
B C
B C
03h(+(U =(U(+( 07C(+( : # C ((0$.0'(2-,-$*"#(4"=%,:(:(=( 0'C) B B 03h =( 07C(+( 0'C( 7 H C '
C
#$
F H
3h =( 7C >%#-( 4"#2%+%%$( ."#2"10.:( '"5"4%.%$( 2-,-$*"#( 4"=%,( '".-'%( 2%+4%-( **%2%#( 1-*%$/( +-#-$/( *%4%.( *-'".%&0-:( 8%-.0
F 3h H
7(=(
(OPHB)
A"+sa&aa/' B=C@ID( *%4%.( *-.0,-2'%$( *%,%+( 1"$.0'( 0+0+:( 8%-.0 C 3h B" 8
7(=(
(OPHC)
!%*%( 4"#2%+%%$( ."#2"10.:( 8( +"#04%'%$( '3$2.%$.%( /"3+".#-( 8%$/ *-+-,-'-(3,"&(1"$*%(*%$(*%,%+(1-*%$/(."'$-'(2"#-$/(*-2"10.(2"1%/%-(=%#-=%#-( /-#%2-;( N-,%-( 8( -$-( 1"#/%$.0$/( 4%*%( ="$-2( 1"$*%$8%;( a$.0'( 2-,-$*"# B C
C O
C F
4"=%,(8(=( :(0$.0'(13,%(4"=%,(8(=( :(*%$(0$.0'(13,%(1"#3$//%(8(=( ;
130
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Contoh 5.6
Kata Kunci • lengan torsi • momen inersia
D"10%&(13,%(4"=%,(1"#+%22%(0"*%$(1"#=%#--=%#-(<"+"$//",-$*-$/(."#&%*%4(43#32$8% 4%*%(1-*%$/(+-#-$/(2"4"#.-(4%*%(/%+1%#;(L"$.0'%$,%&('",%=0%$(13,%('".-'%(2%+4%-(**%2%#(1-*%$/(=-'%(*-,"4%2(*%#-('".-$//-%$(h((*%#-('"%*%%$(*-%+); NaOa#P A T3,%(1"#/"#%'(+"$//",-$*-$/ 9?B")"98B E""9?I")"98I B B B B h 03hB")" :" # BC((+ 07BJ =("03hI")" ":" # IC+ "07IJ C C C C C C B B 03h(+(U(+(U =(U(+( C :#T " C 07 T
#
$
B
C 0< C *%$(7"E"<" # :(2"&-$//% O C B(C B C C )( 7 ) 03h E" * 0< +* + " 07 C, O -, < - C B C B C 3h E" 7 " 7 O C X C BU 3h 3h =( 7 8 7 ! BU X 9",%=0%$(13,%('".-'%(1"#/"#%'(+",0$50#(*"$/%$(1-*%$/(*-%$//%4(,-5-$_ 9?B(+(98B"E"9?I(+(98I B 03hB")"U"E"U")" 0"7C( 8 7 ! C 3 h ; C T%$*-$/'%$( 3,"&( )$*%;( 9",%=0%$( '".-'%( 13,%( 1"#/"#%'( +"$//",-$*-$/( %*%,%& BU 7! 3 h (*%$('",%=0%$('".-'%(13,%(1"#/"#%'(+",0$50#(%*%,%&( 7 ! C 3 h ;(>%4%. X *-2-+40,'%$(1%&A%(13,%(8%$/(1"#/"#%'(+"$//",-$*-$/(,"1-&(,%+1%.(*%#-4%*%(13,% 8%$/(1"#/"#%'(+",0$50#;(<%,(."#2"10.(*-2"1%1'%$(/"#%'(#3.%2-(4%*%(13,%(+"$=%*4"$/&%+1%.(."#&%*%4(,%=0(13,%;
a$.0'(13,%(4"=%,:( : !
Tes Kompetensi Subbab
B
5"+*aka/$a:'4a$a&'#%k%'$ati:a/< B;
!"#&%.-'%$(/%+1%#(1"#-'0.(-$-; 10 N a 30° O
F;
12 N b
C;
9N
L"$.0'%$,%&(+3+"$(/%8%(.3.%,(8%$/(1"'"#=%(4%*%(#3*% ."#&%*%4(43#32(!:(=-'%(a"=(BU(5+(*%$(A"=(CO(5+; D"10%&(2-,-$*"#(4"=%,(*"$/%$(=%#--=%#-(<"*%$(1"#+%22% M"*-/0$%'%$(2"1%/%-('%.#3,(0$.0'(+"$/%+1-,(%-#(20+0# *"$/%$(2"10%&("+1"#;(7%22%("+1"#(0(*%$(1%.%$/ 2-,-$*"#(*-%$//%4(,-5-$;(L"$.0'%$(4"#5"4%.%$("+1"# 2%%.(=%.0&('"(20+0#;
h+4%.(10%&(4%#.-'",(+%2-$/-+%2-$/(+%22%$8%(0% =(F('/:(01(=(C('/:(05"=(B('/:(*%$(0*(=(H('/(2"4"#..%+4%'(4%*%(/%+1%#;(L"$.0'%$(+3+"$(-$"#2-%(2-2."+ =-'%(20+10(40.%#$8%_ %; +",%,0-(20+10(BBK[ 1; +",%,0-(20+10(IIK; B
A
A 3 kg
B 2 kg
2m
2m A’
C 1 kg
D 4 kg
2m B’
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
131
H;
D"10%&(2-,-$*"#(4"=%,(1"#+%22%(C('/(*-,".%''%$(4%*% 2"10%&(1-*%$/(+-#-$/(*"$/%$(20*0.('"+-#-$/%$(WU`; L"$.0'%$,%&(4"#5"4%.%$(8%$/(*-%,%+-$8%:(=-'%_ %; .-*%'(%*%(/"2"'[ 1; 2-,-$*"#(+"$//",-$*-$/; 7%22%(1"$*%(0B(=(B:Y('/(*%$(0C(=(C('/(*-&010$/'%$ *"$/%$('%.#3,(2"4"#.-(/%+1%#;(73+"$(-$"#2-%(2-2."+ '%.#3,(%*%,%&(:(=(B:X('/(0C:(*"$/%$('B(=(CU(5+(*%$('C =(OU(5+;
O;
' r1
r2 T2
T1 m1
m2
L"$.0'%$_ %; 4"#5"4%.%$(20*0.('%.#3,[ 1; ."/%$/%$(.%,-(GB(*%$(GC;
C. Kesetimbangan Benda Tegar )$*%( .",%&( +"$/".%&0-( 1%&A%( 2"10%&( 4%#.-'",( *-'%.%'%$( *%,%+ '"%*%%$( 2".-+1%$/( =-'%( 4%#.-'",( ."#2"10.( .-*%'( +"$/%,%+-( 4"#5"4%.%$: %#.-$8%(=0+,%&(\"'.3#(*%#-(/%8%-/%8%(8%$/(1"'"#=%(4%*%(4%#.-'",(."#2"10. %*%,%&($3,: 9 F ! U; (<%,(8%$/(2%+%(1"#,%'0(40,%(0$.0'(1"$*%(%.%0(2-2."+ 4%#.-'",:( 8%-.0( 402%.( +%22%( 0$.0'( 1"$*%( +"+-,-'-( 4"#5"4%.%$( $3,( =-'% #"20,.%$( \"'.3#( *%#-( 2",0#0&( /%8%( ,0%#( 8%$/( 1"'"#=%( 4%*%( 1"$*%( %*%,%& $3,;( <%,( ."#2"10.( *-'"$%,( 2"1%/%-( 28%#%.( 4"#.%+%( 0$.0'( '"2".-+1%$/%$; >%,%+( 1"$.0'( '3+43$"$-'3+43$"$$8%( *-$8%.%'%$( *"$/%$( 4"#2%+%%$
9 5# ! U: NB
! NA
w fA
(OPHF)
9/ !U
(OPHH)
>"$/%$( *"+-'-%$:( 20%.0( 1"$*%( ."/%#( *-'%.%'%$( 2".-+1%$/( =-'%
! A
Gambar 5.23 Sebuah tangga bersandar pada dinding yang kasar dengan lantai yang kasar pula.
9 F ! U (*%$( 9 / ! U; D%,%&( 2%.0( 53$.3&( '"=%*-%$( '"2".-+1%$/%$( 1"$*%( ."/%#:( +-2%,$8% 2"10%&( .%$//%( 8%$/( 1"#2%$*%#( 4%*%( *-$*-$/;( !"#&%.-'%$( 1aa+' =<>?; D"10%&( 1%.%$/( )T( 1"#2%$*%#( 4%*%( *-$*-$/;( a=0$/( 1%A%&( )( 1"#%*%( 4%*% ,%$.%-(8%$/('%2%#(*%$(1%/-%$(%.%2(T(1"#2%$*%#(4%*%(*-$*-$/(\"#.-'%,(8%$/ =0/%( '%2%#;( G-'%( 4%$=%$/( 1%.%$/( ! :( 1"#%.( 1%.%$/( M:( ,%$.%-( *%$( *-$*-$/ 2%,-$/( ."/%'( ,0#02:( 2"#.%( 1%.%$/( +"+1"$.0'( 20*0.( ."#&%*%4( %,%2$8%( +%'% )$*%(*%4%.(+"$0#0$'%$(4"#2%+%%$(/%8%(*%$(+3+"$(/%8%(8%$/(+"+"$/%#0&-(1%.%$/(."#2"10.;(T%.%$/()T(*%,%+('"%*%%$(2".-+1%$/(2"&-$//%(28%#%. '"2".-+1%$/%$( %'%$( +"+"$0&-( 4"#2%+%%$( 1"#-'0.( -$-; 9 5# =(U FT( P(D) =(U F T =(D)
132
9 5L ! U
)*%40$( 28%#%.( '"*0%( 8%$/( &%#02( *-4"$0&-( %/%#( 1"$*%( 2".-+1%$/ %*%,%&( 1"$*%( .-*%'( +"+-,-'-( '"5"$*"#0$/%$( 0$.0'( 1"#3.%2-;( D8%#%. ."#2"10.( *-*%2%#-( 3,"&( *-$%+-'%( /"#%'( #3.%2-;( >"$/%$( *"+-'-%$:( 1"$*% ."/%#( 1"#%*%( *%,%+( '"2".-+1%$/%$;( G%*-( #"20,.%$( .3#2-( ,0%#( 8%$/( 1"'"#=% 4%*%( 1"$*%( &%#02( 2%+%( *"$/%$( $3,;( <%,( ."#2"10.( %*%,%&( 28%#%.( '"*0% 0$.0'( '"2".-+1%$/%$;
fB B
9 5$ ! U:
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(OPHO)
9 Fy =(U DT( +(F)(P(M =(U
fB B
DT(+(F) =(M
(OPHW)
NB !
lengan torsi NB
+
G-'%(*-%20+2-'%$(.-.-'()(+"$=%*-(43#32:(4"#2%+%%$(+3+"$(/%8%$8% %*%,%&( 9/ (=(U; d"$/%$(.3#2-(FT( 8 ( ! (2-$( ! ;
W
1 2
d"$/%$(.3#2-(M( 8 ( ( ! (532( ! ;
!
d"$/%$(.3#2-(DT( 8 ( ! (532( ! ; G%*-:
A
1 FT( ! (2-$( ! (+"DT( ! (532( ! (=( M ! (532( ! 2
(OPHX)
>%#-('".-/%(4"#2%+%%$(."#2"10.:()$*%(*%4%.(+"$/".%&0-($-,%-(*%#-(/%8% /"2"'(%$.%#%(,%$.%-(*%$(1%.%$/()T:(/%8%($3#+%,(,%$.%-:(*%$(/%8%($3#+%,(*-$*-$/;
lengan torsi fB
lengan torsi w
Gambar 5.24 Lengan torsi dari setiap gaya yang bekerja pada tangga.
Contoh 5.7 D"10%&(1%.%$/()T(8%$/(4%$=%$/$8%(H(+"."#(1"#2%$*%#(4%*%(*-$*-$/(,-5-$(*-(.-.-'(T; D0*0.(8%$/(*-(1"$.0'(1%.%$/()T(*%#-(%,%2$8%(OF`:(2"*%$/'%$(1"#%.(1%.%$/(M;(G-'% 4%*%(2%%.(1%.%$/()T(."4%.(%'%$(."#/",-$5-#:(."$.0'%$,%&('3"@-2-"$(/"2"'(%$.%#%(1%.%$/ *%$(%,%2$8%; fB= 0 NaOa#P >-'".%&0-_(BI(=(@(=(H(+[( ! (=(OF`[((1"#%.(1"$*%(=(M i
95#=U(%"FT(P"D%(=(U(%(FT(=(D%
NB
B
FT(=(( s (F)(((."4%.(%'%$(."#/",-$5-#)(;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;(B) i
95$=(U( 8 "F)(P(M(=(U(%(F)=(M(;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;(C)
i
9 / =(U:(402%.(*-(B
Ingatlah
! =4m NA
w
!
B B FI"(532 ! P"M" ! 532 ! =(U 8 FI"(532 ! =( M"532(! C C B F FI""532(OFU( 8 U:W(FI(= (M(U:W) 8 FI= M(;;;;;;;;;(F) C W D012.-.02-'%$(!"#2%+%%$((C)(*%$((F)('"(4"#2%+%%$((B):(*-4"#3,"& B B B M= ( s"M 8 ( s"E ;(G%*-:('3"@-2-"$(/"2"'$8%(= ; C C C
fA
Keadaan setimbang berarti 9F = 0 dan 9/ = 0.
A
Contoh 5.8 D"10%&(1%.%$/(&3#-c3$.%,(*"$/%$(1"#%.(FUU(N(*%$(4%$=%$/(O(+ *-1"#-( "$/2",( 4%*%( 2"10%&( *-$*-$/;( a=0$/( 8%$/( 2%.0$8% *-.34%$/(*"$/%$(2"0.%2('%A%.(*%$(+"+1"$.0'(20*0.(OF` ."#&%*%4(&3#-c3$.%,((,-&%.(/%+1%#);()4%1-,%(2"2"3#%$/(8%$/ 1"#%.$8%(OUU(N(1"#*-#-(4%*%(=%#%'(C(+(*%#-(*-$*-$/:(."$.0'%$ ."/%$/%$('%A%.(*%$(/%8%(#"%'2-(4%*%(1%.%$/;
Kata Kunci
T
53° 0
• momen gaya • lengan torsi
5m
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
133
NaOa#P R%8%-/%8%(.#%$2,%2-_
Ingatlah
T R
Batang homogen adalah batang yang letak titik beratnya tepat di tengah-tengah.
Ty
Ry
! Rx
9 5#(=(U 8 (<#(P(G#(=(U 8 (<(532(! (P(L(532(! (=(U 8 (<(532( ! (P(L(532(OF(=(U 8 (<(532(! (=(U:W(L 9 5$(=(U 8 (<$(+(G$(P(MB(P(MC(=(U
8 (<(2-$(! (+(G(2-$(OF(=(OUU(+(FUU 8 (<(2-$(! (+(U:Y(G(=(YUU ;;;(C)
Tx w2
;;;(B)
w1
R%8%-/%8%(#3.%2-_
+ 2m T
!
D/"2"'("$/2",(=(U 8 ,"$/%$(+3+"$(G([( ! (2-$( ! (8 (! (=(OF ,"$/%$(+3+"$(MB([( ! (2-$( ! (8 (! (=(ZU ,"$/%$(+3+"$(MC([( ! (2-$( ! (8 (! (=(ZU 9 / =(U ! (2-$((OF)(G(P( ! (2-$(! ((MB(P( ! (2-$( ! (MC(=(U 8 (O)((U:Y(G)(P((C:O)((B)((FUU)(P((C)((B)((OUU)(=(U 8 HL(=(B;XOU L(=(HFX:O(N(;;;(F)
w1
Pembahasan Soal
w2
Jarak sumbu roda depan dan sumbu roda belakang sebuah truk yang bermassa 1.500 kg adalah 2 m. Pusat massa truk 1,5 m di belakang roda depan. Jika g = 10 m/s2. Beban yang diterima roda depan adalah .... a. 1.250 N b. 2.500 N c. 3.750 N d. 5.000 N e. 6.250 N
! =5m
D012.-.02-'%$((F)('"((B)(*%$((C):(*-4"#3,"& <(532(! =(U:W((HFX:O) =(CWC:O(N <(2-$(! (+(U:Y((HFX:O)(=(YUU <(2-$(! (=(HOU(N < 2-$ ! .%$(! =( < 532! HOU(N (=(B:XB CWC: O(N ! =(OZ:XH G%*-:(/%8%(#"%'2-("$/2",(%*%,%&
Soal UMPTN Tahun 1995
=(
Pembahasan:
9/
=0
mg # AP $ – NB # AB $ = 0 NB
1! 2
mg # AP $ AB #1.500 $#10 $# 0,5$ = 2m = 3.750 N
< =(
=
HOU(N 2-$(OZ:XH
HOU(N U:YW =(OCF(N; =(
Jawaban: c
Tes Kompetensi Subbab
C
5"+*aka/$a:'4a$a&'#%k%'$ati:a/< B;
134
D"10%&( 1%.%$/( )T( 4%$=%$/$8%( C( +( *%$( 1"#%.$8% *-%1%-'%$;(a=0$/(T(*--'%.(*"$/%$('%A%.(8%$/(1%.%2 ."/%$/%$( +%'2-+0+$8%( HUU( N;( D"2"3#%$/( 8%$/ 1"#%.$8%(B;UUU(N(1"#*-#-(*-(%.%2(1%.%$/(2"=%0&(#:(2"4"#./%+1%#(*-(2%+4-$/;(T"#%4%'%&(=%#%'(+%'2-+0+(*%#.-.-'()(2"1",0+('%A%.(40.026
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
T A x tumpuan
B w 2m
C;
D"1%.%$/(1%,3'(8%$/(4%$=%$/$8%(Y(+(*%$(1"#%.$8% CUU(N(*-/%$.0$/'%$(2"4"#.-(4%*%(/%+1%#;(G-'%(=%#%' )T(=(B(+:(TK(=(H(+:(*%$(K>(=(F(+:(."$.0'%$,%& $-,%-((4"#1%$*-$/%$(."/%$/%$(.%,-(GB(*%$(GC;
T1
T2 1m A
F;
O;
<-.0$/,%&(/%8%(+-$-+0+(8%$/(&%#02(*-1"#-'%$(%/%# #3*%(*%4%.($%-':(=-'%(=%#--=%#-(#3*%(OU(5+(*%$(4"#5"4%.%$ /#%\-.%2-(BU(+S2C; D"10%&( 1%.%$/( )T( 4%$=%$/$8%( F( +( *%$( 1"#%.$8% 2"1"2%#(BCU(N;(a=0$/-0=0$/$8%(*--'%.(3,"&(.%,-(2"4"#.4%*%(/%+1%#;
4m
T1
3m C
B
'
D
T2 A
B
0,5 m
D"10%&(4%4%$(-',%$(1"#+%22%(FC('/(+"$"+4",(4%*% 2"1%.%$/(4-4%(8%$/(1"#%.$8%(*-%1%-'%$:(*%$(4%$=%$/$8%(B:O(+;(D%,%&(2%.0(0=0$/$8%(*--'%.(*"$/%$(.%,-: 2"*%$/'%$(0=0$/(8%$/(,%-$(+"$"+4",(4%*%(*-$*-$/ 2"4"#.-(.%+4%'(4%*%(/%+1%#;
w = 60 N
!%*%(=%#%'( BC (+"."#(*%#-()(*-/%$.0$/'%$(2"10%&(1"1%$ 8%$/(1"#%.$8%(WU(N;(L"$.0'%$(+%2-$/-+%2-$/(/%8% ."/%$/(.%,-(*%$(1"2%#(20*0.( ' ; W;
T
1 L 4
C 30°
0,5 m
B
3 L 4
Sumber Ilmu 1m
53°
2.000 N
A
L"$.0'%$,%&(."/%$/%$(8%$/(*-+-,-'-(.%,-; D"10%&(#3*%(1"#+%22%(CU('/(&"$*%'(*-$%-''%$('" 2"10%&(0$*%'%$(2".-$//-(CU(5+;
H;
30°
2,5m
D"10%&(1%.%$/()T(1"#%.$8%(HUU(N;(D"10%&("$/2", *-."+4%.'%$( *-( .-.-'( ):( *%$( *-( .-.-'( K( *--'%.( 4%*% ."+13'(*"$/%$(2"0.%2(.%,-(.%'(1"#+%22%;(G-'%(2-2."+ 2"-+1%$/:(&-.0$/,%&_ %; ."/%$/%$(.%,-[ 1; 1"2%#(/%8%("$/2",((2-$(OF`(=(U:YU);
F
R h
40 cm
Rangkuman B;
!32-2-( 20*0.( 1"$*%( ."/%#( 8%$/( 1"#/"#%'( #3.%2*-$8%.%'%$(*"$/%$(4"#2%+%%$
! ! C;
F;
s '
"t % U
*# * C! ! *t *t C 73+"$(/%8%(%.%0(.3#2-(+"#04%'%$(1"2%#%$(8%$/ +"$8"1%1'%$(2"10%&(1"$*%(."/%#(5"$*"#0$/(0$.0' 1"#3.%2-(."#&%*%4(43#32$8%; / (=(+(](J(=('5(2-$(! (=(5* *"$/%$(*(=('(2-$(! (=(+3+"$(,"$/%$;
'!
9"5"4%.%$(20*0.(#%.%-#%.%(1"$*%(."/%#(8%$/(1"#/"#%' #3.%2-(*-$8%.%'%$(*"$/%$(4"#2%+%%$ "! #! "t )*%40$('"5"4%.%$(20*0.(2"2%%.$8%_
# ! ,-+
!"#5"4%.%$(20*0.(2"2%%.(1"$*%(."/%#(8%$/(1"#3.%2*-$8%.%'%$(*"$/%$(4"#2%+%%$_
"! *! ! "t *t
H;
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
135
O;
W;
X;
!%2%$/%$(*0%(10%&(/%8%(8%$/(2"=%=%#:(2%+%(1"2%#: *%$(1"#,%A%$%$(%#%&(*-2"10.('34",;(T"2%#$8%(2"10%& '34",(*-$8%.%'%$(*"$/%$(+3+"$('34",:(8%-.0 M"=(5 *:(*"$/%$(*(=(=%#%'(%$.%#%(*0%(/%8%; M#"20,.%$(=( 9M 73+"$(-$"#2-%(%*%,%&(0'0#%$('"5"$*"#0$/%$(20%.0 1"$*%(0$.0'(+",%'0'%$(/"#%'(#3.%2-;(73+"$(-$"#2-% *-."$.0'%$( 3,"&( +%22%( *%$( 43,%( *-2.#-102-( +%22% ."#&%*%4(20+10(40.%#; :(=( 90"'C a$.0'(2"10%&(1"$*%(8%$/(+"+-,-'-(*-2.#-102-(+%22% 8%$/('3$.-$0:(1"#,%'0(4"#2%+%%$ C :(=( . ' * 0
73+"$( -$"#2-%( 1"1"#%4%( 1"$.0'( 1"$*%( *"$/%$ 20+10(40.%#(1"#%*%(4%*%(402%.(+%22%$8%(%*%,%& 2"1%/%-(1"#-'0.; B T%.%$/_(:(=( M;C:(;(=(4%$=%$/(1%.%$/; BC D-,-$*"#(.-4-2(1"#3$//%_(:(=(M
Y; !"#5"4%.%$(.%$/"$2-%,(8%$/(*-%,%+-(1"$*%(1"#+%22% '%#"$%(4"$/%#0&(/%8%(+"$0#0.(<0'0+(EE(N"A.3$ %*%,%& 5.(=(0"a. !"#2%+%%$(+3+"$(/%8%(2"1"2%# / =(:( ' Z; T"2%#(+3+"$.0+(20*0.(."#&%*%4(402%.(,-$/'%#%$(*%#2"10%&(1"$*%(1"#.-.-'(+%22%((0(8%$/(1"#/"#%'(+",-$/'%#(+"+"$0&-(4"#2%+%%$ ;='(](?(((%.%0("";(=(:(% # BU; 7"$//",-$*-$/(%*%,%&(4"#-2.-A%(1"#/"2"'$8%(2"10%& 1"$*%(2"5%#%(.#%$2,%2-(*%$(#3.%2-;()4%1-,%(.-*%'(."#=%*2",-4:('"*0%(/"#%'(1"$*%(1"#,%$/20$/(2"5%#%(1"#2%+%%$(*%$(=%#%'(8%$/(*-."+40&(*%,%+(2%.0(40.%#%$(2%+% *"$/%$('",-,-$/(1"$*%;(h$"#/-('-$".-'(/"#%'(+"$//",-$*-$/(%*%,%& B B 98(=(98".#%$2,%2-(+(98"#3.%2-((=( 07C(+( : # C C C BB; D0%.0(1"$*%(."/%#(1"#%*%(*%,%+('"%*%%$(2".-+1%$/ =-'%(#"20,.%$(/%8%(8%$/(1"'"#=%(4%*%(1"$*%(2%+% *"$/%$($3,; 95(=(U( 8 95#(=(U(*%$( 95$(=(U 9 / =(U
Peta Konsep 1"+ak'2.tasi +"+1%&%2
9"2".-+1%$/%$ T"$*%(L"/%#
+"$/&%2-,'%$
73+"$ R%8%
73+"$ E$"#2-%
73+"$.0+ D0*0.
%$%,3/-
%$%,3/-
%$%,3/-
R%8% (J)
7%22% (0)
73+"$.0+(d-$"%# (()
=-'%( .-*%'( %*% /%8%( ,0%#:( 1"#,%'0
28%#%.$8%
<0'0+(9"'"'%,%$ 73+"$.0+(D0*0.
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda dapat mengetahui konsep momen gaya dan momen inersia serta pengaruhnya terhadap gerak rotasi. Selain itu, Anda juga dapat mengetahui konsep momentum sudut, gerak rotasi, dan gerak translasi. Dari keseluruhan materi, bagian manakah yang sulit dipahami? Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.
136
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Membuka mur dengan kunci bertangan panjang lebih mudah dibanding dengan kunci bertangan pendek. Pengetahuan ini diperoleh dengan mempelajari bab ini. Nah, coba Anda sebutkan manfaat lain mempelajari bab ini.
Tes Kompetensi Bab 5 S< Ai$i:$a:'sa$a:'sat%'*aOa#a/'Ta/6'(a$i/6't"(at'4a/'k"+*aka/$a:'(a4a'#%k%'$ati:a/< B;
C;
D"10%&(1"$*%(8%$/(1"#1"$.0'(2-,-$*"#(4"=%,(1"#=%#-=%#-( <( *%$( 1"#+%22%( 0;( 9"+0*-%$:( 1"$*%( ."#2"10. *-40.%#(4%*%(20+10$8%(*"$/%$(4"#-3*"(G;(T"2%#("$"#/'-$".-'(#3.%2-$8%(%*%,%&(;;;; : C M< C *; %; : C M
F;
H;
O;
O F(+S2
";
C:O(+S2
5; O( C (+S2 D"10%&( 13,%( 4"=%,( 1"#.#%$2,%2-( *%$( 1"#3.%2-( *"$/%$ '"5"4%.%$(,-$"%#(*%$('"5"4%.%$(20*0.(+%2-$/-+%2-$/(7 *%$(# ;(h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c3$.%,;(G-'%(4"#5"4%.%$(/#%\-.%210+-(%*%,%&(3:(2-,-$*"#(."#2"10.(%'%$(;;;; %; +",0$50#(*"$/%$(4"#5"4%.%$(3(2-$(! 1; +",0$50#(*"$/%$(4"#5"4%.%$( F "3(2-$(! C 5; +"$//",-$*-$/(*"$/%$(4"#5"4%.%$(3(2-$(! B *; +"$//",-$*-$/(*"$/%$(4"#5"4%.%$( (3(2-$(! C "; +"$//",-$*-$/(*"$/%$(4"#5"4%.%$( C (3(2-$(! F
W; >0%(1"$*%()(*%$(T(+%2-$/-+%2-$/(+%22%$8%(O('/: *-&010$/'%$(3,"&(1%.%$/(8%$/(4%$=%$/$8%(B(+((+%22% 1%.%$/( *-%1%-'%$);( G-'%( 402%.( 1%.%$/( *-/0$%'%$ 2"1%/%-(20+10(40.%#:(+3+"$(-$"#2-%(4%*%(402%.(1%.%$/ ."#2"10.(%*%,%&(;;;; %; C:O('/+C *; H:U('/+C C 1; F:U('/+ "; O:U('/+C C 5; F:O('/+ ' X; D"10%&(#3*%(*%4%.(+"$//",-$*-$/(.%$4%(2",-4(4%*% 2"10%&(1-*%$/(*%.%#(8%$/ F=2N '%2%#;(7%22%(#3*%(U:O('/(*%$ =%#--=%#-$8%( CU( 5+;( j3*% *-.%#-'(*"$/%$(/%8%(5"=(C(N(2"&-$//%(1"#/"#%'(*"$/%$ 4"#5"4%.%$(20*0.('3$2.%$(2"4"#.-(.%+4%'(4%*%(/%+1%#; T"2%#(+3+"$(/%8%(8%$/(1"'"#=%(4%*%(#3*%(%*%,%&(;;;; %; $3, *; U:O(N+ 1; U:C(N+ "; U:Y(N+ 5; U:H(N+ Y; D"10%&(#3*%(1"#1"$.0'(2-,-$*"#(1"#3$//%(+"+-,-'-(=%#-=%#-(CU(5+(*%$(+%22%(O('/;(!%*%(#3*%(1"'"#=%(+3+"$ /%8%( 2"1"2%#( BW( N+;( T"2%#( 4"#5"4%.%$( 20*0.( #3*% ."#2"10.(%*%,%&(;;;; %; U:W(#%*S2C *; CH(#%*S2C 1; W(#%*S2C "; YU(#%*S2C 5; BC(#%*S2C Z; !"#&%.-'%$(/%+1%#(1"#-'0.; y 2m a 3m
a
O
2a
m x
L-/%(10%&(4%#.-'",(*"$/%$(+%22%(0:(C0:(*%$(F0(*-4%2%$/(4%*%(0=0$/('"#%$/'%(8%$/(+%22%$8%(*-%1%-'%$; D-2."+(."#,".%'(4%*%(1-*%$/(#$;(G-'%(2-2."+(*-40.%# ."#&%*%4(20+10-$>(+3+"$(-$"#2-%(2-2."+(*-(.-.-'(! %*%,%&(;;;; %; X(0a *; W(0aC 1; O(0a "; X(0aC 5; O(0aC BU; !"#&%.-'%$(/%+1%#(1"#-'0.;
m1
m2
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
137
>0%(10%&(1"$*%(8%$/(+%2-$/-+%2-$/(+"+-,-'-(+%22% 0B(=(H('/(*%$(0C(=(C('/(*-&010$/'%$(*"$/%$('%.#3, 4"=%,(1"#+%22%(H('/;(G-'%(4"#5"4%.%$(/#%\-.%2-(3(=(BU(+S2C: 4"#5"4%.%$(8%$/(*-%,%+-(0B(*%$(0C(%*%,%&(;;;; %; BU(+S2C *; C:O(+S2C 1; O(+S2C "; C(+S2C 5; F:FF(+S2C BB; >0%( 1"$*%:( +%2-$/B +%2-$/(1"#+%22%(0B=(H('/ *%$(0C(=(H('/(*-&010$/m1 '%$( *"$/%$( '%.#3,( 4"=%, A m2 30° 8%$/(+%22%$8%(H('/(2"4"#..%+4%'(4%*%(/%+1%#;(G-'%(4"#+0'%%$(1-*%$/(+-#-$/ )T(,-5-$(*%$('%.#3,(.-*%'(2",-4:(1"2%#(4"#5"4%.%$(1"$*% 0B:(*%$(0C(%*%,%&(;;;;((3(=(BU(+S2C) %; B:U(+S2C *; C:C(+S2C C 1; B:O(+S2 "; C:O(+S2C C 5; C:U(+S2 BC; G-'%(*0%(#3*%(+%2-$/-+%2-$/(1"#=%#--=%#-(
C; F; H;
O;
NaOa#$a:'("+ta/Taa/'#"+ik%t'i/i'4"/6a/'t"(at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t( #%*S2C;( G-'%( =%#--=%#-( ,-$/'%#%$$8%(H(5+:(&-.0$/,%&_ %; 4"#5"4%.%$(.%$/"$2-%,(4%*%(2%%.(t(=(C2[ 1; '"5"4%.%$(,-$"%#(4%*%(2%%.(t(=(C2[ 5; 4%$=%$/(,-$.%2%$(8%$/(*-."+40&(4%*%(2%%.(t(=(C2; D"10%&('%.#3,(8%$/(1"#04%(#3*%(4"=%, &3+3/"$:(*-/%$.0$/(4%*%(20+10$8%; !%*%(."4-(#3*%(*-,-,-.'%$(.%,-:('"+0*-%$ 0=0$/(.%,-(-.0(*-.%#-'(*"$/%$(1"2%#(/%8% 5(=(W(N(\"#.-'%,('"(1%A%&:(2"4"#.-(4%*% /%+1%#; F
138
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
T1 BF; !%*%( /%+1%#( *-( 2%+4-$/: C +%22%(1%,3'():(+%22%(1"1%$ A licin T:(*%$(+%22%(#3*%('%.#3, T2 1"#3$//%(K(+%2-$/-+%2-$/ %*%,%&(C('/:(X('/:(*%$(B('/; G-'%((3(=BU(+S2C:(."/%$/%$ B .%,-"GB(%*%,%&(;;;; %; FU(N *; Y(N 1; CU(N "; X(N 5; BH(N BH; D"10%&(5%'#%+(*"$/%$(=%#--=%#-(<(1"#40.%#(1"#%.0#%$ +",%,0-(20+10(&3#-c3$.%,;(L-.-'(="."#,".%'(4%*%(."45%'#%+(*%$(P(4%*%(4"#."$/%&%$(%$.%#%(402%.(*%$(.-.-' =;(!"#$8%.%%$(1"#-'0.(8%$/(.-*%'(1"$%#(%*%,%&(%%%% %; '"5"4%.%$(20*0.$8%(2%+% 1; 4"#5"4%.%$(20*0.('"*0%$8%(2%+%(*"$/%$($3, 5; '"5"4%.%$(,-$"%#(="*0%('%,-('"5"4%.%$(,-$"%#(P *; 4"#5"4%.%$(.%$/"$2-%,('"*0%$8%(2%+%(*"$/%$($3, "; '"5"4%.%$(,-$"%#('"*0%$8%(2%+% BO; D"10%&( 13,%( 4"=%,( +"$//",-$*-$/( .%$4%( 2",-4( 4%*% 1-*%$/( +-#-$/( *"$/%$( 20*0.( '"+-#-$/%$( #! $ ; !"#5"4%.%$( ,-$"%#( 13,%( ."#2"10.( =-'%( *-'".%&04"#5"4%.%$(/#%\-.%2-$8%(3(%*%,%&(;;;; O C 3 2-$ ! 3 2-$ ! %; *; X F B 3 2-$ ! 1; "; 3(2-$ ! H B 3 2-$ ! 5; F
W;
X;
Y; Z;
BU;
G-'%(+%22%('%.#3,(O('/(*%$(=%#--=%#-$8%(BC(5+:(&-.0$/,%&_ %; 4"#5"4%.%$(.%,-[ 1; +3+"$.0+(20*0.$8%(4%*%(2%%.(t(=(U:O(2"'3$[ 5; 4%$=%$/(.%,-(8%$/(."#.%#-'(2",%+%(C(2; D"10%&( 2-,-$*"#( 1"#,01%$/( 1"#+%22%( W( '/( *%$( =%#-=%#-$8%(HO(5+(1"#40.%#(*"$/%$('"5"4%.%$(CUU(#4+ ('/tat6/2"?1'"062Nt1);(L"$.0'%$,%&(+3+"$(-$"#2-%(*%$ "$"#/-('-$".-'(#3.%2-(#3*%(."#2"10.6 D"10%&(#3*%(/-,%(*"$/%$(+3+"$(-$"#2-%(F:Y('/+C(3,"& 20%.0(.3#2-(*-4"#5"4%.(&-$//%(*%,%+(W(40.%#%$(2%=%; 9"5"4%.%$(20*0.$8%(1"#01%&(*%#-(C(40.%#%$S2(+"$=%*O(40.%#%$S2;(T"#%4%'%&(1"2%#(.3#2-(#3*%(."#2"10.6 L"$.0'%$,%&(.3#2-(8%$/(&%#02(*-1"#-'%$(%/%#(*%,%+(A%'.0 BU(*".-'(*%4%.(+"+1"#-('"5"4%.%$(20*0.(2"1"2%#(FUU(#4+ 4%*%(#3*%(/-,%(OU('/(*"$/%$(=%#--=%#-(HU(5+;((:(=(M
Bab
6 Sumber: www.chez.com
Pesawat dapat terbang karena mengalami gaya angkat yang bebas pada sayapnya.
Fluida Hasil yang harus Anda capai: menerapkan konsep dan prinsip mekanika klasik sistem kontinu dalam menyelesaikan masalah. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: menganalisis hukum-hukum yang berhubungan dengan fluida statis dan dinamis serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
!"#na&'a&()nda(b"#tan-a.(/"n0a1a(1"2a3at(da1at(t"#ban04(!"2a3at da1at( t"#ban0( 'a#"na( /"n0ala/i( 0a-a( an0'at( -an0( b"2a#7( 8a-a( an0'at 1ada(1"2a3at(di2"bab'an(ol"&('on2t#u'2i(2a-a1(1"2a3at(-an0(/"n-"bab'an adan-a( 1"#b"daan( '"c"1atan( ali#( da#i( ala/( bab( ini.( )nda( a'an( b"la?a#( t"ntan0(
A. Fluida Statis B. Viskositas Fluida C. Fluida Dinamis
139
Tes Kompetensi Awal 2,$,34# #,#5,3"6"%7 89.-,5 :347;"< 8,%6"8".3"= -9"3>-9"3 $,%784? ;"3"# $484 3"?7=".( 17 !"#na&'a&( )nda( datan0( '"( t"/1at( cuci( /obil4 lo0a/(/ulia("/a2(&an-a(d"n0an(/"nc"lu1'ann-a('" Uu'u/( a1a'a&( -an0( dit"#a1'an( dala/( alat( 1"n0A dala/(ai#4 an0'at(/obil(di(2ana4(=a0ai/ana(ca#a('"#?a(alat(1"n0A 37 E"n0a1a(n-a/u'(da1at(b"#?alan(di(ata2(1"#/u'aan an0'at(/obil(t"#2"but4 ai#4 27 !"#ca-a'a&( )nda( ?i'a( ada( t"/an( )nda( -an0 47 H"la2'an(d"n0an(ba&a2a/()nda(2"ndi#i(ca#a('"#?a(da#i /"n-ata'an( ba&3a( dia( bi2a( /"n"ntu'an( '"a2lian W"ntu#i/"t"#(dan(1i1a(1itot7
A. Fluida Statis Fluida(/"#u1a'an(Cat(-an0(da1at(/"n0ali#7(Donto&(
1. Tekanan
Gambar 6.1 Tekanan yang dilakukan seorang anak terhadap meja.
Doba()nda(t"'an(2"bua&(1ul1"n('"(dala/(tana&.('"/udian(bandin0A 'an( tin0'at( '"2u'a#ann-a( d"n0an( ?a#u/( -an0( dit"'an( '"( dala/( tana&7 !ul1"n( a'an( l"bi&( 2u'a#( /a2u'( '"( dala/( tana&( da#i1ada( ?a#u/( -an0 di/a2u''an( '"( dala/( tana&7( E"n0a1a( d"/i'ian4 Fin0'at('"2ulitan(2"2"o#an0(dala/(/"n"'an(2uatu(b"nda.(b"#&ubun0an d"n0an( lua2( da"#a&( -an0( dit"'an7( S"/a'in( lua2( da"#a&( -an0( dit"'an. 2"/a'in( '"cil( t"'anan( -an0( di&a2il'an7( -&!.+.+/ #&%0$.!.+/ )&'.%/ 1.2. 2.+1/ )&!&%3./ $.4./ '0.50/ $&%#0!..+/ 4().1(/ 4&+1.+/ *0.'/ $&%#0!..+/ 5&%'&)057 Hi'a(0a-a(6(b"'"#?a(t"0a'(lu#u2(1ada(1"#/u'aan(b"nda(2"lua2(7.(b"2a#n-a t"'anan( 2"ca#a( /at"/ati2( dituli2'an( 2"ba0ai( b"#i'ut7
@"t"#an0an: $ O(t"'anan(IPQ/2( O(1a2calM 6 O(0a-a(IPM 7 O( lua2( bidan0( t"'an( I/2M
$! 6 7
IJK1M
2. Tekanan Hidrostatik A
h
!"#&ati'an( !"#$"% '()7( !ada( 0a/ba#( t"#2"but( t"#li&at( 2"bua&( tabun0 b"#i2i( Cat( cai#( b"#/a22a( ?"ni2( ! .( '"dala/an( 8.( dan( lua2( 1"na/1an0( 77( Sat cai#(-an0(b"#ada(di(dala/(b"?ana(/"/ili'i(0a-a(b"#at(*(-an0(/"n"'an(da2a# tabun07( S"/a'in( tin00i( 1"#/u'aan( Cat( cai#.( 2"/a'in( b"2a#( t"'anan( -an0 di&a2il'an( 1ada( da2a#( tabun07( S"ca#a( /at"/ati2.( &ubun0an( anta#a( b"2a# t"'anan( -an0( di&a2il'an( dan( '"tin00ian( Cat( cai#( dituli2'an( 2"ba0ai( b"#i'ut7
! 187 #1 " ! 9 # (1 ! (O( ! 18 ! $! : ! 7 7 7 7
w
Gambar 6.2 Tekanan hidrostatik pada dasar tabung.
="#da2a#'an(+,%-"#"". /'0)1.(da1at(di2i/1ul'an(ba&3a(1"#2a/aan t"'anan( &id#o2tati'( adala& $ ! ! 18
@"t"#an0an: $ O( t"'anan( &id#o2tati'( IPQ/2M( atau( !a ! O(/a22a(?"ni2(Cat(cai#(I'0Q/3M
140
IJK2M
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
IJK3M
8 O( '"dala/an( Cat( cai#( I/M 1 O( 1"#c"1atan( 0#aWita2i( I/Q22M >a#i(1"#2a/aan(t"#2"but.(da1at(di1"la?a#i(ba&3a(t"'anan(&id#o2tati' 2an0at( di1"n0a#u&i( ol"&( 0a-a( 0#aWita2i( dan( '"dala/an( Cat( cai#7 !"#&ati'an(!"#$"% '(@7( !ada( 'a2u2( 2"1"#ti( ini( Iuntu'( Cat( cai#( -an0 2"?"ni2M.( t"'anan( Cat( cai#( tida'( b"#0antun0( 1ada( lua2( 1"na/1an0( dan b"ntu'(b"?ana.(t"ta1i(b"#0antun0(1ada('"dala/an(Cat(cai#7(Hadi.(t"'anan &id#o2tati'( 1ada( titi'( ).( =.( dan( D( adala&( 2a/a( b"2a#7( Xl"&( 'a#"na( itu. b"#da2a#'an( +,%-"#"". /'0)1( a'an( dida1at $)(O($=(O($D(O( ! 18
A
B
C
Gambar 6.3 Tekanan hidrostatik pada titik A, B, dan C adalah sama.
IJK4M
!"#&ati'an( !"#$"% '(A7( EulaA/ula( b"?ana( 1ada( 0a/ba#( t"#2"but dii2i(Cat(cai#(1"#ta/a(-an0(b"#/a22a(?"ni2( !1 7(@"/udian.('"(dala/(/ulut b"?ana(2"b"la&('anan(di/a2u''an(Cat(cai#('"dua(-an0(b"#/a22a(?"ni2( !27 Fiti'(=(b"#ada(1ada(1"#bata2an('"dua(Cat(cai#(t"#2"but(dan(dit"'an(ol"& Cat(cai#('"dua(2"tin00i(827Fiti'()(b"#ada(1ada(Cat(cai#(1"#ta/a(dan(dit"'an ol"&( Cat( cai#( 1"#ta/a( 2"tin00i( 817( Fiti'( )( dan( =( b"#ada( 1ada( 2atu( 0a#i27 S"2uai( d"n0an( Uu'u/( Uid#o2tati'a.( '"dua( titi'( t"#2"but( /"/ili'i t"'anan(-an0(2a/a7()'an(t"ta1i.(t"'anan(1ada(titi'(D(dan(>(tida'(2a/a 'a#"na( ?"ni2( Cat( cai#( di( '"dua( titi'( t"#2"but( b"#b"da7 $)(O($=
!1 81B(O( ! 2 82B
h
IJK5M
Zntu'( l"bi&( /"/a&a/i( t"ntan0( t"'anan( &id#o2tati'a.( la'u'anla& )'tiWita2( Fi2i'a( b"#i'ut( ini7
h1
C
D
A
B
h2
air
Gambar 6.4 Pipa U diisi dua zat cair berbeda, tekanan di A sama dengan tekanan di B.
Aktivitas Fisika 6.1 Tekanan Hidrostatik Tujuan Percobaan Memahami tekanan hidrostatika Alat-Alat Percobaan 1. Sebuah ember 2. dua buah gelas plastik bening Langkah-Langkah Percobaan 1. Isilah ember dengan air. 2. Jawablah pertanyaan berikut sebelum melakukan percobaan. a. Apa yang akan terjadi jika sebuah gelas plastik dicelupkan perlahan ke dalam air dalam keadaan terbalik? Jelaskan apa yang akan terjadi, berikut alasannya. b. Lakukan hal yang sama, namun dengan gelas yang diberi lubang pada dasar gelasnya. Jelaskan apa yang akan terjadi, berikut alasannya. 3. Buktikanlah jawaban Anda dengan melakukan percobaan. 4. Buatlah hukum tentang tekanan menurut versi Anda, berdasarkan jawaban dan hasil percobaan yang Anda peroleh. 5. Bandingkanlah dengan hukum hidrostatika yang telah Anda pelajari. 6. Buatlah kesimpulan dari percobaan tersebut.
Contoh 6.1 S"bua&(t"/1at(ai#(b"#b"ntu'('ubu2(/"/ili'i(1an?an0(#u2u'(J[(c/(dii2i(1\[(lit"#(ai# I/a22a(?"ni2(ai#(O(1[3('0Q/3M7(Hi'a(1(O(1[(/Q22.(t"ntu'anla&: a7 t"'anan(&id#o2tati'(1ada(da2a#('ubu2] b7 0a-a(&id#o2tati'(1ada(da2a#('ubu2](dan c7 0a-a(&id#o2tati'(1ada(titi'(=(-an0(b"#?a#a'([.25((/(da#i(1"#/u'aan(ai#7
Fluida
141
C"*"$D >i'"ta&ui: 9 O(1\[(lit"#(O([.1\(/3] 1 O(1[(/Q22] ' O(J[(c/(O([.J(/7
! O(1[3('0Q/3]
7 O([.3J(/2]
9 [.1\(/ 3 8)(O( (O( ((O([.5(/ 7 [. 3J(/2
hA hB s = 60 cm
a7
$) O ! 1(8) O(17[[[('0Q/3(`(1[(/Q22(`([.5((/(O(57[[[(!a b7 6) O($)(7 O(57[[[(!a(`([.3J(/2(O(17\[[(P c7 $ = O ! 1((8= O(17[[[('0Q/3(`1[(/Q22(`([.25((/(O(275[[(!a 6= O($=((7//O(275[[(!a(`([.25(/(O(b[[(P Hadi.(b"2a#(t"'anan(&id#o2tati'(1ada(da2a#('ubu2(adala&($)O(57[[[(!a.(0a-a(&id#o2tati'(1ada da2a#('ubu2(adala&(6)(O(17\[[(P.(dan(0a-a(&id#o2tati2(1ada(titi'(=(adala&(6=O(b[[(P7
Contoh 6.2
P piston
zat cair
Gambar 6.5 Tabung Pascal
F1 p1
A2
A1 F2
p2
Gambar 6.6 Prinsip kerja dongkrak hidrolik.
142
!ada(0a/ba#(b"#i'ut.(2"bua&(1i1a(b"#b"ntu'(&u#u<(Z(dii2i(d"n0an(ai#.( !ai# (O(1(0Qc/37 @a'i(1i1a(2"b"la&('i#i(dii2i(b"n2in(d"n0an( !b"n2in (O([.^(0Qc/3(2"tin00i(4(c/7(S"b"la& 'anan( dii2i( /in-a'( tana&( d"n0an( !/in-a' O( [.\( 0Qc/3( 2"tin00i( \( c/7( Uitun0la& 1"#b"daan(tin00i(ai#(anta#a(1i1a('anan(dan(1i1a('i#i7 C"*"$D minyak tanah >i'"ta&ui: bensin !ai# O(1(0Qc/3 !b"n2in O([.^(0Qc/3 h2 h3 !/in-a' O([.\(0Qc/3 h1{ ////////82 O(4(c/ A B ////////83 O(\(c/ F"'anan(&id#o2tati'(di()(O(t"'anan(&id#o2tati'(di(= I !ai# (81M(_(I !b"n2in (82M(O( !/in-a' (83 air I1(`(81M(_(I[.^(`(4M(O(([.\(`(\ J. 4 " 2.\ 81(O( (O(1.J(c/ 1 Hadi.(1"#b"daan(tin00i(ai#(1ada('"dua(1i1a(adala&(1.J(c/7
3. Hukum Pascal !"#an0'at( '"#?a( Uu'u/( !a2cal( di1"#li&at'an( 1ada !"#$"% '(E7 !"#an0'at( t"#2"but( t"#di#i( ata2( tabun0( -an0( dib"#i( luban0( d"n0an( dia/"t"# -an0( 2a/a7( !i2ton( b"'"#?a( 2"ba0ai( 1"n0i2a1( dan( tan0'ai( 1i2ton( b"#.'<.*7 !ada( !"#$"% '('.( di1"#li&at'an( 1#o2"2( '"#?a( don0'#a'( &id#oli'( -an0 b"'"#?a( b"#da2a#'an( Uu'u/( !a2cal7( >on0'#a'( &id#oli'( t"#di#i( ata2( b"?ana d"n0an( dua( 'a'i( -an0( /a2in0A/a2in0( dib"#i( 1"n0i2a17( @"dua( 1"n0i2a1( ini /"/ili'i(dua(1"na/1an0(b"#b"da.(-aitu(71(dan(72.(di(/ana(71(a(727
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Hi'a( 1"n0i2a1( 1( dit"'an( d"n0an( 0a-a( 61.( Cat( cai#( a'an( /"n"#u2'an t"'anan( t"#2"but( '"( 2"0ala( a#a&7( ="2a#n-a( t"'anan( 1ada( 1"n0i2a1( 1 din-ata'an( d"n0an( 1"#2a/aan 6 $1(O( 1 IJKJM 71 Hi'a( di( ata2( 1"n0i2a1( 2( dil"ta''an( b"ban.( 0a-a( an0'at( '"( ata2( 1ada 1"n0i2a1( 2( adala&( 62.( -an0( din-ata'an( d"n0an( 1"#2a/aan 6 $2(O( 2 IJK^M 72 E"nu#ut( Uu'u/( !a2cal.( t"'anan( -an0( dit"#u2'an( '"( 2"0ala( a#a& adala&( 2a/a( b"2a#( 2"&in00a $1(O($2
61 62 (O( 71 72
IJK\M
Hi'a( b"ntu'( 1"na/1an0( tabun0( b"#u1a( lin0'a#an( d"n0an( ?a#iA?a#i( %1 dan( %2.( a'an( di1"#ol"&( 1"#2a/aan
6 61 6 6 (O( @2 (atau( 12 (O( 22 2 %@ %1 41 42
F2
Gambar 6.7 Pengangkat hidrolik menerapkan Konsep Hukum Pascal.
Tokoh Douglas Dean Osheroff (1945 – sekarang)
IJKbM
>ia/"t"#(1"na/1an0(1ada(+,%-"#"". /'0F1(adala&(4A(dan(4@7(Hadi. d"n0an(0a-a(-an0('"cil.()nda(da1at(/"n0an0'at(b"ban(-an0(b"2a#7(!#in2i1 !a2cal( t"#2"but( 2"#in0( di?u/1ai( dala/( '"&idu1an( 2"&a#iA&a#i.( 2"1"#ti don0'#a'( /obil( dan( 1o/1a( &id#oli'7
Contoh 6.3 S"bua&(1o/1a(&id#oli'(/"/ili'i(1i1a('"cil(b"#?a#iA?a#i(2(c/.(2"dan0'an(1i1a(b"2a# b"#?a#iA?a#i(2[(c/7()0a#(b"ban(-an0(b"#atn-a(47[[[(P(nai'(2"tin00i(5(c/.(t"ntu'anla&: a7 0a-a(-an0(di'"#?a'an(1ada(1i1a('"cil] b7 ?a#a'(-an0(dit"/1u&(1"n0i2a1(1i1a('"cil7 C"*"$D >i'"ta&ui: %1 O(2(c/] %2(O(2[(c/] 62((O(47[[[(P] 82((O(5(c/7
61 6 6 (O( 22 ( # 1 2 O 47[[[ %12 I4M I2[M2 %2 4[[(61 O(J47[[[ 61 O((1J[(P b7 ?1(O(?2( # 61(`(81(O(62(`(82 1J[(`(81(O(47[[[(`(4 81(O(1[[(c/ Hadi.(dibutu&'an(0a-a(2"b"2a#(4[[(P(dan(?a#a'(1"n0i2a1(1[[(c/(1ada(1i1a('"cil7
a7
F1
Sumber: Republika, 19 November 2005
Douglas Dean Osheroff dilahirkan pada tahun 1945. Setelah menyelesaikan pendidikan sarjananya di California Institute Of Technology, ia pindah ke Cornell University untuk mengambil gelar doktor. Di sana, ia bertemu dengan David M. Lee dan Robert C. Richardson. Bersama dua koleganya tersebut, ia melakukan penelitian selama bertahun-tahun sampai menemukan satu fenomena yang menghebohkan dunia ilmiah, yaitu superfluiditas. Superfluiditas tersebut terjadi ketika helium-3 didinginkan mendekati suhu nol mutlak (–273,15°C). Pada suhu tersebut, helium-3 tidak lagi memiliki viskositas dan friksi sehingga dapat meluap dari sebuah cangkir datar melalui pori-pori yang teramat kecil. Fenomena lainnya adalah helium-3 ini dapat melawan gaya gravitasi Bumi. Atas penemuannya ini, Osherhof bersama kedua rekannya mendapat hadiah Nobel pada tahun 1996.
Fluida
143
4. Hukum Archimedes IaM
IbM
35 N 50 N
w
air
Gambar 6.8 Berkurangnya berat benda di dalam zat cair disebabkan oleh gaya ke atas yang dikerjakan oleh zat cair.
S"bua&(balo'(diti/ban0(d"n0an(n"#aca(1"0a2(2"1"#ti(1ada(!"#$"% '(G"7 Ei2al'an( balo'( t"#2"but( /"/ili'i( b"#at( 5[( P.( '"/udian( balo'( di/a2u''an '"(dala/(b"?ana(-an0(b"#i2i(ai#(/!"#$"% '(G$17(="#at(balo'(a'an(b"#'u#an0. /i2aln-a( /"n?adi( 35( P7( E"nu#ut( )nda.( a1a'a&( -an0( /"n-"bab'an b"#'u#an0n-a( b"#at( balo'( t"#2"but4( ="#'u#an0n-a( b"#at( balo'( '"ti'a di/a2u''an( '"( dala/( ai#( di2"bab'an( ol"&( adan-a( 0a-a( t"'an( '"( ata2( da#i ai#7(8a-a('"(ata2(da#i(ai#('ali(1"#ta/a(di'"ta&ui(ol"&(H%I=7#,;,-! 2"&in00a 0a-a( t"#2"but( dina/a'an( 0a-a( )#c&i/"d"27 J484# H%I=7#,;,-( b"#bun-i.( )&+4./ 2.+1/ 5&%<&*0$/ !&/ 4.*.#/ B*0(4.C ).(!/'&).1(.+/.5.0$0+/'&*0%08+2.C/.!.+/#&+1.*.#(/1.2./!&/.5.'/'&)&'.%/)&%.5 ;.5/ <.(%/ 2.+1/ 4($(+4.8!.+/ "*&8/ )&+4./ 5&%'&)05,( ="2a#n-a( 0a-a( )#c&i/"d"2 t"#2"but( din-ata'an( d"n0an( 1"#2a/aan :)(O(#D( B(O( !C9D( B
IJK1[M
@"t"#an0an: 67 O( 0a-a( )#c&i/"d"2( IPM !C O( /a22a( ?"ni2(
Contoh 6.4 S"bua&(batu(-an0(Wolu/"n-a(27[[[(c/3(b"#ada(di(dala/(ai#7(Hi'a(/a22a(?"ni2(ai# 1(0Qc/ 3.(t"ntu'an(0a-a(t"'an('"(ata2(1ada(batu7 C"*"$D >i'"ta&ui: !ai# O(1(0Qc/3(O(17[[[('0Q/3 colu/"(batu(O(Wolu/"(Cat(cai#(-an0(di1inda&'an 9=(O(27[[[(c/3(O(2(`(1[K3(/3 1(((O((1[(/Q22 8a-a('"(ata2(O(0a-a()#c&i/"d"2 6) O( !ai# 19= O(I17[[[('0Q/3M(I1[(/Q22M(I2(`(1[K3(/3M(O(2[(P7
)dan-a( 0a-a( '"( ata2( I0a-a( )#c&i/"d"2M( 1ada( 2"bua&( b"nda( -an0 /a2u'('"(dala/(Cat(cai#.(/"n-"bab'an(b"nda(da1at(/"n0a1un0.(/"la-an0. atau( t"n00"la/7 a. Benda Mengapung Hi'a( &an-a( 2"ba0ian( b"nda( -an0( t"#c"lu1( '"( dala/( Cat( cai#.( b"nda di2"but(/"n0a1un07(>ala/('"adaan(ini.(b"#at(b"nda(a(0a-a('"(ata2(da#i Cat( cai#7( S"ca#a( /at"/ati2( dituli2'an( 2"ba0ai( b"#i'ut7 * a(:) # =" a( !D B9D ! = 9=( Ba/ !D 9DB
! = 9= a( !D 9D
Gambar 6.9 Perahu dapat terapung di atas air karena massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air.
144
IJK11M
@"t"#an0an: 9D(O(Wolu/"(b"nda(-an0(t"#c"lu1(I/3M 9E(O(Wolu/"(b"nda(2"lu#u&n-a(I/3M +,%-"#"". /'0KK1( /"nun?u''an( ba&3a( 2u1a-a( b"nda( /"n0a1un0. /a22a(?"ni2(b"nda(&a#u2(l"bi&('"cil(da#i1ada(/a22a(?"ni2(Cat(cai#(I ! = a ! CM7
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
b. Benda Melayang Hi'a( 2"lu#u&( ba0ian( b"nda( b"#ada( di( dala/( Cat( cai#.( na/un( b"nda t"#2"but( tida'( 2a/1ai( /"n-"ntu&( da2a#( tabun0( /a'a( b"nda( di'ata'an /"la-an07(>ala/('"adaan(2"i/ban0.(b"#at(b"nda(2a/a(d"n0an(0a-a(t"'an '"( ata2( ol"&( Cat( cai#7( S"ca#a( /at"/ati2( da1at( dituli2'an( 2"ba0ai( b"#i'ut7 * O((:) # =B O( !D B9D ! = 9=B O( !D 9DB
!D 9 D O( ! = 9=
IJK12M
S"1"#ti( 1ada( !"#$"% '(KL.( 2"lu#u&( b"nda( /a2u'( '"( dala/( Cat( cai# 2"&in00a( Wolu/"(b"nda(2a/a(d"n0an(Wolu/"(Cat( cai#(-an0( di1inda&'an7 Xl"&( 'a#"na( itu.( untu'( 'a2u2( /"la-an0.( /a22a( ?"ni2( b"nda( dan( /a22a ?"ni2( Cat( cai#( adala&( 2a/a7 c.
Benda Tenggelam ="nda( t"n00"la/( t"#?adi( 'a#"na( 0a-a( b"#at( b"nda( -an0( l"bi&( b"2a# da#i1ada( 0a-a( t"'an( '"( ata27( ="nda( -an0( t"n00"la/( a'an( /"n-"ntu& da2a#(tabun0.(2"1"#ti(-an0(t"#li&at(1ada(!"#$"% '(KK7(S"ca#a(/at"/ati2 da1at( dituli2'an( 2"ba0ai( b"#i'ut7 * d(:) # =B d/:) ! = B9= F !D B9D Xl"&('a#"na(Wolu/"(b"nda(-an0(t"n00"la/(2a/a(d"n0an(Wolu/"(Cat cai#( -an0( di1inda&'an.( -aitu( 9=( O( 9D.( da1at( dituli2'an( ba&3a
! = d !D
IJK13M
Gambar 6.10 Penyelam dan ikan-ikan dapat melayang di air. Tahukah Anda, mengapa ikan dan penyelam dapat melayang dalam air?
Gambar 6.11 Batu tenggelam dalam air karena massa jenis batu lebih besar daripada massa jenis air.
Hadi.(?i'a(/a22a(?"ni2(b"nda(l"bi&(b"2a#(da#i1ada(/a22a(?"ni2(Cat(cai#. b"nda( a'an( t"n00"la/7
Contoh 6.5 S"bua&(b"nda(?i'a(b"#ada(di(uda#a(b"#atn-a(J[(P7(Hi'a(diti/ban0(di(dala/(ai#.(b"#at b"nda(t"#2"but(2"ola&Aola&(/"n?adi(3J(P7(Hi'a(/a22a(?"ni2(ai#(O(1(0Qc/3.(t"ntu'anla& /a22a(?"ni2(b"nda(t"#2"but(I1/O(1[(/Q22M7 C"*"$D ="#at(b"nda(di(uda#a(O(:uda#a(O(J[(P](="#at(b"nda(di(ai#(O(:ai#(O(3J(P7 !ai# (O(1[3(('0Q/3 8a-a(t"'an('"(ata2(-an0(b"'"#?a(1ada(b"nda(adala& 6) O(:uda#a(K(:(ai#(O(J[(P(K(3J(P(O(24(P 8a-a()#c&i/"d"2: 67 24(P 6) O( !D 9D(1/ # /9D(O( ! 1 (O( 3 (O(24(`(1[K4(/3(O(274[[(c/3 3 1[ ('0Q/ $ 1[(/Q22 D Ea22a(b"nda: : #= O( uda#a (O( J[(P 2 (O(J('0(O(J7[[[(0 1 1[(/Q2 2"&in00a(/a22a(?"ni2(b"nda(adala& # J7[[[(0 (O((2.5(0Qc/3 != O( = (O( 9= 274[[(c/ 3 Hadi.(/a22a(?"ni2(b"nda(t"#2"but(adala&(2.5(0Qc/37
Ingatlah !benda % ! fluida $ mengapung !benda ! ! fluida $ melayang !benda & ! fluida $ tenggelam
Fluida
145
5. Penerapan Hukum Archimedes
Gambar 6.12 Balon udara merupakan salah satu penerapan Hukum Archimedes. IaM
IbM
Gambar 6.13 (a) Hidrometer di dalam raksa. (b) Hidrometer di dalam air.
!"n"#a1an( Uu'u/( )#c&i/"d"2( da1at( )nda( ?u/1ai( dala/( '"&idu1an 2"&a#iA&a#i7(Donto&n-a(#a'it.(1"#a&u.('a1al(laut.(dan(balon(uda#a7(!ada(da2a#A n-a.(2"/ua(?"ni2('"nda#aan(laut(/"n00una'an(1#in2i1(&u'u/()#c&i/"d"27 =adan('a1al(dibuat(b"#on00a(a0a#(da1at(/"/inda&'an(Wolu/"(ai#(laut(l"bi& b"2a#( 2"&in00a( /a22a( ?"ni2( 'a1al( /"n?adi( l"bi&( '"cil( dan( 0a-a( an0'at( ol"& ai#(laut(2"/a'in(b"2a#7(>a#i('"t"#an0an(ini.(da1at(di'"ta&ui(1"n-"bab('a1al laut(-an0(/"/ili'i(/a22a(2an0at(b"2a#(da1at(t"#a1un0(1ada(1"#/u'aan(ai#7 !#in2i1( Uu'u/( )#c&i/"d"2( ?u0a( di0una'an( 1ada( 1"n"#ban0an( balon uda#a7(=alon(uda#a(da1at(t"#an0'at(?i'a(/a22a(?"ni2(da#i('"2"lu#u&an(balon uda#a( t"#2"but( l"bi&( '"cil( da#i1ada( /a22a( ?"ni2( uda#a7( colu/"( 0a2( dala/ balon( uda#a( &a#u2( di1"#b"2a#( atau( /"n00una'an( 0a2( -an0( /a22a( ?"ni2n-a l"bi&('"cil(da#i1ada(/a22a(?"ni2(uda#a(lua#(a0a#(balon(t"#2"but(da1at(t"#an0'at7 @"tin00ian(balon('"ti'a(t"#ban0(da1at(diatu#(d"n0an(/"na/ba&'an 0a2( '"( dala/( balon( uda#a7( Ea22a( b"ban( -an0( da1at( dian0'at( ol"&( balon uda#a( adala& # ! 9EI !u " ! 0 M IJK14M @"t"#an0an: # O( /a22a( b"nda( I'0M 9E O(Wolu/"(b"nda(I/3M ! u O( /a22a( ?"ni2( uda#a( I'0Q/3M ! 0 O(/a22a(?"ni2(0a2(I'0Q/3M Uu'u/( )#c&i/"d"2( ?u0a( di/an
6. Tegangan Permukaan
Gambar 6.14 Serangga dapat berjalan di atas air karena adanya tegangan permukaan.
B
A
Gambar 6.15 Dua molekul zat cair yang berbeda posisi memiliki gaya kohesi yang berbeda.
146
Fa&u'a&()nda(-an0(di/a'2ud(d"n0an(t"0an0an(1"#/u'aan(Cat(cai#4 !"#na&'a&( )nda( /"li&at( 2"#an00a( -an0( da1at( b"#?alan( di( ata2( ai#4 E"n0a1a( 2"#an00a( t"#2"but( da1at( /"la'u'ann-a4( F"0an0an( 1"#/u'aan Cat(cai#(t"#?adi('a#"na(adan-a('o&"2i.(-aitu(0a-a(ta#i'A/"na#i'(anta#1a#ti'"l 2"?"ni27(Donto&(-an0(/"n00a/ba#'an(adan-a(t"0an0an(1"#/u'aan(adala& balon( -an0( t"#buat( da#i( ai#( 2abun7( )nda( bi2a( /"/bu'ti'ann-a( d"n0an ca#a(/"nc"lu1'an(tan0an()nda('"(dala/(ai#(2abun(t"#2"but.(lalu(buatla& lin0'a#an( d"n0an( ?a#i( ?"/1ol( dan( t"lun?u'( )nda.( /a'a( a'an( t"#li&at( ai# 2abun( -an0( /"/b"ntu'( bidan0( data#7 !"#&ati'an(!"#$"% '(KE7(8a/ba#(t"#2"but(/"nun?u''an(0a-a('o&"2i -an0(b"'"#?a(1ada(/ol"'ul()(dan(/ol"'ul(=7(Eol"'ul()(/"n0ala/i(0a-a 'o&"2i(da#i(2"0ala(a#a&(-an0(2a/a(b"2a#(2"&in00a(da1at(din-ata'an(ba&3a /ol"'ul( t"#2"but( b"#ada( dala/( '"2"i/ban0an7( ="#b"da( d"n0an( /ol"'ul =( -an0( t"#l"ta'( 1ada( 1"#/u'aan( Cat( cai#7( Eol"'ul( ini( &an-a( /"n0ala/i 0a-a('o&"2i(ol"&(1a#ti'"lA1a#ti'"l(-an0(b"#ada(di(ba3a&(dan(di(2a/1in0n-a 2a?a7( )'ibatn-a.( 1ada( 1"#/u'aan( ai#( t"#?adi( ta#i'an( '"( ba3a&( 2"&in00a 1"#/u'aan( Cat( cai#( 2"1"#ti( 2"la1ut( ti1i27( )/atila&( ?i'a( 1i2au( 2il"t dit"/1at'an( 2"ca#a( /"lintan0( 1ada( 1"#/u'aan( ai#7( ealau1un( /a22a ?"ni2n-a( l"bi&( b"2a#( dibandin0'an( /a22a( ?"ni2( ai#.( 2il"t( t"#2"but( da1at t"#a1un0( 'a#"na( adan-a( t"0an0an( 1ada( 1"#/u'aan( ai#7
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
!"#&ati'an( 2"?u/la&( t"t"2an( "/bun( 1a0i( -an0( ?atu&( di( ata2( #u/1ut7 F"t"2an(t"#2"but(a'an(b"#b"ntu'(2"1"#ti(bolaAbola('"cil7(8a-a('o&"2i(/ol"'ulA /ol"'ul( -an0( t"#l"ta'( 1ada( 1"#/u'aan( ai#( '"( a#a&( dala/( a'an( 2a/a( b"2a# 2"&in00a( t"t"2an( ai#( t"#2"but( a'an( b"#b"ntu'( bola7( F"la&( di'"ta&ui( ba&3a bola( /"#u1a'an( ban0un( #uan0( -an0( /"/ili'i( lua2( 1"#/u'aan( t"#'"cil7( !"#A /u'aan( ai#( ini( /"n-"#u1ai( 2"la1ut( t"0an0( -an0( "la2ti27 Zntu'( /"n0"ta&ui( b"2a#( t"0an0an( 1"#/u'aan( t"#2"but.( 1"#&ati'anla& conto&(b"#i'ut7()/billa&(2"1oton0('a3at.('"/udian(b"ntu'la&(/"n-"#u1ai b"ntu'( Z( 2"1"#ti( 1ada( !"#$"% '(KM7( @"dua( 'a'i( 'a3at( Z( di&ubun0'an d"n0an('a3at()=(d"n0an(1an?an0( ! (dan(b"#at(*17(Hi'a('a3at(Z(dic"lu1'an '"( dala/( b"?ana( -an0( b"#i2i( ai#( 2abun.( '"/udian( 1ada( batan0( 7E( dib"#i 2"bua&(b"ban(2"b"#at(:@( .(a'an(di1"#ol"&(0a-a(t"0an0an(1"#/u'aan(6./-aitu 6/G/:A/H/:@ IJK15M Xl"&( 'a#"na( 2i2i( 'a3at( -an0( 'onta'( d"n0an( 1"#/u'aan( ai#( ada( dua 2i2i.( 2i2i( lua#( ! 1 ( dan( 2i2i( dala/( ! 2 ( d"n0an( 1an?an0( dian00a1( 2a/a7/ Hadi. 1an?an0( 2i2i( 'a3at( total( -an0( 'onta'( d"n0an( ai#( 2"1an?an0( 2! ( 2"&in00a t"0an0an( 1"#/u'aan( 1ada( la#utan( 2abun( adala&
%! 6 2!
IJK1JM
@"t"#an0an: % O t"0an0an( 1"#/u'aan( IPQ/M.( da1at( dian00a1( 2"ba0ai( 0a-a( 2"tia1 2atuan( 1an?an0 ! G 1an?an0( 'a3at( I/M Hi'a( '( adala&( 1"#1inda&an( 'a3at.( +,%-"#"". /'0K'1( da1at( dituli2 2"ba0ai( b"#i'ut7 6' u2a&a %! ! IJK1^M 2!' lua2 Hadi.( t"0an0an( 1"#/u'aan( da1at( 1ula( dia#ti'an( 2"ba0ai( u2a&a( 2"tia1 2atuan(lua2.(dan(2atuann-a(adala&(?oul"Q/"t"#2(IHQ/2M7(Zntu'(l"bi&(/"/aA &a/i(<"no/"na(t"ntan0(t"0an0an(1"#/u'aan.(la'u'anla&()'tiWita2(Fi2i'a b"#i'ut( ini7
Aktivitas Fisika 6.2
Gambar 6.16 Tetesan air yang jatuh ke atas rumput.
B
A
Langkah-Langkah Percobaan 1. Ambil jarum yang sudah diolesi minyak pelumas, kemudian simpan jarum tersebut di atas kertas tisu. 2. Letakkan jarum dan kertas tisu secara perlahan-lahan di atas permukaan air. 3. Amati yang terjadi pada jarum dan kertas tisu tersebut. 4. Taburkan detergen secara perlahan-lahan di sekitar jarum yang terapung, kemudian amati yang terjadi pada jarum tersebut. 5. Dari hasil Aktivitas Fisika 6.2, lakukanlah diskusi tentang hasil kegiatan tersebut bersama teman dan guru Fisika Anda. Kemudian, presentasikan hasil diskusi tersebut.
B w1
!2
!1
s
w2
Gambar 6.17 Tegangan permukaan air sabun pada kawat.
Pembahasan Soal Sebuah benda terapung di atas permukaan air yang berlapiskan minyak. Sebanyak 50 % volume benda berada di dalam air dan 30 % di dalam minyak. Jika massa jenis minyak = 0,8 g/cm3 maka massa jenis benda tersebut adalah .... a. 0,62 g/cm 3 b. 0,68 g/cm 3 c. 0,74 g/cm 3 d. 0,78 g/cm 3 e. 0,82 g/cm 3 Soal UMPTN Tahun 1993 Pembahasan:
Tegangan Permukaan Tujuan Percobaan Memahami fenomena tegangan permukaan Alat-Alat Percobaan 1. Panci berisi air 2. Jarum 3. Kertas tisu 4. Minyak pelumas 5. Detergen
F A
30 %
minyak
50 %
air
Benda dalam keadaan setimbang, maka gaya berat benda sama dengan gaya angkat Archimedes oleh air dan minyak. mbg = FA (air) + FA (minyak) ! bVb g = ! aVa g + ! mVm g !b
= !a
Va V + !m m Vb Vb
= (1 g/cm3)(50 %) + (0,8 g/cm3)(30 %) = 0,74 g/cm 3 Jawaban: c
Fluida
147
Tugas Anda 6.1 Tegangan permukaan dapat dikatakan sebagai kecenderungan permukaan zat cair untuk berkontraksi (mengerut). Menurut Anda, bagaimanakah sifat tegangan permukaan zat cair ketika zat cair tersebut dipanaskan?
@"ti'a( ?a#u/( -an0( b"#ada( di( ata2( '"#ta2( ti2u( di( l"ta''an( 2"ca#a 1"#la&anAla&an( di( ata2( 1"#/u'aan( ai#.( ?a#u/( dan( ti2u( a3aln-a( a'an t"#a1un0( di( ata2( 1"#/u'aan( ai#7( S"2aat( '"/udian.( '"#ta2( ti2u( a'an /"n-"#a1( ai#( 2"&in00a( /"n?adi( ba2a&( dan( t"n00"la/.( 2"dan0'an( ?a#u/ t"ta1( t"#a1un0( a'ibat( adan-a( t"0an0an( 1"#/u'aan7 Ha#u/( a'an( t"n00"la/( '"ti'a( bubu'( d"t"#0"n( ditabu#'an( di( 2"'ita# ?a#u/( -an0( t"#a1un07( Ual( t"#2"but( di2"bab'an( /"n0"ciln-a( t"0an0an 1"#/u'aan( ai#( 'a#"na( d"t"#0"n( b"#"a'2i( d"n0an( /in-a'( 1"lu/a2( 1ada ?a#u/7( )'ibatn-a.( ?a#u/( /"n?adi( ba2a&( dan( t"n00"la/7
Contoh 6.6 S"batan0('a3at(dib"n0'o''an(2"1"#ti(&u#u<(Z7(@"/udian. 'a3at('"cil(!f(-an0(b"#/a22a([.3(0(di1a2an0(1ada('a3at t"#2"but(2"1"#ti(1ada(0a/ba#7(S"lan?utn-a.('a3atA'a3at ini(dic"lu1'an(dala/(la1i2an(2abun(dan(dian0'at(W"#ti'al 2"&in00a(t"#b"ntan0(2atu(la1i2an(2abun7(Fa/1a'('a3at '"cil( !f( /"n0ala/i( 0a-a( ta#i'( '"( ata27( )0a#( t"#?adi Q '"2"ti/ban0an(/a'a(1ada('a3at('"cil(!f(di0antun0'an P /a22a(2"b"#at([.2(0#a/7 0,2 gram Hi'a(1an?an0('a3at(!f(O(1[(c/.(&itun0la&(t"0an0an(1"#/u'aan(la1i2an(2abun(t"#2"but7 Ign0at.(la1i2an(2abun(/"/ili'i(2(1"#/u'aan(-aitu(d"1an(dan(b"la'an0M C"*"$D !ada('"adaan(2"ti/ban0.(0a-aA0a-a(-an0(b"'"#?a(2a/a(b"2a#7(8a-a('"(ba3a&(adala& b"#at('a3at(dan(b"#at(b"ban7()da1un(0a-a('"(ata2(adala&(0a-a(t"0an0(1"#/u'aan7 6(O(:'(_(:[ # ' #b 1 2 % !(O(I#'(_(#bM(1( $( % (O( ' 2! >i'"ta&ui: #'(O([.3(0(O([.3(`(1[K3('0](#=(O([.2(0(O([.2(`(1[K3('0] 1 O(b.\(/Q22]( ! (O(1[(c/(O([.1(/7 Ea'a(di1"#ol"&.
Kata Kunci • • • • • • • • •
gaya Archimedes kapilaritas melayang mengapung meniskus cekung meniskus cembung tegangan permukaan tekanan hidrostatik tenggelam
% O( #' ' # b 1 2!
O(
air
FA
&
F
Fk
IaM raksa
FA
& Fk
F
IbM Gambar 6.18 (a) Meniskus cekung (b) Meniskus cembung
148
"[. 3$1[
"3
('0 ' [.2( $1[ "3 ('0 # b.\(/Q22 2$ [.1(/
O([.[245(PQ/7
a. Meniskus Cembung dan Meniskus Cekung 8a-a(ta#i'(/"na#i'(anta#a(1a#ti'"lA1a#ti'"l(-an0(2"?"ni2(dala/(2uatu Cat(di2"but(0a-a(!"8&'(.(2"dan0'an(0a-a(.48&'((adala&(0a-a(ta#i'(/"na#i' anta#a( 1a#ti'"lA1a#ti'"l( -an0( tida'( 2"?"ni27( Donto&( 0a-a( .48&'(( adala& t"t"2an( ai#( 1ada( 1"#/u'aan( 'aca( -an0( la/aAla/a( a'an( /"lua27( Ual t"#2"but( t"#?adi( 'a#"na( 0a-a( ad&"2i( 1a#ti'"l( 'aca( dan( ai#( l"bi&( b"2a# da#i1ada( 0a-a( 'o&"2i7( ="#b"da( d"n0an( ai#.( ?i'a( #a'2a( dit"t"2'an( 1ada 1"#/u'aan( 'aca( /a'a( #a'2a( t"#2"but( a'an( /"n00u/1al7( !"n00u/1alan #a'2a( t"#?adi( 'a#"na( 0a-a( 'o&"2i( l"bi&( b"2a#( da#i1ada( 0a-a( ad&"2in-a7 )'ibat( <"no/"na( t"#2"but.( ?i'a( '"dua( cai#an( t"#2"but( di/a2u''an '"(dala/(tabun0('aca.(a'an(t"#li&at(2"1"#ti(1ada(!"#$"% '(KG7(>i'"ta&ui 6!( adala&( 0a-a( 'o&"2i( dan( 67( adala&( 0a-a( ad&"2i7( !"#$"% '(KG/"1 /"nun?u''an(#&+('!0'/<&!0+1(-an0(t"#?adi('a#"na(0a-a(ad&"2i(l"bi&(b"2a# da#i1ada( 0a-a( 'o&"2i7( )da1un( !"#$"% '(KG/$1( /"#u1a'an( #&+('!0'
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
<)0+1( -an0( t"#?adi( 'a#"na( 0a-a( 'o&"2i( -an0( l"bi&( b"2a#( da#i1ada( 0a-a ad&"2i7( Sudut( 'onta'( & ( 1ada( /"ni2'u2( c"'un0( adala&( 2udut( lanci1 Iab[hM7(S"bali'n-a.( 2udut('onta'(1ada(/"ni2'u2(c"/bun0(adala&(2udut tu/1ul( Idb[hM7 b. Kapilaritas I&3.*./ !.$(*.%(5.'( adala&( 1"#i2ti3a( nai'( atau( tu#unn-a( 1"#/u'aan( Cat cai#( /"lalui( luban0Aluban0( '"cil( atau( 'a1il"#7( )lat( -an0( da1at( di0una'an untu'( /"n0a/ati( 0"?ala( 'a1ila#ita2( adala&( 1i1a( 'a1il"#7( Hi'a( 1i1a( 'a1il"# di/a2u''an('"(dala/(tabun0(-an0(b"#i2i(ai#.(1"#/u'aan(ai#(di(dala/(1i1a 'a1il"#( a'an( nai'.( 2"1"#ti( t"#li&at( 1ada( !"#$"% '(KF7( )'an( t"ta1i.( ?i'a 1i1a('a1il"#(di/a2u''an('"(dala/(tabun0(#a'2a.(1"#/u'aan(#a'2a(di(dala/ tabun0(t"#2"but(a'an(tu#un7(Fa&u'a&()nda.(/"n0a1a(&al(t"#2"but(t"#?adi4 !"#&ati'an( !"#$"% '()L7( ="ntu'( 1i1a( 'a1il"#( -an0( /"n-"#u1ai tabun0( a'an( /"n-"bab'an( Cat( cai#( /"n-"ntu&( dindin0( 2"b"la&( dala/ 2"&in00a( 1"#/u'aan( Cat( cai#( /"na#i'( 1i1a( d"n0an( 0a-a( 2"b"2a# 6- O(2 ' % % )da1un( '"lilin0( dindin0( 1i1a( 'a1il"#( O( 2 ' % >indin0( 1i1a( 'a1il"#( /"/b"#i'an( 0a-a( #"a'2i( t"#&ada1( Cat( cai#( 2"b"2a# 6-(O(2 ' % % co2& 8a-a(ini(dii/ban0i(ol"&(b"#at(Cat(cai#(2"tin00i(2(dala/(1i1a.(-aitu(2"b"2a# * G/#B G/ ! 9B 2 ' % % co2& O( ! ' %22B 2"&in00a( di1"#ol"&( tin00i( Cat( cai#( di( dala/( 1i1a( 'a1il"#.( -aitu 2% co2& 2(O( IJK1\M ! B% @"t"#an0an: 2 G/tin00i( Cat( cai#( I/M % O( t"0an0an( 1"#/u'aan( dala/( 1i1a( 'a1il"#( IPQ/M & O( 2udut( 'onta' ! O(/a22a(?"ni2(Cat(cai#(I'0Q/3M 1 G/ 1"#c"1atan( 0#aWita2i( I/Q22M % O( ?a#iA?a#i( 1i1a( 'a1il"#( I/M
Tes Kompetensi Subbab
pipa kapiler
air
raksa
Gambar 6.19 Gejala kapilaritas pada pipa kapiler.
% cos &
% & A
B y
Gambar 6.20 Pada keadaan setimbang, gaya tegangan permukaan di titik A sama dengan di titik B.
A
N,%6"8".3"= ;"3"# $484 3"?7=".( 17
27
37
S"bua&(d#u/(b"#i2i(/in-a'(-an0(/"/ili'i(/a22a(?"ni2 \[[('0Q/3(dan(tin00in-a(152(c/7(="#a1a'a&: a7 t"'anan(&id#o2tati'(1ada(da2a#(d#u/] b7 t"'anan(&id#o2tati'(di(titi'(-an0(b"#ada(1[[(c/ di(ata2(da2a#(d#u/7 S"bua&( 1i1a( b"#b"ntu'( &u#u<( Z( dii2i( d"n0an( ai#7 @"/udian.('a'i(2"b"la&('i#i(dii2i(/in-a'(&in00a(ai# t"#d"2a'(2"?au&(3(c/(da#i('"dudu'an(2"ti/ban0n-a7 Hi'a( !ai# (O(1(0Qc/3.( !/in-a' (O([.\(0Qc/3.(dan(lua2 1"na/1an0(1i1a(O(2(c/2.(&itun0la&(ban-a'(/in-a' -an0(di/a2u''an('"(dala/(1i1a7 >ua(b"?ana(-an0(b"#&ubun0an.(b"#i2i(ai#(dan(#a'2a I ! (O(13.J(0Qc/3M7
air b
2,5 cm B
A air raksa
a7
b7
="#a1a'a&(1an?an0(la?u#(ai#(2u1a-a(?a#a'(anta#a '"dua(1"#/u'aan(#a'2a(dala/(b"?ana(t"#2"but 2.5(c/4 ="#a1a( c/3( al'o&ol( I ! ( O( [.\( 0Qc/ 3M( &a#u2 dituan0'an(di(ata2(#a'2a(a0a#(1"#/u'aan(ai#(nai' 1(c/4(Ilua2(1"na/1an0(b"?ana(O(5(c/2M
Fluida
149
47
8a/ba#(b"#i'ut(/"lu'i2'an(2"bua&(1o/1a(&id#oli'7 F
!"na/1an0('"cil(lua2n-a(O(2[(c/2(dan(lua2(1"na/1an0 b"2a#(O(5[[(c/27(Hi'a(1ada(1"na/1an0(-an0('"cil(dib"#i 0a-a( 1[[( P.( b"#a1a'a&( 0a-a( -an0( b"'"#?a( 1ada 1"na/1an0(b"2a#4
57
S"bua&(balo'(-an0(Wolu/"n-a(4(/3(dan(/a22a(?"ni2n-a O( J[[( '0Q/3.( di/a2u''an( '"( dala/( /in-a'( -an0 /a22a(?"ni2n-a(O(\[[('0Q/37 a7 =a0ai/ana'a&(1o2i2i(b"nda4 b7 Uitun0(Wolu/"(b"nda(1ada(1"#/u'aan(/in-a'7 c7 Uitun0( 0a-a( )#c&i/"d"2( -an0( b"'"#?a( 1ada b"nda(t"#2"but7
B. Viskositas Fluida O"$,3 '(K @o"a#a& !la2/a(da#a& jt&il(al'o&ol Xli(IS)j(1[M 8li2"#in Zda#a Uid#o0"n Za1(ai#
O,#5,%"?4% /PQ1 [ 2[ 1[[ 3^ 3^ 2[ 3[ 2[ 2[ [ 1[[
/+" -1 1.\(`(1[K3 1.[(`(1[K3 [.3(`(1[K3 ) (4(`(1[K3 K3 )(1.5(`(1[ 1.2(`(1[K3 2[[(`(1[K3 175[[(`(1[K3 [.[1\(`(1[K3 [.[[b(`(1[K3 [.[[13(`(1[K3 Sumber: Physics, 1993
9('!"'(5.'(atau('"'"ntalan(/"#u1a'an(0"2"'an(-an0(di/ili'i(ol"&(
1. Hukum Stokes Fluida(id"al(adala&(
IaM
IbM Gambar 6.21
(a) Sebuah kelereng dijatuhkan ke dalam fluida ideal. (b) Sebuah kelereng dijatuhkan ke dalam fluida tak ideal.
150
IJK1bM
@"t"#an0an: 6J O(0a-a(Sto'"2(IPM ( O( 'o"
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
!ada( !"#$"% '()K/$1.( 0a-aA0a-a( -an0( b"'"#?a( 1ada( '"l"#"n0( adala& 0a-a(b"#at('"l"#"n0(-an0(dii/ban0i(ol"&(0a-a(Sto'"2(dan(0a-a()#c&i/"d"27 !"n0i/ban0an(0a-a(t"#2"but(t"#u2(b"#lan?ut(2"i#in0(d"n0an(0"#a'('"l"#"n07 !ada(2aat(t"#t"ntu.(0a-a(-an0(b"'"#?a(2"i/ban0(2"&in00a(#"2ultan(2"lu#u&(0a-a t"#2"but( a'an( 2a/a( d"n0an( nol7( Hi'a( b"nda( b"#0"#a'( d"n0an( '"c"1atan /a'2i/u/( -an0( t"ta1.( '"c"1atann-a( ini( di2"but( !&<&$.5.+/ 5&%#(+.*7( S"ca#a /at"/ati2.('"c"1atan(t"#/inal(da1at(ditu#un'an(da#i(#u/u2A#u/u2(b"#i'ut7 * : O([ #B(K(:)(K(:2 O([ :2 O(#B/(K(:)
IJK2[M
FA Fs
w = mg
Gambar 6.22 Gaya-gaya yang bekerja pada kelereng di dalam fluida.
Zntu'( 0a-a( '"( ata2( I)#c&i/"d"2M: :7(O(9) ! f B Zntu'( 0a-a( Sto'"2: :2(O(J ' ( %Kt ="#at(b"nda.(*(O(#B(O( ! ) 9)( B )da1un('"c"1atan(t"#/inal(b"nda(2"t"la&(0a-aA0a-a(-an0(b"'"#?a(2"i/ban0 adala&
K5 !
1K) " !) " ! B # J'( %
IJK21M
Zntu'( b"nda( b"#b"ntu'( bola( d"n0an( ?a#iA?a#i( %( /a'a( Wolu/"( b"nda 4 9b(O( ' % 3 3 Hadi. 1% 2 " ! ) " ! B # 2 K5 ! b (
IJK22M
2"dan0'an( Wi2'o2ita2n-a( adala& %2 1 (!2 " !) " ! B # b K5
IJK23M
@"t"#an0an: ! b O( /a22a( ?"ni2( b"ndaQbola( I'0Q/3M ! f O( /a22a( ?"ni2(
Contoh 6.7 S"bua&('"l"#"n0(-an0(b"#?a#iA?a#i([.5(c/(di?atu&'an('"(dala/(/in-a'(1"lu/a2(-an0 b"#ada(dala/(tabun07(F"ntu'anla&('"c"1atan(t"#/inal(-an0(dica1ai('"l"#"n0.(?i'a /a22a(?"ni2(/in-a'(\[[('0Q/3.('o"
Kata Kunci • gaya stokes • kecepatan terminal • viskositas
Fluida
151
2
"
#
1% 2 " !) " ! B # 2 5 $ 1[ "3 (/ K t O( 2 (O( (`(1[(/Q22(`(I27J[[('0Q/3(K(\[[('0Q/3M b 3.[ $ 1[ "2 (!a 2 b ( O(3.33(/Q2 Hadi.('"c"1atan(t"#/inal('"l"#"n0(adala&(3.33(/Q27
"
Tes Kompetensi Subbab
#
B
N,%6"8".3"= ;"3"# $484 3"?7=".( 17
@"c"1atan(t"#/inal(-an0(dica1ai(ol"&(2"t"t"2(/in-a' I ! # (O(\21.3('0Q/3M(-an0(?atu&(di(uda#a(I !uda#a (O 1.3( '0Q/3M( adala&( [.15( //Q27( Uitun0la&( ?a#iA?a#i t"t"2an(/in-a'(t"#2"but(?i'a(( (O(1.\(`(1[K5('0Q/27
27
Uitun0la&('"c"1atan(/a'2i/u/(I'"c"1atan(t"#/inalM da#i( 2"bua&( bola( ba?a( b"#dia/"t"#( 2( //( -an0 di?atu&'an(dala/(2"?"ni2(/in-a'(I ! (O(bJ5('0Q/3M -an0(/"/ili'i(('o"
C. Fluida Dinamis turbulen laminer
Sumber: Dokumentasi Penerbit
Gambar 6.23 Aliran laminer dan aliran turbulen pada asap rokok.
A
B
D
E
P
Q
X
Y
C F R Z
Gambar 6.24 Garis aliran A–B–C, D–E–F, P–Q–R, dan X–Y–Z merupakan garis aliran laminer.
>ala/( ala/(ala/( "n0an d"/i'ian.( B*0(4./ (4&.*( adala&(
1. Persamaan Kontinuitas
v1 A1 + s1
v2 + s2
A2
Gambar 6.25 Fluida mengalir pada penampang yang berbeda.
152
!"#&ati'an(!"#$"% '()E7(!ada(0a/ba#(t"#2"but.(Cat(cai#(/"lalui(2"bua& 1i1a(1ada(1"na/1an0(71(d"n0an('"c"1atan(ali#an(K1(/"nu?u('"(1"na/1an0 -an0( l"bi&( 2"/1it( 72/ d"n0an( '"c"1atan( ali#an( K27( >"n0an( a2u/2i( ba&3a
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
91 O 9 2 71 + ' 1 O 7 2 + ' 2 71IK1 + 5M O 72IK2 + 5M Zntu'( 2"lan0( 3a'tu( -an0( 2a/a.( a'an( di1"#ol"& 71K1(O(72K2
Ingatlah IJK24M
atau L1(O(L2 IJK25M @"t"#an0an: 71 O(lua2(1"na/1an0(1(I/2M 72(O(lua2(1"na/1an0(2(I/2M K1 O('"c"1atan(Cat(cai#(1ada(1"na/1an0(1(I/Q22M K2 O('"c"1atan(Cat(cai#(1ada(1"na/1an0(2(I/Q22M L1 O(71(K1(O(d"bit(Cat(cai#(di(1"na/1an0(1(I/3Q2M L2 O(72(K2(O(d"bit(Cat(cai#(di(1"na/1an0(2(I/3Q2M +,%-"#"". /'0)A1( dan( +,%-"#"". /'0)E1( dina/a'an( $&%'.#..+ !"+5(+0(5.'7
Contoh 6.8 S"bua&(1i1a(-an0(lua2(1"na/1an0n-a(12(c/ (dan(1\(c/ (diali#i(ai#7(!ada(1"na/1an0(-an0 b"2a#.(la?u(ali#an(ai#n-a(adala&(4(/Q27(="#a1a'a&(la?u(ali#an(ai#(1ada(1"na/1an0(-an0('"cil4 C"*"$D >i'"ta&ui: 71(O(1\(c/2(O(1\(`(1[K4(/2 72(O(12(c/2(O(12(`(1[K4(/2 K1(O(4(/Q2 >"n0an(/"n00una'an(1"#2a/aan(d"bit(ai#.(di1"#ol"& 7 1\ $ 1[ "4 K2 O( 1 /K1(O( (`(4(/Q2(O(J(/Q2 72 12 $ 1[ "4 2
2
Aktivitas Fisika 6.3 Persamaan Kontinuitas Tujuan Percobaan Mengamati dan memahami persamaan kontinuitas Alat-Alat Percobaan 1. Dua buah selang yang berdiameter 1 cm atau lebih dengan panjang masingmasing 2 meter 2. Dua buah ember 3. Plastik tebal. Langkah-Langkah Percobaan 1. Tutuplah salah satu ujung selang dengan plastik tebal yang telah dilubangi. Diameter lubang plastik ±0,5 cm. 2. Sambungkan kedua selang pada kran yang aliran airnya sama besar. 3. Jawablah pertanyaan berikut. a. Untuk posisi kedua selang sama, semburan air pada selang manakah yang paling jauh? b. Apa yang akan terjadi jika dalam selang waktu yang sama, setiap air selang dialirkan pada ember yang berukuran sama? 4. Tulislah kesimpulan dari percobaan tersebut. 5. Buatlah Hukum Kontinuitas menurut versi Anda berdasarkan percobaan yang telah Anda lakukan. 6. Bandingkan dengan Hukum Kontinuitas yang sudah Anda pelajari.
Prinsip utama dari persamaan kontinuitas adalah pada selang waktu yang sama, debit fluida akan sama.
Informasi untuk Anda Seorang penyelam pemula sedang menarik napas pada kedalaman L untuk berenang ke atas. Dia mengabaikan instruksi untuk mengeluarkan napas secara perlahanlahan selama menuju ke permukaan. Selama perjalanan ke atas, tekanan udara luar pada tubuhnya berkurang hingga mencapai tekanan atmosfer. Tekanan darahnya juga berkurang sampai normal kembali. Oleh karena ia tidak membuang napas, ketika sampai ke permukaan terdapat perbedaan antara tekanan udara di dadanya dengan di dalam paru-parunya. Perbedaan tekanan ini dapat mengakibatkan paru-parunya pecah. Selain itu, tekanan darahnya turun drastis sehingga udara pun masuk ke dalam jantungnya. Hal ini dapat mengakibatkan kematian bagi penyelam tersebut.
Information for You A novice scuba diver takes enough air from his tank to fully expand his lung at depth L and swimming to the surface. He ignores instructions and fails to exhale during his ascent. As he ascends, the external pressure on him decreases, until it reaches the atmosphere pressure at the surface. His blood pressure also decreases, until it become normal again. However, because he does not exhale the air pressure in his lungs remain at the value it had at depth L. This pressure difference can explode his lungs. Besides that, his blood pressure decrease drastically which then carries the air to the heart. This two things can kill that novice diver. Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
Fluida
153
A
2. Hukum Bernoulli B
C
v
Gambar 6.26 Fluida mengalir.
v1 + t p1 A1 v2 + t
h1
!ada( b"?ana( b"#&ubun0an.( 1"#/u'aan( Cat( cai#( 1ada( 2"tia1( t"/1at a'an( 2a/a( tin00i7( Ual( t"#2"but( b"#la'u( 1ada( Cat( cai#( -an0( dia/7( Hadi. ?i'a( Cat( cai#( t"#2"but( b"#0"#a'.( '"adaan( t"#2"but( tida'( a'an( t"#?adi7 !"#&ati'an(!"#$"% '()'7( Hi'a( Cat( cai#( dala/( tabun0( tida'( b"#0"#a' /a'a( tin00i( 1"#/u'aan( Cat( cai#( 1ada( 1i1a( ).( 1i1a( =.( dan( 1i1a( D( a'an 2a/a7( Pa/un.( tin00i( 1"#/u'aan( Cat( cai#( 1ada( 2"tia1( 1i1a( a'an( b"#b"da ?i'a( Cat( cai#( t"#2"but( /"n0ali#( '"( 'anan7 )nda( t"la&( /"n0"ta&ui( ba&3a( '"la?uan( Cat( cai#( 1alin0( b"2a#( t"#da1at 1ada(1i1a(-an0(2"/1it.(na/un(a1a'a&(&al(t"#2"but(b"#la'u(1ula(1ada(t"'ananA n-a4( Zntu'( /"n0"ta&ui( ?a3aban( t"#2"but.( 1"#&ati'an( !"#$"% '()M7 S"ca#a(/at"/ati2.(1"#2a/aan(-an0(/"n00a/ba#'an(ali#an(
p2
0'.8. O(1.2./M(3.%.! ? O(6' G/$7K5
h2
Gambar 6.27 Perbedaan ketinggian fluida mengalir.
Tokoh Daniel Bernoulli (1700–1782)
IJK2JM
Z2a&a( total( -an0( di0una'an( untu'( /"n0ali#'an(
,1 2 1 2$1K1715(K($2K2725O( . 2 #K2 " 2 #K1 / (_(I#182(K(#181M 0 1 1 2 1 $1K1715(_( #K12 (_(#181(O($2K2725(_( #K2 (_(#182 777IllM 2 2 !"#&ati'an(+,%-"#"". /R17(?2(b"#tanda(n"0ati<('a#"na(a#a&(0a-a(62 b"#la3anan( a#a&( d"n0an( a#a&( 0"#a'( "n0an(/"n2ub2titu2i'an(+,%-"#"". /RRR1('"(+,%-"#"". /RR1(a'an di&a2il'an( 1"#2a/aan
Sumber: World Book Encyclopedia
Daniel Bernoulli adalah putra dari Johan Bernoulli, lahir di kota Basel dan bekerja sebagai dosen Matematika di Universitas Basel. Pamannya seorang matematikawan di Universitas tersebut yang pernah menciptakan materi baru dalam teori probabilitas, analisis geometri, dan kalkulus variasi. Bernoulli berhasil menciptakan prinsip hidrodinamika dan perhitungan aliran fluida. Selain itu, Bernoulli sangat berperan dalam mengembangkan teori probabilitas, kalkulus, dan persamaan diferensial.
154
$19/H/ 1 #K12 _(#181(G/$29_ 1 #K22 _(#182 IJK2^M 2 2 Hi'a()nda( /"n2ub2titu2i'an( 9 ! # ('"(+,%-"#"". /'0)M1.( a'an( di1"#ol"& ! $1 # _ 1 #K12 _(#181(O($2 # _ 1 #K22 _(#182 ! 2 ! 2
IJK2\M
@"/udian.( ?i'a( )nda( /"n0ali'an( +,%-"#"". /'0)G1( d"n0an( ! .( a'an di1"#ol"& $1(_( 1 ! K12 _( ! gh 1(O($2(_( 1 ! K22 _( ! 18 2 2 2
IJK2bM
+,%-"#"". /'0)F1( di2"but( ?u0a( >&%'.#..+/ E&%+"0**(.( -an0( 2"ca#a( u/u/ da1at( din-ata'an( d"n0an( 1"#2a/aan( b"#i'ut( ini7
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
1 $(_( 2 ! K2 _( ! 18 (O('on2tan
IJK3[M
="#da2a#'an(1"#2a/aan(="#noulli.(di'"ta&ui(ba&3a(t"'anan(di(dala/
3. Penerapan Hukum Bernoulli a. Alat Penyemprot Nyamuk !"#&ati'anla&( !"#$"% '()G( -an0( /"/1"#li&at'an( 2"bua&( alat 1"n-"/1#ot( n-a/u'7( )lat( t"#2"but( /"n00una'an( 1#in2i1( Uu'u/ ="#noulli7( Hi'a( 1"n0i2a1( 1o/1a( dit"'an.( uda#a( a'an( /"n0ali#( d"n0an '"c"1atan( tin00i( dan( '"lua#( /"lalui( luban0( 2"/1it( 1ada( tabun0( uda#a7 @"c"1atan(uda#a(-an0(tin00i(/"n-"bab'an(t"'anan(1ada(1"#/u'aan(1i1a W"ntu#i(/"n?adi(#"nda&7(Ual(t"#2"but(/"n-"bab'an(cai#an(obat(n-a/u'(da1at nai'('"(ata2(/"lalui(1i1a(W"ntu#i(dan(/"n-"/bu#('"lua#(b"#ca/1u#(uda#a7 b. Daya Angkat pada Sayap Pesawat Terbang Fa&u'a&( )nda( -an0( /"n-"bab'an( 1"2a3at( da1at( t"#ban04( !"2a3at da1at( t"#ban0( 'a#"na( adan-a( da-a( an0'at( 1ada( 2a-a17( >a-a(an0'at(1ada 1"2a3at(t"#ban0.(?u0a(/"n00una'an(1#in2i1(Uu'u/(="#noulli7(="ntu'(ba0ian ata2(2a-a1(1"2a3at(-an0(c"/bun0(/"n-"bab'an(adan-a(1"#b"daan(la?u(uda#a 1ada( ba0ian( ata2( dan( ba0ian( ba3a&n-a.( 2"1"#ti( di0a/ba#'an( ol"&( 0a#i2A0a#i2 0a-a(1ada(!"#$"% '()F7()li#an(uda#a(1ada(ba0ian(ata2(2a-a1(b"#0"#a'(l"bi& c"1at( da#i1ada( ba0ian( ba3a&n-a7( E"nu#ut( Uu'u/( ="#noulli.( t"'anan( 1ada ba0ian(ata2(1"2a3at(/"n?adi(l"bi&('"cil(da#i1ada(t"'anan(1ada(ba0ian(ba3a& 2a-a17(!"#b"daan(t"'anan(inila&(-an0(/"/buat(adan-a(0a-a(an0'at('"(ata2. -an0(b"2a#n-a(da1at(dituli2'an(2"ba0ai(b"#i'ut7 61(K(62 O I$1(K($2M(7 1 61(K(62 O I ! K12(K( ! K22M(7 2 1 IJK31M 61(K(62 O 2 ! 7IK22(K(K12M
F
pipa venturi
Gambar 6.28 Alat penyemprot nyamuk.
gaya angkat (F1)
gaya berat (F2)
Gambar 6.29 Garis arus fluida ideal pada sayap pesawat terbang.
="#da2a#'an(+,%-"#"". /'0@K1. da1at(dianali2i2(ba&3a(?i'a(1"2a3at b"#0"#a'( l"bi&( c"1at( /a'a( a'an( /"n0&a2il'an( 0a-a( an0'at( -an0( l"bi& b"2a#( 1ula7( >"n0an( d"/i'ian.( 2"/a'in( lua2( 1"na/1an0( 2a-a1.( 2"/a'in b"2a#( 1ula( 0a-a( an0'atn-a7
Contoh 6.9 S"bua&(1"2a3at(t"#ban0(d"n0an(lua2(1"na/1an0(2a-a1(4[(/2(b"#0"#a'(2"&in00a /"n0&a2il'an(1"#b"daan('"c"1atan(ali#an(uda#a(1ada(ba0ian(ata2(2a-a1(1"2a3at(dan ba0ian(ba3a&n-a.(-an0(/a2in0A/a2in0(b"2a#n-a(24[(/Q2(dan(2[[(/Q27(="#a1a'a& b"2a#(0a-a(an0'at(1ada(2a-a1.(?i'a(/a22a(?"ni2(uda#a(1.3('0Q/34 C"*"$D >i'"ta&ui: 7/O(1[(/2](K2(O(24[(/Q2 K1(O(2[[(/Q2]( ! (O(1.3('0Q/3 1 2 2 61(K(62 O( ! 7 " K2 " K1 # 2 1 O( (`(1.3('0Q/3(`(4[(/2(`(mI24[/Q2M2(K(I2[[/Q2M2n(O(45^7J[[(P 2 Hadi.(0a-a(an0'at(1ada(2a-a1(1"2a3at(t"#2"but(adala&(45^7J[[(P7
Fluida
155
c.
karburator
Sumber: www.firetrucks.uw.hu
Gambar 6.30 Karburator pada motor.
h p1
v1
h1
p2
v2 h2
Karburator @a#bu#ato#( /"#u1a'an( alat( 1"nca/1u#( ba&an( ba'a#( dan( uda#a7 !"nca/1u#an( t"#2"but( b"#tu?uan( untu'( /"/1"#/uda&( 1"/ba'a#an7 @a#bu#ato#( t"#di#i( ata2( tan0'i( 'a#bu#ato#.( 1"la/1un0.( 1i1a( W"ntu#i.( dan 1"n-"/1#ot( uda#a( I+";*&M7( Zda#a( -an0( /a2u'( '"( dala/( 'a#bu#ato# /"/ili'i( '"c"1atan( -an0( tin00i( 2"&in00a( /"n-"bab'an( t"'anan( 1ada u?un0( 1i1a( W"ntu#i( /"n?adi( #"nda&7( F"'anan( -an0( #"nda&( 1ada( u?un0 1i1a( W"ntu#i( /"n-"bab'an( ba&an( ba'a#( cai#( '"lua#( da#i( tabun0( ba&an ba'a#( /"lalui( 1i1a( W"ntu#i( /"nu?u( +";*&7( S"/bu#an( ba&an( ba'a#( cai# -an0(b"#ca/1u#(d"n0an(uda#a(da1at(/"n0&a2il'an(0a2(-an0(di2"but(#.+;&* -an0( b"#2i"/i'ian( 2"t"#u2n-a 2"&in00a( #oda( a'an( b"#0"#a'( 2"i#in0( d"n0an( 0"#a'an( nai'( tu#un( 1i2ton t"#2"but7 d. Pipa Venturi S"lain( di/an"n0an( /"n00una'an &u'u/( ="#noulli.( di1"#ol"& $2 " $1 ! 1 ! " K22 " K12 # 2
Gambar 6.31 Pipa venturi.
IJK32M
>a#i( 1"#2a/aan( 'ontinuita2( di1"#ol"&
71 K1 K2(O( 7 2
IJK33M
Hi'a( +,%-"#"". /'0@@1( di2ub2titu2i'an( '"( +,%-"#"". /'0@)1.( di1"#ol"& ,, 7 - $2 " $1 ! 1 ! K12 . . 1 / " 1 / 2 0 0 72 1 1
IJK34M
Fa/1a'( da#i( !"#$"% '(@L.( 2"li2i&( '"tin00ian( Cat( cai#( 1ada( 1i1a W"ntu#i( adala&( 87( Ual( t"#2"but( di2"bab'an( adan-a( 1"#b"daan( t"'anan +$ 7( E"nu#ut( &u'u/( &id#o2tati'.( 1"#b"daan( t"'anan( t"#2"but( adala& +$ ! ! 18 7( >"n0an( /"/a2u''an( 1"#b"daan( t"'anan( ini( '"( dala/ +,%-"#"". /'0@A1.( di1"#ol"&
218 2
K1(O( , 71 - " 1 .7 / 0 21 @"t"#an0an: K1 O! '"c"1atan( Cat( cai#( -an0( diu'u#( I/Q2M ! O( /a22a( ?"ni2( Cat( cai#( -an0( diu'u#( I'0Q/3M 71 O(lua2(1"na/1an0(1i1a(b"2a#(I/2M 72 O(lua2(1"na/1an0(1i1a('"cil(I/2M 8 O( 1"#b"daan( tin00i( #a'2a( I/M 1 O( 1"#c"1atan( 0#aWita2i( I/Q22M
156
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
IJK35M
e. Venturimeter dengan Manometer !"#$"% '(@)(/"nun?u''an(W"ntu#i/"t"#(-an0(dil"n0'a1i(/ano/"t"# dan(dii2i(d"n0an(Cat(cai#(-an0(/"/ili'i(/a22a(?"ni2( ! o7(>"n0an(/"n00una'an 1"#2a/aan(="#noulli.('"c"1atan(
tekanan tinggi tekanan rendah v1 .1
.2
v2
h A
B
Gambar 6.32
IJK3JM
Venturimeter yang dilengkapi manometer.
F"'anan( &id#o2tati'( di( )( O( t"'anan( &id#o2tati'( di( =( 2"&in00a
! 181 ' $1 ! ! o 182 ' $2 $1(K($2(O( ! o 182(K ! 181
IJK3^M
71K1(O(72K2
IJK3\M
!"#2a/aan( 'ontinuita2: >"n0an( /"la'u'an( 2ub2titu2i'an( da#i( +,%-"#"". /'0@M1( dan +,%-"#"". /'0@G1 '"( dala/( +,%-"#"". /'0@'1.( dida1at'an( 1"#2a/aan 218 " ! 2 " ! # K1(O(72( ! 7 " 7 " 1 2#
IJK3bM
@"t"#an0an: K1 O( '"c"1atan( Cat( cai#( -an0( diu'u#( I/Q2M ! o O( /a22a( ?"ni2( #a'2a( I'0Q/3M ! O( /a22a( ?"ni2( Cat( cai#( -an0( diu'u#( I'0Q/3M 71 O(lua2(1"na/1an0(1i1a(b"2a#(I/2M 72 O(lua2(1"na/1an0(1i1a('"cil(I/2M 8 O( 1"#b"daan( tin00i( #a'2a( I/M 1 O( 1"#c"1atan( 0#aWita2i( I/Q22M f.
Pipa Pitot !i1a( 1itot( adala&( alat( untu'( /"n0u'u#( '"la?uan( 0a2( atau( uda#a7 !"#&ati'an(!"#$"% '(@@7(!i1a(1itot(t"#di#i(ata2(1i1a(W"ntu#i(-an0(b"#i2i'an #a'2a7(Z?un0()(t"#bu'a('"(ata2.(2"dan0'an(u?un0(=(t"#bu'a(/"/an?an0 2"a#a&( d"n0an( datan0n-a( uda#a7( !"#b"daan( tin00i( #a'2a( dala/( 1i1a di2"bab'an( ol"&( 1"#b"daan( t"'anan( di( )( dan( =7 )li#an(uda#a(-an0(/a2u'('"(dala/(tabun0(dit"#u2'an('"(dala/(1i1a /"lalui(u?un0(=.(d"n0an('"c"1atan(b"#'u#an0(&in00a(/"nca1ai(nol7(!ada '"adaan(t"#2"but.(t"'anan(di(=(2a/a(d"n0an(t"'anan(di(titi'(>(dan(0a2 dala/( '"adaan( dia/7 >"n0an( /"n00una'an( 1"#2a/aan( ="#noulli.( ( d"n0an( 87( O( 8E( dan '"c"1atan( 0a2( di( =( 2a/a( d"n0an( nol.( a'an( dida1at
aliran gas A
v1
v2
B 2
1
p1 h D
C
Gambar 6.33 Pipa pitot
Fluida
157
$1 ' 1 ! K12 ! $2 2 $2 " $1 ! 1 ! K12 2
IJK4[M
="da(t"'anan(anta#a(titi'(1(dan(titi'(2(I$2(K($1M(2a/a(d"n0an(t"'anan &id#o2tati'( Cat( cai#( di( dala/( /ano/"t"#.( -aitu $2 " $1 ! ! o 18
>"n0an(/"la'u'an(2ub2titu2i(+,%-"#"". /'0AL1('"(+,%-"#"". /'0AK1. di1"#ol"& 1 ! K 2 ! ! o 18 2 1 2! o 18 2 ((((((( K1 ! !
Kata Kunci • • • • • •
K1 !
aliran turbulen aliran laminer hukum Bernoulli manometer persamaan kontinuitas venturimeter
Tes Kompetensi Subbab
IJK41M
2! o 18 2! o 18 K! ! ((atau((( !
IJK42M
@"t"#an0an: K O( '"c"1atan( ali#( 0a2Quda#a( I/Q2M ! o O( /a22a( ?"ni2( ai#( #a'2a( I'0Q/3M ! O( /a22a( ?"ni2( 0a2Quda#a( I'0Q/3M 8 O( 1"#b"daan( tin00i( ai#( #a'2a( I/M
C
N,%6"8".3"= ;"3"# $484 3"?7=".( 17
27
37
158
="#at(2"bua&(1"2a3at(-an0(/"/ili'i(lua2(total(2a-a1 2[(/2(adala&(157[[[(P7(@"c"1atan(ali#an(uda#a(1ada ba0ian( ba3a&( 2a-a1( \[( /Q27( ="#a1a'a&( '"c"1atan ali#an(uda#a(1ada(ba0ian(ata2(2a-a1(?i'a(0a-a(an0'at dina/i'n-a( 2a/a( d"n0an( b"#at( 1"2a3at( t"#2"but4 I1"2a3at(dala/('"adaan(2"i/ban0M7(Ea22a(?"ni2(uda#a 2aat(itu(1.2('0Q/37 S"bua&(ba'(t"#bu'a(b"#i2i(ai#(2"tin00i(5(/7(="#a1a'a& '"c"1atan( '"lua#n-a( ai#( 1ada( 2"bua&( luban0( -an0 t"#l"ta'( di( da2a#( ba'.( ?i'a( lua2( 1"#/u'aan( luban0 t"#2"but([.5(c/24(Uitun0(ban-a'n-a(ai#(-an0(da1at dita/1un0(dala/(3a'tu(1(?a/7 ="#a1a'a&(0a-a('"(ata2(-an0(diala/i(ol"&(2"bua& 1"2a3at(-an0(/"/ili'i(l"ba#(2a-a1(total(15(/2.(?i'a '"c"1atan(ali#an(uda#a(di(ata2(dan(di(ba3a&(2a-a1 J[(/Q2(dan(5[(/Q24(Ea22a(?"ni2(uda#a(1ada('"tin00ian itu(1.1('0Q/37
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
47
57
J7
S"bua&(1"2a3at(/"nda1at(t"'anan('"(ata2(2"b"2a# b3.J(PQ/27(Hi'a('"c"1atan(ali#an(uda#a(1ada(ba0ian ata2(2a-a1(1"2a3at(4[(/Q2.(b"#a1a'a&('"c"1atan(ali#an uda#a(1ada(ba0ian(ba3a&(2a-a1(1"2a3at(t"#2"but(?i'a /a22a(?"ni2(uda#a(1.2('0Q/34 !"#b"daan(tin00i(#a'2a(dala/(2"bua&(/ano/"t"#(2uatu W"ntu#i/"t"#(iala&(4(c/7(="#a1a'a&('"c"1atan(ai#(1ada 1"na/1an0(-an0(l"bi&(b"2a#.(?i'a(lua2(1"na/1an0(-an0 b"2a#( dan( '"cil( /a2in0A/a2in0( 5[( c/2( dan( 3[( c/24 >i'"ta&ui(/a22a(?"ni2(#a'2a(13.J(0#Qc/37 @"c"1atan(ali#an(1ada(ba0ian(1i1a(-an0(b"2a#(da#i 2uatu(W"ntu#i/"t"#(2[(c/Q27(="#a1a'a&(1"#b"daan tin00i(#a'2a(I/a22a(?"ni2(13.J(0Qc/3M(1ada(/ano/"t"# ?i'a(1"#bandin0an(anta#a(lua2(1"na/1an0(b"2a#(dan '"cil(adala&(3(:(14
Rangkuman 17
27
F"'anan(/"#u1a'an(b"2a#(0a-a(-an0(b"'"#?a(1ada 2uatu(1"#/u'aan(diba0i(d"n0an(lua2(0a-a7
5! : 7 F"'anan( &id#o2tati'a( /"#u1a'an( t"'anan( -an0 diala/i(Cat(cai#(1ada('"dala/an(t"#t"ntu7(F"'anan &id#o2tati'a(2an0at(di1"n0a#u&i(ol"&(0a-a(0#aWita2i dan('"dala/an(ai#7 5(O ! B8 Uu'u/(!a2cal(/"n-ata'an(ba&3a(t"'anan(-an0 dib"#i'an(1ada(2uatu(Cat(cai#(dala/(#uan0(t"#tutu1 dit"#u2'an(2a/a(b"2a#('"(2"0ala(a#a&7(!#in2i1('"#?a don0'#a'(&id#oli'(dan(1"n0an0'at(&id#oli'(b"'"#?a b"#da2a#'an(Uu'u/(!a2cal7
% ! 6 2! 8"?ala('a1ila#ita2(adala&(1"#i2ti3a(nai'(atau(tu#unn-a 1"#/u'aan(Cat(cai#(/"lalui(luban0Aluban0('"cil(atau 'a1il"#7(Fin00i(Cat(cai#(di(dala/(1i1a('a1il"#(adala& 2(O( J7
61 62 71 O( 7 2 37
47 57
Uu'u/()#c&i/"d"2(b"#bun-i.(b"nda(-an0(t"#c"lu1 '"( dala/(
^7
2% co2 & ! 1%
ci2'o2ita2( atau( '"'"ntalan( adala&( 0"2"'an( -an0 di/ili'i(ol"&(
1 2 _( ! 18 (O('on2tan 2 !K Uu'u/(="#noulli(di/an
\7
Fluida
159
Peta Konsep :347;" /"/ba&a2
Fluida(Stati2
Fluida(>ina/i2
/"/ba&a2
dian00a1
F"'anan(Uid#o2tati2
Fluida(gd"al
Uu'u/()#c&i/"d"2 F"0an0an(!"#/u'aan Uu'u/(!a2cal
/"n0&a2il'an
!"#2a/aan(@ontinuita2 !"#2a/aan(="#noulli dia1li'a2i'an( 1ada
@a1ila#ita2
p 8a-a()n0'at(!"2a3at p Fabun0(c"ntu#i p !i1a(!itot
!"#2a/aan(ci2'o2ita2
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu dapat mengetahui konsep tekanan pada zat cair,hukum-hukum yang berlaku baik pada zat cair yang diam maupun pada zat cair yang bergerak. Dari materi-materi yang ada pada bab ini, bagian manakah yang menurut Anda paling sulit
160
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
dipahami? Coba Anda diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda. Dalam bab ini, dijelaskan pula beberapa manfaat dari konsep yang dibahas. Coba sebutkan manfaat yang Anda peroleh setelah mempelajari materi pada bab ini.
Tes Kompetensi Bab 6 H( +737=3"= -"3"= -"?4 6"*"$". S".B 5"37.B ?,5"? ;". 8,%6"8".3"= 5";" $484 3"?7=".( 17
27
37
47
57
J7
^7
S"'"1in0( /ata( uan0( lo0a/( ?i'a( dic"lu1'an( dala/ (/"/ili'i(lua2 1"na/1an0(^.5(/2(-an0 b"#0"#a'( b"ba2( tan1a 0"2"'an( 2"&in00a( da1at 1 m x /"n"'an(1"0a2(2"?au&(O7 Hi'a(nilai('on2tanta(1"0a2 P O(^75[[(PQ/(dan(/a22a ?"ni2(Cat(cai#(5[[('0Q/3.(1an?an0(O(O(7777 a7 [.4(/ d7 [.^(/ b7 [.5(/ "7 1(/ c7 [.J(/ S"bua&(a'ua#iu/(dii2i(ai#(/"lalui(2"bua&('"#an(-an0 d"bitn-a([.5(lit"#(1"#(2"'on7(F"#n-ata.(ada(luban0(-an0 lua2n-a(1.25(c/2(t"1at(di(da2a#('aca(a'ua#iu/7(Fin00i ai#(/a'2i/u/(dala/(a'ua#iu/(t"#2"but(adala&(7777
a7 2[(c/ d7 \[(c/ b7 4[(c/ "7 1[[(c/ c7 J[(c/ \7 S"bua&(b"nda(t"#a1un0(di(ata2(1"#/u'aan(ai#(-an0 dila1i2i(/in-a'7(S"ban-a'(5[(q(Wolu/"(b"nda(b"#ada di(dala/(ai#.(3[q(di(dala/(/in-a'.(dan(2i2an-a(b"#ada di(ata2(1"#/u'aan(/in-a'7(Hi'a(/a22a(?"ni2(/in-a'(O [.\(0Qc/3.(/a22a(?"ni2(b"nda(t"#2"but(adala&(7777 a7 [.J2(0Qc/3 d7 [.^\(0Qc/3 b7 [.J\(0Qc/3 "7 [.\2(0Qc/3 c7 [.^4(0Qc/3 b7 )i#(/"n0ali#(/"l"3ati(1i1a(W"ntu#i/"t"#(2"1"#ti(1ada 0a/ba#(b"#i'ut(ini7 45 cm
v A1
A2
Hi'a(lua2(1"na/1an0(71(dan(72(/a2in0A/a2in0(5(c/2 dan(4(c/2.(dan(1(O(1[(/Q22.('"c"1atan(ai#(IKM(-an0 /"/a2u'i(1i1a(W"ntu#i/"t"#(adala&(7777 a7 3(/Q2 d7 b(/Q2 b7 4(/Q2 "7 25(/Q2 c7 5(/Q2 1[7 !"#&ati'an(0a/ba#(b"#i'ut(ini7 F"'anan(di(1i1a(1(dan(1i1a 2(b"#tu#utAtu#ut($1(dan($27 h )da1un(K1(dan(K2((/"#u1aA 'an( '"c"1atan( ali#an( ai# 1ada( 1i1a( 1( dan( 27( Hi'a v1 2"li2i&(tin00i(1"#/u'aan(ai# v P2 2 P1 1ada(1i1a(1(dan(2(2"b"2a#(8 dan(/a22a(?"ni2(ai#(2"b"2a#( ! .(di1"#ol"&(&ubun0an(7777 a7 K1(K(K2(O( ! 18 d, $1(_($2((O( ! 18 b7 $1(K($2(O( ! 18 "7 K2(K(K1(O( ! 18 c7 $2(K($1(O( ! 18 117 S"bua&( 1i1a( 'a1il"#( -an0( b"#dia/"t"#( [7JJ( // di/a2u''an(t"0a'(lu#u2('"(dala/(b"?ana(-an0(b"#i2i #a'2a(I/a22a(?"ni2( ! (O13.J2(0Qc/3M7(Sudut('onta' anta#a(#a'2a(d"n0an(1i1a(adala&(143h(I2in(3^h(O([.JM7 Hi'a(t"0an0an(1"#/u'aan(Cat(cai#(adala&([.4\(PQ/. 1"nu#unan( '"tin00ian( #a'2a( dala/( 1i1a( 'a1il"# di&itun0(da#i(1"#/u'aan(Cat(cai#(dala/(b"?ana(I1(O 1[(/Q22M(adala&(7777 a7 12[(c/ d7 2.2^(c/ b7 1.JJ(c/ "7 3.[[(c/ c7 2.[[(c/
Fluida
161
127 S"bua&( lo0a/( b"#b"ntu'( bola( b"#?a#iA?a#i( [.\( c/ b"#0"#a'(W"#ti'al('"(ba3a&(d"n0an('"la?uan(t"ta1 2"b"2a#([.5(c/Q27(Hi'a(/a22a(?"ni2(i'"ta&ui(0a#i2(t"n0a&(t"t"2(ai#(&u?an([.5(//.(/a22a ?"ni2(uda#a(1.3[('0Q/3.(dan('o"i(uda#a.(n"#aca((/"nun?u''an(2'ala(12(P7(S"t"la& b"nda( di/a2u''an( '"( dala/( ai#( I ! ( O( 1( 0Qc/3M. n"#aca( /"nun?u''an( an0'a( \( P7( colu/"( b"nda t"#2"but(adala&(7777 a7 4(`(1[K4(/3 d7 ^(`(1[K4(/3 K4 3 b7 5(`(1[ (/ "7 \(`(1[K4(/3 K4 3 c7 J(`(1[ (/ 157 S"#an00a(da1at(b"#di#i(di(ata2(1"#/u'aan(ai#(a'ibat adan-a(7777 a7 0a-a()#c&i/"d"2 d7 0a-a(#"0an0an b7 0a-a(!a2cal "7 2i
C"*"$3"= 5,%?".S"". $,%784? 7.7 ;,.B". ?,5"?(
17
Suatu(2i2t"/(1"n-"diaan(ai#(&a#u2(/a/1u(/"n-u1lai ai#(2a/1ai(1ada('"tin00ian(5[(/(2"ca#a(t"0a'(lu#u27 ="#a1a'a&(t"'anan(-an0(di1"#lu'an(untu'(/"nca1ai '"tin00ian(t"#2"but4 ="#at(2"bua&(b"nda(di(uda#a(37[[[(P7(Hi'a(diti/ban0 di(dala/(ai#.(b"#atn-a(2[[(P7(@"/udian.(b"nda(t"#2"but diti/ban0(di(dala/(/in-a'(I ! (O([.^(0Qc/3M7 a7 ="#a1a'a&(Wolu/"(b"nda(t"#2"but4 b7 ="#a1a'a&(b"#at(b"nda(di(dala/(/in-a'4 !ada(2"bua&('ola/(-an0(ba0ian(da2a#n-a(b"#u'u#an [.5(`(1(/(dituan0'an(2(/3(ai#(I ! (O(1(0Qc/3M7 a7 ="#a1a'a&(tin00i(ai#(di(dala/('ola/(itu4 b7 ="#a1a'a&(0a-a(-an0(b"'"#?a(1ada(da2a#('ola/4 c7 ="#a1a'a&(0a-a(-an0(b"'"#?a(1ada(2"tia1(dindin0 'ola/4
27
37
162
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
1^7 S"bua&(1"2a3at(t"#ban0(d"n0an(lua2(1"na/1an0(2a-a1 2[( /2( b"#0"#a'( 2"&in00a( /"n0&a2il'an( 1"#b"daan '"c"1atan(ali#an(uda#a(1ada(ba0ian(ata2(2a-a1(1"2a3at dan(ba0ian(ba3a&n-a.(/a2in0A/a2in0(b"2a#n-a(25[(/Q2 dan(2[[(/Q27(="2a#n-a(0a-a(an0'at(1"2a3at(?i'a(/a22a ?"ni2(uda#a(1.3('0Q/3(adala&(7777 a7 2b2.5(P d7 2b275[[(P b7 27b25(P "7 27b257[[[(P c7 2b725[(P 1\7 rua2(1"na/1an0('"#an(1ada(2"bua&(ba'(adala&(4(c/27 >ala/(1[(d"ti'.(ai#(-an0(t"#ta/1un0(di(ba'(t"#2"but adala&(1[[(lit"#7(@"c"1atan(#ataA#ata(ai#(-an0('"lua#(da#i '"#an(t"#2"but(adala&(7777 a7 5(/Q2 d7 2[(/Q2 b7 1[(/Q2 "7 25(/Q2 c7 15(/Q2 1b7 !"#&ati'an(0a/ba#(b"#i'ut7
h1 h2
A
C
Hi'a(81(O(1.J(/./82(O([.\(/.(dan(ai#(?atu&(di(D.(?a#a' anta#a(titi'()(dan(D(O(777(/ a7 1.J d7 2.2 b7 1.\ "7 2.4 c7 2.[ 2[7 S"bua&(1i1a(-an0(lua2(1"na/1an0n-a(/a2in0A/a2in0 1[(c/2( dan( 1J( c/2( diali#i( ai#7( ra?u( ali#an( ai#( 1ada 1"na/1an0(-an0(b"2a#(adala&(5(/Q2.(la?u(ali#an(1ada 1"na/1an0(-an0('"cil(adala&(7777 a7 [.3125(/Q2 d7 312.5(/Q2 b7 3.125(/Q2 "7 3125(/Q2 c7 31.25(/Q2 47
57
!"#b"daan(tin00i(ai#(#a'2a(dala/(/ano/"t"#(2"bua& W"ntu#i/"t"#(adala&(5(c/7(Hi'a(lua2(1"na/1an0(1i1a b"2a#(1[[(c/2(dan(1i1a('"cil(1(c/2..( ! ai#(O(1[3('0Q/3. dan(/a22a(?"ni2(ai#(#a'2a(13.J(`(1[3('0Q/3(.(1(O(1[(/(Q22. &itun0la&('"c"1atan(ali#an(ai#(2aat(itu7 S"bua&('ola/(d"n0an(Wolu/"(5(/3(dala/('"adaan 'o2on0(diali#i(ai#(l"3at(2"lan0(1la2ti'(-an0(b"#1"na/1an0 4(c/27(Hi'a(ai#(/"n0ali#(d"n0an('"c"1atan(1[(/Q2.(2"t"la& b"#a1a(d"ti''a&('ola/(t"#2"but(1"nu&4
Bab
7 Sumber: www.dailytimes.com.pk
Balon udara dapat terbang karena di dalamnya berisi udara panas yang lebih ringan daripada udara di sekitarnya.
Teori Kinetik Gas Hasil yang harus Anda capai: menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik.
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
A. Gas Ideal B. Prinsip Ekuipartisi Energi C. Kecepatan Efektif Partikel Gas
163
Tes Kompetensi Awal Sebelum mempelajari konsep Teori Kinetik Gas, kerjakanlah soal-soal berikut dalam buku latihan. I4 ?"#/26(,&>1,21%&-(*&+(,-&2")'(3(2&'$&(281*<")?&73(= V4 Q",-(3((.1,&/'()(&'(3(2&2")#(,-?&@(-($8(,(&>()( 6(%&-(*&2")*"#/2&2")8(*/6&-(*&$'"(.? 8",-",'(.$6(,(.1,&/'()(&(-()&'(3(2")-")(6&,($60 K4 73(6(%&+(,-&'$8(6*/'&'",-(,&81.()$2(*&-(*? 2/)/,0&'(,")#".16? W4 73(&3",-")2$(,&'()$&",")-$&'(.(8&-(*?
A. Gas Ideal 5(%/6(%& 7,'(& +(,-& '$8(6*/'& '",-(,& -(*& $'"(.?& @(-($8(,(6(% #",2/6&'()$&3")*(8((,&-(*&$'"(.?&A,2/6&8",-"2(%/$,+(0&3".(9()$.(%&/)($(, #")$6/2& *">()(& *(6*(8(4
1. Pengertian Gas Ideal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
y l A x
z
Gambar 7.1 Gerak arah partikel-partikel gas dalam ruang tertutup.
tekanan (p)
2. Persamaan Gas Ideal Robert Boyle& HIJKLMIJNIO0& *"1)(,-& $.8/G(,& ;)(,>$*0& 8".(6/6(, 3")>1#((,&'(,&3",-(8(2(,&/,2/6&8",-"2(%/$&%/#/,-(,&(,2()(&2"6(,(, '(,&P1./8"&-(*&'(.(8&*/(2/&)/(,-&2")2/2/3&3('(&*/%/&61,*2(,4&E/#/,-(, 2")*"#/2& '$/,-6(3& 3('(& 2(%/,& IJJJ& '(,& '$6",(.& '",-(,& E/6/8& @1+."4 E/6/8& @1+."& 8",+(2(6(,& #(%G(& 9$6(& '(.(8& */(2/& )/(,-& 2")2/2/3 2")'(3(2& -(*& $'"(.& +(,-& */%/,+(& '$/*(%(6(,& 2"2(30& 2"6(,(,& -(*& (6(, #")#(,'$,-& 2")#(.$6& '",-(,& P1./8"& -(*4& Q",/)/2& @1+."0& 3")*(8((, 6"('((,& -(*& %(,+(& '$2",2/6(,& 1."%& 2"6(,(,& H!O& '(,& P1./8"& H"O& -(* *"%$,--(& 3('(& -(*& (6(,& #").(6/& 3")*(8((, !#"&R&61,*2(,&&&&&(2(/&&&&&!I&"I&R&!K&"K
p2
100 K isotermal
p1 V1
V2
volume (V)
Gambar 7.2 Grafik hubungan tekanan (p) terhadap volume (V) pada suhu konstan.
164
HLMIO
S"2")(,-(,T ! R&2"6(,(,&HFU8K&(2(/&;(O " R&P1./8"&H8VO Persamaan (7–1)& '$6",(.& *"#(-($& E/6/8& @1+."& '(,& #").(6/& /,2/6 %(83$)&*"8/(&-(*&'",-(,&6")(3(2(,&)",'(%4&C)(<$6&%/#/,-(,&(,2()(&2"6(,(, '(,& P1./8"& -(*& 2(83(6& 3('(& Gambar 7.24& D$6(& 2"6(,(,& '$2/)/,6(,0 P1./8"& -(*& (6(,& ,($64& ?"#(.$6,+(0& 9$6(& 2"6(,(,& -(*& '$,($66(,0& P1./8" -(*& (6(,& 8",-">$.0& '",-(,& *+()(2& */%/& -(*& 2"2(34
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Charles&HILWJMIXKVO&'(,&Joseph Gay Lussac&HILLXMIXYZO&8".(6/6(, 3",-(8(2(,&'",-(,&3")>1#((,&2",2(,-&%/#/,-(,&(,2()(&*/%/&'(,&P1./8" 3('(& 2"6(,(,& 2"2(34& Q")"6(& 8",-(2(6(,0& 9$6(& 2"6(,(,& -(*& '(.(8& )/(,2")2/2/3& '$9(-(& 61,*2(,0& P1./8"& -(*& *"#(,'$,-& '",-(,& */%/& 8/2.(6,+(4 ?">()(& 8(2"8(2$*0& '$,+(2(6(,& '",-(,& 3")*(8((, " " " &R&61,*2(,&&&&&(2(/&&&&& I &R& K $ $I $K
HLMKO
S"2")(,-(,T "&R&P1./8"&H8VO $&R&*/%/&8/2.(6&H%O
Tokoh Joseph Louis Gay Lussac (1778–1850)
D$6(&*/%/&-(*$(*(,+(&'$,+(2(6(,&'(.(8& t[\0&*/%/&8/2.(6&$&8",-= -/,(6(,& *(2/(,& S".P$,& HSO& '$,+(2(6(,& '",-(,& 3")*(8((, $&R&t&]&KLV
HLMVO
\%()."*& '(,& C(+& !/**(>& 9/-(& #")%(*$.& 8",+".$'$6$& %/#/,-(,& (,2()( */%/&'(,&2"6(,(,&3('(&P1./8"&2"2(34&S"'/(,+(&8",-(2(6(,0&9$6(&P1./8" -(*& +(,-& #")('(& '(.(8& )/(,-& 2")2/2/3& '$9(-(& 61,*2(,0& 2"6(,(,& -(* *"#(,'$,-& '",-(,& */%/& 8/2.(6,+(4& ?">()(& 8(2"8(2$*0& '(3(2& '$,+(2(6(, '",-(,& 3")*(8((, !I !K ! R&61,*2(,&&&&&(2(/&&&& $ &R& $ HLMWO $ I K @")'(*()6(,& Persamaan& (7–2O& '(,& (7–4)0& 3('(& 6")(3(2(,& )",'(%0 %(*$.& 6(.$& !"& *"#(,'$,-& '",-(,& 2"83")(2/)& $0& *"*/($& '",-(,& 3")*(8((, !" !' &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&!"&R&'$&&&&(2(/&&& HLMYO $ '",-(,& '& ('(.(%& 61,*2(,2(& 6"*"#(,'$,-(,& +(,-& *"*/($& '",-(,& *(2/ 8(>(8& -(*& 2")2",2/4 D$6(& $,'"6*& I& '$-/,(6(,& /,2/6& ,$.($& !0& "0& '(,& $& (G(.0& *"'(,-6(, $,'"6*& K& '$-/,(6(,& /,2/6& ,$.($ !0& "0& '(,& $& (6%$)0& '$3")1."%& 3")*(8((, #")$6/24 !I "I !K "K ! HLMJO $I $K Persamaan&(7–5)&'(,&(7–6)&'$*"#/2&3")*(8((,&Hukum Boyle-Gay Lussac4 E/6/8& @1+."=C(+& !/**(>& #").(6/& /,2/6& -(*& $'"(.& +(,-& 8(**(& '(, 9/8.(%&81.&-(*,+(&2"2(34&D$6(&8(**(&'(,&9/8.(%&81.&-(*,+(&2$'(6&2"2(30 3")*(8((,& 6"('((,& -(*& $'"(.& #")/#(%& 8",9('$
!" &R&'&'",-(,&'&R&() $ !" ! () &(2(/&!"&R&(#)#$ $
HLMLO
Sumber: Jendela Iptek 3, 1997
Ia dilahirkan di Prancis tahun 1778. Setahun setelah lulus dari politeknik Paris, ia ditawari pekerjaan oleh Claude-Louis Berthollet, kimiawan Prancis yang terkemuka. Berthollet memiliki laboratorium sendiri dan memimpin sekelompok ilmuwan muda di daerahnya. Gay Lussac mengadakan banyak riset bersama Berthollet dan Pierre Simon Laplace, dua ilmuwan yang dibiayai dan dilindungi oleh Napoleon Bonaparte. Gay-Lussac selamat dari arus revolusi Prancis, tetapi ayahnya tertangkap dan dipenjarakan. Pada 1802, ia mengulangi percobaan Alexander Cesar Charles. Ia menemukan fakta bahwa jika gas dipanaskan pada suhu tetap, volumenya akan bertambah sebanding dengan suhu mutlak. Jika suhunya dinaikkan dua kali lipat, volumenya akan meningkat dua kali. Hukum ini kali pertama ditemukan oleh Charles. Akan tetapi, karena Charles tidak mempublikasikannya, hukum tersebut kadang-kadang disebut hukum Charles, kadangkadang disebut Hukum Gay-Lussac.
S"2")(,-(,T (&R&9/8.(%&81.&-(* )&R&X0VIW&DU81.S&H2"2(3(,&/8/8&-(*O D/8.(%&81.&-(*&H(O&8")/3(6(,&3")#(,'$,-(,&(,2()(&8(**(&-(*&'",-(, 8(**(&81."6/.&)".(2$<,+(&H*O4&?">()(&8(2"8(2$*0&9/8.(%&81.&-(*&H(O&'(3(2 '$,+(2(6(,& '",-(,& 3")*(8((, (&R& + &&&&&(2(/&&&&&+&R&(* *
HLMXO
Teori Kinetik Gas
165
D$6(& Persamaan (7–8)& '$*/#*2$2/*$6(,& 6"& '(.(8& Persamaan (7–7)0 (6(,& '$3")1."%& 3")*(8((,& #")$6/24 !"&R&
V (m3)
HLMNO
B()$&Persamaan (7–9)0&'(3(2&'$2",2/6(,&8(**(&9",$*&H " O&*/(2/&-(*0 +($2/ + ,* " R& &R& HLMIZO " )$
p1 p2
p3
T (K)
?".($,& '(3(2& '$,+(2(6(,& '(.(8& 9/8.(%& 81.0& 3")*(8((,& /8/8& -(* $'"(.& 9/-(& '(3(2& '$,+(2(6(,& '(.(8& 9/8.(%& 3()2$6".& -(*& 2")*"#/2& HNO4 D/8.(%&3()2$6".&-(*&8")/3(6(,&%(*$.&6(.$&9/8.(%&81.&-(*&2")*"#/2&'",-(, #$.(,-(,& 7P1-)('14 N&R&(N7
Gambar 7.3 Grafik hubungan volume (V) terhadap suhu mutlak (T) secara isobarik dengan p1 > p2 > p3. p (Pa)
+ #)$ *
V1 V2
V3
T (K)
Gambar 7.4 Grafik hubungan tekanan (p) terhadap suhu mutlak secara isokhorik dengan V 1 > V2 > V 3.
Ingatlah Pada suhu kamar dan tekanan tertentu, gas dapat memiliki sifat yang mendekati gas ideal.
N (&R& N
.
HLMIIO
D$6(&Persamaan& (7–11)& '$*/#*2$2/*$6(,& 6"& '(.(8& Persamaan& (7–7)0 (6(,& '$3")1."%& 3")*(8((,& #")$6/24 N !"&R& N &)$ . D$6(& /& R& ) 0& 3")*(8((,& 2")*"#/2& 8",9('$ N. !"&R& N/$ HLMIKO S"2")(,-(,T N R& 9/8.(%& 3()2$6".& -(* N 7 R$.(,-(,&7P1-(')1&R&J0ZKV&^&IZKV&81."6/.U81. / R&2"2(3(,[email protected]`8(,&R&I0VX&^&IZMKV&DUS
Contoh 7.1 ?(2/&81.&-(*&8","83(2$&P1./8"&I&8V&'(,&*/%/&-(*&3('(&*((2&2")*"#/2&('(.(%&IKL[\4 5",2/6(,.(%&2"6(,(,&-(*&2")*"#/24 Jawab: B$6"2(%/$T (&R&I&81. )&R&X0VIW&DU81.S "&R&I&8V $#R&IKL&[\&R&HIKL&]&KLVO&R&WZZ&S B",-(,&8",--/,(6(,&3")*(8((,& !#"&R&(##)#$0&'$3")1."% !HI&8VO&R&HI&81.OHX0VIW&DU681.SOHWZZ&SO& !#!&R&V0VKJ&^&IZV&FU8K D('$0&2"6(,(,&-(*&2")*"#/2&('(.(%& !&R&V0VKW&^&IZV&FU8K4
Contoh 7.2 ?(2/&.$2")&-(*&8"8$.$6$&2"6(,(,&I&(28&3('(&2"83")(2/)&MKV[\4&@")(3(6(%&2"6(,(, -(*&2")*"#/2&9$6(&P1./8",+(&8",9('$&Z0Y&.$2")&'(,&2"83")(2/),+(&8",9('$&LL[\? Jawab: B$6"2(%/$T $I&R&HMKV&]&KLVO&R&KYZ&S_&"K&R&Z0Y&.$2") $K&R&HLL&]&KLVO&R&VYZ&S_&!I&R&I&(28 "I&R&I&.$2")
166
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
B",-(,&8",--/,(6(,&Persamaan (7–6)0&'$3")1."% !K #Z0 Y&! $ #I&(28 $#I&! $ !I"I !K "K !& &R& ! VYZ&S KYZ&S $I $K !K&R&K0X&(28 D('$0&2"6(,(,&-(*&2")*"#/2&('(.(%&K0X&(284
Contoh 7.3 ?"#/(%&2(#/,-&+(,-&P1./8",+(&I&.$2")&8"8$.$6$&./#(,-&+(,-&8"8/,-6$,6(,&/'()( 6"./()& '()$& 2(#/,-4& Q/.(=8/.(& */%/& /'()(& '(.(8& 2(#/,-& ('(.(%& KL[\4& 5(#/,'$3(,(*6(,&%$,--(&*/%/,+(&8",9('$&IKL[\4&5",2/6(,&3")#(,'$,-(,&(,2()(&8(**( -(*&+(,-&6"./()&'()$&2(#/,-&'(,&8(**(&(G(.,+(4 Jawab: 5(#/,->1)&*"%$,--(&2"6(,(,&2$'(6")/#(%&H!&61,*2(,O&8"*6$3/,&'$3(,(*6(,4 $I&R&KL&]&KLV&R&VZZ&S0&$K&R&IKL&]&KLV&R&WZZ&S !" * I + " '",-(,&8",--/,(6(,&3")*(8((,&!#"&R &)#$&(2(/&+&R& * ) $ !" * I B(.(8&%(.&$,$0&& &61,*2(,&*"%$,--(&&+& # ) $ D$6(&'$8$*(.6(,&8(**(&(G(.&-(*&R&+I&'(,&8(**(&(6%$)&-(*&'(.(8&2(#/,-&('(.(%&+K0 '(3(2&'$2/.$* +K $ &R& I R& VZZ&S &&&(2(/#+K&R& V +I4 +I $K WZZ&S W a."%&6()",(&8(**(&-(*&+(,-&2")*$*(&+K&R& V +I0")()2$&2".(%&6"./()&-(*&*"#(,+(6& $ +0 W I +($2/& $ +&R#+K&M&+I&R& +I4 W B",-(,&'"8$6$(,0&3")#(,'$,-(,&(,2()(&8(**(&-(*&+(,-&6"./()&'(,&8(**(&-(*&&(G(.,+( ('(.(%&&
Kata Kunci • gas ideal • jumlah mol
$+ &R& I 4 +I W
Tes Kompetensi Subbab
A
Kerjakanlah dalam buku latihan. I4 ?(2/&81.&-(*&8","83(2$&P1./8"&KZZ&'8V4&?/%/&-(* 3('(&*((2&$2/&IKL[\4&5",2/6(,.(%&2"6(,(,&-(*&2")*"#/24 K4 ?(2/& .$2")& -(*& 3('(& 2"6(,(,& I& (281*<")& 8"8$.$6$ 2"83")(2/)&KL[\4&@")(3(6(%&2"6(,(,&-(*&2")*"#/2&9$6( P1./8",+(&'$/#(%&8",9('$&Z0Y&.$2")&'(,&2"83")(2/)= ,+(&8",9('$&LL[\? V4 @")(3(6(%&P1./8"&X&-)(8&-(*&%".$/8&3('(&*/%/&IY[\ '(,&2"6(,(,&&WXZ&88E-?&H*)&R&W&6-U681.O
W4
?"#/(%&2(,-6$&/'()(&+(,-")$*$&KZ&6-&/'()(&3('(&2"6(,(, N&(28&'$*$83(,&'$&2"83(2&+(,-")*/%/&J[\4&;('(&*((2 '$3$,'(%6(,& 6"& #",-6".& +(,-& #")*/%/& VL[\0& 6(2/3 3",-(8(,&3('(&2(,-6$&8"8#"#(*6(,&*"9/8.(%&/'()(4 D$6(&6(2/3"6")9(&6"2$6(&/'()(&'(.(8&2(#/,-&8"."#$%$ N0Y&(280&2",2/6(,&8(**(&/'()(&+(,-&'$#"#(*6(,?
B. Prinsip Ekuipartisi Energi ;('((%(*(,&*"#"./8,+(0&2".(%&'$9".(*6(,(%G(&*"2$(3&3()2$6".&-(* $'"(.&*".(./")-")(6& *"%$,--(& 8",-%(*$.6(,& ",")-$& 6$,"2$64& a."%&6()",( *$<(2& -(*& $'"(.& '$2$,9(/& *">()(& 6"*"./)/%(,0& ",")-$& 6$,"2$6& *"2$(3& 3()2$6".= ,+(& 8")/3(6(,& ",")-$& 6$,"2$6& )(2(=)(2(4& E(.& 2")*"#/2& 8",+"#(#6(, 2$8#/.,+(& 3)$,*$3& "6/$3()2$*$& ",")-$4
Teori Kinetik Gas
167
1. Tekanan Gas dalam Ruang Tertutup
y !
dinding A
z
m0
vx
! dinding B
x
Gambar 7.5 Tanda panah menyatakan momentum sebuah molekul setelah menumbuk dinding.
;")%(2$6(,& Gambar 7.54& ?/(2/& -(*& $'"(.& 2")6/)/,-& '(.(8& *"#/(% 6/#/*& +(,-& 8"8$.$6$& 3(,9(,-& )/*/6& ! 4& ?"#/(%& 3()2$6".& '()$& -(*& $'"(. 2")*"#/2& #")-")(6& '(.(8& ()(%& */8#/-0& '",-(,& 6">"3(2(,& 1 0 & '(, 8".(6/6(,& -")(6& #1.(6=#(.$6& '()$& '$,'$,-& 7& 6"& '$,'$,-& @0& 6"8/'$(, 6"8#(.$&.(-$&6"&'$,'$,-&74&D()(6&+(,-&'$2"83/%&3()2$6".&2")*"#/2&('(.(% K ! 4&S">"3(2(,&*".(8(")-")(6&*".(./&*(8(&6()",(&2/8#/6(,&+(,-&2")9('$ (,2()3()2$6".& '(,& '$,'$,-& '$(*/8*$6(,& *"#(-($& 2/8#/6(,& .",2$,-& *"8= K!
3/),(4& b(62/& 2"83/%& 3('(& -")(6& #1.(6=#(.$6& 2")*"#/2& ('(.(%& t& R& 1 0 0 *"'(,-6(,& #(,+(6,+(& 2/8#/6(,& 3")& *(2/(,& G(62/& +(,-& '$#/(2& 1."% 1 3()2$6".& '(,& '$,'$,-& @& ('(.(%& 0 4& 7'(3/,& 3")/#(%(,& 818",2/8& +(,K! '$(.(8$& 81."6/.& '(3(2& '$2/.$*6(,& *"#(-($& #")$6/24 &&&&&&&&&&&&&&3")/#(%(,&818",2/8&R&818",2/8&(6%$)&M&818",2/8&(G(. $p &R&M+3v0&M&+3v0 $p R&MK&+3v0
Tantangan untuk Anda
HLMIVO
5(,'(& ,"-(2$<& 3('(& 818",2/8& (6%$)& 3()2$6".& 8",/,9/66(,& ()(% -")(6&3()2$6".&*"2".(%&2/8#/6(,0&+(,-").(G(,(,&()(%&'",-(,&()(%&-")(6 (G(.,+(4& B()$& 3")*(8((,& 3")/#(%(,& 818",2/8& 2")*"#/20& '(3(2& '$>()$ -(+(& +(,-& #"6")9(& 3('(& 3()2$6".0& +($2/& 3")/#(%(,& 818",2/8& +(,'$3$,'(%6(,& 1."%& 3()2$6".& 6"& '$,'$,-& 3")& *(2/(,& G(62/4 $p F R& $t %K+ 3 v 0 F R& K! 10 %+3 v 0K F R& HLMIWO ! ;('(& 6",+(2((,,+(0& 3()2$6".& +(,-& 8",/8#/6& '$,'$,-& 2$'(6& %(,+( *(2/& 3()2$6".0& 2"2(3$& *"9/8.(%& N& 3()2$6".4& a."%& 6()",(& $2/0& -(+(& +(,'$2")$8(& '$,'$,-& (6$#(2& 2/8#/6(,& N& 3()2$6".& ('(.(%
% N +3 v 0K F0&R& !
Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
Pernahkah Anda minum minuman bersoda? Ketika Anda membuka tutup botolnya, akan terbentuk kabut tipis di sekitar tutup botol tersebut. Mengapa hal ini terjadi?
HLMIYO
5(,'(&,"-(2$<&3('(&Persamaan (7–15)&%(,+(&8",/,9/66(,&()(%&-(+(,+( *(9(4&D$6(&7,'(&%(,+(&$,-$,&8",-"2(%/$"*(),+(0&2(,'(&,"-(2$<&2")*"#/2&'(3(2 '$%$.(,-6(,4& A,2/6& 8",-"2(%/$& 2"6(,(,& +(,-& '$(.(8$& '$,'$,-& 2(#/,-0 3")*(8((,& 2")*"#/2& '$#(-$& '",-(,& ./(*& 3")8/6((,& 6/#/*& H7O4& E(.& 2")*"#/2 '$6()",(6(,& 2"6(,(,& 8")/3(6(,& 3")/#(%(,& 818",2/8& +(,-& '$3$,'(%6(, 1."%&*"9/8.(%&3()2$6".&6"&'$,'$,-&3")&*(2/(,&G(62/&/,2/6&*"2$(3&*(2/(,&./(*4 N +3 v 0 K F p0&R& 0 &R& . !. a."%& 6()",(& !. R& P1./8"& H"O0& (6(,& '$'(3(26(,& 3")*(8((, N +3 v 0K HLMIJO " p0& ('(.(%& 2"6(,(,& 3('(& '$,'$,-& /,2/6& */8#/-04& B",-(,& >()(& +(,*(8(0& 2"6(,(,& -(*& 3('(& '$,'$,-& 2"-(6& +(,-& *"()(%& */8#/-2& '(,& */8#/-3 '$)/8/*6(,& *"#(-($& #")$6/24
p0&R&
168
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
N+3 v 2K N+3 v 3 K &&'(,&&p`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p2&R&
'(.(8& #",2/6& ",")-$& 6$,"2$6& )(2(=)(2(& # 6/ $ & '()$& 3()2$6".& -(*0& +($2/ E /&R& I #+3 v K K +3 v K&R&K&6/ D('$0
! R& K N 6/ V "
HLMIXO
S"2")(,-(,T& 6/ R& ",")-$& 6$,"2$6& )(2(=)(2(& *(2/& 3()2$6".& -(*& H91/."O4
Contoh 7.4 D$6(&6">"3(2(,&3()2$6".&-(*&8",9('$&'/(&6(.$&6">"3(2(,&*"8/.(0&2",2/6(,.(%"*(),+( 2"6(,(,&+(,-&'$%(*$.6(,4 Jawab: K I N+ ! 1 E/#/,-(,&2"6(,(, H!O&2")%('(3&6".(9/(,&H1O&('(.(%&!&R& V " K a."%&6()",(&,$.($&I N+ &61,*2(,0&,$.($&!&*"#(,'$,-&'",-(,& 1 &&*"%$,--( V " K !K 1KK #K1I $ ! ! !W !I 1IK 1I D('$0&2"6(,(,&-(*&8",9('$&"83(2&6(.$&2"6(,(,&*"8/.(4
Contoh 7.5 ?"#/(%&2(#/,-&'",-(,&P1./8"&Z0V&8V&8",-(,'/,-&K&81.&E".$/8&3('(&*/%/&KL[\4 B",-(,&8",-(,--(3&E".$/8&*"#(-($&-(*&$'"(.0&2",2/6(,T (4 ",")-$&6$,"2$6&-(*&E".$/8_ #4 ",")-$&6$,"2$6&)(2(=)(2(&*"2$(3&81.&-(*&E".$/8&2")*"#/24 Jawab: (4 B$6"2(%/$T P1./8"&2(#/,-&"&R&Z0V&8V_&&&&&(&R&K&81. $#R&HKL&]&KLVO&S
Teori Kinetik Gas
169
Pembahasan Soal Sebuah ban sepeda memiliki volume 100 cm3. Tekanan awal dalam ban sepeda adalah 0,5 atm. Ban tersebut dipompa dengan suatu pompa yang volumenya 50 cm3. Jika diasumsikan temperatur tidak berubah, tekanan dalam ban sepeda setelah dipompa 4 kali adalah .... a. 0,1 atm d. 4,5 atm b. 2,5 atm e. 5,0 atm c. 4,0 atm Soal Tes ITB Tahun 1975 Pembahasan: Volume ban = V1 = 100 cm2 p1 = 0,5 atm V2 = 4 × 50 cm3 = 200 cm3 p2 = 76 cmHg = 1 atm Setelah pemompaan ban selesai maka akan berlaku: pban Vban = p1V1 + p2V2 pban
= =
p1V1 + p2V2 Vban #0,5 atm$#100 cm3 $ + #1atm$#200 cm3 $ 100 cm3
= 2,5 atm. Jadi, tekanan ban setelah dipompa sebesar 2,5 atm. Jawaban: b
#4
B",-(,&8",--/,(6(,&Persamaan (7–18)0&'$3")1."% KN V V 6 &(2(/&N 6/ R& &!"& ! N 6/ R& (#)$ !&R& V" / K K V N 6/ R& HK&81.O&HX0VIW&DU81.SO&HVZZ&SO&R&L4WXK0J&D K D('$0&",")-$&6$,"2$6&212(.&-(*&('(.(%&L4WXK0J&91/."4 D/8.(%&81."6/.&-(*&('(.(%&N&R&(&N7 N&R&HK&81.O&HJ0ZKV&^&IZKV&81."6/.U81.O&R&IK0ZWW&^&IZKV c,")-$&6$,"2$6&)(2(=)(2(&*"2$(3&81."6/.&('(.(% L4WXK0J&D ! J0KV " IZ %KI &91/."4 6/ ! N6 / ! N IK0ZWW " IZKV A,2/6&6(*/*&P1./8"&-(*&2$'(6&'$3")%$2/,-6(,4
2. Energi Kinetik dan Energi Dalam Gas B(.(8&2$,9(/(,&8$6)1*613$*0&3()2$6".=3()2$6".&'(.(8&-(*&*".(./")-")(6 *"%$,--(&3()2$6".=3()2$6".&2")*"#/2&8"8$.$6$&",")-$&6$,"2$64&;")*(8((,&",")-$ 6$,"2$6& 3('(& 3()2$6".& -(*& $'"(.& '(3(2& '$2/)/,6(,& *"#(-($& #")$6/24 !" R& N/$ I ! R& &+1K& N V " ?/#*2$2/*$& '()$& 6"'/(& 3")*(8((,& 2")*"#/2& (6(,& 8",-%(*$.6(,& 3")= *(8((,& #")$6/24 I N/$ R& +1K& N " V " I K +1 R#/$ V K I K # +1 R&/$ V K I #+1K R& K &/$ V K
# $
# $
#
$
V &/$ HLMINO K Q/,>/.,+(& <(621)& 3",-(.$& V& 3('(& Persamaan (7–19)& '$*"#(#6(,& 1."% 3")*(8((,& )(2(=)(2(& 61831,",& P"621)& 6">"3(2(,4 '",-(,&&&&&&&&10&R&12&R&13 1K&R&10K&]&12K&]&13K 1K&R&V10K4
6/ R&
a."%&6()",(&$2/0&<(621)&3",-(.$&V")6($2(,&'",-(,&'")(9(2&6"#"#(*(, -")(6& 3()2$6".& +(,-& #")2)(,*.(*$& 6"& ()(%& */8#/-00& 20& '(,& 34& Persamaan (7–19)").(6/&/,2/6&-(*&81,1(218$6&+(,-")2"6(,(,&)",'(%4&\1,21% -(*& 81,1(218$6& ('(.(%& %".$/8& HE"O0& ,"1,& HF"O0& '(,& ()-1,& H7)O4 A,2/6&-(*&'$(218$60&*"3")2$&EK0&aK0&'(,&FK0&3('(&*/%/&'(,&2"6(,(, V )",'(%& ",")-$& 6$,"2$6,+(& & /$4& 76(,& 2"2(3$0& #")'(*()6(,& "6*3")$8",0 K Y '$'(3(26(,& #(%G(& 3('(& */%/& *"'(,-& ",")-$& 6$,"2$6,+(& *"#"*()& & /$4 K L ;('(& */%/& '(,& 2"6(,(,& 2$,--$0& ",")-$& 6$,"2$6,+(& *"#"*()& /$4& 5(%/6(% K 7,'(0& 8",-(3(& '"8$6$(,? ;")%(2$6(,& Gambar 7.64& ;('(& -(*& '$(218$60& '/(& (218,+(& '$(,--(3 *"#(-($& #1.(& 6">$.& +(,-& '$%/#/,-6(,& 1."%& *"#/(%& 3"-(*4& ;/*(2& 8(**( 3()2$6".& 8".(6/6(,& -")(6& 2)(,*.(*$& '",-(,& 61831,",& 6">"3(2(,& 3('( */8#/-00& */8#/-20& '(,& */8#/-3# *"%$,--(& 8"8$.$6$& V& '")(9(2& 6"#"#(*(, /,2/6& -")(6& 2)(,*.(*$& HGambar 7.6 (a)O4
170
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
;('(& */%/& *"'(,-0& 3()2$6".& -(*& '$(218$60& *".($,& 8".(6/6(,& -")(6 2)(,*.(*$0& '(3(2& 9/-(& #")12(*$& 2")%('(3& */8#/-00& */8#/-20& '(,& */8#/-30 *"3")2$&2").$%(2&3('(&Gambar 7.6 (b)&'",-(,&",")-$&6$,"2$6&600&620&'(,&634 d12(*$&3('(&*/8#/-0&8",-%(*$.6(,&,$.($&+(,-&*(,-(2&6">$.&6()",(&*/8#/ )12(*$& 8".(./$& */8#/& 6"'/(& 3()2$6".4& 7'(3/,& )12(*$& 2")%('(3& */8#/-2& '(,
I */8#/-3# 8",-%(*$.6(,& ",")-$& 6$,"2$6& )(2(=)(2(0& +($2/& K^ /$ R /$4 & a."% K 6()",(& $2/0& 3('(& */%/& *"'(,-0& 3()2$6".& -(*& '$(218$6& 8".(6/6(,& -")(6& )12(*$ '(,& 2)(,*.(*$& *"%$,--(& ",")-$& 6$,"2$6,+(& 8",9('$ V Y 66 R /$ 4/$ 5 /$ HLMKZO K K ;('(&*/%/&'(,&2"6(,(,&2$,--$0&3()2$6".&-(*&'$(218$6&'(3(2&8".(6/6(, 2$-(& -")(6(,0& +($2/& #")2)(,*.(*$0& #")12(*$0& '(,& #")P$#)(*$4& C")(6& P$#)(*$ 8"8$.$6$& '/(& 9",$*& 61,*2)$#/*$& ",")-$0& +($2/& ",")-$& 6$,"2$6& '(,& ",")-$ 312",*$(.& ".(*2$64& C")(6& P$#)(*$& 2")*"#/2& 8",-%(*$.6(,& '/(& '")(9(2 6"#"#(*(,4& B",-(,& '"8$6$(,0& ",")-$& 6$,"2$6& -(*& '$(218$6& 3('(& */%/ '(,& 2"6(,(,& 2$,--$& 8",9('$ V L 66 R /$ 4/$ 4/$ 5 /$ K K
y
x z
H#O
x
y
H>O
z
HLMKIO
B",-(,& '"8$6$(,0& #"*(),+(& ",")-$& 6$,"2$6& 3()2$6".& #")-(,2/,-& 3('( */%/&'(,&2"6(,(,&+(,-&(6(,&8"8",-()/%$&-")(6(,&'()$&3()2$6".&2")*"#/24 ;('(&*"2$(3&-")(6(,&H2)(,*.(*$0&)12(*$0&'(,&P$#)(*$O0&*"2$(3&3()2$6".&8"8$.$6$ >()(& /,2/6& 8",+$83(,& ",")-$,+(4 ;",$,9(/(,& ",")-$& 6$,"2$6& *"3")2$& $,$& '$,(8(6(,& !78(s8!# e/;8!<7t8s8 e(e7=84&;)$,*$3&$,$&8",+(2(6(,(%G(&/,2/6&*/(2/&*$*2"8&3()2$6".&-(*&3('( */%/& 8/2.(6& $& '",-(,& *"2$(3& 3()2$6".,+(& 8"8$.$6$& >& '")(9(2& 6"#"#(*(, H?e=7ee# o># >7ee?o+O0& ",")-$& 6$,"2$6& )(2(=)(2(& *"2$(3& 3()2$6".& 66& ('(.(%
&I ' 66 R > ( /$ ) *K +
z
H(O
HLMKKO
x y
Gambar 7.6 Gerak molekul diatomik: (a) gerak translasi dari pusat massa; (b) gerak rotasi terhadap sumbu kartesius; dan (c) gerak vibrasi sepanjang sumbu molekul.
a."%&6()",(&-(*&2")'$)$&(2(*&N&3()2$6".0&9/8.(%&*"./)/%&",")-$&6$,"2$6 3()2$6".& -(*& '(.(8& */(2/& )/(,-& 2")2/2/3& H'$*"#/2& 9/-(& ",")-$& '(.(8& -(*O '$,+(2(6(,& '",-(,& 3")*(8((, A&R&N6/
&I ' A R N> ( /$ ) *K +
HLMKVO
A,2/6&-(*&'$(218$60&*"3")2$&-(*&EK0&aK0&'(,&FK&8"8$.$6$&",")-$&'(.(8 HAO& *"#(-($& #")$6/24 I4 ;('(&*/%/&)",'(%&HeKYZ&SO_&>&R&V&H2$-(&'")(9(2&6"#"#(*(,O V A&R&N66&R& N#/#$ K
K4
HLMKWO
;('(&*/%/&*"'(,-&HeYZZ&SO_&>&R&Y&H.$8(&'")(9(2&6"#"#(*(,O Y K
A&R&N66&R& N#/#$
HLMKYO
Ingatlah • Untuk gas monoatomik, f = 3. • Untuk gas diatomik suhu sedang, f = 5. • Untuk gas diatomik suhu tinggi, f = 7.
Teori Kinetik Gas
171
Kata Kunci • • • •
ekuipartisi energi energi dalam gas energi kinetik gas tekanan gas
V4
;('(&*/%/& 2$,--$& HeI4ZZZ& SO_& >&R&L&H2/9/%& '")(9(2& 6"#"#(*(,O L K
A&R&N66&R& N#/#$
HLMKJO
D$6(&*/(2/&-(*&'(.(8&*"#/(%&2(#/,-&8",-(.(8$&3")/#(%(,&*/%/&'()$ $I&8",9('$&$K0&",")-$&'(.(8&-(*&9/-(&(6(,&8",-(.(8$&3")/#(%(,4&A,2/6 -(*& 81,1(218$60& #").(6/ V K
V K
$ A#R& (#)&H $ $O&R& (#)&H$K&M&$IO
?">()(& /8/8& '$2/.$*
V K
$ A&R& (#)& $ $
HLMKLO
HLMKXO
Contoh 7.6 ?"#/(%&2(,-6$")$*$&K&81.&-(*&%".$/8")*/%/&KZ[\4&D$6(&%".$/8&'$(,--(3&*"#(-($&-(* $'"(.0&%$2/,-.(%&",")-$&212(.&*$*2"8&'(,&9/-(&",")-$&6$,"2$6&)(2(=)(2(&*"2$(3&81."6/.4 Jawab: V c,")-$&212(.&81."6/.0&60#'(3(2&'$%$2/,-&'",-(,&)/8/*& ()$#H6()",(&%".$/8&('(.(% K -(*&81,1(218$6O4&7'(3/,&",")-$&)(2(=)(2(&3")&81."6/.0&6/0#'(3(2&'$%$2/,-&'",-(, V )/8/*& /$4 K B$6"2(%/$T (#R&K&81._ )#R&X0VI&DU81.S $#R&KLV&]&KZ&R&KNV&S V 6 5# ()$ K V R& HK&81.OHX0VIW#DU81.SOHKNV&SO#R&L4VZX&D K V 6 / R& #/$ K V 5& HI0VX&^&IZMKV#DUS&OHKNV&SO&R&J0ZL&^&IZMKI&D4 K
Contoh 7.7 5",2/6(,&",")-$&'(.(8&'()$&*(2/&81.&-(*&81,1(218$6&3('(&*/%/&IKL[\4 Jawab: B$6"2(%/$T ( R&I&81. 5 R&HIKL&]&KLVO&R&WZZ&S N7 R&J0ZKV&^&IZKVU81. ) R&X0VIW&DU81.S N R&(#N7B a."%&6()",(&-(*&81,1(218$6&8(6( V V A&R& (#)$&R& HI&81.O&HX0VIW&DU81.&SO&HWZZ&SO K K A&R&W4NXX0W&D4
172
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Tes Kompetensi Subbab
B
Kerjakanlah dalam buku latihan. I4
K4
B(.(8&*/(2/&)/(,-0&2")'(3(2&W&-)(8&-(*&aK&'(,&W&-)(8 FKB#@")(2&81."6/.&aK&R&VK&-U81.&'(,")(2&81."6/.&FK&R KX&-U81.4&E$2/,-.(%&3")#(,'$,-(,&",")-$&6$,"2$6&2)(,*.(*$ )(2(=)(2(& 6"'/(& 81."6/.& '(,& 3")#(,'$,-(,& (,2()( 6">"3(2(,&6"'/(&81."6/.&2")*"#/24 B/(&81.&-(*&16*$-",&2")'(3(2&3('(&*"#/(%"9(,( #")P1./8"&J&.$2")&'",-(,&2"6(,(,&J&(284&E$2/,-.(% ",")-$&6$,"2$6&2)(,*.(*$&)(2(=)(2(&'()$&81."6/.&16*$-", 3('(&61,'$*$&2")*"#/24
HQ(**(&81."6/.&16*$-",&('(.(%&Y0VI&^&IZMKJ&6-O PetunjukT E$2/,-&'/./&$&'",-(,&)/8/*&!"#R#()$0&6"8/'$(, V -/,(6(,&)/8/*&6/#R /$4&b(.(/3/,&16*$-",&('(.(% K V Y 81."6/.& '$(218$60& '$& *$,$& '$-/,(6(,& 0& #/6(,& K K 6()",(& +(,-& '$2(,+(6(,& ('(.(%& ",")-$& 6$,"2$6 2)(,*.(*$0/6(,&",")-$&81."6/.4
C. Kecepatan Efektif Partikel Gas D$6(&'(.(8&*/(2/&)/(,-&2")2/2/3&2")'(3(2&*"#(,+(6&NI&81."6/.&+(,#")-")(6& '",-(,& 6">"3(2(,& 1I0& NK& 81."6/.& +(,-& #")-")(6& '",-(,& 6">"= 3(2(,&1K0&'(,&*"2")/*,+(0&)(2(=)(2(&6/(')(2&6">"3(2(,&3()2$6".&-(*&1K&'(3(2 '$2/.$*& *"#(-($& #")$6/24 1K &R&
NI 1IK % N K 1KK % 444 % N 8 18 K # N 8 18 K $ , R& NI N K % 444 % N 8 N8
HLMKNO
S">"3(2(,&"<"62$<&3()2$6".&-(*&1)8*&H)8*&R#7oot#+e<(#sC;<7eO&'$'"<$,$= *$6(,& *"#(-($& (6()& '()$& )(2(=)(2(& 6/(')(2& 6">"3(2(,4 1)8*&R& 1K &(2(/&1)8*KR 1K
HLMVZO
A,2/6& 8",+(2(6(,& 6">"3(2(,& )(2(=)(2(& '()$& 3()2$6".& -(*0& 2$,9(/.(% %/#/,-(,& (,2()(& ",")-$& '(.(8& HAO& '(,& ",")-$& 6$,"2$6& )(2(=)(2(& 3()2$6". -(*& H6/O0& +($2/ V A I 66&R& &(2(/& +31)8*K&R& /$ K K N *"%$,--(& '$3")1."% 1)8*K&R& V/$ &&&(2(/&&&1)8*R V/$ +3 +3
HLMVIO
1."%& 6()",(
* ) +3&R& N &'(,&/&R& N 7 7 B",-(,&*&('(.(%&8(**(&81."6/.&)".(2$<0& N7&('(.(%$.(,-(,&7P1-(')10 '(,&)&('(.(%&61,*2(,2(&-(*4&Persamaan&(7–31)&'(3(2&'$2/.$*6(,&*"#(-($")$6/24 1)8*&R&
V)$ *
HLMVKO
D$6(& 3")*(8((,& !"& R& ()$& '$*/#*2$2/*$6(,& 6"& Persamaan (7–32)0 (6(,& '$'(3(26(,& 3")*(8((,& #")$6/24 1)8*&R&
V !" (*
HLMVVO
Teori Kinetik Gas
173
B",-(,&+&R&(*&*"#(-($&8(**(&212(.&-(*&'(,&8(**(&9",$*&-(*& " !
+ "
8(6(& Persamaan (7–33)& '(3(2& '$2/.$* 1)8*&R&
V! "
HLMVWO
;"),+(2((,&6">"3(2(,&"<"62$<&3('(&Persamaan (7–34)&8",/,9/66(, #(%G(&3('(&*/%/&2")2",2/0&81."6/.=81."6/.&-(*&+(,-&."#$%&)$,-(,&)(2(=)(2( #")-")(6&."#$%&>"3(24&C(*&%$')1-",&'",-(,&8(**(&81."6/.&K&-U81.&(6(,")= -")(6&"83(2&6(.$&."#$%&>"3(2&'()$3('(&-(*&16*$-",4&5(#".")$6/2&8"83")= .$%(26(,& 6">"3(2(,& "<"62$<& H1)8*O& #"#")(3(& 9",$*& -(*& 3('(& */%/& 2")2",2/4 Tabel 7.1 S">"3(2(,&c<"62$<&@"#")(3(&C(*&3('(&?/%/&KZ[\
Informasi untuk Anda Energi Matahari berasal dari reaksi fusi nuklir yang berasal dari penggabungan 2 buah proton. Sebenarnya, proton memiliki gaya tolak menolak dengan proton lainnya karena muatannya sejenis. Selain itu, proton tidak memiliki energi kinetik yang cukup besar untuk mengatasi gaya tolak-menolak tersebut. Akan tetapi, ada sebagian proton yang memiliki kecepatan tinggi sehingga memiliki energi kinetik yang cukup besar. Oleh karena itu, Matahari masih bersinar.
Information for You The suns energy is supplied by nuclear fusion process that starts with the merging of two protons. However, protons have a motion to repel each other because of their electrical charges and protons of average speed do not have enough kinetic energy to overcome the repulsion. Very fast protons with speed can do so, however and for that reason the sun can shine. Sumber: Fundamentals of Physics, 2001
Gas
Massa 1 mol gas (10–3 kg/mol)
vrms (m/s)
EK E" EKa F" FK&(2(/&\a Fa \aK ?aK
&&K0ZK &&W0Z IX KZ0I KX VZ WW WX
I4NZK I4VYK JVL JZV YII WNW WZX VNZ Sumber: Fundamental of Physics, 2001
Contoh 7.8 E$2/,-.(%&6">"3(2(,&"<"62$<&-(*")8(**(&9",$*&IZ&6-U8V&+(,-")('(&'(.(8&2(#/,#")2"6(,(,&IK&^&IZY&&;(4 Jawab: B$6"2(%/$T " &R&IZ&6-U8V_&!&R&IK&^&IZY&;( S">"3(2(,&"<"62$<&3()2$6".&-(*&'$%$2/,-&'",-(,&8",--/,(6(,&Persamaan (7–34)4 Y 1)8*&R& V! &R& VHIK " IZ ;(O &R& VJ "IZW &8U*R&JZZ&8U* " IZ&6-U8 V D('$0&6">"3(2(,&"<"62$<&-(*&('(.(%&JZZ&8U*4
Contoh 7.9 5",2/6(,&3")#(,'$,-(,&6">"3(2(,&"<"62$<&(,2()(&81."6/.=81."6/.&-(*&%$')1-", HQ)&R&K&-U81.O&'(,&-(*&16*$-",&H*)&R&VK&-U81.O&3('(&*/%/&2")2",2/4 Jawab:
V)$ * S">"3(2(,&"<"62$<&*"#(,'$,-&'",-(,&(6()&'()$&6"#(.$6(,&8(**(&81."6/.&)".(2$<,+(4 ?">()(&8(2"8(2$*0&'$2/.$*6(, 1)8*R&
I * # EK $ * #DK $ 1)8* # DK $ 1 #D $ VK&-U81. &R& &R& &R& &R& )8* K &R&&W4 K&-U81. 1)8* #EK $ 1)8* #EK $ I * # DK $ * # EK $
174
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Tes Kompetensi Subbab
C
Kerjakanlah dalam buku latihan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
Y4 J4
L4
X4
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
Rangkuman I4
K4
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c,")-$&6$,"2$6&-(*T
K 6/&R &/$ V
V4
c,")-$& '(.(8& -(*& ('(.(%& 9/8.(%& *"./)/%& ",")-$ 6$,"2$6&3()2$6".&-(*&'(.(8&*/(2/&)/(,-&2")2/2/34
K A&R&N66&R& N#/#$ V @")$6/2&$,$0&",")-$&'(.(8&/,2/6&-(*&'$(218$64 (4 ;('(&*/%/&)",'(%&HeKYZ&SO_&>&R&V&H2$-(&'")(9(2 6"#"#(*(,O4
W4
V A&R&N66&R& N#/#$ K #4 ;('(&*/%/&*"'(,-&HeYZZ&SO_&>&R&Y&H.$8(&'")(9(2 6"#"#(*(,O4 Y A&R&N66&R& N#/#$ K >4 ;('(&*/%/&2$,--$&HeI4ZZZ&SO_&>&R&L&H2/9/% '")(9(2&6"#"#(*(,O4 L A&R&N66&R& N#/#$ K S">"3(2(,& "<"62$<& 3()2$6".& -(*& '(3(2& '$6"2(%/$ '",-(,&3")*(8((,T V! 1)8*&R& "
Teori Kinetik Gas
175
Peta Konsep
Teori Kinetik Gas 8"8#(%(*
C(*&f'"(. ;)$,*$3&c6/$3()2$*$&c,")-$
#").(6/
S">"3(2(,&c<"62$< ;()2$6".&C(*
8"8#(%(*
E/6/8&@1+."
E/6/8 @1+."=C(+&!/**(>
5"6(,(,&C(*&'(.(8 d/(,-&5")2/2/3 '(3(2& 8",>()$
!"&R&2"2(3 +&'(,& ( 2"2(3
!" $
R&61,*2(,2(
c,")-$&S$,"2$6&'(, c,")-$&B(.(8&C(* +&'(,& ( 2$'(6& 2"2(3
!" $
R#(#)
3('(
C(* Q1,1(218$6
C(* B$(218$6
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu akan mengetahui bahwa gas ideal di alam tidak ada. Anda juga tentu menjadi paham tentang prinsip ekuipartisi energi, energi kinetik, dan energi dalam gas, serta kecepatan efektif dari gerak partikel gas. Dari materi yang dipelajari pada bab ini, bagian manakah yang
176
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
menurut Anda sulit dipahami? Coba diskusikan bersama teman atau guru Fisika Anda. Anda menjadi tahu alasan mengapa balon gas dapat mengapung merupakan manfaat mempelajari bab ini. Coba Anda cari manfaat lain mempelajari bab ini.
Tes Kompetensi Bab 7 A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan. I4
K4
;('(&E/6/8&@1+."0&!"&R&/0&&'",-(,&/&('(.(%&4444 (4 '(+( '4 */%/ #4 /*(%( "4 61,*2(,2(&-(* >4 818",2/8&.$,"() ;('(&-(8#()")$6/20&P1./8"&2(#/,-&@#*(8(&'",-(, K&6(.$&P1./8"&2(#/,-&74
V
>4
V
"4 V
p
V
V
W4
Y4
J4
#4
"4
p
p
T
p
T
3N
?$*2"8&2")*"#/2&'$$*$&'",-(,&-(*&$'"(.4&D/8.(%&81."6/. '(.(8&2(#/,-&7&*(8(&'",-(,&F&'(,&'(.(8&2(#/,-&@ ('(.(%&VF4&D$6(&-(*&'(.(8&2(#/,-&7")*/%/&VZZ&S0 */%/&-(*&'(.(8&2(#/,-&@&('(.(%&4444 (4 IZZ&S '4 WYZ&S #4 IYZ&S "4 JZZ&S >4 KZZ&S @1+."&8"8#/(2&*/(2/&%/#/,-(,&(,2()(&2"6(,(,&'(, P1./8"&'()$&*/(2/&-(*4&D$6(&'$,+(2(6(,&'(.(8&-)(<$60 (6(,")#",2/6&*"3")2$&-)(<$6&4444 p p (4 '4
p
T
B N
p
p
T
>4
A
#4
'4
p
T
kapiler
V4
(4
B(.(8&*(2/(,&*$*2"8&f,2"),(*$1,(.0&*(2/(,&2"6(,(,&-(* '$,+(2(6(,&'",-(,&4444 (4 (28 '4 &>8E#4 FU8 "4 &91/." >4 FU8K C(*&'(.(8&)/(,-&2")2/2/3")*/%/&WK[\&'(,")2"6(= ,(,&L&(280&*")2(&P1./8",+(&X&.$2")4&D$6(&-(*&'$3(,(*6(, *(83($&XL[\0&2"6(,(,&,($6&*"#"*()&I&(28&'(,&P1./8" -(*&(6(,&4444 (4 #")6/)(,-&IZg '4 #")2(8#(%&KZg #4 2"2(3 "4 #")2(8#(%&IKg >4 #")6/)(,-&KZg C)(<$6&(,2()(&2"6(,(,&-(*&H!O&+(,-&8(**(,+(&2")2",2/ 3('(&P1./8"&2"2(3&*"#(-($&,-*$&'()$&*/%/&8/2.(6 H$O&('(.(%&4444
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email protected]`8(,&/&R&I0VX&^&IZMKV&D0&",")-$ 6$,"2$6&*"#/(%&(218&%".$/8&3('(&*/%/&KL[\&('(.(%&4444 (4 W0IW&^&IZMKI&D '4 J0KI&^&IZMKI&D MKI #4 K0ZL&^&IZ &D "4 IK0WK&^&IZMKI&D MKI >4 Y0JN&^&IZ &D
Teori Kinetik Gas
177
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
Jawablah pertanyaan berikut ini dengan tepat.
I4
B(.(8&*/(2/&2(#/,-&2")2/2/3&A0 gas 2")'(3(2& *"9",$*& -(*& $'"(.4& D$6( 2"6(,(,&/'()(&./()&LYZ&88E-0 P1./8"&-(*&YZ&>8V&'(,&*/%/,+( VZ[\0&&2",2/6(,&P1./8"&-(*&2")= raksa *"#/2&3('(&6"('((,&,1)8(.&HZ[\0 LJZ&88E-O4 ?/(2/&9",$*&-(*&8","83(2$&P1./8"&IZZ&>8V&3('(&*/%/ Z[\&'(,&2"6(,(,&I&(284&D$6(&*/%/,+(&8",9('$&YZ[\ '(,&2"6(,(,&8",9('$&K&(280&2",2/6(,&P1./8"&(6%$) -(*&2")*"#/24 Q(**(&9",$*&*/(2/&-(*&$'"(.&3('(&*/%/&8/2.(6&$&'(, 2"6(,(,&!&('(.(%&IV&-U>8V4&D$6(&2"6(,(,&-(*&2")*"#/2 '$9('$6(,& K!& '(,& */%/,+(& 2/)/,& 8",9('$& Z0Y& $0 2",2/6(,&8(**(&9",$*&-(*&2")*"#/24
IX4
IN4
KZ4
>4
W4
10 cm
B.
IL4
K4
V4
178
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
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aK&HQ7&R&VKO&8"8$.$6$&P1./8"&*"#"*()&4444 H)&R&X0VIW&DU681.S_&I&(28&R&IZ Y&FU8 KO (4 I0W&^&IZMJ&8V '4 K0X&8V MV V #4 K0X&^&IZ &8 "4 KK0W&8V MV V >4 KK0W&^&IZ &8 HUMPTN 1989O ?"#/(%&2(#/,-&-(*&'",-(,&P1./8"&2")2",2/")$*$&-(* $'"(.&'",-(,&2"6(,(,&!4&76()&,$.($&)(2(=)(2(&6/(')(2 .(9/&81."6/.&-(*&'$*"#/2&1)8*4&D$6(&6"&'(.(8&2(#/,2")*"#/2&'$3183(6(,&-(*&*"9",$*&*"%$,--(&2"6(,(,,+( 8",9('$&K!0&*"'(,-6(,&*/%/,+(&'$#/(2&2"2(30&1)8*=,+( (6(,&8",9('$&4444 1)8* (4 '4 K1)8* K #4 1)8* "4 W1)8*
Y4
J4
L4
K 1 )8*
?"#/(%&2(,-6$&+(,-&P1./8",+(&J&.$2")0&'$$*$&-(*&%$')1-", *"%$,--(& 2"6(,(,,+(& 8",9('$& II& (284& @")(3(6(% P1./8"&-(*&3('(&*((2&2"6(,(,,+(&Z0Y&(28&'(,&*/%/,+( 2"2(3? C(*&16*$-",&3('(&*/%/&WL[\&8"8$.$6$&P1./8"&KZ&.$2") '(,&2"6(,(,&K0ZI&^&IZY&FU8K4&@")(3(6(%&P1./8"&-(* 3('(&*((2&2"6(,(,,+(&IJ&^&IZW&FU8K&'(,&*/%/,+( IZX[\? B(.(8& */(2/& 2(,-6$& +(,-& 2")2/2/30& 2")'(3(2& -(* ,$2)1-",&H*)&R&IW&-U81.O&*"#(,+(6&IZZ&.$2")&'",-(, */%/&IL[\&'(,")2"6(,(,&YZ&(284&5",2/6(,&8(**( -(*&2")*"#/2? ?"#/(%&2(,-6$&P1./8",+(&J&.$2")0&'$$*$&-(*&%$')1-", *"%$,--(& 2"6(,(,,+(& 8",9('$& II& (284& @")(3(6(% P1./8"&-(*&3('(&*((2&2"6(,(,,+(&Z0Y&(28&'(,&*/%/,+( 2"2(3?
Bab
8 Sumber: Physics for Scientists and Engineers, 2000
Kereta uap dapat berjalan dengan memanfaatkan energi uap yang diubah menjadi energi kinetik.
Termodinamika Hasil yang harus Anda capai: menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor. Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu: menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika.
!"#$%$n ("n)$n *"+,"-.$n)$n /$-$n0 1$+$n$ t+$n1*3+t$1i 5$n) (i)6n$,$n -$n61i$ t"+61 ."+,"-.$n)7 8$-$n ($96%60 ,6($ ($n ,"+"t$ ,6($ -"n#$(i *+i-$(3n$ $n),6t$n ($+$t7 !$$t ini0 *"+$n$n ,6($ 1".$)$i $%$t t+$n1*3+t$1i ($+$t 16($9 t"+)$nti,$n 3%"9 ,"."+$($$n -3t3+0 -3.i%0 ($n ,"+"t$7 :"%".i9$n ($+i 1$+$n$ t+$n1*3+t$1i -3("+n ini $($%$9 t"n$)$ 5$n) (i9$1i%,$nn5$ %".i9 ."1$+ ($+i*$($ t"n$)$ ,6($7 ;%"9 ,$+"n$ it60 #6-%$9 *"n6-*$n) ($n .$+$n) 5$n) ($*$t (i$n),6t *6n 1"-$,in .$n5$,7 <$($ ($1$+n5$0 *"+,"-.$n)$n 1$+$n$ t+$n1*3+t$1i t"+1".6t ti($, %"*$1 ($+i ,"-$#6$n t",n3%3)i $*%i,$1i *+in1i* t"+-3(in$-i,$7 =$-*i+ 1"-6$ -"1in 5$n) $($ -"n))6n$,$n *+in1i* t"+-3(in$-i,$0 5$it6 -"n)6.$9 "n"+)i ,$%3+ -"n#$(i "n"+)i )"+$,7
A. Usaha pada Berbagai Proses Termodinamika B. Hukum I Termodinamika C. Kapasitas Kalor Gas dan Siklus Termodinamika D. Hukum II Termodinamika
179
Tes Kompetensi Awal S,b,lum&m,m6,la7ari&kon-,6&;,rmo&-oal?-oal&b,rikut&an( G7 ["n)$*$ )"%$1 ti*i1 5$n) .i$1$n5$ (i)6n$,$n 6nt6, L7 U*$,$9 5$n) (i-$,16( ("n)$n "Qi1i"n1i -"1inY -in6- "1 .i1$ *"J$9 ,"ti,$ (ii1i $i+ *$n$1Y Z7 ["n6+6t Un($0 $*$,$9 5$n) (i-$,16( ("n)$n "nt+3*iY M7 \"n)$n .$9$1$ 1"n(i+i0 #"%$1,$n J$+$ ,"+#$ t"+-31 1"9in))$ $i+ .i1$ t"t$* *$n$17
A. Usaha pada Berbagai Proses Termodinamika 1. Usaha yang Dilakukan Gas
ds
F = pA
>in#$6%$9 1".6$9 1i1t"- 5$n) (i%"n),$*i ("n)$n 1".6$9 t$.6n) ($n *"n)i1$* )$1 5$n) ($*$t ."+)"+$, .".$1 1"*"+ti t$-*$, *$($ !ambar& '()7 U1$9$ @!A 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 1"96.6n)$n ("n)$n *"+6.$9$n B3%6-" )$1 $($%$9 1".$)$i ."+i,6t7 Ci,$ t",$n$n )$1 .","+#$ *$($ *"n)i1$*0 ,"-6(i$n *"n)i1$* ."+)"1"+ 1"#$69 @"A ," $t$1 ("n)$n %6$1 *"n$-*$n) *"n)i1$* @#A0 61$9$ @!A 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"- )$1 t"+9$($* %in),6n)$n $($%$9 (D E*F(" E @$#A@%"A E $@#%"A E $%& $ E G $t- E HI J-=) E GKG7LKK <$ Unt6, *+31"1 ($+i 'G ," 'M0 61$9$ @,"+#$A 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 $($%$9 'M
!E Gambar 8.1 Sistem melakukan usaha terhadap lingkungannya.
p 1
ekspansi W > 0 luas = W 2
V1
@$A
V2
V
pemampatan W < 0 luas = W
p 1
2
V1
@.A
V2
V
Gambar 8.2 (a) Usaha yang dilakukan oleh sistem adalah positif (W = p " V ). (b) Usaha yang dilakukan oleh sistem adalah negatif (W = –p " V ).
180
! $%'
@NOGA
'G
! E $ @'M O 'GA E $ " '
@NOMA
:"t"+$n)$nP ! E 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 1i1t"- )$1 $ E t",$n$n )$1 @,3n1t$nA 'G E B3%6-" $D$% 'M E B3%6-" $,9i+ +,r-amaan& /'012 ."+%$,6 9$n5$ #i,$ t",$n$n @$A ,3n1t$n7 !"%$-$ *"+6.$9$n B3%6-" t"+1".6t0 61$9$ @!A ($*$t ."+ni%$i *31itiQ $t$6 n")$tiQ ("n)$n ,"t"nt6$n 1".$)$i ."+i,6t7 G7 Ci,$ )$1 -"%$,6,$n ",1*$n1i @*"n)"-.$n)$nA0 61$9$ @!A ."+ni%$i *31itiQ7 !i1t"- -"%$,6,$n 61$9$ 5$n) -"n5".$.,$n B3%6-"n5$ ."+t$-.$90 'M R 'G7 M7 Ci,$ )$1 (i-$-*$t,$n0 ! ."+ni%$i n")$tiQ7 <$($ 1i1t"- t"+1".6t (i%$,6,$n 61$9$ 3%"9 %in),6n)$n 5$n) -"n5".$.,$n B3%6-"n5$ ."+,6+$n)0 'M S 'G7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n *$($ 1i1t"- (i1".6t (")*)+ ,()r7 T6$1 $+"$ (i .$D$9 ,6+B$ $($%$9 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"-7 <"+9$ti,$n !ambar& '(17
Contoh 8.1 !6$t6 )$1 ($%$- 1i%in("+ t"+t6t6* -"n)$%$-i *+31"1 1"*"+ti t$-*$, *$($ )$-.$+7 >"nt6,$n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 *$($P $7 *+31"1 #. @!UVAW .7 *+31"1 ./ @!VXAW J7 *+31"1 /# @!XUAW ($n (7 1"%6+69 *+31"1 @!t3t$%A7
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
p(kPa) 250
50
A
B
C E 25
D 75
V(L)
BaCab: $7 U1$9$ ($+i # ," . 1$-$ ("n)$n %6$1 #.67 ($n ."+ni%$i *31itiQ ,$+"n$ $+$9 *+31"1 ," ,$n$n @'V R 'UA !UV E %6$1 #.67 E #. _ .6 E @H` T O M` TA@M`K ,<$A !UV E @`K TA@M`K _ GKL <$A E GM0` ,C7 .7 U1$9$ ($+i . ," / 1$-$ ("n)$n %6$1 ./76 ($n ."+t$n($ n")$tiQ ,$+"n$ $+$9 *+31"1 ," ,i+i @'X R 'VA7 !VX E %6$1 ./76 E O G @/7 a .6A76 M E @O G A@`K ,<$ a M`K ,<$A@H` T O M` TA E OH0` ,C7 M J7 U1$9$ ($+i /# 1$-$ ("n)$n n3% ,$+"n$ /# ti($, -"-."nt6, .i($n) ("n)$n 16-.6 ' @%6$1n5$ E KA7 (7 U1$9$ ,"1"%6+69$n *+31"1 @!UVXUA $($%$9 !UVXU E !UV a !VX a !XU E @GM7`KK O H7`KK a K A C E ` ,C7 U1$9$ t3t$% ($*$t #6)$ (i9it6n) 1"J$+$ %$n)16n)7 G ! t3t$% E %6$1 #./# E @#/A@ A@UVA M E @ G A@M`K ,<$ O `K ,<$A@H` T O M` TA E ` ,C7 M
p
2. Usaha pada Proses yang Dialami Gas ]$1 5$n) ."+$($ ($%$- +6$n) t"+t6t6* ($*$t (i6.$9 ,"$($$nn5$ -"%$%6i ."."+$*$ *+31"10 5$it6 *+31"1 i13t"+-$%0 *+31"1 i13,93+i,0 *+31"1 i13.$+i,0 ($n *+31"1 $(i$.$ti,7 a.
Proses Isotermal <+31"1 i13t"+-$% $($%$9 *+31"1 *"+6.$9$n ,"$($$n 1i1t"- *$($ 1696 t"t$* @!ambar& '(AA7 <+31"1 t"+1".6t 1"16$i ("n)$n =6,6- V35%"0 5$it6 $' E ,3n1t$n7 >in#$6%$9 *"+1$-$$n )$1 i("$% $' E 01T3 ;%"9 ,$+"n$ 1696 @TA0 00 ($n 1 t"t$* -$,$ $G'G E $M'M @NOLA U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n 1i1t"- ($*$t (it"nt6,$n -"n))6n$,$n *"+1$-$$n ."+i,6t7 01T ! E # $%'0 ("n)$n $ E ' 01T E # %' ' ^i%$i T0 00 ($n 1 ,3n1t$n 1"9in))$ ($*$t (i,"%6$+,$n ($+i *"+1$-$$n int")+$%7 %' & ! E 01T # E 01T !%n' "&M G ' E 01T @%n'4 O %n'5A C$(i0 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"- *$($ *+31"1 i13t"+-$% $($%$9
'M ! E +01T %n ' G
p1
p2
V1
V
V2
Gambar 8.3 Kurva p–V dengan T konstan pada proses isotermal.
@NOZA
Contoh 8.2 \6$ -3% )$1 $+)3n -"-6$i 1"J$+$ i13t"+-$% *$($ 1696 MHbX0 ($+i B3%6-" $D$% K0KM` -L -"n#$(i K0K` -L7 >"nt6,$n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 t"+1".6t @1 E N0LG Cc-3%:A7 BaCab: \i,"t$96iP 0 E M -3%W d3%6-" $D$% E 'G E K0KM` -L d3%6-" $,9i+ E 'M E K0K` -L
Termodinamika
181
Tantangan untuk Anda Menurut Anda, benarkah angin itu tidak mendinginkan suhu, melainkan menaikkan suhu di sekitarnya?
1 E N0LG Cc-3%:W T E @MH a MHLA ,+E LKK :7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 *$($ *+31"1 i13t"+-$% ($*$t (i9it6n) ("n)$n +,r-amaan /'0E27 'M ! E 01 T %n ' 7 G % K0K` - L & E @M -3%A@N0LG Cc-3%:A@LKK :A %n ' E Z7fNI %n M E L7Z`I0KL #36%"7 L ( ) K0KM` - *
b. Proses Isokhorik <+31"1 i13,93+i, $($%$9 *+31"1 *"+6.$9$n ,"$($$n 1i1t"- *$($ B3%6-" t"t$* @!ambar& '(EA7 >in#$6%$9 ,"-.$%i *"+1$-$$n ,"$($$n )$1 i("$%0
p p1
$' E 01T0 B3%6-" @'A t"t$*0
p2 V
V1 = V2
1"%$%6 t"t$*7 U,i.$tn5$0
Gambar 8.4 Proses isokhorik pada grafik p–V.
01 $ E 6nt6, )$1 i("$% ("n)$n 0 ($n 1 T '
$ E ,3n1t$n $t$6 T $ $G E M TM TG
@NO`A
<$($ *+31"1 i13,93+i,0 1i1t"- ti($, -"n)$%$-i *"+6.$9$n B3%6-" @'G E 'MA 1"9in))$ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 1$-$ ("n)$n n3%0 5$it6 ! E $@ " 'A E K7 <"+6.$9$n t",$n$n *$($ )$1 $,$n -"n5".$.,$n *"+6.$9$n 1696 )$17 Ci,$ 1696 )$1 (in$i,,$n0 t",$n$n ($%$- )$1 $,$n ."+t$-.$90 1"*"+ti (it6n#6,,$n *$($ !ambar& '(F7 d3%6-" ti($, t"+e *"n)$+69 *"+6.$9$n t",$n$n )$17
p
Contoh 8.3
T
Gambar 8.5 Grafik p–T pada V konstan.
p(Pa)
!".6$9 t$.6n) ."+i1i GK %it"+ )$1 i("$% *$($ 1696 GMHbX ($n t",$n$n M _ GK` <$7 >$.6n) t"+1".6t (i*$n$1,$n 9in))$ -"nJ$*$i 1696 LMHbX7 Ci,$ B3%6-" t$.6n) (i.6$t t"t$*0 t"nt6,$n t",$n$n )$1 (i ($%$- t$.6n)7 BaCab: \i,"t$96iP TG E @GMH a MHLA : E ZKK :W $ E M0K _ GK` <$ TM E @LMH a MHLA : E IKK : <"+1$-$$n ,"$($$n )$1 *$($ *+31"1 i13,93+i,P ` $M $G $ $&$M E L _ GK` <$7 E M $ M # GK <$ E ZKK : 600 K TM TG
c.
V1
V2
V(L)
Gambar 8.6 Grafik p–V pada tekanan (p) konstan. V (volume)
T (suhu)
Gambar 8.7 Grafik V–T pada tekanan (p) konstan.
182
Proses Isobarik <+31"1 i13.$+i, $($%$9 *+31"1 *"+6.$9$n ,"$($$n 1i1t"- *$($ t",$n$n t"t$*7 <$($ !ambar& '(G t$-*$, .$9D$ *"+6.$9$n B3%6-" ti($, -"n)e 9$1i%,$n *"+6.$9$n t",$n$n7 !"16$i ("n)$n *"+1$-$$n )$1 i("$%0 $' E+01T0 01 ' t",$n$n @$A t"t$*0 ($n T E $ 7 ;%"9 ,$+"n$ 0 ($n 1 1"%$%6 t"t$* -$,$ 'G 'M ' E ,3n1t$n $t$6 T E T @NOIA T G M ]+$Qi, 96.6n)$n $nt$+$ ' ($n T 6nt6, *+31"1 i13.$+i, t$-*$, *$($ !ambar&'(H7 <$($ *+31"1 i13.$+i,0 t",$n$n )$1 (i61$9$,$n t"t$* 1"9in))$ *"+6.$9$n 1696 *$($ )$1 $,$n -"ni-.6%,$n *"+6.$9$n B3%6-" )$1 6nt6, -"-*"+t$9$n,$n $)$+ t",$n$n )$1 t"t$*7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 *$($ *+31"1 i13.$+i, $($%$9 1"16$i ("n)$n *"+1$-$$n ."+i,6t7 ! E $@'M O 'GA E $ $ "' % @NOHA
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Contoh 8.4 !"#6-%$9 )$1 ($%$- +6$n) t"+t6t6* B3%6-"n5$ L %it"+0 t",$n$n M $t-0 ($n 1696n5$ MHbX7 ]$1 t"+1".6t (i*$n$1,$n ("n)$n t",$n$n t"t$* 1"9in))$ -"nJ$*$i 1696 GHHbX7 >"nt6,$n B3%6-" )$1 ($n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 t"+1".6t7 BaCab: \i,"t$96iP $ E M $t-W TG E @MH a MHLA : E LKK : 'G E L %it"+W TM E @GHH a MHLA : E Z`K : ' ' $7 <"+1$-$$n )$1 *$($ t",$n$n t"t$* $($%$9 G E M TG TM 'M L %it"+ E $ 'M E Z0` %it"+7 LKK : Z`K : 1"9in))$ B3%6-" )$1 -"n#$(i Z0` %it"+7 .7 ! E $ @'M O 'GA E M @Z0` OLA E L #36%"7
d. Proses Adiabatik <+31"1 $(i$.$ti, $($%$9 *+31"1 *"+6.$9$n ,"$($$n 1i1t"- t$n*$ $($n5$ *"+t6,$+$n ,$%3+ ("n)$n %in),6n)$nn5$0 $t$6 ti($, $($ ,$%3+ 5$n) (i%"*$1 -$6*6n 5$n) (it"+i-$ 3%"9 )$1 t"+1".6t 1"9in))$ 8 E K7 ]+$Qi, *$($ !ambar&'(' -"n6n#6,,$n .$9D$ *$($ *+31"1 $(i$.$ti, t"+#$(i *"+6.$9$n 16960 t",$n$n0 ($n B3%6-"7 <+31"1 ini ."+($1$+,$n r(9(" :;i"";0 5$n) (it6%i1,$n $ '+ E ,3n1t$n0 $t$6 $G 'G+ E $M 'M+
@NONA
($n T ' $+ ,G% E t"t$*0 $t$6 TG 'G$+ ,G% E TM 'M$+ ,G%
@NOfA
\"n)$n + R G $($%$9 k;0">)0>)+ ?)$,)cA 5$n) -"+6*$,$n *"+.$ne (in)$n ,$*$1it$1 ,$%3+ )$1 *$($ t",$n$n t"t$* X* ($n ,$*$1it$1 ,$%3+ )$1 *$($ B3%6-" t"t$* XB7 !"J$+$ -$t"-$ti10 ."1$+$n t"+1".6t (it6%i1
+E
X* XB
p
proses adiabatik proses isotermik p1 p2 V1 V2
V
Gambar 8.8 Grafik p–V pada proses adiabatik lebih curam daripada proses isotermal.
@NeGKA
U,i.$t ti($, $($n5$ *"+t6,$+$n ,$%3+ ("n)$n %in),6n)$n0 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 9$n5$ -"n)6.$9 "n"+)i ($%$-7 V"1$+n5$ 61$9$ t"+1".6t ($*$t (it"nt6,$n ("n)$n -"+6#6, +,r-amaan& /'012 1"9in))$ (i*"+3%"9 *"+1$-$$n G ! E + , G @$G'G O $M'MA @NOGGA $t$6
!E
L 0 1 @TG O TMA M
@NOGMA
U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 *$($ *+31"1 $(i$.$ti, ($*$t (i*"+3%"9 ("n)$n -"n))6n$,$n +,r-amaan& /'0))2 ($n +,r-amaan& /'0)120 #i,$ ,"$($$n $D$% ($n ,"$($$n $,9i+ (i,"t$96i7 X3nt39 *+31"1 $(i$.$ti, ($%$,"9i(6*$n 1"9$+ie9$+i $($%$9 *"-6$i$n )$1 *$n$1 *$($ -"1in (i"1"% ($n -"1in *"n(in)in7
Contoh 8.5 ]$1 i("$% -"n)$%$-i ",1*$n1i 1"J$+$ $(i$.$ti,7 [6%$e-6%$0 ."1$+ t",$n$n )$1 $($%$9 M _ GK` <$7 !"t"%$9 ",1*$n1i t",$n$n )$1 -"n#$(i GK` <$7 >"nt6,$n B3%6-" )$1 $,9i+0 #i,$ B3%6-" )$1 -6%$e-6%$ K0G -L 1"+t$ ,3n1t$nt$ T$*%$J" ` 7 L
Termodinamika
183
BaCab: \i,"t$96iP $G E M _ GK` <$W $M E G _ GK` <$W 'G E K0G -L + + <"+1$-$$n )$1 *$($ *+31"1 $(i$.$ti, $($%$9 $G 'G & $M 'M `
`
`
`
@M # GK ` A@K0G - L A L E @G # GK ` A@ 'M A L $ @ 'M A L E @MA@K0GA L
:"(6$ +6$1 (i*$n),$t,$n L `
L 1"9in))$ (i*"+3%"9 ` L
` ` L . E @MA E /@K0GAL 0 $ 'M E @MA` @K0GA - L 'M 1 2 'M E K0G`G` -L 'G $ +'ME K0G` -L C$(i0 B3%6-" )$1 1"t"%$9 ",1*$n1i $($%$9 K0G` -L7 ` L
$ %
Tes Kompetensi Subbab
L `
A
K,r7akanla>&an( G7 !"#"ni1 )$1 ."+t",$n$n ` $t- ."+$($ ($%$- D$($9 5$n) -"-i%i,i B3%6-" `KK %it"+7 =it6n)%$9 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$10 #i,$P $7 )$1 -"-6$i *$($ t",$n$n t"t$* 1"9in))$ B3%6-"n5$ M0` ,$%i B3%6-" 1"-6%$W ($n .7 )$1 (i-$-*$t,$n *$($ t",$n$n t"t$* 1"9in))$ B3%6-"n5$ -"n#$(i (6$ *"+ ti)$ ,$%i B3%6-" 1"-6%$7 @G $t- E GK` <$A7 M7 >"nt6,$n%$9 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 6nt6, *+31"1 UV 1"16$i ("n)$n (i$)+$- $B' ."+i,6t7
0
Z7
p(Pa)
p(Pa) B
14
10
L7
B
70 60
`7 A 200
A V (dm3)
V (dm3) 10 500
@$A
0
200
p(Pa)
@.A
600 800
I7 50
B
20
A
0
200 400 600
V(dm3)
!".6$9 t$.6n) ("n)$n B3%6-" ` T ."+i1i )$1 i("$% ("n)$n 1696 GKKbX ($n t",$n$n G0K _ GK` <$7 >$.6n) t"+1".6t (i*$n$1,$n 9in))$ -"nJ$*$i 1696 MHKbX7 Ci,$ B3%6-" t$.6n) (i$n))$* t"t$*0 ."+$*$ t",$n$n )$1 ($%$- t$.6n)Y !6$t6 )$1 i("$% 5$n) B3%6-" $D$%n5$ K0LZZ - L (i",1*$n1i,$n 1"9in))$ B3%6-" $,9i+n5$ -"n#$(i K0ZMZ -L *$($ t",$n$n t"t$* GKG ,<$7 $7 >"nt6,$n%$9 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 t"+1".6t ($+i ,"$($$n $D$% 9in))$ ,"$($$n $,9i+7 .7 Un($i,$n *+31"1 ($*$t (i.$%i, ($+i ,"$($$n $,9i+ ," ,"$($$n $D$%0 ."+$*$,$9 ."1$+ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1Y Unt6, -"-*"+,"Ji% B3%6-" 1".6$9 )$1 -"n#$(i 1"t"n)$9n5$ 1"J$+$ i13t"+-$%0 (i*"+%6,$n 61$9$ `KK C7 V"+$*$,$9 61$9$ 5$n) (i*"+%6,$n 6nt6, -"-*"+,"Ji% B3%6-" )$1 t"+1".6t -"n#$(i 1"*"+1"*6%69 ($+i B3%6-" $D$%Y !".6$9 -"1in )$13%in -"-i%i,i +$1i3 ,3-*+"1i0 5$it6 +$1i3 B3%6-" $D$% t"+9$($* B3%6-" $,9i+ 1"."1$+ I0`7 Ci,$ 1696 J$-*6+$n .$9$n .$,$+ 6($+$ $($%$9 LKbX ($n *+31"1 ,3-*+"1i ."+%$n)16n) 1"J$+$ $(i$.$ti, ("n)$n + E G0M0 ."+$*$,$9 1696 J$-*6+$n .$9$n .$,$+ t"+1".6t *$($ ,3-*+"1i -$,1i-$%Y
@JA
B. Hukum I Termodinamika >$96,$9 Un($ t"nt$n) =6,6- g >"+-3(in$-i,$Y Unt6, -"n)"t$96in5$0 1i-$,%$9 6+$i$n ."+i,6t ini 1"J$+$ 1$,1$-$7
1. Pengertian Hukum I Termodinamika =6,6- g t"+-3(in$-i,$ -"n#"%$1,$n 96.6n)$n $nt$+$ ,$%3+ 5$n) (it"+i-$ $t$6 ,$%3+ 5$n) (i%"*$1,$n 3%"9 1i1t"- ," %in),6n)$n ($n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"-0 1"+t$ *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- 5$n) (iti-.6%e ,$nn5$7 [i1$%,$n 16$t6 1i1t"- -"n"+i-$ ,$%3+ 8 -$,$ ,$%3+ t"+1".6t ti($, 9$n5$ (i)6n$,$n 6nt6, -"n)6.$9 "n"+)i ($%$- @ " CA0 t"t$*i #6)$ (i*$,$i 6nt6, -"%$,6,$n 61$9$ @! A7 !"J$+$ ,"1"%6+69$n0 "n"+)i t"+1".6t ti($,
184
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
$($ 5$n) 9i%$n)7 hn"+)i ($*$t ."+6.$9 ."nt6, ," "n"+)i %$inn5$ ($n #6-%$9 "n"+)i t3t$% 1"%$%6 t"t$*7 V"+($1$+,$n 96,6- ,",",$%$n "n"+)i0 =6,6- g >"+-3(in$-i,$ (i+6-61,$n 1".$)$i ."+i,6t7 Dik)+ "AE(9,)*+ k),;r+ F)0G+ %iHArik)0+ kA$)%)+ "i">A9I+ %i$)k)i+ "AH)Gi)0+ ;,A* "i">A9+(0>(k+9A,)k(k)0+(")*)+!I+"A,i"i*+A0ArGi+8B!+")9)+%A0G)0+$Ar(H)*)0 A0ArGi+ %),)9+ @CA+ %)ri+ "i">A93
"C E CM O CG E 8 O ! $t$6 8 E "C a !
Q+
W + sistem
@NOGLA
Unt6, %".i9 -"-$9$-i =6,6- g >"+-3(in$-i,$ t"+1".6t0 *"+9$ti,$n !ambar& '(J7 <"+#$n#i$n t$n($ 6nt6, 8 ($n ! *$($ !ambar& '(J& $($%$9 1".$)$i ."+i,6t7 $7 Ci,$ 1i1t"- -"%$,6,$n 61$9$0 ni%$i ! ."+t$n($ *31itiQ @a!A .7 Ci,$ 1i1t"- -"n"+i-$ 61$9$0 ni%$i ! ."+t$n($ n")$tiQ @O!A J7 Ci,$ 1i1t"- -"n"+i-$ ,$%3+0 ni%$i 8 ."+t$n($ *31itiQ @a8A (7 Ci,$ 1i1t"- -"%"*$1 ,$%3+0 ni%$i 8 ."+t$n($ n")$tiQ @O8A hn"+)i ($%$- 16$t6 )$1 i("$% -"+6*$,$n 6,6+$n %$n)16n) ($+i 1696 ($n t",$n$n7 <"+6.$9$n "n"+)i ($%$- @ " CA 9$n5$ ."+)$nt6n) *$($ ,"$($$n $D$% ($n ,"$($$n $,9i+0 ti($, ."+)$nt6n) *$($ *+31"1 .$)$ie -$n$ ,"$($$n 1i1t"- ."+6.$97 Unt6, )$1 -3n3$t3-i, ("n)$n ("+$#$t ,".".$1$n @J E LA0 *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- ($*$t (i9it6n) 1".$)$i ."+i,6t7
" C E CM O CG E L Kk @TM O TGA E L K k@ " TA M M L L " C E CM O CG E 0 1@TM O TGA E 0 1@ " TA M M L " C E CM O CG E @$M'M O $G'GA E L " @$'A M M
@$A
lingkungan
@.A
Q
W
–
– sistem lingkungan
@JA
W=0
Q +
sistem lingkungan
@(A
Q=0
W + sistem
lingkungan
Gambar 8.9
@NOGZA
Unt6, )$1 (i$t3-i, ($n *3%i$t3-i,0 Q$,t3+ L *$($ +,r-amaan& /'0)E2 (i)$nti ("n)$n ("+$#$t ,".".$1$n 5$n) (i-i%i,i )$1 t"+1".6t7
Contoh 8.6
Hubungan sistem dan lingkungan. (a) Sistem menerima kalor sambil melakukan usaha. (b) Sistem melepaskan kalor dan pada sistem dilakukan usaha. (c) Sistem menerima kalor, tetapi tidak melakukan kerja. (d) Sistem melakukan kerja, tetapi tidak ada kalor yang masuk ataupun keluar (adiabatik).
!6$t6 1i1t"- -"n5"+$* ,$%3+ 8 ($+i %in),6n)$n 1"."1$+ G7NKK C7 >"nt6,$n *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- @ " CA0 #i,$P $7 1i1t"- -"%$,6,$n 61$9$ M7IKK C t"+9$($* %in),6n)$nW .7 %in),6n)$n -"%$,6,$n 61$9$ M7IKK C t"+9$($* 1i1t"-7 BaCab: $7 !i1t"- -"n"+i-$ ,$%3+ 8 E aG7NKK C ($n 1i1t"- -"%$,6,$n 61$9$ ! E a M7IKK C7 ["n6+6t =6,6- g >"+-3(in$-i,$0 8 E " C a ! " C E 8+O ! E @G7NKK C O M7IKK CAE ONKK C .7 !i1t"- -"n"+i-$ 61$9$ ($+i %in),6n)$n! E OM7IKK C -$,$ (i*"+3%"9 " C E 8+O ! E G7NKK C O @OM7IKK CA E Z7ZKK C >$n($ *31itiQ 6nt6, " C+-"n6n#6,,$n .$9D$ "n"+)i ($%$- 1i1t"- ."+t$-.$9 1"."1$+ Z7ZKK C7
2. Aplikasi Hukum I Termodinamika pada Proses-Proses Termodinamika !".$)$i-$n$ Un($ ,"t$96i0 $($ "-*$t #"ni1 *+31"1 ($%$- t"+-3(in$-i,$0 5$it6 *+31"1 i13t"+-$%0 i13,93+i,0 i13.$+i,0 ($n $(i$.$ti,7 \$%$- .$9$1$n ini $,$n (it"+$*,$n =6,6- g >"+-3(in$-i,$ *$($ *+31"1e*+31"1 t"+1".6t7
Termodinamika
185
a. Proses Isotermal <+31"1 i13t"+-$% $($%$9 *+31"1 5$n) ti($, -"n)$%$-i *"+6.$9$n 1696 @ " T E KA 1"9in))$ *"+6.$9$n "n"+)i ($%$-n5$0 " C E L 01+ @ " TA E K7 M 'M U1$9$ %6$+ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$10 5$it6 8 E ! E 01T+ %n ' -$,$ G *"n"+$*$n =6,6- g >"+-3(in$-i,$ $,$n -"n)9$1i%,$n 8 E "C a ! E K a ! E !
Pembahasan Soal Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 100 J. Jika perubahan energi dalam sistem adalah " U dan kalor yang diserap sistem adalah Q, akan berlaku .... a. " U = –1.000 J b. " U = 100 J c. " U = 10 J d. Q = 0 e. " U + Q = – 100 J Soal UMPTN Tahun 1994 Pembahasan: Hukum I Termodinamika: Q = "U + W Pada proses adiabatik, tidak ada kalor yang diterima atau diserap sistem. Jadi, Q = 0. Pada sistem dilakukan usaha W = –100 J Jadi, Q = "U + W 0 = " U – 100 J " U =100 J Jawaban: b
'M @NOG`A 8 E ! E 01T %n ' G +,r-amaan&/'0)F2 -"n6n#6,,$n .$9D$ ,$%3+ 5$n) (i."+i,$n ,"*$($ 16$t6 1i1t"-0 1"%6+69n5$ (i)6n$,$n 6nt6, -"%$,6,$n 61$9$7 b. Proses Isokhorik <+31"1 i13,93+i, $($%$9 *+31"1 5$n) (i$%$-i 3%"9 1i1t"- t$n*$ $($n5$ *"+6.$9$n B3%6-" @' E KA 1"9in))$ 61$9$ 3%"9 1i1t"- )$1 $($%$9 ! E $@ " 'A E K7 <"+6.$9$n "n"+)i ($%$-n5$ 1"16$i ("n)$n *"+1$-$$n " C E
L 01@" TA7 <"n"+$*$n =6,6- g >"+-3(in$-i,$ -"n)9$1i%,$n i E " C+a j M E " C+a K E " C7 8 E " C E L 01@ " TA @NOGIA M Unt6, )$1 i("$%0 C+E L 01T -$,$ 8 E CM O CG E L 01 @TM O TGA7 M M
C$(i0 ,$%3+ 5$n) (i."+i,$n ,"*$($ 16$t6 1i1t"- *$($ B3%6-" t"t$*0 1"%6+69n5$ (i)6n$,$n 6nt6, -"n$i,,$n "n"+)i ($%$- 1i1t"-7 c.
Proses Isobarik <$($ *+31"1 i13.$+i,0 1i1t"- ti($, -"n)$%$-i *"+6.$9$n ."1$+ t",$n$n
@ "$ E KA7 V"1$+n5$ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 -"-"n69i *"+1$-$$n ! E $@" 'A E+$@'MO'GA7 <"n"+$*$n =6,6- g >"+-3(in$-i,$ *$($ *+31"1 i13.$+i, -"n)9$1i%,$n 8 E " C+a ! E " C+a $@ " 'A
Tugas Anda 8.1 Diskusikanlah bersama teman Anda, apakah ada proses adiabatik di alam ini?
@NOGHA
d. Proses Adiabatik <$($ *+31"1 $(i$.$ti,0 ti($, t"+#$(i *"+t6,$+$n ,$%3+ ($+i 1i1t"- ," %in),6n)$nn5$ @8 E KA7 <"+6.$9$n "n"+)i ($%$- 1"16$i ("n)$n *"+1$-$$n L " C+E+ 01@TMOTGA7 ;%"9 ,$+"n$ it60 *"n"+$*$n =6,6- g >"+-3(in$-i,$ M
*$($ *+31"1 $(i$.$ti, -"n)9$1i%,$n 8 E " C a ! $t$6 K E " C+a+! ! E O " C E O+ L 0 1@TMOTGAW $t$6 M
! E L 0 1@TGOTMA M
Kata Kunci • • • •
adiabatik isobarik isokhorik isotermal
186
@NOGNA
+,r-amaan& /'0)'2 -"n5$t$,$n .$9D$ ti($, $($ ,$%3+ 5$n) -$16, ," ($%$- 1i1t"- 1"9in))$ 61$9$ %6$+ 5$n) (i%$,6,$n 1i1t"- $,$n -"n)6+$n)i "n"+)i ($%$- 1i1t"-7 \$+i ,""-*$t *+31"1 5$n) ($*$t (i$%$-i 1i1t"-0 8 ."+ni%$i *31itiQ #i,$ 1i1t"- -"n"+i-$ ,$%3+ ($n n")$tiQ #i,$ 1i1t"- -"%"*$1,$n ,$%3+7 =6,6- g >"+-3(in$-i,$ ($*$t (i$*%i,$1i,$n *$($ 1"-6$ *+31"1 t"+-3(in$-i,$ 5$n) ."+96.6n)$n ("n)$n ,"ti)$ ."1$+$n0 5$it6 80 !0 ($n "C7
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Tes Kompetensi Subbab
B
K,r7akanla>&an( G7
M7
L7
Z7
!6$t6 )$1 -"n5"+$* ,$%3+ `KK C ($n -"%$,6,$n 61$9$ `K C7 V"+$*$ *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- 1i1t"- )$1 t"+1".6tY U*$,$9 )$1 t"+1".6t -"-6$i $t$6 (i-$-e *$t,$nY !6$t6 1i1t"- -"n"+i-$ ,$%3+ 1"."1$+ GK C ($n -"%$,6,$n 61$9$ %6$+ 1"."1$+ Z C *$($ 1696 t"t$* MHbX7 V"+$*$,$9 *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- 1i1t"- t"+1".6tY !".$n5$, Z -3% )$1 i("$% -3n3$t3-i, ("n)$n 1696 $D$% MHbX (in$i,,$n 1696n5$ -"n#$(i GMHbX *$($ t",$n$n t"t$*7 V"+$*$,$9 ,$%3+ 5$n) (i*"+%6,$nY @1 E N0LG Cc-3%:A !6$t6 )$1 *$($ t",$n$n ,3n1t$n 1"."1$+ I0Z _ GKZ <$ (i-$-*$t,$n ($+i B3%6-" N %it"+ -"n#$(i M %it"+7 \$%$*+31"1 t"+1".6t0 )$1 -"%"*$1 ,$%3+ ZKK #36%"7 $7 V"+$*$,$9 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1Y .7 V"+$*$,$9 *"+6.$9$n "n"+)i ($%$-n5$Y
`7
I7
C"%$1,$n .$9D$ )$1 ($*$t (i*"+%$,6,$n -"n5"+6*$i ,"$($$n )$1 i("$% *$($ *+31"1 i13t"+-i,0 i13.$+i,0 ($n i13B3%6-"7 <"+9$ti,$n )+$Qi, ."+i,6t ini7 p (atm) D
2,0
1,5
N 0,3
J
U 0,8
V (liter)
Unt6, ,"ti)$ %int$1$n \^U0 \CU0 ($n \U ($%$)$-.$+0 9it6n)%$9P $7 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1W ($n .7 *"+*in($9$n ,$%3+ ($%$- *+31"17
C. Kapasitas Kalor Gas dan Siklus Termodinamika :$*$1it$1 ,$%3+ @/A ($+i 16$t6 /$t (i("Qini1i,$n 1".$)$i H)0F)k0F) k),;r i F)0G+ %i$Ar,(k)0+ (0>(k+ 9A0)ikk)0+ "(*(+ L)>+ >Ar"AH(>+ "AHA")r+ 5+ kA,&i0 )>)(+ ")>(+ %Ar)E)>+ cA,"i("7 !"J$+$ -$t"-$ti10 (it6%i1,$n
8 @NOGfA "T :$*$1it$1 ,$%3+ 6nt6, )$1 $($ (6$ -$J$-0 5$it6 6nt6, B3%6-" t"t$* @/BA ($n 6nt6, t",$n$n t"t$* @/*A0 ("n)$n /* O /d E 0 17 /E
1. Kapasitas Kalor untuk Proses Isokhorik (V = tetap) :$*$1it$1 ,$%3+ 6nt6, )$1 5$n) -"-i%i,i B3%6-" t"t$* ($*$t (i9it6n) 1".$)$i ."+i,6t7 L 0 1 "T " C M E E L 01 /'E M "T "T
Unt6, )$1 -3n3$t3-i,P /d E L 0 1
@NOMKA
/d E ` 01
@NOMGA
M
Unt6, )$1 (i$t3-i,P
M
2. Kapasitas Kalor untuk Proses Isobarik (p = tetap)
:$*$1it$1 ,$%3+ 6nt6, )$1 5$n) -"-i%i,i t",$n$n t"t$* ($*$t (i9it6n) 1".$)$i ."+i,6t7 8 E "U a $@ "V A E L 01 @ "T A a 01 @ "T A E ` 01 @ "T A M M Unt6, )$1 -3n3$t3-i,P
/*E ` 01
@NOMMA
Unt6, )$1 (i$t3-i,P
/* E
H 01 M
@NOMLA
M
Kata Kunci • kapasitas kalor tekanan tetap • kapasitas kalor volume tetap • konstanta Laplace
Tantangan untuk Anda Anda pasti tahu apa termos itu. Dapatkah Anda menjelaskan cara kerja termos sehingga air panas dapat tetap panas? Jelaskan hal tersebut dengan konsep termodinamika.
Termodinamika
187
;ab,l&'() >"t$*$n T$*%$J" + ]$1e]$1 >"+t"nt6 *$($ >",$n$n G $t($n !696 MMbX
M
!aN;0;)>;9ikO ="%i6- @="A U+)3n @U+A 6i)>;9ikO ^it+3)"n @^MA ;,1i)"n @;MA :$+.3n -3n3,1i($ @X;A
H 01 /* + k ]$1 (i$t3-i,P E E M E G0Z7 ` 01 /d M ;ab,l&'() -"n6n#6,,$n ni%$i ,3n1t$nt$ T$*%$J" 6nt6, ."."+$*$ )$1 *$($ t",$n$n G $t- ($n 1696 MMbX7
G0II G0IH G0ZK G0ZK
Contoh 8.7
G0ZK
Sumber: Fundamental of Physics, 2001
Tantangan untuk Anda Anda pasti pernah mendengar istilah mesin 4 tak dan mesin 2 tak. Selidikilah dan diskusikanlah, apa perbedaan di antara keduanya? Mengapa mesin 2 tak memiliki akselerasi lebih cepat daripada mesin 4 tak?
p A
Q1 B W D
T1 C
Q2
T2 V
Gambar 8.10 Satu siklus suatu mesin Carnot menggunakan suatu gas ideal sebagai fluida kerja. Grafik AB dan CD menampilkan proses isotermal, grafik BC dan DA menampilkan proses adiabatik.
188
:3n1t$nt$ T$*%$J" 1"J$+$ t"3+iti1 ($*$t (i9it6n) 1"16$i ("n)$n *"+e 1$-$$n ."+i,6t7 ` 01 /* k ]$1 -3n3$t3-i,P + E E M E G0IH7 L 01 /d
!696 M ,) )$1 nit+3)"n @."+$t -3%",6% E MN )c-3%A (in$i,,$n ($+i G`bX+-"n#$(i GKKbX -"%$%6i *+31"1 i13.$+i,7 =it6n) ,"n$i,$n "n"+)i ($%$- ($n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$17 BaCab: ]$1 ^M *$($ ,"$($$n ini ($*$t (i)3%3n),$n 1".$)$i )$1 (i$t3-i, 1696 1"($n) 1"9in))$ ,$*$1it$1 *$n$1 -3%$+ )$1 *$($ B3%6-" t"t$* ($n *$($ t",$n$n t"t$* $($%$9 ` ` /&+M+ 1+E M N0LG Cc-3%: E MK0N Cc-3%: M /$+M+ H 1+E H N0LG Cc-3%: E Mf0G Cc-3%: M M C6-%$9 -3% )$1 $($%$9 @1$t6$n -$11$n5$ 9$+61 (i6.$9 ($%$- )+$-AP 0 E 9 E M7KKK -3% E `KK -3% MN )c-3% .N H \i,"t$96iP `KK -3% 0E H /& E MK0N Cc-3%: /$ E Mf0G Cc-3%: T M E @GKK a MHLA : E LHL : T G E @G` a MHLA : E MNN : " T+E LHL : O MNN : E N` : `KK " C E++0/B " T+E -3% @MK0N Cc-3%:A@N` :A E G0MI _ GK` C H `KK -3%@Mf0G Cc-3%:A@N` :A E G0HH _ GK` C 8 E 0/* " T+E H ! E+8 O " T+E @G0HH _ GK`A C O @G0MI _ GK`A C E `0G _ GKZ C
%$
%$!"3+$n) i%-6D$n <+$nJi10 Sa
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
<+31"1 ($+i U ," V $($%$9 *+31"1 ",1*$n1i $t$6 *+31"1 *"n)"-.$n)$n i13t"+-$% *$($ 1696 TG7 <$($ *+31"1 ini0 )$1 -"n5"+$* ,$%3+ 8G ($+i +"1"+B3i+ ."+1696 tin))i TG ($n -"%$,6,$n 61$9$ !UV7 <+31"1 ($+i V ," X $($%$9 *+31"1 *"n)"-.$n)$n $(i$.$ti,7 !"%$-$ *+31"10 1696 )$1 t6+6n ($+i TG -"n#$(i TM 1$-.i% -"%$,6,$n 61$9$ !VX7 <+31"1 ($+i X ," \ $($%$9 *+31"1 *"-$-*$t$n i13t"+-$% *$($ 1696 TM7 \$%$- *+31"1 ini0 )$1 -"%"*$1 ,$%3+ 8M ," +"1"+B3i+ ."+1696 +"n($9 TM ($n -"%$,6,$n 61$9$ !X\7 <+31"1 $,9i+ ($+i \ ," U $($%$9 *+31"1 *"-$-*$t$n $(i$.$ti,7 !696 n$i, ($+i TM ," TG 1$-.i% -"%$,6,$n 61$9$ !\U7 !i,%61 X$+n3t $($%$9 ($1$+ ($+i -"1in (i"1"%0 5$it6 -"1in 5$n) *$%in) i("$%0 5$n) 1"%$n#6tn5$ (i1".6t -"1in X$+n3t7 !"%$-$ *+31"1 1i,%61 X$+n3t ."+%$n)16n)0 )$1 -"n"+i-$ ,$%3+ 8G ($+i +"1"+B3i+ ."+1696 tin))i ($n -"%"*$1 ,$%3+ 8M ," +"1"+B3i+ ."+1696 +"n($97 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 1"16$i ("n)$n =6,6- g >"+-3(in$-i,$ $($%$9 8 E " C a ! $t$6 8G O 8ME K a ! ! E 8G O 8M
T1
Q1
W (= Q1)
Q2 = 0
Gambar 8.11 Siklus mesin ideal Q1 dan suhu fungsi reservoir diubah seluruhnya menjadi usaha W dengan efisiensi 100%.
@NOMZA
:"t"+$n)$nP 8G E ,$%3+ 5$n) (i1"+$* ($+i +"1"+B3i+ 5$n) ."+1696 tin))i 8M E ,$%3+ 5$n) (i%"*$1 ," +"1"+B3i+ 5$n) ."+1696 +"n($9
3. Efisiensi Mesin <"+9$ti,$n !ambar&'()17 ]$-.$+ t"+1".6t -"n6n#6,,$n 1i,%61 ,$%3+ (i ($%$- 1".6$9 -"1in7 <"+.$n(in)$n $nt$+$ ."1$+n5$ 61$9$ @!A 5$n) ($*$t (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"- t"+9$($* ,$%3+ @8GA 5$n) (i1"+$* ($*$t -"n"nt6,$n "Qi1i"n1i 16$t6 -"1in7 !"J$+$ -$t"-$ti10 "Qi1i"n1i -"1in ($*$t (it6%i1,$n 1".$)$i ."+i,6t7 3E
! _ GKKl 8G
Kata Kunci • efisiensi mesin
@NOM`A
a. Mesin Carnot hQi1i"n1i -"1in X$+n3t (i*"+3%"9 ("n)$n J$+$ -"n))$nti 61$9$ @!A ("n)$n +,r-amaan& /'01E2 1"9in))$ +,r-amaan& /'01F2 -"n#$(i 8G , 8M _GKKl 8G
% 8 & $t$6 3 E ' G , M ( _ GKKl @NOMIA 8G * ) >"%$9 (i.$9$1 .$9D$ 6nt6, 16$t6 )$1 i("$%0 "n"+)i ($%$- @CA 1".$n(in) ("n)$n 1696 -6t%$, @TA 1"9in))$ 6nt6, -"1in X$+n3t0 +,r-amaan& /'01G2 ($*$t (it6%i1 1".$)$i ."+i,6t7
3E
% T & 3 E ' G , M ( _ GKKl TG * )
:"t"+$n)$nP TG E 1696 +"1"+B3i+ tin))i @:A TM E 1696 +"1"+B3i+ +"n($9 @:A
Q1
W
@NOMHA
<"n))$nti$n ."1$+$n ,$%3+ @8A -"n#$(i 1696 -6t%$, @TA ($%$-"n"nt6,$n "Qi1i"n1i 1".6$9 -"1in0 ."+($1$+,$n *$($ "n"+)i ($%$1".$n(in) ("n)$n 16967 :"%Bin -"n6n#6,,$n .$9D$ 8M T E M 8G TG
T1
Q2 T2
Gambar 8.12
@NOMNA
Perubahan kalor menjadi kerja: Q1 = kalor masuk; Q2 = kalor dilepaskan; W = usaha yang dilakukan; T1 = suhu reservoir tinggi; dan T2 = suhu reservoir rendah.
Termodinamika
189
p A B
Q1 D
Q2 C V
Gambar 8.13
b. Mesin Otto ["1in ;tt3 -"+6*$,$n -"1in ,$%3+ 5$n) *+in1i* ,"+#$n5$ ."+($1$+,$n 1i,%61 ;tt37 <$($ 1i,%61 ;tt30 t"+($*$t (6$ *+31"1 $(i$.$ti, ($n (6$ *+31"1 i13,93+i,7 <"+9$ti,$n !ambar& '()A7 <$($ !ambar&'()A0 UOV ($n XO\ -"+6*$,$n *+31"1 $(i$.$ti,0 1"($n),$n VOX ($n \OU -"+6*$,$n *+31"1 i13,93+i,7 U($*6n 8G $($%$9 ,$%3+ 5$n) -$16, ($%$- 1i1t"-0 1"($n),$n 8M $($%$9 ,$%3+ 5$n) ,"%6$+ @(i%"*$1,$nA 3%"9 1i1t"-7 hQi1i"n1i ($+i 1i,%61 ;tt3 (in5$t$,$n ("n)$n *"+1$-$$n G,+
Dua proses adiabatik dan dua proses isokhorik pada siklus Otto.
%8 & 3 &G,' M ( ) 8G *
@NOMfA
!i,%61 ;tt3 .$n5$, (i$*%i,$1i,$n *$($ -"1in -3t3+ .$,$+7 c.
p A
D Q1
B Q2 C V
Gambar 8.14 Siklus diesel
Mesin Diesel ["1in (i"1"% -"+6*$,$n -"1in ,$%3+ 5$n) *+in1i* ,"+#$n5$ -"n))6n$,$n 1i,%61 (i"1"%7 <$($ 1i,%61 (i"1"% t"+($*$t (6$ *+31"1 $(i$.$ti,0 1$t6 *+31"1 i13.$+i,0 ($n 1$t6 *+31"1 i13,93+i,7 <"+9$ti,$n !ambar& '()E7 <+31"1 ($+i \ ," U -"+6*$,$n *+31"1 i13.$+i,0 UOV ($n XO\ -"+6*$,$n *+31"1 $(i$.$ti,0 ($n *+31"1 VOX -"+6*$,$n *+31"1 i13,93+i,7 <+in1i* ,"+#$ -"1in (i"1"% 9$-*i+ 1$-$ ("n)$n -"1in 3tt3 ,$+"n$ 1"-6$ *+31"1 *$($ -"1in (i"1"% 1$-$ ("n)$n -"1in 3tt30 ,"J6$%i *+31"1 i13.$+i,7 hQi1i"n1i ."."+$*$ -"1in (it6n#6,,$n *$($ ;ab,l& '(17 ;ab,l&'(1 hQi1i"n1i V"."+$*$ ["1in B,ni-&M,-in
Pembahasan Soal Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 800 K, memiliki efisiensi 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi .... a. 900 K d. 1.180 K b. 960 K e. 1.600 K c. 1.000 K Soal UMPTN Tahun 1990 Pembahasan: Keadaan 1: 3 = 40% T1 = 800 K T 3 = 1 – 2 $ 40% T1 T2 =1– 800 K T2 = 480 K
MK O M` MI O LN L` ZK
Contoh 8.8 !".6$9 -"1in X$+n3t -"-i%i,i "Qi1i"n1i ZKl7 Ci,$ 1696 +"1"+B3i+ tin))i NKK :0 t"nt6,$n%$9 ."1$+n5$ 1696 +"1"+B3i+ tin))i $)$+ "Qi1i"n1i -"1in -"n#$(i `Kl ("n)$n $n))$*$n 1696 +"1"+B3i+ +"n($9 ti($, -"n)$%$-i *"+6.$9$n7 BaCab: <"+t$-$0 t"nt6,$n 1696 +"1"+B3i+ +"n($9 @TMA *$($ 3 E ZKl7
3 EGO
TM TG
ZKl E G O
TM $ TM E ZNK : NKK :
:"(6$0 t"nt6,$n 1696 +"1"+B3i+ tin))i @TGA ("n)$n -"-*"+)6n$,$n TM 5$n) t"%$9 (i9it6n) t$(i 6nt6, E `Kl7
TM TG ZNK : `Kl E G O TG ZNK : ZNK : K0` E G O E K0` $ TG E fIK : $ TG TG
Keadaan 2: 3 = 50% T2 = 480 K T 3 = 1 – 2 $ 50% T1 480 K =1– T1 T1 = 960 K
3 EGO
Jawaban b
190
["1in -3.i% @."n1inA ["1in (i"1"% >6+.in 6$* *"-.$n),it n6,%i+ >6+.in 6$* *"-.$n),it .$t6.$+$
NOi-i,n-i&/P2
C$(i0 1696 +"1"+B3i+ tin))i 5$n) (i.6t69,$n $($%$9 fIK :7
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Tes Kompetensi Subbab
C
K,r7akanla>&an( G7 !".6$9 -"1in X$+n3t 5$n) -"n))6n$,$n +"1"+B3i+ 1696 tin))i NKK :0 -"-i%i,i "Qi1i"n1i MKl7 Unt6, -"n$i,,$n "Qi1i"n1in5$ -"n#$(i LIl0 ."+$*$ ("+$#$t 1696 +"1"+B3i+ tin))i 9$+61 (in$i,,$nY M7 ["1in X$+n3t 5$n) ."+1696 +"1"+B3i+ tin))i HKbX -"-i%i,i "Qi1i"n1i ZKl7 hQi1i"n1i ($+i -"1in t"+1".6t (itin),$t,$n -"n#$(i `Kl7 V"+$*$ ("+$#$t 1696 +"1"+B3i+ tin))i 9$+61 (in$i,,$nY L7 ["1in X$+n3t -"n"+i-$ ,$%3+ ($+i +"1"+B3i+ 5$n) ."+1696 tin))i MMHbX ($n -"%"*$1,$nn5$ *$($ 1696 +"n($9 MHbX7 >"nt6,$n "Qi1i"n1i -"1in X$+n3t t"+1".6t7 Z7 ["1in *"n(in)in +6$n)$n -"n5"+$* ,$%3+ 1"."1$+ Z7KKK #36%" ($%$- D$,t6 G 1",3n7 Ci,$ 1696 +6$n)$n $,$n (i*"+t$9$n,$n 1"."1$+ M`bX0 1"($n),$n 1696
`7
I7
%in),6n)$n t"-*$t *"-.6$n)$n ,$%3+ $($%$9 LMbX7 V"+$*$,$9 ($5$ %i1t+i, 5$n) (i.6t69,$nY !".6$9 -"1in -"n5"+$* ,$%3+ 1"."1$+ `7KKK C36%" ($+i 1".6$9 +"1"+B3i+ ."+1696 `KK : ($n -"-.6$n)n5$ 1"."1$+ M7KKK #36%" *$($ 1696 MKK :7 \$+i ($t$ t"+1".6t0 t"nt6,$n%$9P $7 "Qi1i"n1i -"1inW ($n .7 61$9$ 5$n) ($*$t (i%$,6,$n7 !".6$9 -"1in X$+n3t -"-i%i,i "Qi1i"n1i LKl7 Ci,$ 1696 +"1"+B3i+ tin))i H`K :0 t"nt6,$n%$9 ."1$+n5$ 1696 +"1"+B3i+ tin))i $)$+ "Qi1i"n1i -"1in -"n#$(i `Kl0 ("n)$n $n))$*$n 1696 +"1"+B3i+ +"n($9 ti($, -"n)$%$-i *"+6.$9$n7
Tokoh
D. Hukum II Termodinamika =6,6- g >"+-3(in$-i,$ -"n5$t$,$n t"nt$n) ,",",$%$n "n"+)i0 5$it6 "n"+)i ti($, ($*$t (iJi*t$,$n $t$6 (i-61n$9,$n0 -"%$in,$n 9$n5$ ($*$t (i6.$9 ($+i 1$t6 ."nt6, "n"+)i ," ."nt6, "n"+)i %$inn5$7 =6,6- g >"+-3(in$-i,$ ti($, -"-.$t$1i .$)$i-$n$ *"+6.$9$n "n"+)i t"+1".6t ."+%$n)16n)7 T$in 9$%n5$ ("n)$n =6,6- gg >"+-3(in$-i,$ 5$n) -"-i%i,i .$t$1$ne.$t$1$n t"+t"nt67 !".6$9 -"1in ($*$t ."+)"+$, (i1".$.,$n $($n5$ "n"+)i ,$%3+ 5$n) (i."+i,$n *$($ -"1in t"+1".6t 1"J$+$ t"+61e-"n"+610 t"t$*i 1".$%i,n5$ ti($, -6n),in "n"+)i )"+$, @61$9$A ($*$t -"-."+i,$n ,$%3+ 1"J$+$ t"+61 -"n"+617 <$($ ,"n5$t$$nn5$0 ti($, $($ 1".6$9 -"1in *6n 5$n) .","+#$ -"n5"+$* "n"+)i ,$%3+ ($n -"n)6.$9 1"%6+69n5$ -"n#$(i 61$9$7 V"+i,6t ini 9$%e9$% 5$n) ."+,$it$n ("n)$n =6,6- gg >"+-3(in$-i,$ 5$n) -"+6*$,$n ,"1i-*6%$n ($+i *"n)$-$t$ne*"n)$-$t$n 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 K,lQin0 +lanRk0 ($n Klau-iu-7 G7 ["n6+6t :"%Bin ($n <%$nJ,0 ti($, -6n),in -"-.6$t -"1in 5$n) .","+#$ ($%$- 16$t6 1i,%610 -"n"+i-$ ,$%3+ ($+i 1$t6 +"1"+B3i+ ($n -"n)6.$9 1"%6+69 ,$%3+ t"+1".6t -"n#$(i 61$9$7 M7 ["n6+6t X%$61i610 ti($, -6n),in -"-.6$t -"1in 5$n) .","+#$ ($%$1$t6 1i,%610 -"n)$-.i% ,$%3+ ($+i +"1"+B3i+ 5$n) -"-i%i,i 1696 +"n($9 ($n -"-."+i,$nn5$ *$($ +"1"+B3i+ 5$n) -"-i%i,i 1696 tin))i t$n*$ -"-"+%6,$n 61$9$ ($+i %6$+7 L7 ["1in X$+n3t 5$n) .","+#$ (i $nt$+$ +"1"+B3i+ 1696 TG ($n +"1"+B3i+ 5$n) ."+1696 TM @TG R TMA -"n)9$1i%,$n "Qi1i"n1i 5$n) tin))i7 C$(i0 -"n6+6t :"%Bin ($n <%$nJ, ti($, -6n),in 16$t6 -"1in 9$n5$ -"-i%i,i 1".6$9 +"1"+B3i+ ($n ti($, -6n),in 1".6$9 -"1in -"-i%i,i "Qi1i"n1i GKKl7 Ci,$ "Qi1i"n1i GKKl0 ,$%3+ 5$n) (i1"+$* ($+i %in),6n)$nn5$ $,$n (i6.$9 1"%6+69n5$ -"n#$(i 61$9$7 U1$9$ -"1in 1"-$J$- ini (i1".6t -"1in $rA$A>((9+9;Hi,A #"ni1 ,"(6$7 :"n5$t$$nn5$0 ti($, $($ -"1in 1"*"+ti it60 D$%$6*6n -$1i9 -"-"n69i =6,6- g >"+-3(in$-i,$7
Nikolaus Otto
Sumber: Jendela Iptek: Energi, 1997
Pada 1876, seorang warga negara Jerman, Nikolaus Otto menjadi orang pertama yang membuat dan menjual mesin 4 tak yang kemudian menjadi dasar pembuatan kebanyakan mesin. Ia menamakan mesinnya Silent Otto karena mesin tersebut mampu bekerja tanpa menimbulkan kebisingan. Salah satu ciri mesin 4 tak adalah tekanan kompresinya. Jika bahan bakar berupa gas yang dimampatkan, akan lebih banyak energi yang dilepaskan. Gagasan ini pertama kali dikembangkan oleh Alphone Beau de Rochas (1815– 1891) yang berkewarganegaraan Prancis, tetapi justru Otto yang menyukseskan ide tersebut.
Termodinamika
191
["n6+6t X%$61i610 -"1in 1"%$%6 -"-"+%6,$n 61$9$ %6$+ $)$+ ($*$t -"-in($9,$n ,$%3+ ($+i t"-*$t 5$n) ."+1696 +"n($9 ," t"-*$t 5$n) ."+1696 tin))i7 ["1in 1"*"+ti ini (i1".6t -"1in *"n(in)in0 -i1$%n5$ %"-$+i "1 ($n *"n(in)in +6$n)$n $t$6 UX @)ir+ c;0%i>i;0ArA7
1. Proses Reversibel dan Irreversibel <+31"1e*+31"1 *$($ -"1in ,$%3+ $($ 5$n) ."+1iQ$t rA&Ar"iHA,+($n $($ *6%$ 5$n) ."+1iQ$t irrA&Ar"iHA,+ @ti($, +"B"+1i."%A7 <+31"1 rA&Ar"iHA,+ -"+6*$,$n *+31"1 5$n) ."+%$n)16n) 1$n)$t %$-.$t 1"9in))$ *+31"1n5$ ($*$t (i$n))$* 1".$)$i +$n),$i$n ,"$($$n 1"ti-.$n)7 !"%6+69 *+31"1 t"+1".6t ($*$t (i,"+#$,$n 1"J$+$ ,".$%i,$n t$n*$ -"n)6.$9 ."1$+ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n $t$6 ,$%3+ 5$n) (i*in($9,$n7 <+31"1 +"B"+1i."% 1"-*6+n$ ti($, ($*$t (it"nt6,$n ($%$- ,"n5$t$$n ,$+"n$ *+31"1 ini t$, t"+.$t$17 <+31"1 ini #6)$ -"n)9"n($,i ti($, $($n5$ )"1",$n0 )$n))6$n $%i+$n 6($+$0 1"+t$ Q$,t3+ *"n)6.$9 ,$%3+ ($n 61$9$ %$inn5$7 <+31"1 5$n) $($ *$($ ,"n5$t$$nn5$ $($%$9 *+31"1 i++"B"+1i."%7 <$($ *+31"1 n5$t$0 -i1$%n5$ -$1i9 (it"-6,$n )"1",$n 5$n) -"n5".$.,$n $($n5$ *$n$1 5$n) 9i%$n) $t$6 $%i+$n )$1 5$n) ."+6.$97 T1
Q1
W
Q2 T2
Gambar 8.15 Perubahan kerja menjadi kalor.
Tantangan
2. Mesin Pendingin (Refrigerator) =6,6- gg >"+-3(in$-i,$ ."+*")$n) ,"*$($ ,"J"n("+6n)$n $%$-i$9 1iQ$t ,$%3+ 5$n) 1"%$%6 -"+$-.$t 1"J$+$ 1*3nt$n ($+i ."n($ ."+1696 tin))i ," ."n($ 5$n) ."+1696 +"n($90 ,"J6$%i #i,$ $($ 61$9$ %6$+ 5$n) -"-$,1$ -"-in($9,$n ,$%3+ ($+i 1i1t"- ."+1696 +"n($9 ," %in),6n)$n 5$n) ."+1696 %".i9 tin))i7 <$($ -"1in *"n(in)in0 1i1t"- -"n)$-.i% ,$%3+ 8M ($n -"%"*$1,$n ,$%3+ 8G7 U($*6n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n $($%$9 !7 !i,%61 -"1in *"n(in)in ($*$t (i%i9$t *$($ !ambar& '()F7 :"t"+$n)$n )$-.$+P 8G E ,$%3+ 5$n) (i%"*$1,$n *$($ 1696 tin))i TG 8M E ,$%3+ 5$n) (i1"+$* *$($ 1696 +"n($9 TM ! E 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n ($+i %6$+ U,6+$n ($5$ 1".6$9 -"1in *"n(in)in (in5$t$,$n ("n)$n ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$7 !"J$+$ -$t"-$ti10 ($*$t (it6%i1,$n 1".$)$i ."+i,6t7 PE
untuk Anda Mengapa AC menggunakan freon? Apakah freon dapat digantikan oleh gas lain?
8M 8M TM E E 8G , 8M ! TG , TM
@NOLKA
T"-$+i "1 ($n *"n(in)in +6$n)$n -"-i%i,i ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$ ($%$#$n),$6$n M 1$-*$i ("n)$n I7 !"-$,in tin))i ni%$i P0 1"-$,in .$i, -"1in *"n(in)in t"+1".6t7
Contoh 8.9 >"-*"+$t6+ (i ($%$- 1".6$9 %"-$+i "1 $($%$9 OLbX7 m%6i($ ,"+#$ 5$n) (i-$-*$t,$n (i ($%$-n5$ -"n)"-.$n) *$($ t"-*"+$t6+ 1"."1$+ MHbX7 >"nt6,$n%$9 ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$ %"-$+i "1 t"+1".6t7 BaCab: \i,"t$96iP TM E @OL a MHLA E MHK : TG E @MH a MHLA E LKK : \"n)$n -"n))6n$,$n *"+1$-$$n TM P E T ,T G M
192
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
(i*"+3%"9 MHK : MHK : P E LKK , MHK : E Ef $ % LK : C$(i0 ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$ %"-$+i "1 t"+1".6t 1"."1$+ f7
Tes Kompetensi Subbab
D
K,r7akanla>&an( G7
M7
L7
!696 (i ($%$- 1".6$9 %"-$+i "1 $($%$9 O`bX7 m%6i($ ,"+#$ 5$n) (i-$-*$t,$n (i ($%$-n5$ -"n)"-.6n *$($ 1696 M`bX7 >"nt6,$n%$9 ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$ %"-$+i "1 t"+1".6t7 !"#6-%$9 -$,$n$n ($%$- %"-$+i "1 -"n)9$1i%,$n ,$%3+ 1"."1$+ Z7MKK C7 Ci,$ ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$ %"-$+i "1 t"+1".6t L0`7 >"nt6,$n%$9 "n"+)i %i1t+i, 5$n) (i*"+%6,$n %"-$+i "1 6nt6, -"-in($9,$n ,$%3+ 5$n) (i9$1i%,$n -$,$n$n7 ["1in *"n(in)in +6$n)$n -"n5"+$* ,$%3+ 1"."1$+ N7`ZK C ($%$- D$,t6 G 1",3n7 !696 +6$n)$n (i*"+t$9$n,$n 1"."1$+ GNbX0 1"($n),$n 1696
Z7
`7
%in),6n)$n t"-*$t *"-.6$n)$n ,$%3+ $($%$9 LMbX7 >"nt6,$n%$9 ($5$ %i1t+i, 5$n) (i.6t69,$n7 !6$t6 -"1in *"n(in)in ."+($5$ ,"+#$ MKK D$tt7 Ci,$ 1696 +6$n) *"n(in)in OZbX ($n 1696 6($+$ (i %6$+ M`bX @$n))$* -"1in i("$%A0 ."+$*$ ,$%3+ -$,1i-65$n) ($*$t (i1"+$* -"1in *"n(in)in ($+i +6$n) *"n(in)inn5$ 1"%$-$ GK -"nitY !6$t6 .$n)6n$n 9"n($, (i(in)in,$n ("n)$n 1".6$9 -"1in *"n(in)in i("$%7 !696 (i %6$+ .$n)6n$n MNbX ($n (i ($%$- .$n)6n$n G`bX7 Ci,$ $%$t *"n(in)in t"+1".6t ."+,",6$t$n GK *$+@G *$+E HZ` D$ttA0 ."+$*$ *$n$1 5$n) (i,"%6$+,$n ($+i .$n)6n$n t"+1".6t 1"ti$* #$-Y
Rangkuman G7 :$%3+ -"+6*$,$n 1$%$9 1$t6 ."nt6, "n"+)i 5$n) ($*$t ."+*in($9 ($+i 16$t6 %in),6n)$n ," 16$t6 1i1t"-0 $t$6 1".$%i,n5$7 :$%3+ ."+*in($9 ($+i 1696 tin))i ," 1696 5$n) %".i9 +"n($97 8+E+9c " T M7 <$($ ,"$($$n t",$n$n t"t$*0 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 $($%$9 'M
!E
# $ %'
E $ @'M O 'GA E $ " '
'G
Ci,$ )$1 -"%$,6,$n ",1*$n1i @*"n)"-.$n)$nA0 61$9$ ."+ni%$i *31itiQ 5$n) -"n5".$.,$n B3%6-" ."+t$-.$9 $t$6 'M R 'G7 Ci,$ )$1 (i-$-*$t,$n0 61$9$ ."+ni%$i n")$tiQ7 Tin),6n)$n -"%$,6,$n 61$9$ *$($ 1i1t"- 1"9in))$ 'M S 'G7 L7 ]$1 5$n) ."+$($ ($%$- +6$n) t"+t6t6* ($*$t (i6.$9 ,"$($$nn5$ -"%$%6i ."."+$*$ *+31"17 $7 <+31"1 g13t"+-$%0 t"+#$(i *$($ 1696 t"t$*7 U1$9$ 'M 5$n) (i%$,6,$n )$1 $($%$9 ! E +0 1T %n ' 7 G .7 <+31"1 g13,93+i,0 t"+#$(i *$($ B3%6-" t"t$*7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 $($%$9 ! E $@ " 'A E K7 J7 <+31"1 g13.$+i,0 t"+#$(i *$($ t",$n$n t"t$*7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 $($%$9 ! E $@'M O 'GA E $ $ "' % 7 (7 <+31"1 U(i$.$ti,0 t"+#$(i *$($ ,"$($$n 1i1t"- @)$1A ti($, -"n)$%$-i *"+t6,$+$n ,$%3+ ("n)$n %in),6n)$n7 <$($ *+31"1 ini t"+#$(i *"+6.$9$n 16960
t",$n$n0 ($n B3%6-"7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 L $($%$9 ! E 01 @TG O TMA7 M Z7 =6,6- g >"+-3(in$-i,$ (i+6-61,$n 1".$)$i ."+i,6t7 !"#6-%$9 ,$%3+ 5$n) (i."+i,$n ,"*$($ 1i1t"-0 (i*$,$i 1".$)i$n 3%"9 1i1t"- 6nt6, -"%$,6,$n 61$9$ !7 !"%i1i9 "n"+)i 8 O ! 1$-$ ("n)$n *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- @CA ($+i 1i1t"-0 5$it6 8 E "C a ! `7 :$*$1it$1 ,$%3+ ($+i 16$t6 /$t (i("Qini1i,$n 1".$)$i .$n5$,n5$ ,$%3+ 5$n) (i*"+%6,$n 6nt6, -"n$i,,$n 1696 /$t t"+1".6t 1"."1$+ 1$t6 ,"%Bin $t$6 1$t6 ("+$#$t J"%1i617 8 /E "T :$*$1it$1 ,$%3+ 6nt6, *+31"1 i13,93+i, @& E t"t$*AP L /d E 01 M :$*$1it$1 ,$%3+ 6nt6, *+31"1 i13.$+i,P @$ E t"t$*A f /* E 01 M =6.6n)$n $nt$+$ /* ("n)$n /B $($%$9 /* O /d E 01 I7 <$($ 1i,%61 X$+n3t0 )$1 -"n"+i-$ ,$%3+ 8G ($+i +"1"+B3i+ ."+1696 tin))i ($n -"%"*$1 ,$%3+ 8M ," +"1"+B3i+ ."+1696 +"n($97 !i,%61 X$+n3t -"+6*$,$n ($1$+ ($+i -"1in (i"1"% @-"1in X$+n3tA0 5$it6 -"1in 5$n) *$%in) i("$%7 hQi1i"n1i -"1in -"+6*$,$n *"+.$n(in)$n $nt$+$ ."1$+ 61$9$ 5$n) ($*$t (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"- t"+9$($* ,$%3+ 5$n) (i1"+$*7
Termodinamika
193
3E
H7 =6,6- gg >"+-3(in$-i,$ -"-i%i,i ,"1i-*6%$n 1".$)$i ."+i,6t7 $7 >i($, -6n),in -"-.6$t 16$t6 -"1in 5$n) ($*$t -"n)6.$9 ,$%3+ 5$n) (it"+i-$ -"n#$(i 61$9$ 1"%6+69n5$ ($%$- 1$t6 1i,%617 .7 :$%3+ ti($, *"+n$9 -"n)$%i+ 1*3nt$n ($+i ."n($ ."+1696 +"n($9 ," ."n($ ."+1696 tin))i7 J7 ["1in X$+n3t 5$n) .","+#$ (i $nt$+$ +"1"+B3i+ ."+1696 TG ($n +"1"+B3i+ 5$n) ."+1696 TM ("n)$n TG R TM -$,$ "Qi1i"n1in5$ tin))i7
! 8G _ GKKl
8M & ( _ GKKl ) 8G * % TM & 3 E ' G , ( _ GKKl ) TG * %
3 E 'G ,
Peta Konsep ;,rmo
<+31"1 g13t"+-
%$=6,6- g >"+-3(in$-i,$
:$*$1it$1 :$%3+
-"-.$9$1
*$($
<+31"1 g13,93+i,
<+31"1 g13.$+i,
<+31"1 U(i$.$ti,
>",$n$n >"t$*
!i,%61 >"+-3(in$-i,$
=6,6- gg >"+-3(in$-i,$
-"-.$9$1
-"-.$9$1
hQ"1i"n1i -"1in
<+31"1 n"B"+1i."%
*$($
d3%6-" >"t$*
<+31"1 g++"B"+1i."% J3nt39n5$
["1in X$+n3t
["1in ;tt3
["1in \i"1"%
["1in <"n(in)in
Refleksi Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu telah memahami Hukum I Termodinamika dan proses-proses yang dapat terjadi di dalamnya. Adapun Hukum II Termodinamika mempelajari tentang perlunya usaha luar dan konsep kapasitas kalor pada proses-proses termodinamika. Dari keseluruhan materi bab ini, bagian
194
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
manakah yang menurut Anda sulit? Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda. Dari pemahaman yang Anda peroleh, coba sebutkan beberapa manfaat yang dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.
Tes Kompetensi Bab 8 S( +ili>la>&-ala>&-atu&7aCaban&TanU&6alinU&t,6at&&6aan( G7
M7
L7
Z7
`7
I7
H7
=6,6- g >"+-3(in$-i,$ -"n5$t$,$n .$9D$ 7777 $7 ,$%3+ ti($, ($*$t -$16, ," ($%$- ($n ," %6$+ ($+i 16$t6 1i1t".7 "n"+)i $($%$9 ,",$% J7 "n"+)i ($%$- $($%$9 ,",$% (7 1696 $($%$9 t"t$* "7 1i1t"- ti($, -"n($*$t 61$9$ ($+i %6$+ !"#6-%$9 )$1 i("$% ("n)$n -$11$ t"+t"nt6 -"n)$%$-i *"-$-*$t$n 1"J$+$ $(i$.$ti,7 Ci,$ ! $($%$9 ,"+#$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 1i1t"- @)$1A ($n T $($%$9 *"+6.$9$n 1696 ($+i 1i1t"-0 ."+%$,6 7777 $7 ! E K0 " T R K (7 ! S K0 " T R K .7 ! R K0 " T E K "7 ! E K0 " T E K J7 ! S K0 " T E K \6$ -3% )$1 $+)3n -"-6$i 1"J$+$ i13t"+-$% *$($ 1696 LKK :0 ($+i B3%6-" $D$% K0K`K -L ," B3%6-" $,9i+ K0KIK -L7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 $+)3n $($%$9 7777 @1 E N0LG Cc,-3%:A $7 ffH0M #36%" (7 Zf0NI #36%" .7 fKf #36%" "7 ZZ0NH #36%" J7 ZfN0I #36%" !".$n5$, M - L )$1 9"%i6- 5$n) ."+1696 ZHbX (i*$n$1,$n 1"J$+$ i13.$+i, 1$-*$i GMHbX7 Ci,$ t",$n$n )$1 9"%i6- M0` _ GK` ^c-M0 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 G`K ,C (7 GM0` ,C .7 GM` ,C "7 M`K ,C J7 G` ,C !6$t6 )$1 5$n) B3%6-"n5$ K0` -L *"+%$9$ne%$9$n (i*$n$1,$n *$($ t",$n$n t"t$* 1"9in))$ B3%6-"n5$ -"n#$(i M -L7 Ci,$ 61$9$ %6$+ )$1 t"+1".6t L _ GK` #36%"0 t",$n$n )$1 $($%$9 7777 $7 I _ GK` ^c-M (7 M _ GK` ^c-M ` M .7 Z _ GK ^c"7 G0` _ GK` ^c-M ` M J7 L _ GK ^c<"+9$ti,$n *"+n5$t$$ne*"+n5$t$$n ."+i,6t7 @GA <$($ *+31"1 i13,93+i,0 )$1 ti($, -"%$,6,$n 61$9$7 @MA <$($ *+31"1 i13.$+i,0 )$1 1"%$%6 -"n)"-.$n)7 @LA <$($ *+31"1 $(i.$ti,0 )$1 1"%$%6 -"n)"-.$n)7 @ZA <$($ *+31"1 i13t"+-i,0 "n"+)i ($%$- )$1 t"t$*7 <"+n5$t$$n 5$n) 1"16$i ("n)$n ,3n1"* t"+-3(in$-i,$ $($%$9 7777 $7 @GA ($n @MA (7 @MA0 @LA0 ($n @ZA .7 @GA0 @MA0 ($n @LA "7 @LA ($n @ZA J7 @GA ($n @ZA /Nbtana-&)JJJ2 Ti-$ %it"+ )$1 i("$% ($%$- 1i%in("+ -"1in (i"1"% -"n)$%$-i *+31"1 $(i$.$ti, *$($ t",$n$n G0M $t-7 Ci,$ 1"t"%$9 *+31"1 ,3-*+"1i (i9$1i%,$n B3%6-" $,9i+ H0` T ("n)$n + E G0`0 ."1$+n5$ t",$n$n $,9i+ $($%$9 7777
$7 K0NI $t(7 K0II $t.7 K0NK $t"7 K0IK $tJ7 K0HI $tN7 !"#"ni1 )$1 i("$% B3%6-"n5$ L T7 <$($ 1696 MHbX0 )$1 t"+1".6t (i*$n$1,$n *$($ t",$n$n t"t$* M $t- 1$-*$i 1696e n5$ MMHbX7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 Z _ GKM C (7 K0Z _ GKL C .7 Z _ GKL C "7 Z _ GK` C J7 K0Z _ GKM C f7 Ci,$ B3%6-" )$1 i("$% (i*"+."1$+ (6$ ,$%i B3%6-" 1"-6%$ ($n t"+n5$t$ "n"+)i ($%$-n5$ -"n#$(i "-*$t ,$%i 1"-6%$0 t",$n$n )$1 t"+1".6t -"n#$(i 7777 G
$7 .7
Z ,$%i (7 Z ,$%i M ,$%i "7 ,3n1t$n G J7 ,$%i M GK7 !"#6-%$9 )$1 -"n)$%$-i 1i,%61 1"*"+ti *$($ )$-.$+ p (N/m2) ."+i,6t7 5
2
A
B
D
C
2
4
V (m3)
!696 (i titi, X $($%$9 ZKK :0 ($n 1696 (i titi, U $($%$9 7777 $7 LKK : (7 `KK : .7 ZKK : "7 IKK : J7 Z`K : GG7 <"+9$ti,$n )+$Qi, ."+i,6t ini7 p (N/m2)
2
1
2
V (m3)
]+$Qi, t"+1".6t -"n6n#6,,$n 96.6n)$n t",$n$n @$A t"+9$($* B3%6-" @'A0 ($+i 1"#6-%$9 -$11$ )$1 i("$%7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 1"%$-$ *+31"1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 I0` C (7 M C . ZC "7 G0` C J7 L0` C GM7 <"+9$ti,$n )+$Qi, ."+i,6t7 p (N/m2) 3
1 0
C
B
A 1
2
V (m3)
Termodinamika
195
GL7
GZ7
G`7
GI7
V( G7
M7
L7
Z7
`7
196
<$($ )+$Qi, t"+1".6t0 16$t6 )$1 -"n)$%$-i *+31"1 UeVeX7 :$%3+ 5$n) (i.6t69,$n 6nt6, *+31"1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 L #36%" (7 Z0` #36%" .7 H0` #36%" "7 GM #36%" J7 GK0` #36%" !6$t6 1i1t"- -"n)$%$-i *+31"1 $(i$.$ti,7 <$($ 1i1t"(i%$,6,$n 61$9$ GKK C7 Ci,$ *"+6.$9$n "n"+)i ($%$1i1t"- $($%$9 C ($n ,$%3+ 5$n) (i1"+$* 1i1t"- $($%$9 i0 (i*"+3%"9 7777 $7 " C E OG7KKK C (7 i E GK C .7 " C E GKK C "7 " C a i E GKK C J7 " C E K /WM+;X&)JJE2 <$($ )$1 i("$% -3n3$t3-i,0 *+31"1 5$n) t"+#$(i *$($ ."1$+$ne."1$+$n Qi1i1 1"J$+$ i13.$+i, $($%$9 7777 L $7 8 E " ' ($n " ' E 0 1 " T M .7 8 E ! ($n " C E K J7 8 E K ($n " C E K L (7 8 E 0+/$+ " T ($n " C E 0 1 " T M "7 8 E 0+/$+ " T ($n " C E K Unt6, *+31"1 $(i$.$ti,0 61$9$ 5$n) t"+#$(i *$($ )$1 i("$% -3n3$t3-i, $($%$9 7777 L $7 K (7 !+M+ 0 1 " T M L .7 !+M+8 "7 ! E O 0 1 " T M J7 !+M+$+ " ' !".6$9 -"1in X$+n3t 1"ti$* 1i,%61n5$ -"n"+i-$ "n"+)i ($+i +"1"+B3i+ 1696 tin))i 1"."1$+ GM ,C ($n -"-.6$n) "n"+)i Z7KKK ,C ," +"1"+B3i+ 1696 +"n($97 V"1$+ "Qi1i"n1i -"1in t"+1".6t $($%$9 7777 $7 GH l (7 IH l .7 LL l "7 ff l J7 `K l /Nbtana-&&1LLL2 BaCabla>&6,rtanTaan&b,rikut&ini&<,nUan&t,6at( !"#6-%$9 )$1 i("$% -"n"-*$ti +6$n) ."+B3%6-" G J-L0 -$11$ )$1 t"+1".6t GMZ )0 ($n ."+$t -3%",6%n5$ IM7 >"nt6,$n%$9 t",$n$n )$1 t"+1".6t *$($ 1696 MHbX7 ]$1 i("$% -"n)$%$-i *"-$nt$*$n 1"J$+$ $(i$.$ti, 1"9in))$ B3%6-"n5$ ."+,6+$n) K0` %it"+7 Ci,$ B3%6-" $D$%n5$ M0` %it"+ ($n t",$n$nn5$ Z $t-31Q"+0 t"nt6,$n%$9 t",$n$n )$1 t"+1".6t 1"t"%$9 -"n)$%$-i *"-$-*$t$n @t"t$*$n T$*%$J" E G0HA7 \$%$- 16$t6 *+31"10 16$t6 )$1 -"n"+i-$ ,$%3+ N7KKK ,$%3+i7 >"+n5$t$0 )$1 ($*$t -"%$,6,$n 61$9$ 1"."1$+ GM7KKK #36%"7 =it6n)%$9 *"+6.$9$n "n"+)i ($%$- )$17 ]$1 -"%$,6,$n 61$9$ 1"."1$+ LfH0G #36%" *$($ *+31"1 $(i$.$ti,7 V"+$*$ ,$%3+i ."1$+ *"+6.$9$n "n"+)i ($%$)$1Y @G ,$%3+i E Z0GN CA ]$1 -"n"+i-$ ,$%3+ Z7KKK ,$%3+i0 -"n)9$1i%,$n 61$9$ 1"."1$+ H7KKK #36%"7 V"+$*$ *"+6.$9$n "n"+)i ($%$)$1 @G ,$%3+i E Z0GN CAY
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
GH7 <"+9$ti,$n )+$Qi, $B' -"1in X$+n3t ."+i,6t ini7 p
A Q1 B D
C
Q2
V
\i,"t$96i ! E I ,C7 V$n5$,n5$ ,$%3+ 5$n) (i%"*$1 3%"9 -"1in 1"ti$* 1i,%61 $($%$9 7777 $7 M7M`K C (7 I7KKK C .7 L7IKK C "7 f7IKK C J7 L7H`K C /Nbtana-&)JJ'2 GN7 !".6$9 -"1in X$+n3t 5$n) +"1"+B3i+ 1696 +"n($9n5$ MHbX -"-i%i,i "Qi1i"n1i ZKl7 Ci,$ "Qi1i"n1i (i*"+."1$+ -"n#$(i `Kl0 +"1"+B3i+ 1696 tin))in5$ 9$+61 (in$i,,$n 1"."1$+ 7777 $7 M` : (7 GKK : .7 `K : "7 G`K : J7 H` : Gf7 n"1"+B3i+ ."+1696 tin))i *$($ -"1in X$+n3t $($%$9 NKK : ($n +"1"+B3i+ 1696 +"n($9n5$ LKK :7 :$%3+ 5$n) (i1"+$* 3%"9 -"1in ($+i +"1"+B3i+ 1696 tin))i 1"."1$+ GI7KKK #36%"7 V"1$+ 61$9$ 5$n) (i9$1i%,$n -"1in X$+n3t t"+1".6t $($%$9 7777 $7 I7KKK C (7 GM7KKK C .7 N7KKK C "7 GZ7KKK C J7 GK7KKK C MK7 U1$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1 i("$% 5$n) -"n)$%$-i *+31"1 i13,93+i, ($+i t",$n$n $G 1$-*$i $M $($%$9 7777 $7 K (7 $MdM
I7
.7
$GdG
"7
J7
@$G a $MA@dG a dMA
\i$)+$- $O' ."+i,6t -"n6n#6,,$n *+31"1 16$t6 )$1 ($%$- 1$t6 1i,%610 (i-6%$i ($+i ) ($n ."+$,9i+ (i )7 4 × 105
1 × 105
p (N/m2) a
b
d
c 1
H7
% $G $M & ''' ( ) G M*
3
V(m3)
\$+i )$-.$+ t"+1".6t0 ."+$*$,$9P $7 61$9$ *$($ 1"ti$* *+31"1W .7 61$9$ t3t$% )$17 !".$n5$, Z -3% )$1 -"-6$i 1"J$+$ i13t"+-$% *$($ 1696 H : 1"9in))$ B3%6-"n5$ ."+6.$9 ($+i Z J-L -"n#$(i IK J-L7 V"+$*$ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1Y
N7
]$1 ($%$- 16$t6 +6$n) t"+t6t6* -"n)$%$-i *+31"1 ($%$- 1$t6 1i,%610 ($+i UOVOXO\OU0 1"*"+ti (i$)+$$B' ."+i,6t7 p (N/m2)
B
4 × 105
1 × 105
C
D
A 1
4
5
V"+($1$+,$n )+$Qi, 1i,%61 t"+1".6t0 ."+$*$ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 )$1Y f7 =it6n)%$9 "Qi1i"n1i ($+i 16$t6 -"1in 5$n) .","+#$ *$($ +"1"+B3i+ 1696 +"n($9 HbX ($n +"1"+B3i+ 1696 tin))i ZMHbX7 GK7 !".6$9 -"1in X$+n3t .","+#$ (i $nt$+$ +"1"+B3i+ *$n$1 GNHbX ($n +"1"+B3i+ (in)in T7 Ci,$ -"1in t"+1".6t -"n5"+$* ,$%3+ G7KKK #36%" ($n ($*$t -"%$,6,$n 61$9$ IKK #36%"0 ."+$*$ 1696 +"1"+B3i+ (in)inn5$Y
V(m3)
Termodinamika
197
Proyek Semester 2 !"*"+ti *$($ 1"-"1t"+ *"+t$-$ 5$n) %$%60 *$($ 1"-"1t"+ ini Un($ #6)$ (it6)$1,$n 6nt6, -"%$,6,$n ,")i$t$n 1"-"1t"+ $)$+ *"-$9$-$n ,3n1"* mi1i,$ Un($ 1"-$,in -"nin),$t7 U($*6n ,")i$t$n 1"-"1t"+ ini -"n)"n$i Q%6i($ ($n +$n),$i$n ,")i$t$n 5$n) 9$+61 Un($ %$,6,$n ."+1$-$ t"-$n 1","%3-*3, $,$n (i6+$i,$n ."+i,6t ini7 <$($ $,9i+ ,")i$t$n0 Un($ *6n 9$+61 -"n5616n %$*3+$n $,9i+ *"+J3.$$n ($n -"-*+"1"nt$1i,$nn5$ (i 9$($*$n ,"%3-*3, %$in ($n )6+6 mi1i,$ Un($7
Viskositas ;u7uan&K,Uiatan ["n"nt6,$n ,3"Qi1i"n ,","nt$%$n /$t J$i+ ("n)$n -"n))6n$,$n =6,6- !t3,"17 Slat&an G7 >$.6n) !t3,"1 @tin))i IK J-0 (i$-"t"+ Z J-0 *"n5$+in)0 M )"%$n) *"-.$t$1A M7 [i1t$+ @GKK J-A L7 [i,+3-"t"+ 1",+6* @KOM` --W K0KG --A Z7 ^"+$J$ ;9$611 @>ri$,A+HA)90 LGG )0 K0KG )A `7 ;$R)>c* N7 #rA;9A>Ar+@-$11$ #"ni1 SG )J-LA f7 >"+-3-"t"+ GK7 T6* +ro-, E J@FA7 $7 U,6+%$9 ($n J$t$t 1696 /$t J$i+ ($%$- t$.6n) 1t3,"1 ("n)$n -"n))6n$,$n t"+-3-"t"+0 )6n$,$n %6* $)$+ *"n)6,6+$n ($*$t (i%$,6,$n ("n)$n %".i9 t"%iti7 .7 U,6+ ($n J$t$t -$11$ #"ni1 /$t J$i+ ("n)$n -"n))6n$,$n $+"3-"t"+0 )6n$e ,$n %6* $)$+ *"n)6,6+$n ($*$t (i%$,6,$n ("n)$n %".i9 t"%iti7 J7 i-.$n) -$11$ .3%$ *"#$% 5$n) $,$n (i)6n$,$n J6,6* 1$t6 ,$%i *"n)6,6+$n7 <"+9$ti,$n *31i1i 1,$%$ n3% 1"."%6- $%$t 6,6+ (i*"+)6n$,$n7 "7 [$16,,$n .3%$ ," ($%$- t$.6n) 1t3,"1 5$n) t"%$9 (i."+i /$t J$i+ 5$n) $,$n (i6,6+ Bi1,31it$1n5$0 ,"-6(i$n $-$ti )"+$, .3%$ 9in))$ .3%$ (i$n))$* ."+)"+$, %6+61 ."+$t6+$n7 Q7 V"+i%$9 t$n($ .$t$1 ("n)$n )"%$n) ,$D$t *"+t$-$ ,"ti,$ .3%$ (i$n))$* t"%$9 -"n)$%$-i )"+$, %6+61 ."+$t6+$n @o ` J- (i $t$1 *"+-6,$$n /$t J$i+A7 )7 U,6+ #$+$, 5$n) $,$n (i$-$ti @FA ("n)$n -"-."+i,$n t$n($ ("n)$n )"%$n) ,"(6$7 97 U-.i% .3%$ 5$n) t"%$9 (i-$16,,$n0 ti+i1,$n0 %$%6 -$16,,$n ,"-.$%i ," ($%$- t$.6n) 1t3,"17 U-$ti ($n J$t$t D$,t6 5$n) (it"-*69 .3%$ ,"ti,$ ."+)"+$, %6+61 ."+$t6+$n 1"*$n#$n) F7 i7 T$,6,$n %$n),$9 )O9 6nt6, GK ,$%i *"+J3.$$n *$($ #$+$, F 5$n) ."+."($e ."($ ("n)$n J$+$ -"n)6.$9 ,"(6(6,$n *31i1i )"%$n) ,"(6$7 M7 +,rRobaan&1P ["n"nt6,$n 9$+)$ Bi1,31it$1 /$t J$i+ ."+($1$+,$n )+$Qi, Q6n)1i G
> E J@ M A7 r $7
198
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
.7 J7 (7
U,6+%$9 -$11$ ($n #$+ie#$+i 1"ti$* .3%$ @-$1in)e-$1in) J6,6* 1$t6 ,$%i *"n)6,6+$nA7 >"nt6,$n ($n 6,6+%$9 #$+$, $nt$+$ (6$ )"%$n) *"-.$t$1 *$($ t$.6n) !t3,"17 U,6+%$9 D$,t6 5$n) (i*"+%6,$n 1"ti$* .3%$ *"#$% 6nt6, -"n"-*69 #$+$, $nt$+$ ,"(6$ )"%$n) *"-.$t$1 5$n) 16($9 (it"nt6,$n t"+1".6t7
+,nUola>an&Yata G7 \"n)$n -"n))6n$,$n ($t$ *"+J3.$$n *"+t$-$0 .6$t )+$Qi, > E J@FA7 :"-6(i$n0 t"nt6,$n ,3"Qi1i"n ,","nt$%$n /$t J$i+ ."+($1$+,$n )+$Qi, t"+1".6t7 M7 L7
G
\"n)$n ($t$ *"+J3.$$n ,"(6$0 .6$t )+$Qi, > E J@ M A7 :"-6(i$n0 t"nt6,$n r ,3"Qi1i"n ,","nt$%$n /$t J$i+ ."+($1$+,$n )+$Qi, t"+1".6t7 V$n(in),$n 9$1i% ,"(6$ *"+J3.$$n t"+1".6t0 ,"-6(i$n ."+i,$n *"n#"%$1$n Un($ -"n)"n$i ,"(6$ 9$1i% t"+1".6t7
± 5 cm gelang satu
y
gelang dua
Tabung Stokes
Proyek Semester 2
199
Tes Kompetensi Fisika Semester 2
S( +ili>la>&-ala>&-atu&7aCaban&TanU&6alinU&t,6at&&6aan( G7
<"+9$ti,$n 1i1t"- ,"1"ti-.$n)$n *$($ )$-.$+ ."+i,6t7 @,$t+3% %iJinA
`7
<"+9$ti,$n )$-.$+ ."+i,6t7 45°
37°
53°
T2 T1
m2
T3
m1
w = 300 N
m3
M7
L7
<"+.$n(in)$n -$11$ ."n($ 9M ($n 9G $($%$9 7777 $7 M P ` (7 Z P L .7 L P Z "7 ` P L J7 L P ` !".6$9 ."n($ -"-i%i,i ."+$t NKK ^ ($n (i)$nt6n) ($%$- ,"$($$n (i$- 1"*"+ti t$-*$, *$($ )$-.$+ ."+i,6t7 V"1$+ t")$n)$n t$%i TM $($%$9 7777 $7 MKK ^ 30° 60° .7 LKK ^ T2 O T1 J7 ZKK ^ T3 (7 ZKK L ^ w "7 MKK L ^
I7
60°
y
F2 = 12 N
F1 = 8 N
–1 0
<"+9$ti,$n )$-.$+ ."+i,6t ini7 H7
T1
V"1$+ t")$n)$n t$%i TG $($%$9 7777 $7 GKK ^ (7 ZKK ^ .7 MKK ^ "7 `KK ^ J7 LKK ^ <"+9$ti,$n )$-.$+ ."+i,6t7
1 2 3
x (m)
n"16%t$n ($+i ,"(6$ )$5$ *$($ )$-.$+ t"+1".6t t"+%"t$, (i 7777 $7 S E OM0N (7 S E G0Z .7 S E K0I "7 S E M0G J7 S E G0M <"+9$ti,$n )$-.$+ ."+i,6t7 C
60°
T2
T
w
Ci,$ t$%i J6,6* ,6$t 6nt6, -"n$9$n t")$n)$n -$,e 1i-6- IK 3 ^0 ."1$+ R 5$n) -$1i9 ($*$t (it$9$n 3%"9 t$%i t"+1".6t $($%$9 7777 $7 `K ^ (7 `K L ^ .7 IK ^ "7 GKK ^ J7 IK L ^ Z7
T1
T1
T3
N7 60°
T2 m2
V"1$+ 9GEG` L ,) ($n ,3"Qi1i"n )"1", 1t$ti1 $nt$+$ 9G ($n -"#$ $($%$9 K0M7 [$11$ 9M $($%$9 7777 $7 Z0` ,) (7 GM ,) .7 J7
200
w = 30 N
!i1t"- *$($ )$-.$+ ."+i,6t ."+$($ ($%$- ,"$($$n 1"ti-.$n)7 m1
GM L ,) f ,)
"7
L
L ,)
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
B
A
V$t$n) UV 5$n) *$n#$n)n5$ NK J- (i."+i .".$n (i 6#6n)e n5$ 1"."1$+ LK ^7 Ci,$ *$n#$n) UX E IK J- ($n -$11$ .$t$n) (i$.$i,$n0 ."1$+ t")$n)$n t$%i T $($%$9 7777 $7 LI ^ (7 I` ^ .7 ZN ^ "7 NK ^ J7 `K ^ <"+9$ti,$n )$-.$+ ."+i,6t7 2 m 1m 3m Ci,$ 1".6$9 .$t$n) #. 5$n) ."+$tn5$ (i$.$i,$n0 ($n ,"e B A C D (6$ 6#6n)n5$ (i)$nt6n)e w1 w2 ,$n ("n)$n t$%i0 ,"-6(i$n ($n (i."+i .".$n -$1in)e-$1in) RG E LKK ^ ($n RM E IKK ^7 \i,"t$96i #/ E M -0 /6 E G -0 ($n 6. E L -0 ."1$+ t")$n)$n t$%i (i # ($n (i . $($%$9 7777 $7 IKK ^ ($n LKK ^ (7 `KK ^ ($n ZKK ^ .7 Z`K ^ ($n Z`K ^ "7 LKK ^ ($n IKK ^ J7 ZKK ^ ($n `KK ^
f7 n$*$t -$11$ 1")6-*$% "1 $($%$9 fGH ,)c-L7 ]6-*$%$n "1 5$n) t"+$*6n) ($%$- $i+ $,$n -6nJ6% (i $t$1 *"+e -6,$$n $i+ ("n)$n B3%6-" 7777 $ K0KNLK -L .7 K0KfGH -L J7 K0G -L (7 G -L "7 G0` -L GK7 !".6$9 *i*$ .$+3-"t"+ (i)$nti ("n)$n *i*$ 5$n) %6$1 *"n$-*$n)n5$ (6$ ,$%in5$7 <$($ t",$n$n 6($+$ %6$+ G $t-31Q"+0 tin))i +$,1$ ($%$- *i*$ $($%$9 7777 $7 Gf J.7 LK JJ7 HI J(7 GGZ J"7 G`M JGG7 !".6$9 *i*$ 1i%in("+ %6+61 -"-i%i,i %6$1 *"n$-*$n) MKK --M ($n GKK --M7
G`7 \i,"t$96i -$11$ #"ni1 $i+ %$6t G0KL )cJ-L ($n t",$n$n 6($+$ %6$+ E GK` ^c-M7 Ci,$ ,$*$% 1"%$- ."+$($ (i ,"($%$-$n GMK -0 t",$n$n 5$n) (i$%$-i ,$*$% 1"%$t"+1".6t $($%$9 7777 $7 G0`K [*$ .7 G0Z` [*$ J7 G0ZG [*$ (7 G0LG [*$ "7 G0M` [*$ GI7 <"+9$ti,$n )$-.$+ ."+i,6t ini7 1 5m 2
Ci,$ (i$-"t"+ %6.$n) L J-0 B3%6-" $i+ 5$n) ,"%6$+ ($+i %6.$n) (i titi, M 1"ti$* -"nit $($%$9 7777 $7 K0ZM -L *"+ -"nit .7 K0`M -L *"+ -"nit J7 K0IN -L *"+ -"nit (7 K0HM -L *"+ -"nit "7 K0H` -L *"+ -"nit GH7 !"t"%$9 (i6,6+ ("n)$n 1".6$9 -$n3-"t"+0 (i,"t$96i t",$n$n $i+ (i ($%$- 1".6$9 t$n),i $($%$9 `KK ,<$7 1 2 <"+9$ti,$n )$-.$+ (i 1$-*in)7 Ci,$ t"+#$(i ,".3J3+$n (i titi, M0 ,"J"*$t$n $i+ 5$n) ,"%6$+ ($+i titi, t"+1".6t $($%$9 7777 $7 LM -c1 .7 LI -c1 J7 ZK -c1 (7 ZM -c1 "7 Z` -c1 GN7 \6$ t$.6n) (ii1i ("n)$n )$1 ."+."($0 t"t$*i ,"(6$n5$ ."+$($ *$($ 1696 5$n) 1$-$7 \i,"t$96i N# ($n N. $($%$9 ."+$t -3%",6% ,"(6$ )$1 t"+1".6t7 \"n)$n ("-i,i$n0 ."1$+ -3-"nt6- +$t$e+$t$ -3%",6% ,"(6$ )$1 t"+1".6t0 5$it6 $# ($n $. $,$n ."+,$it$n 1$t6 1$-$ %$in -"n6+6t +6-61 7777 $7
$# E $.
.7
$# E
J7
$# E+ ' N# (:. ) .*
(7
$# E+ ' N ( :.
"7
$# E
N# N. :.
%N &
% N. & ) #*
N. : N# .
Gf7 <$+ti,"%e*$+ti,"% )$1 i("$% -"-i%i,i 1iQ$t $nt$+$ %$inP @GA 1"%$%6 ."+)"+$,0 @MA ti($, 1$%in) t$+i, -"n$+i,0 @LA ."+t6-.6,$n %"ntin) 1"-*6+n$0 ($n @ZA ti($, -"n)i,6ti =6,6- ^"Dt3n t"nt$n) )"+$,7
Tes Kompetensi Fisika Semester 2
201
MK7
MG7
MM7
ML7
MZ7
202
<"+n5$t$$n 5$n) ."n$+ $($%$9 7777 $7 @GA0 @MA0 ($n @LA .7 @GA ($n @LA J7 @MA ($n @ZA (7 @ZA "7 1"-6$ ."n$+ <$($ 16$t6 1$$t0 ."1$+ t",$n$n 6($+$ %6$+ E HI J-=)7 U%$t 6,6+ t",$n$n @-$n3-"t"+ t"+.6,$A -"n6n#6,e ,$n .$9D$ t",$n$n (i ($%$- t$n),i $($%$9 ZKK J-=)7 !696 )$1 ($%$- t$n),i fbX7 :"-6(i$n0 ,$+"n$ *"-$e n$1$n0 1696 t$n),i n$i, -"n#$(i LGbX7 >",$n$n 5$n) (it6n#6,,$n -$n3-"t"+ $($%$9 7777 $7 `GL J-=) .7 ZHI J-=) J7 ZLH J-=) (7 `G0L J-=) "7 ZL0H J-=) !".6$9 t$n),i ."+B3%6-" L T )$1 3,1i)"n *$($ 1696 MKbX ($n t",$n$n t$n),i M` _ GK` <$7 Ci,$ (i,"t$96i 9 3,1i)"n E LM ,)c-3%0 t",$n$n 6($+$ %6$+ G _ GK` <$0 ($n 1 E N0LGZ Cc,-3%:0 -$11$ 3,1i)"n ($%$- t$n),i t"+1".6t $($%$9 7777 $7 K0KfN ,) .7 K0GKM ,) J7 K0G`K ,) (7 K0GNK ,) "7 K0MKK ,) d3%6-" Z0K ) )$1 3,1i)"n @N E LM ,)c-3%A *$($ ,"$($$n n3+-$% $($%$9 7777 $7 M0N _ GKO` -L .7 M0N _ GKOZ -L J7 M0N _ GKOL -L (7 M0N _ GKOM -L "7 M0N _ GKOG -L !".6$9 t$.6n) +"$,1i 5$n) *$n#$n)n5$ G` J- ("n)$n *"n$-*$n) ."+$t6+$n $,$n (it6+6n,$n ("n)$n 6#6n) t"+.6,$ ," ($%$- ($n$6 $i+ t$D$+7 U)$+ t$.6n) t"+i1i $i+ 1"*"+"-*$t .$)i$n0 t$.6n) t"+1".6t 9$+61 (it"-*$t,$n (i ,"($%$-$n 7777 @t",$n$n $t-31Q"+ E GKK ,<$A7 $7 L .7 Z J7 ` (7 I "7 H !".6$9 -"1in X$+n3t 5$n) -"n))6n$,$n +"1"+B3i+ 1696 tin))i ."+1696 NKK : ($n -"-i%i,i "Qi1i"n1i ZKl7 U)$+ "Qi1i"n1in5$ -"n#$(i `Kl0 1696 +"1"+B3i+ 1696 tin))i 9$+61 (in$i,,$n -"n#$(i 7777 $7 fKK : .7 fIK : J7 G7KKK : (7 G7GNK : "7 G7IKK :
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
M`7 !i,%61 X$+n3t (i.$t$1i 3%"9 (6$ )$+i10 5$it6 @GA i13.$+i, @MA $(i$.$ti, @LA i13B3%6-" @ZA i13t"+-i, <"+n5$t$$n 5$n) ."n$+ $($%$9 7777 $7 @GA0 @MA0 ($n @LA .7 @GA ($n @LA J7 @MA ($n @ZA (7 @ZA "7 1"-6$ ."n$+ MI7 hQi1i"n1i -"1in X$+n3t 5$n) ."+3*"+$1i ("n)$n 1696 +"n($9 G T ,"%Bin ($n ."+1696 tin))i T ,"%Bin $($%$9 7777 M $7 M` l (7 II l .7 LL l "7 H` l J7 `N l MH7 ["1in X$+n3t (i3*"+$1i,$n $nt$+$ (6$ +"1"+B3i+ ,$%3+ -$1in)e-$1in) ."+1696 TG ($n TM0 ("n)$n TM R TG7 hQi1i"n1i -"1in t"+1".6t ZK l ($n ."1$+n5$ TG E MGbX7 U)$+ "Qi1i"n1in5$ n$i, IK l0 ."1$+ *"+6.$9$n TM $($%$9 7777 $7 M`K : .7 LKK : J7 L`K : (7 ZKK : "7 `KK : /WM+;X&1LLL2 MN7 !".6$9 -"1in t6+.in -"-$,$i 6$* ("n)$n 1696 $D$% ``KbX ($n -"-.6$n)n5$ *$($ 1696 L`bX7 hQi1i"n1i -$,1i-6- -"1in t6+.in t"+1".6t $($%$9 7777 $7 LL l .7 ZL l J7 `L l (7 IL l "7 HL l Mf7 <$($ 16$t6 *+31"10 ,$%3+ 1".$n5$, N7KKK ,$%3+i (i9$nt$+,$n *$($ 1i1t"-0 1"($n),$n 1i1t"- -"%$,6e ,$n 61$9$ I7KKK #36%"7 V"1$+ "n"+)i 5$n) ."+6.$9 ($%$- 1i1t"- t"+1".6t $($%$9 7777 $7 LL0` ,C .7 MH0` ,C J7 MK ,C (7 GN ,C "7 G` ,C LK7 !".6$9 -"1in *"n)$(6, ."+($5$ GKK D$tt (i*$,$i 6nt6, -"n)$(6, ` ,) $i+7 :"-6(i$n0 1696 $i+ n$i, $,i.$t $($n5$ )"1",$n (i ($%$- $i+7 \"n)$n -"n)$n))$* 1"-6$ 61$9$ -"n#$(i ,$%3+0 D$,t6 5$n) (i.6t69,$n -"1in 6nt6, .","+#$ $)$+ 1696 $i+ n$i, IbX $($%$9 7777 $7 MG -"nit .7 MK -"nit J7 Gf -"nit (7 GN -"nit "7 GH -"nit
V(
BaCabla>&6,rtanTaan&b,rikut&ini&<,nUan&t,6at(
G7
!".6$9 +3($ 5$n) -3-"n in"+1i$n5$ K0KKM ,)-M ($*$t ."+*6t$+ .".$1 *$($ 16-.6 ($t$+7 >$%i (i%i%it,$n *$($ t"*i +3($ t"+1".6t ($n *$($ 6#6n) t$%i (i)$nt6n),$n .".$n NKK )7 C$+ie#$+i 16-.6 +3($ t"+1".6t $($%$9 M J-7 V")it6 .".$n (i%"*$10 +3($ -6%$i ."+*6t$+7 V"+$*$ #$69,$9 ."n($ t"+1".6t 9$+61 #$t69 $)$+ +3($ ."+,"J"*$t$n L *6t$+$nc1",3nY !".6$9 .3%$ .$1,"t -"n))"%in(in) t$n*$ 1"%i* *$($ .i($n) -i+in) 5$n) *$n#$n)n5$ ` - ("n)$n 16(6t ,"-i+in)$n LKb7 Ci,$ r.3%$ EMK J-0 9 E M ,)0 ($n .3%$ (i%"*$1,$n t$n*$ ,"J"*$t$n $D$% ($+i 6#6n) $t$1 .i($n)0 ."+$*$,$9 ,"J"*$t$n %in"$+ .3%$ 1$$t ti.$ (i 6#6n) .$D$9 .i($n)Y !".6$9 .3%$ *"#$% -"n))"%in(in) (i %$nt$i ($t$+ ("n)$n & E MK -c17 :"-6(i$n0 .3%$ t"+1".6t -"%"D$ti t$n#$,$n ("n)$n 16(6t LKb t"+9$($* .i($n) 93+i/3nt$%7 Ci,$ )$5$ )"1", .3%$ ($n %$nt$i (i$.$i,$n0 ."+$*$,$9 ,"tin))i$n 5$n) ($*$t (iJ$*$i .3%$ t"+1".6t ($+i ($1$+ %$nt$iY U($+$ 5$n) ."+-$11$ #"ni1 G0LI ,)c-L (i%"D$t,$n *$($ 1".6$9 *i*$ 5$n) -"-i%i,i %6$1 *"n$-*$n) G`K J-M7 Ci,$ (i6,6+ ("n)$n *i*$ *it3t0 *"+."($$n tin))i +$,1$ (i ($%$- -$n3-"t"+ $($%$9 K0N --7 >"nt6,$n B3%6-" 6($+$ 5$n) -"n)$%i+ ($%$- D$,t6 G -"nit7
M7
L7
Z7
`7 !"*3t3n) $%6-ini6- ($%$- 6($+$ ."+$tn5$ N0L` ) @ 4 $%6-ini6- E M0HK )cJ-LA7 Ci,$ ."n($ t"+1".6t (i)$ne t6n),$n *$($ 1"6t$1 t$%i0 ($n (iJ"%6*,$n ($%$- -in5$, @ 4 -in5$, E K0H` )cJ-LA0 ."+$*$,$9 t")$n)$n t$%i t"+1".6tY I7 !".6$9 .$, $i+ -"-i%i,i tin))i Z -7 !".6$9 %6.$n) *$($ .$, t"+1".6t -"-$nJ$+,$n $i+ 1"#$69 Z J-7 Ci,$ *"+J"*$t$n )+$Bit$1i G EGK -c1M0 t"nt6,$n ,"tin))i$n $i+ (i ($%$- .$, $i+ t"+1".6t7 H7 >"nt6,$n%$9 +$*$t -$11$ )$1 -"t$n @N E GI ,)c-3%A *$($ 1696 MKbX ($n t",$n$n ` $t-7 N7 >"nt6,$n &+-1 ($+i 16$t6 )$1 5$n) ."+$($ (i ($%$1".6$9 t$.6n) t"+t6t6* ("n)$n B3%6-" G %it"+ ($n t",$n$n 1"."1$+ L _ GK` <$ #i,$ +$*$t -$11$ )$1 t"+1".6t GKOM )cJ-L7 f7 ]$1 9i(+3)"n @N E M ,)c-3%A ($n )$1 nit+3)"n TN E MN ,)c-3%A ."+$($ *$($ 1696 5$n) 1$-$7 >"nt6,$n%$9 *"+.$n(in)$nP $7 @7kA= P@7kA^W ($n .7 @&+-1A= P @&+-1A^7 GK7 !".6$9 *"1$D$t *"n(in)in -"-i%i,i ,3"Qi1i"n ($5$ )6n$ 1"."1$+ I0`7 Ci,$ t"-*"+$t6+ +"1"+B3i+ 1696 tin))i $($%$9 LKbX0 9it6n)%$9 t"-*"+$t6+ +"1"+B3i+ 1696 +"n($9n5$7
Tes Kompetensi Fisika Semester 2
203
Tes Kompetensi Akhir S( +ili>la>&-ala>&-atu&7aCaban&TanU&6alinU&t,6at&&6aan( G7
M7
>"+9$($* ,33+(in$t+S+93+i/3nt$% ($n F+B"+ti,$%0 1".6$9 ."n($ 5$n) ."+)"+$, -"n)i,6ti )"+$, *"%6+6 -"-e *6n5$i ,3-*3n"ne,3-*3n"n ,"J"*$t$n 5$n) 7777 $7 ."1$+n5$ t"t$* *$($ $+$9 S ($n ."+6.$9 ."+$t6+$n *$($ $+$9 F .7 ."1$+n5$ t"t$* *$($ $+$9 F+($n ."+6.$9 ."+$t6+$n *$($ $+$9 S J7 ."1$+n5$ t"t$*0 .$i, *$($ $+$9 S -$6*6n *$($ $+$9 F (7 ."1$+n5$ ."+6.$9 ."+$t6+$n0 .$i, *$($ $+$9 S -$6*6n *$($ $+$9 F "7 ."1$+ ($n $+$9n5$ t"+61e-"n"+61 ."+6.$9 t"+9$($* D$,t6 <31i1i 1".6$9 ."n($ (in5$t$,$n ("n)$n *"+1$-$$n r E pG`t L i a @G`t O `tMA7q -7 !"t"%$9 ."n($ ."+)"+$, 1"%$-$ G0` 1",3n0 ,"%$#6$nn5$ $($%$9 7777 $7 K (7 MM0` -c1 .7 G` -c1 "7 G` L -c1 J7 GG0` L -c1 @WSX& 1LL1A
L7
Z7
`7
<"+n5$t$$n 5$n) ti($, ."n$+ -"n)"n$i 96.6n)$n $nt$+$ *"+J"*$t$n t$n)"n1i$%0 )"+$, +3t$1i 16$t6 *$+ti,"%0 ($n ."1$+$ne."1$+$n 16(6tn5$ $($%$9 7777 $7 *"+J"*$t$n t$n)"n1i$% -"n6n#6,,$n *"+6.$9$n ."1$+ ,"%$#6$n %in"$+ ($+i *$+ti,"% .7 *"+J"*$t$n t$n)"n1i$% 1"%$%6 -"-i%i,i *$+ti,"% 5$n) ."+)"+$, -"%in),$+ J7 *"+J"*$t$n t$n)"n1i$% -"-i%i,i *$+ti,"% 5$n) ."+)"+$, ("n)$n %$#6 %in"$+ t"t$* (7 *"+J"*$t$n t$n)"n1i$% 1".$n(in) ("n)$n *"+J"*$t$n 16(6t ($n #$+ie#$+i "7 *"+J"*$t$n t$n)"n1i$% 1"%$%6 -"n)$+$9 ," *61$t %int$1$n -"%in),$+n5$ <31i1i 1".6$9 ."n($ 5$n) (i%"-*$+,$n B"+ti,$% ," $t$1 (in5$t$,$n ("n)$n *"+1$-$$n F E@ M> a f>MA -0 ("n)$n >+($%$- 1",3n7 :"J"*$t$n $D$% ."n($ $($%$9 7777 $7 G -c1 (7 Z -c1 .7 M -c1 "7 ` -c1 J7 L -c1 !".6$9 ."n($ 5$n) ."+$tn5$ R -"%6nJ6+ ," .$D$9 ("n)$n ,"J"*$t$n t"t$* *$($ 16$t6 .i($n) -i+in) 5$n) ,$1$+7 Vi($n) -i+in) t"+1".6t -"-."nt6, 16(6t LKb t"+9$($* 93+i/3nt$%7 :3"Qi1i"n )"1",$n $nt$+$ ."n($ ($n .i($n) t"+1".6t $($%$9 7777 $7 .7 J7
204
GR L M G L M G M
(7 "7
G R M G L L
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
I7 !".6$9 ."n($ ."+-$11$ M` ,) (i(3+3n) ("n)$n )$5$ `K ^ $+$9 -"n($t$+7 :3"Qi1i"n )"1",$n ,"ti,$ ."n($ t"*$t $,$n ."+)"+$, $($%$9 7777 $7 K0G (7 K0Z .7 K0M "7 K0` J7 K0L H7 Ci,$ *"+J"*$t$n )+$Bit$1i (i *"+-6,$$n V6-i G0 ($n #$+ie#$+i V6-i 1 -$,$ *"+J"*$t$n )+$Bit$1i (i 16$t6 titi, 5$n) ."+#$+$, 1 ($+i *"+-6,$$n V6-i $($%$9 7777
G (7 M G G Z G .7 "7 Z G G M J7 G N7 !".6$9 *")$1 ("n)$n t"t$*$n ZKK ^c- (i."+i .".$n Z ,) ($n (it$+i, ," $t$1 ("n)$n *"+J"*$t$n M -c1M7 Ci,$ G E GK -c1M -$,$ *"+t$-.$9$n *$n#$n) *")$1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 K0GM (7 K0ZM .7 K0MZ "7 K0ZN J7 K0LI f7 !"3+$n) *"%$#$+ 5$n) -$11$n5$ `K ,)0 ."+)$nt6n) *$($ 6#6n) 1".6$9 *")$10 1"9in))$ *")$1 ."+t$-.$9 *$n#$n) GK J-7 \"n)$n ("-i,i$n0 ,3n1t$nt$ *")$1 ."+ni%$i 7777 $7 `KK ^c(7 MK ^c.7 ` ^c"7 `7KKK ^cJ7 `K ^c$7
@WM+;X& )JJJA
GK7 <")$1 (i1616n 1"J$+$ 1"+i ($n *$+$%"% 1"*"+ti )$-.$+ ."+i,6t ini7
k1
k4
k3
k2 M M
U#6n) *")$1 (i)$nt6n)i .".$n 5$n) 1$-$ ."1$+7 Ci,$ ,3n1t$nt$ *")$1 kG E kM E kL E kZ E k0 *"+.$n(in)$n *"+i3(" 1616n$n 1"+i ($n *$+$%"% $($%$9 7777 $7 ` P Z (7 G P M .7 M P G "7 M P L J7 L P M @WM+;X& )JJ'A
GG7 ]+$Qi, ."+i,6t -"n6n#6,,$n )"+$,$n 1".6$9 ."n($ ."+-$11$ GK ,) *$($ .i($n) ($t$+ t$n*$ )"1",$n ,$+"n$ *"n)$+69 )$5$ 5$n) ."+6.$9e6.$97 F (N)
GI7 \i $nt$+$ ."n($ ."+)"+$, ."+i,6t ini0 ."n($ 5$n) $,$n -"n)$%$-i )$5$ *$%in) ."1$+ #i,$ -"n6-.6, t"-.3, 9in))$ ."+9"nti $($%$9 7777 $7 ."n($ ."+-$11$ ZK ,) ("n)$n %$#6 M` -c1 .7 ."n($ ."+-$11$ `K ,) ("n)$n %$#6 G` -c1 J7 ."n($ ."+-$11$ GKK ,) ("n)$n %$#6 GK -c1 (7 ."n($ ."+-$11$ G`K ,) ("n)$n %$#6 H -c1 "7 ."n($ ."+-$11$ MKK ,) ("n)$n %$#6 ` -c1 GH7 balok
s (m)
Ci,$ ,"J"*$t$n ."n($ 1$$t " E K $($%$9 f -c10 -$,$P @GA ,"J"*$t$n ."n($ 1$$t " E H - $($%$9 GK -c1 @MA *"+6.$9$n "n"+)i ,in"ti, ($+i " E K 1$-*$i ("n)$n " E H - $($%$9 f` #36%" @LA ."1$+ 61$9$ ($+i " E K 1$-*$i ("n)$n " E H $($%$9 f` #36%" <"+n5$t$$n (i $t$1 5$n) ."n$+ $($%$9 7777 $7 @GA0 @MA0 ($n @LA (7 @GA 1$#$ .7 @GA ($n @LA "7 @GA ($n @MA J7 @MA ($n @LA @WSX& 1LLA2
GM7 V"n($ ."+-$11$ ` ,) (i%"-*$+ B"+ti,$% ," $t$1 ("n)$n ,"J"*$t$n $D$% GK -c17 V"1$+n5$ "n"+)i *3t"n1i$% (i titi, t"+tin))i 5$n) (iJ$*$i ."n($ $($%$9 7777 $7 MKK C (7 L`K C .7 M`K C "7 ZKK C J7 LKK C GL7 !".6$9 *")$1 5$n) ,3n1t$nt$n5$ k (i."+i .".$n ."+-$11$ 97 V".$n (i)"t$+,$n ("n)$n $-*%it6(3 #7 hn"+)i *3t"n1i$% .".$n it6 *$($ 1$$t ,"J"*$t$nn5$ K0N ,$%i ,"J"*$t$n -$,1i-6- $($%$9 7777 $7 K0GI k#M (7 K0LI k#M .7 K0GN k#M "7 K0`K k#M J7 K0LM k#M @WSX& 1LLE2
GZ7 !".6$9 .$%3, ."+-$11$ GK ,) (i(3+3n) ($+i ($1$+ 16$t6 .i($n) -i+in) 5$n) *$n#$n)n5$ ` -"t"+ ($n *6nJ$, .i($n) -i+in) ."+$($ L - ($+i t$n$97 Ci,$ .i($n) -i+in) (i$n))$* %iJin ($n *"+J"*$t$n )+$Bit$1i V6-i E GK -c1M0 61$9$ 5$n) 9$+61 (i%$,6,$n 6nt6, -"n(3+3n) .$%3, $($%$9 7777 $7 LKK #36%" (7 L7`KK #36%" .7 G7`KK #36%" "7 Z7KKK #36%" J7 L7KKK #36%" G`7 !".6$9 -3.i% ("n)$n -$11$ G t3n ."+)"+$, ($+i ,"$($$n (i$-7 !"1$$t ,"-6(i$n0 ,"J"*$t$nn5$ -"n#$(i I -c17 V"1$+ 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n 3%"9 -"1in -3.i% t"+1".6t $($%$9 7777 $7 f7KKK C (7 G`7KKK C .7 GK7KKK C "7 GN7KKK C J7 GM7KKK C
peluru
<"%6+6 ("n)$n -$11$ GK )+$- ($n ,"J"*$t$n G7KKK -c1 -"n)"n$i ($n -"n6-.6, 1".6$9 .$%3, ("n)$n -$11$ GKK ,) 5$n) (i$- (i $t$1 .i($n) ($t$+ t$n*$ )"1",$n7 :"J"*$t$n *"%6+6 1"t"%$9 -"n"-.61 .$%3, $($%$9 GKK -c17 :"J"*$t$n .$%3, ,$+"n$ t"+t"-.61 *"%6+6 $($%$9 7777 $7 fKK -c1 (7 K0f -c1 .7 fK -c1 "7 K0Kf -c1 J7 f -c1 GN7 V3%$ ."+-$11$ N ,) #$t69 t$n*$ ,"J"*$t$n $D$% ," %$nt$i ($+i ,"tin))i$n * -"t"+7 Ci,$ *"+J"*$t$n )+$Bit$1i G+($n ,3"Qi1"n "%$1ti1it$1 .3%$ t"+9$($* %$nt$i $($%$9 ! -$,$ *"+n5$t$$ne*"+n5$t$$n t"nt$n) .3%$ ."+i,6t ini ."n$+0 kAc(),i 7777 $7 ."1$+ ,"J"*$t$n *$nt6%$n 5$n) *"+t$-$ E ! ! G* -c1 .7 ."1$+ ,"J"*$t$n *$nt6%$n 5$n) ,"(6$ E !M MG* -c1 J7 tin))i -$,1i-$% *$nt6%$n *"+t$-$ E ! +*+(7 tin))i -$,1i-$% *$nt6%$n ,"(6$ E ! 4 *+"7
,"J"*$t$n .3%$ 1$$t -"n6-.6, %$nt$i E MG* -c1 Gf7 !".6$9 *"%6+6 ."+-$11$ M` )+$- (it"-.$,,$n ($+i 1".6$9 1"n$*$n ," $+$9 1".6$9 .$%3, ."+-$11$ H0` ,) 1"9in))$ *"%6+6 ."+1$+$n) (i ($%$- .$%3, ,$56 t"+1".6t7 V$%3, ."+$56n ($n n$i, 1"tin))i `K J- ($+i ,"$($$n 1"-6%$7 Ci,$ *"+J"*$t$n )+$Bit$1i GK -c1M0 ,"J"*$t$n *"%6+6 1"t"%$9 -"n)"n$i .$%3, $($%$9 7777 $7 GKG GK -c1 (7 GKK M -c1 .7 GKM GK -c1 "7 GKG M -c1 J7 GKL GK -c1 MK7 !".6$9 .3%$ ,$1ti ."+-$11$ K0L ,) ($%$- ,"$($$n (i$-0 ,"-6(i$n (i*6,6% 1"9in))$ .3%$ -"%6nJ6+ ("n)$n %$#6 GKK -c1 ($n *"-6,6% .3%$ -"n5"nt69 .3%$ 1"%$-$ K0G 1",3n7 V"1$+ )$5$ *"-6,6% $($%$9 7777 $7 GMK ^ (7 G`K ^ .7 GLK ^ "7 GIK ^ J7 GZK ^ MG7 !".6$9 ."n($ ."+3t$1i ($+i ,"$($$n (i$- 1"9in))$ ($%$- D$,t6 G 1",3n -"-i%i,i ,"J"*$t$n GK +$(c17 !".6$9 titi, < ."+$($ *$($ ."n($ ($n ."+#$+$, ` J($+i 16-.6 +3t$1in5$7 <"+J"*$t$n t$n)"n1i$% +$t$e+$t$ 5$n) (i-i%i,i titi, < t"+1".6t $($%$9 7777
Tes Kompetensi Akhir
205
MM7
ML7
MZ7
M`7
MI7
(7 K0G -c1M $7 K0M` -c1M .7 K0` -c1M "7 K0GM` -c1M J7 K0H` -c1M <"+9$ti,$n )$-.$+ (i 1$-*in)7 !".6$9 *i+in)$n 93-3)"n 5$n) -"-i%i,i -$11$ 9 ($n #$+ie#$+i r (i*6t$+ *$($ 1$%$9 1$t6 titi, (i )$+i1 1in))6n)n5$7 [3-"n in"+1i$ ($+i *i+in)$n 5$n) (i*6t$+ t"+1".6t $($%$9 7777 L M M M $7 9r (7 9r M ` G M M M .7 9r "7 9r M L J7 9rM !".6$9 .3%$ *"#$% ."+-$11$ ` ,) ($n ."+#$+ie#$+i ` J-7 V3%$ t"+1".6t -"n))"%in(in) (i *"+-6,$$n #$%$n 5$n) ,$1$+ $,i.$t 1".6$9 )$5$ (3+3n) U E MK ^7 Ci,$ .3%$ -"n))"%in(in) 1"-*6+n$ -$,$ *"+J"*$t$n 5$n) (i$%$-i .3%$ *"#$% t"+1".6t $($%$9 7777 $7 Z -c1M (7 `0Z -c1M .7 G0L -c1M "7 M0H -c1M J7 N -c1M <"+9$ti,$n 1i1t"- *$($ )$-.$+ ."+i,6t7 ]$5$e)$5$ 5$n) .","+#$ *$($ ."n($ ($%$- ,"$($$n 1"ti-.$n)7 Ci,$ G E GK -c1M0 t")$n)$n T ($n 1in 5 -$1in)e-$1in) $($%$9 7777 Z L $7 IK ^ ($n (7 `K ^ ($n ` I L L .7 IK ^ ($n H "7 ZK ^ ($n ` Z J7 IK ^ ($n ` !".6$9 *i+in)$n ."+."nt6, 1i%in("+ 93-3)"n ."+*6t$+ r *$($ *3+31n5$ ("n)$n ,"J"*$t$n $D$% GK +$(c17 Vi($n) *i+in)$n 1"#$#$+ .i($n) 93+i/3nt$%7 [$11$ piringan sumbu *i+in)$n E K0f ,) ($n #$+ie putar #$+i *i+in)$n E K0Z -7 Ci,$ (i $t$1 *i+in)$n (i%"t$,,$n JinJin ."+-$11$ K0` ,)0 ."+#$+ie#$+i K0G -0 ($n *61$t JinJin t"*$t (i $t$1 *61$t *i+in)$n -$,$ ,"J"*$t$n 16(6t *i+in)$n ($n JinJin ,"ti,$ ."+*6t$+ $($%$9 7777 $7 GI +$(c1 (7 GI0N +$(c1 .7 GN +$(c1 "7 GN0I +$(c1 J7 G`0I +$(c1 !".6$9 .$, -$n(i ."+."nt6, .$%3, -"-i%i,i *$n#$n) M -0 %".$+ G -0 ($n tin))i K0` -7 V$, -$n(i t"+1".6t
."+i1i `K %it"+ $i+ @ 4)ir E GKL ,)c-LA7 Ci,$ G E GK -c1M0 t",$n$n 9i(+31t$ti, *$($ ($1$+ .$, $($%$9 7777 $7 GKK <$ (7 M`K <$ .7 G`K <$ "7 LKK <$ J7 MKK <$ MH7 !".6$9 *3-*$ 9i(+3%i, -"-i%i,i (6$ *"n)9i1$* 5$n) ."+#$+ie#$+i -$1in)e-$1in) GK J- ($n `K J-7 <$($ *"n)9i1$* ,"Ji%0 (i,"+#$,$n )$5$ 1"."1$+ GKK ^7 ]$5$ 5$n) (i9$1i%,$n *$($ *"n)9i1$* ."1$+ $($%$9 7777
206
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
MN7
Mf7
LK7
LG7
LM7
LL7
LZ7
T $7 M7`KK ^ 5 30 N .7 L7KKK ^ J7 L7`KK ^ (7 Z7KKK ^ 4 kg "7 Z7`KK ^ V"+i,6t J3nt39 *"n"+$*$n =6,6- V"+n36%%i ($%$,"9i(6*$n 1"9$+ie9$+i0 kAc(),i 7777 $7 )$5$ $n),$t *"1$D$t t"+.$n) .7 ,$+.6+$t3+ -3.i% ($n -3t3+ J7 *"n5"-*+3t J$i+$n n5$-6, (7 B"nt6+i-"t"+ "7 +"- 9i(+3%i, !".6$9 %3)$- ."+."nt6, .3%$ ."+#$+ie#$+i Z J- ($n -$11$ #"ni1n5$ M )cJ-L7 T3)$- t"+1".6t #$t69 .".$1 (i ($%$- .$, ."+i1i /$t J$i+ 5$n) -"-i%i,i ,3"Qi1i"n Bi1,31it$1 GKL ^1c-M7 Ci,$ -$11$ #"ni1 /$t J$i+ G )cJ-L ($n *"+J"*$t$n )+$Bit$1i V6-i GK -c1M -$,$ ,"J"*$t$n t"+e -in$% .3%$ %3)$- $($%$9 7777 $7 G0IHI -c1 (7 G0IIH -c1 .7 G0MNI -c1 "7 G0MIH -c1 J7 G0LIH -c1 !".6$9 *i*$ 5$n) %6+61 -"-*6n5$i (6$ *"n$-*$n)0 ("n)$n %6$1 *"+-6,$$n -$1in)e-$1in) GKK -M ($n `K -M 5$n) (i%"t$,,$n 1"J$+$ 93+i/3nt$%7 Ui+ -"n)$%i+ ($+i *"n$-*$n) ."1$+ ," *"n$-*$n) ,"Ji%7 Ci,$ ,"J"*$t$n $+61 *$($ *"n$-*$n) ."1$+ Z -c10 ,"J"*$t$n $+61 $i+ *$($ *"n$-*$n) ,"Ji% $($%$9 7777 $7 ` -c1 (7 N -c1 .7 I -c1 "7 f -c1 J7 H -c1 Ci,$ 16$t6 )$1 5$n) -"-"n69i =6,6- V35%" (i#$(i,$n 1"t"n)$9n5$ -$,$ t",$n$n -"n#$(i (6$ ,$%in5$7 =$% ini (i1".$.,$n ,$+"n$ 7777 $7 -3%",6%e-3%",6% -"+$*$t 1"9in))$ ,"J"*$t$nn5$ -"n#$(i (6$ ,$%i .7 -3%",6%e-3%",6% ."+)"t$+ (6$ ,$%i %".i9 J"*$t J7 -3%",6%e-3%",6% ."1$+n5$ -"n#$(i (6$ ,$%i (7 .$n5$,n5$ -3%",6% -"n#$(i (6$ ,$%i "7 "n"+)i ,in"ti, -3%",6%e-3%",6% -"n#$(i (6$ ,$%i Ci,$ ,3n1t$nt$ V3%t/-$n k E G0LN _ GKOML Cc, -$,$ "n"+)i ,in"ti, 1".6$9 $t3- )$1 9"%i6- *$($ 1696 MHbX $($%$9 7777 $7 Z0GZ _ GKOMG C (7 I0MG _ GKOMG C OMG .7 M0KH _ GK C "7 GM0ZM _ GKOMG C OMG J7 `0`f _ GK C \i ($%$- +6$n) ."+B3%6-" M T0 t"+($*$t GKK -) )$1 ."+t",$n$n M $t-7 Ci,$ G $t- E GK` ^c-M0 ,"%$#6$n +$t$e+$t$ *$+ti,"% )$1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 (7 Z M -c1 Z L -c1 .7 M L -c1 "7 M M -c1 J7 L M -c1 [$11$ 1".6$9 -3%",6% nit+3)"n $($%$9 GK ,$%i -$11$ -3%",6% 9i(+3)"n7 Ci,$ -3%",6% nit+3)"n *$($ 1696 MNZ : -"-i%i,i %$#6 +$t$e+$t$ 5$n) 1$-$ ("n)$n %$#6 +$t$e+$t$ -3%",6% 9i(+3)"n -$,$ ($*$t (i*"+,i+$,$n 1696 9i(+3)"n t"+1".6t $($%$9 7777
$7 MK0L : (7 `K0L : .7 LK0L : "7 IK0L : J7 ZK0L : L`7 \i,"t$96i )$1 =" 1".$n5$% G -3% ($n 1696n5$ GMKbX7 hn"+)i ($%$- )$1n5$ $($%$9 7777 $7 Z7`KN #36%" (7 M7IH` #36%" .7 L7IH` #36%" "7 L7KIH #36%" J7 Z7fKG #36%" LI7 !".6$9 t$.6n) ."+i1i ` T )$1 i("$% *$($ 1696 G`KbX7 :"-6(i$n0 )$1 t"+1".6t (i*$n$1,$n 1"9in))$ 1696n5$ -"n#$(i LKKbX7 Ci,$ t",$n$n -6%$e-6%$ )$1 $($%$9 L _ GKM <$ ($n B3%6-" t$.6n) t"t$*0 t",$n$n )$1 *$($ t$.6n) $($%$9 7777 $7 Z _ GKL <$ (7 Z _ GKM <$ .7 ` _ GKL <$ "7 ` _ GKM <$ J7 I _ GKL <$ LH7 =$+)$ "Qi1i"n1i 16$t6 -"1in 5$n) .","+#$ *$($ +"1"+B3i+ 1696 +"n($9 LHbX ($n 1696 tin))i LLLbX $($%$9 7777 $7 ZI0` l (7 Zf0K l .7 ZH0I l "7 Zf0I l J7 ZN0N l V(
BaCabla>&6,rtanTaan&b,rikut&<,nUan&t,6at(
G7
!".6$9 *$+ti,"% ."+)"+$, ($+i *31i1i $D$% @Mi a Z7&a LkA -"t"+ ("n)$n ,"J"*$t$n t"t$* 5$n) ."1$+n5$ GM0` -c17 Ci,$ %int$1$n *$+ti,"% -"%$%6i @MM -0 GI -0 OI -A0 9it6n)e %$9 B",t3+ ,"J"*$t$n *$+ti,"% t"+1".6t7 Ci,$ *"+J"*$t$n )+$Bit$1i (i *"+-6,$$n V6-i f0N -c1M ($n V E I0IH _ GK OGG ^-Mc,)M0 t"nt6,$n%$9 -$11$ V6-i 5$n) ."+."nt6, .3%$ ("n)$n #$+ie#$+i I7LHK ,-7 !".6$9 *")$1 ."+)"t$+ 9$+-3ni1 ("n)$n $-*%it6(3 Z J-7 =it6n)%$9 1i-*$n)$n )"t$+ 1$$t "n"+)i ,in"ti, (6$ ,$%i "n"+)i *3t"n1i$%7 !".6$9 *"%6+6 5$n) -$11$n5$ `K )+$- (it"-.$,,$n ($n -"n)"n$i .$%3, ,$56 ."+-$11$ G0H` ,)0 5$n) t"+%"t$, (i *"+-6,$$n .i($n) ($t$+ ,$1$+ ("n)$n 'k EK0`7 Ci,$ *"%6+6 ."+1$+$n) (i ($%$- .$%3, 5$n) -"n)$,i.$t,$n .$%3, ."+)"1"+ 1"#$69 GK -"t"+0 t"nt6,$n%$9 ,"J"*$t$n *"%6+6 1"1$$t 1"."%6-"n"-.61 .$%3, @) E GK -c1MA7
M7 L7 Z7
@WSX& 1LLE2
`7
H7 m%6i($ i("$% ("n)$n ,"J"*$t$n L -c1 (i ($%$- *i*$ ."+)$+i1 t"n)$9 Z J- -$16, ," ($%$- *i*$ ."+)$+i1 t"n)$9 N J-7 >"nt6,$n%$9 ,"J"*$t$n $%i+ Q%6i($ *$($ *i*$ 5$n) ."1$+7 N7 \$%$- 1".6$9 +6$n) t"+t6t6* ."+B3%6-" G %it"+0 t"+($*$t G -3% )$1 ."+t",$n$n GKL <$7 Ci,$ *$+ti,"% )$1 -"-i%i,i ,"%$#6$n +$t$e+$t$ G7KKK -c10 t"nt6,$n -$11$ )$1 ($n "n"+)i ,in"ti, +$t$e+$t$ )$1 t"+1".6t7 f7 ]$1 3,1i)"n ."+$($ ($%$- +6$n) t"+t6t6* ."+1696 LHbX ($n t",$n$n GK $t-0 1"+t$ B3%6-"n5$ GK T7 :"-6(i$n0 )$1 3,1i)"n t"+1".6t (i*$n$1,$n 1$-*$i `KbX 1"9in))$ t",$n$nn5$ n$i, GM $t-7 >"nt6,$n B3%6-" )$1 1",$+$n)7 GK7 !6$t6 )$1 ($%$- 1i%in("+ t"+t6t6* -"n)$%$-i *+31"1 1"*"+ti *$($ )+$Qi, ."+i,6t7 p (N/m2) 100
A
\6$ .6$9 ."n($ 5$n) -"-i%i,i -$11$ 9G E 9M E M ,) ."+)"+$, 1$%in) -"n(",$ti 1"*"+ti *$($ )$-.$+ ."+i,6t7 m1
I7
LN7 !".6$9 %"-$+i "1 ."+1696 O`bX7 m%6i($ 5$n) (i-$-*$te ,$n (i ($%$-n5$ -"n)"-.6n *$($ 1696 M`bX7 :3"Qi1i"n ($5$ )6n$ %"-$+i "1 t"+1".6t $($%$9 7777 $7 H : (7 GK : .7 N : "7 GG : J7 f : Lf7 !".6$9 -"1in X$+n3+ -"n))6n$,$n +"1"+B3i+ 1696 tin))i HKK : ($n -"-i%i,i "Qi1i"n1i M`l7 U)$+ "Qi1i"n1i n$i, -"n#$(i H`l0 1696 +"1"+B3i+ tin))i 9$+61 (in$i,,$n 1"."1$+ 7777 $7 ZH` : (7 IM` : .7 `KK : "7 `M` : J7 ``K : ZK7 !".6$9 -"1in *"n(in)in +6$n)$n @UXA -"-i%i,i ($5$ G7KKK D$tt7 Ci,$ 1696 +6$n)$n GKbX ($n 1696 6($+$ MNbX0 .$n5$,n5$ ,$%3+ 5$n) (i1"+$* -"1in *"n(in)in 1"%$-$ GK -"nit $($%$9 7777 (7 N0NZ _ GKI C $7 f0ZM _ GKI C I .7 f0MZ _ GK C "7 H0`K _ GKI C I J7 N0ZN _ GK C
v1 = 10 m/s v2 = 20 m/s
25 m2
Ci,$ ,"(6$ ."n($ ."+t6-.6,,$n %"ntin) 1"-*6+n$0 t"nt6,$n%$9 ,"J"*$t$n -$1in)e-$1in) ."n($ 1"t"%$9 ."+t6-.6,,$n ($n t"nt6,$n *6%$ $+$9n5$7 !".6$9 .$t$n) "nt6,$n -3-"n )$5$ 5$n) .","+#$ *$($ .$t$n) #i,$P $7 *61$t -3-"n )$5$ (i <W .7 *61$t -3-"n )$5$ (i !7
C F 10
B E
V(m3)
60
>"nt6,$n 61$9$ 5$n) (i%$,6,$n )$1 *$($P $7 *+31"1 UV @!UVAW .7 *+31"1 VX @!VXAW J7 *+31"1 X\ @!XUAW (7 1"%6+69 *+31"1 @!t3t$%A7
Tes Kompetensi Akhir
207
Kunci Jawaban Bab 1
Analisis Gerak
Tes Kompetensi Awal G7 $7 LSM O IS O ` .7 MSF O ISFL O ` G S L ( ` S M , LS ( X J7 L M G S L F ( `SF ( G S M ( X (7 L M L7 :"J"*$t$n %in"$+ -"-i%i,i *"+*in($9$n %in"$+0 1"($n),$n ,"J"*$t$n 16(6t -"-i%i,i *"+*in($9$n +$(i$%7 Tes Kompetensi Subbab A G7 $7 Ii a GK7 .7 GG0I L7 $7 K0I -c1M .7 G0` -c1 J7 L -c1M `7 $7 OZ -c1M .7 GM0` Tes Kompetensi Subbab B G7 $7 G0I 1 .7 Z0HN J7 f0I L7 $7 K @titi, t"+tin))iA .7 N0I -c1 `7 G0Z 1 H7 M`0N -c1 Tes Kompetensi Subbab C G7 O@Z -c1Ai0 N-c1M L7 $7 GN0H -c1 .7 K0I *6t$+$n *"+ ("ti, J7 G0I 1 Tes Kompetensi Bab 1 A. Pilihan Ganda G7 $ GG7 $ L7 . GL7 " `7 . G`7 $ H7 J GH7 J f7 . Gf7 $ B. G7 L7 `7
208
Soal Uraian $7 G`0` -c1 .7 OM -c1M J7 ZL -c1M $7 GI0Nf -c1 .7 `I0Nf -c1 K0HG -
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Bab 2
Gaya
Tes Kompetensi Awal G7 :$+"n$ ti($, $($ 9$-.$t$n @)"1",$nA 6($+$7 L7
Unt6, 1"+iP
G G G G G & ( ( ( 777 ( k" kG kM kL k0
Unt6, *$+$%"%P k* E kG a kM a kL a 777 a k0 Tes Kompetensi Subbab A G7 MK ^ L7 L -c1M `7 M`f0HM H7 G -c1M f7 $7 N0`L -c1M .7 HK0MZl Tes Kompetensi Subbab B G7 $7 MK ^ .7 K0GHI - ($+i .3%$ *"+t$-$ L7 `0` _ GKL ,)c-L `7 ML0L 1 H7 M7`KK ^ f7 GM0ZN _ GKGK ^ Tes Kompetensi Subbab C G7 @IL0If _ GKI ^c-MA0 @Z _ GKOZA0 @G`0f _GKGK ^c-MA L7 I0I _ GKL ^c`7 K0G -0 GKK ^cTes Kompetensi Subbab D G7 K0LH` ^ L7 K0`I ,) `7
Tes Kompetensi Bab 2 A. Pilihan Ganda G7 ( G`7 J L7 " GH7 J `7 $ Gf7 $ H7 " MG7 J f7 $ ML7 J GG7 ( M`7 J GL7 J
B. 1. 3. 5. 7. 9.
Soal Uraian 6 m/s2 2,5 m/s2; 30 N a. 4,17 × 1023 N b. 1,31 × 104 m/s 1,96 m/s2 0,6 cm
Bab 3
Usaha, Energi, dan Daya
Tes Kompetensi Awal 1. • Usaha adalah proses transfer energi dengan melibatkan gaya yang menyebabkan terjadinya perpindahan. • Energi adalah suatu kemampuan untuk melakukan usaha. 3. Sebuah benda yang dilemparkan ke atas, kemudian jatuh ke permukaan Bumi. Tes Kompetensi Subbab A 1. 160 J 3. 100 J 5. 12 J Tes Kompetensi Subbab B 1. 300 m/s 3. 200 J 5. 0,638 Tes Kompetensi Subbab C 1. • Gaya konservatif adalah gaya di mana usaha akibat gaya tersebut tidak mengubah energi mekanik sistem. • Gaya tidak konservatif adalah gaya di mana usaha oleh gaya tersebut dapat mengubah energi mekanik sistem. 3. !"2 5. !#h 7. 21,9 m/s dan 150 J 8. a. 12,7 m/s b. 60 J Tes Kompetensi Subbab D 1. 0,67 hp 3. 0 5. 83,3 watt 7. 20 m/s Tes Kompetensi Bab 3 A. Pilihan Ganda 1. c 11. c 3. a 13. d 5. b 15. c 7. b 17. e 9. e 19. b B. 1. 3. 5.
Soal Uraian 100 joule 976,48 joule 55,67 m/s
7.
9.
a. 20 joule b. 480 joule c. 500 joule d. 50 m/s 375 N/m
Bab 4
Momentum, Impuls, dan Tumbukan
Tes Kompetensi Awal 1. Ya 3. Ukuran elastisitas benda-benda yang bertumbukan. Tes Kompetensi Subbab A 1. a. 103 N b. 2 × 104 N Tes Kompetensi Subbab B 1. a. 6,67 m/s b. 26,67 m/s c. "p&' = 16,67 m/s "p&( = 10 m/s Tes Kompetensi Subbab C 1. 2p 3. a. 42 m/s, 18 m/s, 0 b. (20,4 m/s), (3,6 m/s), (10.886,4 J) c. 6 m/s, 6 m/s, 12.960 J 5. a. 3,5 m/s b. 10,5 J c. 0,4 7. 201 m/s 9. (3,33 m/s), (33,34 J) Tes Kompetensi Subbab D 1. 3,6 m 3. 15,8 m Tes Kompetensi Subbab E 1. 1,22 m 3. 1,42 m/s Tes Kompetensi Subbab F 1. 10.000 N Tes Kompetensi Bab 4 A. Pilihan Ganda 1. a 11. d 3. d 13. d 5. a 15. d 7. d 17. e 9. b 19. b B. 1. 3. 5. 7. 9.
Soal Uraian 140 kg m/s a. 0,7 m/s b. "1' = 2,5 m/s dan "2' = 2 m/s –33,33 m/s (vertikal ke bawah) 268,7 m/s a. 1 meter b. 0,16 meter c. 0
Kunci Jawaban
209
Tes Kompetensi Fisika Semester 1 A. 1. 3. 5. 7. 9. 11. 13. 15.
Pilihan c b d c a d b b
B. 1. 3. 5.
Soal Uraian 1 m/s2 4,625 m/s2; 45 N a. 4,17 × 1023 N b. 13.084 m/s 7.746 m/s 756,77 m
7. 9.
Bab 5
Ganda 17. d 19. c 21. a 23. d 25. b 27. e 29. a
Gerak Rotasi dan Kesetimbangan Benda Tegar
Tes Kompetensi Awal 1. • Momen gaya atau torsi merupakan besaran yang menyebabkan sebuah benda tegar (benda yang tidak dapat berubah bentuk) cenderung untuk berotasi terhadap porosnya. • Momen inersia merupakan sifat kecenderungan suatu benda untuk tetap mempertahankan gerak rotasinya. 3. Kesetimbangan pada benda yang digantung melalui katrol dan benda yang bergerak menggelinding. Tes Kompetensi Subbab A 1. a. 8 rad, 64 rad 460°, 3.670° b. 16,8 m c. 28 rad/s d. 24 rad/s 3. 24 rad/s2, 80 rad/s2 Tes Kompetensi Subbab B 1. 3,55 Nm 3. a. 120 Nm b. 120 Nm 5. a. 2,7 rad/s2 b. (20,412 N), (17,32 N) Tes Kompetensi Subbab C 1. 0,8 m 3. 213,3 N 5. 163,8 N; 140 N; 42,2° Tes Kompetensi Bab 5 A. Pilihan Ganda 1. d 9. d 5. e 13. a 7. c 15. a
210
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
B. 1. 3. 5. 7. 9.
Soal Uraian 0,26 Nm 1,025 kg m2 a. 12/5 m/s2 b. 0,36 N rad c. 4,8 m 41,8 Nm 50,2 sekon
Bab 6
Fluida
Tes Kompetensi Awal 1. Hukum Pascal. Cara kerjanya dengan menggunakan konsep tekanan hidrostatik. 3. Karena terdapat tegangan permukaan zat cair. Tes Kompetensi Subbab A 1. a. 12.160 N/m2 b. 20.160 N/m2 3. a. 34 cm b. 6,25 cm3 5. a. mengapung b. 3 m3 c. 24.000 N Tes Kompetensi Subbab B 1. 1,2 × 10 –3 mm Tes Kompetensi Subbab C 1. 87,46 m/s 3. 9.075 N 5. 22,13 m/s Tes Kompetensi Bab 6 A. Pilihan Ganda 1. e 11. b 3. b 13. c 5. e 15. c 7. d 17. d 9. b 19. a B. 1. 3. 5.
Soal Uraian 490 k Pa a. 4 m b. 4 × 104 N c. 2 × 104 N 1.250 sekon
Bab 7
Teori Kinetik Gas
Tes Kompetensi Awal 1. Nitrogen, oksigen, dan karbondioksida. Pada keadaan STP, gas tersebut bukan merupakan gas ideal. 3. Balon udara terbang dengan memanfaatkan massa jenis udara panas yang lebih ringan daripada udara bebas. Tes Kompetensi Subbab A 1. 16.628 Pa 3. 13,4 mL
Tes Kompetensi Subbab B 1. )k (O2) : )k (N2) = 7 : 8 "(O2) : "(N2) = 7 : 8 Tes Kompetensi Subbab C 1. "0 2 3. 0,89 atm 5. 3,74 kJ 7. 1,05 × 1023 molekul; 1,32 × 10–10 m/s; 42,74 m/s Tes Kompetensi Bab 7 A. Pilihan Ganda 1. b 11. d 3. c 13. c 5. b 15. a 7. e 17. e 9. a 19. d
Tes Kompetensi Bab 8 A. Pilihan Ganda 1. b 11. d 3. b 13. d 5. d 15. e 7. d 17. b 9. a 19. c B. 1. 3. 5. 7. 9.
Soal Uraian 49,8 atm –4.000 J 9.720 J 3,44 × 10–3 J 60%
Tes Kompetensi Fisika Semester 2 A. 1. 3. 5. 7. 9. 11. 13. 15.
Pilihan d b c c a e c b
Tes Kompetensi Awal 1. Gelas tersebut dapat pecah karena ketika diisi air panas, permukaan gelas akan mengalami pemuaian akibat perubahan suhu yang tidak merata. 3. Efisiensi, dalam kaitannya dengan kinerja mesin adalah perbandingan antara usaha yang dilakukan dengan kerja yang dihasilkan.
B. 1. 3. 5. 7. 9.
Soal Uraian 5,25 cm 28,6 m 0,059 N 3,32 kg/m3 a. 1 b. 3,74
Tes Kompetensi Subbab A 1. a. –375 kJ b. 85 kJ 3. 145,524 kPa 5. 1.660,96 J
Tes Kompetensi Akhir
B. 1. 3. 5. 7.
Soal Uraian 44,37 cm3 52 g/cm3 30 liter 132 liter
Bab 8
Termodinamika
Ganda 17. a 19. a 21. b 23. c 25. c 27. a 29. b
A. 1. 3. 5. 7. 9. 11. 13. 15. 17. 19.
Pilihan a e e a d a b e e a
Tes Kompetensi Subbab C 1. 1.000 K 3. 40 % 5. a. 60 % b. 3.000 J
B. 1.
Tes Kompetensi Subbab D 1. 8,93 3. 410,86 watt 5. 6,21 × 108 J
7.
Soal Uraian ! = 10" + 6 # – 4,5 $ 4 3 cm 3 "2' = +10 m/s (ke kiri); "1' = –20 m/s (ke kanan) 3 m/s 4 8,68 L
Tes Kompetensi Subbab B 1. 450 J 3. 3.324 J 5. Gas ideal dapat terjadi jika tidak terdapat perpindahan panas. Perpindahan panas tidak akan terjadi jika suhu tetap (isotermal), tekanan tetap (isobar), dan volume tetap (isokhorik).
3. 5. 9.
Ganda 21. b 23. e 25. d 27. a 29. e 31. a 33. b 35. c 37. c 39. d
Kunci Jawaban
211
Apendiks Simbol-Simbol Matematika = ! " # $ > > >> < < <<
: : : : : : : : : : :
sama dengan tidak sama dengan hampir sama dengan dalam orde sebanding dengan lebih besar dari pada lebih besar sama dengan jauh lebih besar dari pada lebih kecil lebih kecil sama dengan jauh lebih kecil dari pada
%' |'| +, & lim %t ' 0 .' .t (' (t
: : : : : :
)
: integral
perubahan ' nilai absolut ' +(+ – 1)(+ – 2) ... 1 jumlah limit %t mendekati nol
: turunan ' terhadap t : turunan parsial ' terhadap t
Rumus Trigonometri tan 2* ! 2tan *2 1 + tan *
sin 2 * " cos2 * ! 1 sec 2 * + tan 2 * ! 1 csc 2 * + cot 2 * ! 1 sin 2* ! 2 sin * cos * 2 2 cos 2* = cos * + sin *
sin 1 * ! 1 + cos* cos 1 * 2 2 2 ! 1 " cos* tan 1 * 2 2 ! 1 + cos * 1 " cos*
= 2cos2 * + 1 = 1 + 2sin 2 * Turunan Fungsi-Fungsi Tertentu
./ ! 0 dengan / adalah konstanta .t . # t + $ ! +t + +1 .t . sin ,t ! , cos ,t .t . cos ,t ! +, sin ,t .t
. tan , t ! , sec 2 , t .t . ebt ! bebt .t . ln bt ! 1 .t t
Rumus-Rumus Integrasi
1
) 2t.t ! 2 2t
2 + "1
) 2t .t ! 2 +t " 1 +
) 2t
212
+1
.t ! 1 ebt 2t b 1 ) cos ,t.t ! , sin ,t 1 ) sin ,t.t ! + , cos ,t
)e
) 2.t ! 2t + ! +1
.t ! 2 ln t
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
bt
Satuan-Satuan Dasar Panjang
Waktu
Massa
Meter (m) adalah jarak yang ditempuh oleh cahaya di ruang vakum dalam waktu
Arus
1 sekon 299.792.458
Sekon (s) adalah waktu yang diperlukan untuk 9.192.631.770 siklus pada radiasi yang berhubungan dengan transisi antara dua tingkat hiperfin dengan keadaan dasar pada atom 133 Cs Kilogram (kg) adalah massa pada Standar Internasional untuk bobot dan ukuran yang disimpan di Sevres, Prancis
Ampere (A) adalah arus pada dua kawat panjang paralel yang terpisah sejauh 1 m dan menimbulkan gaya magnetik persatuan panjang sebesar 2 × 10–7 N/m 1
Temperatur Kelvin (K) adalah 273,16 dari temperatur termodinamika pada tr4ple po4+t a4r Intensitas Candela (cd) adalah intensitas cahaya dalam cahaya arah tegak lurus permukaan benda hitam seluas 1/600.000 m pada temperatur beku platinum dengan tekanan 1 atm
Satuan-Satuan Turunan Gaya Kerja, Energi Daya Frekuensi Muatan listrik Potensial listrik
newton (N) joule (J) watt (W) hertz (Hz) coulomb (C) volt (V)
1 N = 1 kg m/s2 1 J = 1 Nm 1 W = 1 J/s 1 Hz = 1/s 1 C = 1 As 1 V = 1 J/C
Hambatan listrik Kapasitas listrik Medan magnet Fluks magnet Induktansi
9,80665 m/s2 5,98 × 1024 kg 6,37 × 106 m 3.960 mil 1,12 × 104 m/s 1,35 kW/m2
Tekanan
ohm ( - ) farad (F) tesla (T) weber (Wb) henry (H)
1 - = 1 V/A 1 F = 1 C/V 1 T = 1 N/A m 1Wb = 1 Tm2 1 H = 1 J/A2
Data Terestrial Percepatan gravitasi # Massa Bumi M9 Jari-jari Bumi, :9, rata-rata Kecepatan lepas 2:9 # Konstanta Matahari* Suhu dan tekanan standar (STP): Temperatur *
101,325 kPa 1,00 atm Massa molar udara 28,97 g/mol Massa jenis udara (STP), .udara 1,293 kg/m3 Kecepatan suara (STP) 331 m/s Kalor didih air (0°C, 1 atm) 333,5 kJ/kg Kalor penguapan air (100°C, 1 atm) 2,257 MJ/kg
273,15 K
Daya rata-rata yang terjadi pada 1 m2 di luar atmosfer Bumi pada jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari.
Data Astronomi %u'" Jarak ke Bulan* Jarak ke Matahari, rata-rata* Kecepatan orbit, rata-rata ()t)+)," Massa Jari-jari *
3,844 × 108 m 2,389 × 105 mil 1,496 × 1011 m 1,00 AU 2,98 × 104 m/s
%u-). Massa Jari-jari Periode Percepatan gravitasi pada permukaan
7,35 × 1022 kg 1,738 × 106 m 27,32 hari 1,62 m/s2
7,35 × 1022 kg 1,738 × 106 m
pusat ke pusat
Apendiks
213
Konstanta Fisika Konstanta gravitasi Kecepatan cahaya Muatan elektron Konstanta Avogadro Konstanta gas Konstanta Boltzmann Unit massa terpadu Konstanta Coulomb
; < e =2 : > ? >
6,672 × 10–11 Nm2/kg2 2,998 × 108 m/s 1,602 × 10–19 C 6,002 × 1023 partikel/mol 8,314 J/molK 1,381 × 10–23 J/K 1,661 × 10–24 g 8,988 × 109 Nm2/C2
Permitivitas ruang hampa / 0 Permeabilitas ruang hampa %0 Konstanta Planck h ! Massa elektron !e Massa proton !p Massa neutron !n
8,854 × 10–12 C2/Nm2 4 × 10–7 N/A2 6,626 × 10–34 Js 1,055 × 10–34 Js 9,109 × 10–31 kg 1,672 × 10–27 kg 1,675 × 10–27 kg
Faktor-Faktor Konversi /).#).0 1 km = 0,6215 mil 1 mil = 1,609 km 1 m = 1,0396 yd = 3,281 ft = 39,37 inci 1 inci = 2,54 cm 1 ft = 12 inci =30,48 cm 1 yd = 3ft = 91,44 cm 1 tahun cahaya = 1c tahun = 9,461 × 1015 m o 1 A = 0,1 nm 1u)s 1 m2 = 104 cm2 1 km2 = 0,3851 mil2 = 247,1 ha 1 inci2 = 6,5416 cm2 1 ft2 = 9,29 × 10–2 m2 1 m2 = 10,76 ft2 1 ha = 43,560 ft2 I mil2 = 640 ha2 = 590 km2 34-u'e 1 m3 = 106 cm3 1 L = 1.000 cm3 = 10–3 m3 1 gal = 3,786 L 1 gal = 4 qt = 8 pt = 128 oz = 231 inci3 1 inci3 = 16,39 cm3 1 ft3 = 1.728 inci3 = 28,32 L = 2,832 × 104 cm3 6)$tu 1 jam = 60 menit = 3,6 ks 1 hari = 24 jam = 1.440 menit = 86,4 ks 1 tahun = 365,24 hari = 31,56 Ms 7e8e9)t). 1 km/jam = 0,2778 m/s = 0,6215 mil/jam 1 mil/jam = 0,4470 m/s = 1,609 km/jam 1 mil/jam = 1,467 ft/s :u;ut<;).<7e8e9)t).<:u;ut 1 rad = 180° 1 rad = 57,30° 1° = 1,745 × 10–2 rad 1 rev/menit = 0,1047 rad/s 1 rad/s = 9,549 rev/menit
214
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
()ss) 1 kg = 1.000 g 1 ton = 1.000 kg = 1 Mg 1 u = 1,6606 × 10–27 kg 1 kg = 6,022 × 1023 u 1 slug = 14,59 kg 1 kg = 6,852 × 10–2 slug 1 u =931,50 MeV/<2 ()ss)<=e."s 1 g/cm3 = 10.000 kg/m3 = 1 kg/L (1 g/cm3)# = 62,4 lb/ft3 >)?) 1 N = 0,2248 lb = 105 dyne 1 lb = 4,4482 N (1 kg)# = 2,2046 lb @e$).). 1 Pa =1 N/m2 1 atm = 101,325 kPa =1,01325 bar 1 atm = 14,7 lb/inci2 = 760 mmHg 1 torr = 1 mmHg = 133,32 Pa 1 bar = 100 kPa A.e,0" 1 kWh = 3,6 MJ 1 kal = 4,184 J 1 Latm = 101,325 J = 24,217 kal 1 Btu = 778 ft lb = 252 kal = 1.054,35 J 1 eV = 1,602 × 10–19 J 1 u <2 = 931,50 MeV 1 erg = 10–7 J B)?) 1 daya kuda = 550 ft lb/s = 745,7 W 1 Btu/menit = 17,58 W 1 W = 1,341 × 10–3 daya kuda = 0,7376 ft lb/s (e;).<()0.et 1 G = 10–4 T 1 T = 104 G 74.;u$t"!"t)s<@e,')1 W/m K = 6,938 Btu inci/jam ft2 °F 1 Btu inci/jam ft2 °F = 0,1441 W/mK
Senarai A C'9-"tu;4D simpangan terjauh pada suatu osilasi/ayunan Cst,4.4'"D ilmu perbintangan. C?u.).<E)-"st"$D ayunan yang berfungsi untuk mengukur kecepatan gerak peluru.
B %e.;)<;"s$,"tD benda yang bentuk dan ukurannya diabaikan %e.;)
E AF"s"e.s"<'es".D ukuran kinerja sebuah mesin yang merupakan perbandingan antara energi yang dihasilkan terhadap energi yang diberikan. A-)st"s"t)sD kemampuan yang dimiliki oleh benda untuk kembali ke bentuk semula setelah mengalami gangguan bentuk. A.e,0"<$".et"$D energi yang dimiliki benda karena gerakannya. A.e,0"<'e$)."$D total energi kinetik dan energi potensial dari benda. A.e,0"< 94te.s")-D energi yang dimiliki benda karena kedudukannya.
F G,e$ue.s"D jumlah ayunan/osilasi yang terjadi pada jangka waktu satu detik.
G >)?)<);+es"D gaya tarik-menarik antara partikel tidak sejenis. >)?)<0ese$<$".et"$D gaya gesek yang timbul pada saat benda telah bergerak. >)?)< 0ese$< st)t"sD gaya gesek yang timbul pada saat benda masih diam. >)?)<$4+es"D gaya tarik-menarik antara partikel sejenis. >)?)<$4.se,!)t"FD gaya yang hasil usahanya hanya memperhatikan kedudukan awal dan akhir. >e#)-)<$)9"-),"t)sD gejala naiknya zat cair pada pipa-pipa kapiler.
H He-"4se.t,"sD pandangan yang menganggap bahwa Matahari adalah pusat dari peredaran benda langit.
K 7),Eu,)t4,D tabung pencampur bahan bakar pada kendaraan bermotor.
7e8e9)t).
M ().4'ete,D alat untuk mengukur selisih tekanan zat cair. (e."s$us< 8e$u.0D bentuk permukaan zat cair yang cekung ketika berada dalam suatu wadah. (e."s$us< 8e'Eu.0D bentuk permukaan zat cair yang cembung ketika berada dalam suatu wadah.
P /e,"4;e<4,E"t<s)te-"tD waktu yang dibutuhkan oleh satelit untuk beredar pada orbitnya sebanyak satu kali putaran. /,4ses<);")E)t"$D proses yang terjadi pada keadaan kalor sistem tetap. /,4ses< "s4E),"$D proses yang terjadi pada keadaan tekanan tetap. /,4ses< "s4$+4,"$D proses yang terjadi pada keadaan volume tetap. /,4ses<"s4te,')-D proses yang terjadi pada keadaan suhu tetap.
R IeF,"0e,)t4,D mesin pendingin. Iesu-t).< 0)?)D gaya total hasil penjumlahan dari beberapa gaya. !"##$% '"()*$%D kereta mainan yang memanfaatkan prinsip kekekalan energi mekanik benda. I4t)s"D perputaran benda pada porosnya.
S :"ste'
T @e$).).<+";,4st)t"$D tekanan yang dialami zat cair pada kedalaman tertentu. @"t"$< F4$us< e-"9sD titik pada jarak setengah jari-jari terpanjang pada elips. @4,s"D besaran yang menyebabkan benda tegar cenderung untuk berotasi pada porosnya. @,).s-)s"D pergeseran.
V 3e.tu,"'ete,D alat untuk mengukur kecepatan aliran gas. 3"s$4s"t)sD kekentalan zat cair.
215
Indeks aphelion 45 benda tegar 117, 118, 119, 121, 124, 132, 134, 135, 137,138 berat 31, 32, 33, 41, 42, 43, 46, 71, 73, 76, 80, 82, 83, 85, 86, 88, 92, 99, 114, 116, 118, 122, 127, 132, 133, 134, 136, 137, 142, 145, 146, 147, 148, 149, 151, 152, 153, 154, 158, 162, 163, 166, 177, 193, 202, 203, 204 daya kuda 89 derajat kebebasan 174, 175, 176, 179, 190 efisiensi 30, 194, 195, 196, 197, 201, 202, 205 elips 45, 124, 125 energi kinetik 76, 77, 80, 81, 82, 83, 85, 88, 90, 91, 92, 93, 94, 96, 100, 101, 102, 103, 104, 107, 109, 110, 111, 115, 116, 119, 129, 130, 131, 137, 138, 140, 167, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 181, 182, 204 energi potensial 71, 72, 78, 79, 80, 81, 83, 85, 86, 88, 90, 91, 92, 93, 94, 100, 107, 111, 115, 175 entropi 184 frekuensi 139 gas ideal 167, 168, 169, 170, 171, 173, 174, 176, 179, 180, 181, 182, 183, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 194, 195, 200, 201, 202, 204 gaya gesek 29, 30, 31, 32, 33, 35, 36, 38, 73, 76, 85, 127, 133 gaya kohesi 149, 150, 151 gaya konservatif 71, 82, 83, 91 gaya sentripetal 27, 35, 36, 37, 41, 46, 47 Hukum Boyle 168, 169, 180, 181, 185, 204 Hukum II Termodinamika 197 Hukum Kekekalan Energi 71, 74, 81, 83, 85, 87, 91, 100, 106, 107, 109, 130, 189 Hukum Kekekalan Energi Mekanik 71, 83, 85, 87, 91, 100, 106 Hukum Kekekalan Momentum 45, 97, 99, 100, 102, 103, 107, 106, 109, 111, 118, 123, 124, 125, 138 Hukum Kekekalan Momentum Sudut 45, 118, 123, 124, 125, 138
216
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
Hukum I Termodinamika 189, 197 impuls 95, 96, 97, 98, 99, 103, 109, 110, 111, 123, 124 integrasi 7, 11, 23, 119 jatuh bebas 12, 14, 18, 80, 83, 85, 88, 92, 93, 95, 98, 105, 111, 115 joule 72, 73, 74, 75, 80, 81, 85, 88, 92, 93, 103, 116, 129, 130, 150, 173, 174, 180, 186, 187, 190, 192, 197, 200, 201, 202, 205 kalori 71, 202, 205 kapasitas panas 193 kapilaritas 151, 163, 164, 166 kecepatan rata-rata 4, 5, 14, 23, 25, 27, 166, 177, 179 kecepatan sesaat 5, 6, 10, 14, 23, 25, 27 kecepatan terminal 154, 155, 163, 165 kelajuan rata-rata 4, 5, 88, 181 kelajuan sesaat 5, 6 kelembaman 124 kemiringan 1, 7, 10, 11, 21, 29, 32, 33, 36, 37, 38, 39, 76, 81, 88, 127, 131, 136, 139, 140, 206 kerja 71, 89, 108, 121, 135, 142, 144, 145, 163, 167, 184, 190, 193, 194, 195, 196, 198, 199, 200 koefesien restitusi 96, 109 konstanta gravitasi universal 40, 43, 47 laju aliran 156, 161, 166 lengan 117, 118, 121, 132, 133, 134, 137 massa 27, 34, 36, 39, 40, 41, 42, 46, 47, 48, 77, 78, 79, 80, 82, 83, 85, 88, 90, 92, 94, 96, 99, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 119, 120, 122, 123, 124, 126, 128, 131, 134, 136, 137, 138, 139, 140, 142, 143, 146, 147, 148, 149, 151, 152, 153, 154, 155, 158, 159, 160, 161, 162, 164, 165, 166, 167, 169, 170, 171, 173, 174, 175, 177, 178, 179, 181, 182, 200, 202, 203, 204, 205, 206 medan gravitasi 42, 43, 44, 78, 83, 85, 137 mesin Carnot 194, 195, 196, 197, 199, 201, 202, 205
momen inersia 117, 118, 119, 120, 122, 124, 125, 126, 128, 129, 131, 137, 138, 139, 140 momentum sudut 45, 117, 118, 120,123, 124, 125, 137, 138 panas 74, 94, 100, 102, 103, 104, 106, 109, 115, 116, 167, 184, 188, 193, 198, 199, 202 partikel 2, 3, 5, 7, 9, 10, 11, 12, 14, 20, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 77, 82, 96, 97, 113, 119, 121, 122, 123, 124, 132, 139, 149, 150, 151, 153, 155, 167, 168, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 177, 178, 179, 181, 182, 204 Pascal 142, 144, 145, 163, 164, 165, 166 percepatan angular 26 percepatan rata-rata 9, 10, 11, 14, 23, 25, 27 percepatan sentripetal 39, 46, 87 percepatan sesaat 9, 10, 11, 14, 23, 25 perihelion 45 periode 23, 42, 45, 46, 48, 103, 114, 138, 139 perkalian vektor 118 perpindahan 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 13, 14, 20, 23, 39, 72, 73, 74, 75, 77, 78, 80, 85, 88, 91, 150, 192 Persamaan Bernoulli 141, 157, 158, 160, 161, 164 Persamaan Kontinuitas 155, 156, 159, 160, 161, 163, 164 Prinsip Pascal 145 proses adiabatik 181, 185, 186, 187, 188, 189, 191, 194, 195, 196, 199, 200, 201 pusat berat 137
pusat massa 120, 134, 137, 174, 175 refrigerator 198 regangan 80, 166 Siklus Carnot 183, 194, 199, 205 skalar 2, 5, 72, 76, 77, 99, 123 tegangan permukaan 149, 150, 151, 152, 163, 164, 165, 166 tekanan 136, 142, 143, 144, 145, 152, 153, 155, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 177, 179, 180, 181, 182, 184, 185, 186, 187, 188, 189, 190, 191, 192, 193, 196, 197, 199, 200, 201, 202, 204, 205, 206 temperatur 153, 169, 170, 171, 174, 189, 198, 202, 206 Teori Kinetik Gas 167, 168, 181 Termodinamika 167, 183, 184, 189, 190, 191, 192, 193, 194, 197, 198, 199, 200 torsi 40, 117, 118, 121, 123, 124, 132, 133, 137, 140 vektor 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 18, 23, 25, 40, 44, 72, 92, 96, 97, 109, 113, 118, 120, 123, 124, 132, 134, 172 vektor kecepatan rata-rata 4, 5 vektor perpindahan 2, 3, 6 vektor posisi 2, 5, 8, 12, 14, 23, 25 vektor satuan 2, 4, 6, 92 watt 88, 89, 90, 94, 199, 204, 205
Indeks
217
Daftar Pustaka Allonso, M. and Finn 1980. Fundamental Physics, Vol 1and 2. New York: Addision-Wesley Publishing Company Inc. Biryam, M 1992. Hukum-Hukum Kekekalan dalam Mekanika. Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Bueche, Fredrick 1982. Introduction to Physics for Scientist and Insights. New York: Mc Grow Hill Book Company Inc. Dorling Kindsley 1995. Jendela IPTEK, seri 1-4. Jakarta: Balai Pustaka Jakarta. Giancoli, Douglas C. 2000. Physics, 3rd Edition. USA: PrenticeHall International. Grolier International Inc. 1995. Oxford Ensiklopedi Pelajar. Jakarta: PT. Widyadara. Haliday, D, R. Resnick, J. Waker. 2001. Fundamental of Physics, Sixth Edition. USA: John Willey and Sons Inc. Harsanto. 1980. Motor Bakar. Jakarta: Djambatan. Hermawan Edi. 2004. Radar Atmosfer Khatulistiwa. Surakarta: Pabelan. Hewwit, Paul G. 1993. Conceptual Physics, 6th Edition. USA: Harper Collins College Publisher. Hewwit, Paul G. 1998. Conceptual Physics, 8th Edition. USA: Addison Wesley Publishing Company Inc. Kamus Besar Bahasa Indonesia, cetakan ketiga. 2005. Jakarta: PT. Balai Pustaka. Kamus Fisika, cetakan kedua. 2003. Jakarta: PT. Balai Pustaka. Sears, F.W. et.al. 1993. University Physics. USA: Addison Wesley Publishing Company Inc. Tipler, Paul. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 1 (alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi). Jakarta: Erlangga. Tipler, Paul. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 2 (alih bahasa: Bambang Soegijono). Jakarta: Erlangga. Young, Hugh D. dan Freadman, Roger A. 2001. Fisika Universitas, edisi X. Jakarta: Erlangga.
218
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI
ISBN 978-979-068-816-2 (No. Jld lengkap) ISBN 978-979-068-818-6
Harga Eceran Tertinggi (HET) Rp.14.468,-
PUSAT PERBUKUAN Departemen Pendidikan Nasional