Fisika Umum (MA-301) Topik hari ini Sifat-sifat Zat Padat Gas Cair Plasma
Sifat Atomik Zat ► Molekul ► Atom ► Inti
Atom dan elektron ► Proton dan neutron ► Quarks: up, down, strange, charmed, bottom, and top
Antimateri ► Materi
tersusun atas atom-atom dengan intinya yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatan negatif
► Antimateri
tersusun atas atom-atom dengan intinya yang bermuatan negatif dan elektron-elektron yang bermuatan positif (positron)
► Contoh
Partikel-Antipartikel: Elektron-Positron, Proton-Antiproton, quark-antiquark, dll
► Jika
Partikel dan Antipartikel bertemu, maka akan saling menghilangkan (anihilasi), diubah menjadi energi
Cat: Partikel dan Antipartikel mempunyai massa yang sama tetapi jenis muatan listrik yang berbeda
Keadaan Zat ES (Padat)
Tambah panas
AIR (Cair)
UAP (Gas)
Tambah panas
Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan yang lain)
Apa yang dapat membedakan keadaankeadaan zat tersebut?
Kerapatan ►
Kerapatan bahan yang komposisinya uniform didefinisikan sebagai massa bahan per satuan volume:
m V
Contoh:
Vbola
4 R3 3
Vk u bu s ►
►
R 2h
Vsilin de r a3
Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidak berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan Kerapatan dari gas berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan Satuan SI
kg/m3
CGS
g/cm3 (1 g/cm3=1000 kg/m3 )
Keadaan Zat Padat
Volume tetap
Bentuk tetap
Molekul-molekulnya berada pada posisi yang tetap karena gaya listrik dan bergetar terhadap posisi kesetimbangan
Dapat dimodelkan sebagai pegas-pegas yang menghubungkan tiap molekul
Keadaan Zat Padat
Padat Kristal Atom-atomnya
memiliki struktur yang teratur Contoh pada garam (bola merah adalah ion Na+ , bola biru adalah ion Cl-)
Padat Amorf Atom-atomnya
tidak
teratur Contoh pada kaca
Struktur Kristal Fisikawan Jerman Max von Laue (1912)
Menemukan bahwa berkas sinar X yang diarahkan ke kristal terdifraksi dalam pola tertentu yang mengkarakteristik kristal tersebut
Fisikawan Inggris William Henry Bragg dan anaknya William Lawrence Bragg
Merumuskan formula matematis tentang pola karekteristik kristal hasil difraksi sinar X
Sifat Elastisitas Zat Padat Jika benda dikenakan gaya luar, maka benda biasanya mengalami perubahan ukuran atau bentuk. Perubahan ini bergantung pada susunan dan ikatan atom pada benda. Jika setelah gaya luar dihilangkan benda kembali ke ukuran atau bentuk semula maka benda dikatakan memiliki sifat elastis Fenomena Elastisitas (video) Tegangan dan Regangan (animasi)
Tegangan
E
l
F Regangan A
Tegangan Regangan
F l
lo
A lo
dengan: E = Modulus Young F = Gaya Tarik/Desak (N) A = Luas penampang batang (m-2) l = Pertubahan panjang batang (m) lo = Panjang batang mula-mula (m)
Keadaan Zat Cair
Volumenya tetap
Bentuk tidak tetap
Ada pada temperatur yang lebih tinggi dibanding padat
Molekul-molekul bergerak secara acak Gaya
antar molekul tidak cukup kuat untuk menjaga molekul tetap pada posisinya
Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagai gaya per luas dimana gaya tersebut bekerja
P
F A
Satuan SI
Pascal
(Pa=N/m2)
Tekanan dalam fluida
Pertanyaan: Mengapa tembok bendungan bagian bawah dibuat lebih tebal dibandingkan bagian atasnya?
Tekanan dan Kedalaman Jika sebuah fluida dalam keadaan diam pada wadah, semua bagian fluida haruslah dalam keadaan kesetimbangan statis ► Semua titik pada kedalaman yang sama haruslah berada dalam tekanan yang sama (kecuali jika fluida tidak dalam kesetimbangan) ► Tiga gaya eksternal bekerja pada bagian fluida seluas A ►
Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)
F
0
tapi : M
PA Mg P0 A ρV
ρ Ah,
0,
jadi : PA
P0 A ρ Agh
P
P0
gh
Tes Konsep 1 Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil: a. 1-2-3 b. 2-1-3 c. 3-2-1 d. sama pada ketiganya
10 cm
1
2
3
Jawab d
Tekanan dan Persamaan Kedalaman P
Po
gh
Po adalah tekanan atmosfir normal 1.013 x 105 Pa = 14.7 lb/in2 ► Tekanan tidak bergantung pada bentuk wadah ►
Satuan tekanan yang lain: 76.0 cm dari raksa Satu atmosfir 1 atm =
1.013 x 105 Pa 14.7 lb/in2
Pertanyaan Andaikan anda menempatkan sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda? a. Sama. b. Tekanan di atas lebih besar. c. Tekanan di bawah lebih besar.
Prinsip Archimedes Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan
Gaya ini disebut gaya apung. Penyebab fisis: perbedaan tekanan antara bagian atas dan bagian bawah benda
Prinsip Archimedes ► ► ►
Gaya apung ke atas adalah B=ρfluidagVbenda Gaya gravitasi ke bawah adalah w=mg=ρbendagVbenda Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda
Benda akan mengapung atau tenggelam, bergatung pada arah gaya neto
Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda ► ►
Kerapatan benda lebih kecil dari fluida ρbenda<ρfluida Benda mengalami gaya neto ke atas
Kerapatan benda lebih besar dari fluida ρbenda>ρfluida
Gaya neto ke bawah, sehingga percepatan benda ke bawah
Pertanyaan Andaikan anda punya sepotong baja. Akankah baja ini mengapung di atas air? Mengapa? Bagaimana sebuah kapal yang terbuat dari baja dapat mengapung?
Prinsip Pascal ►
►
►
Tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana. Dongkrak hidrolik adalah aplikasi yang penting dari Prinsip Paskal F1 F2 P A1 A2 Juga digunakan dalam rem hidrolik, pengangkat mobil dll.
Karena A2>A1, maka F2>F1 !!!
Silet
Apa yang Terjadi di Permukaan Cairan?
Mari, kita lihat lebih dekat…
Molekul-molekul Air
Molekul yang membentuk cairan senantiasa dalam keadaan bergerak acak (random motion)
Kita dapat menganggap molekul-molekul yang berada di lapisan teratas membentuk suatu permukaan
Bagaimana gaya tarik antarmolekul mempengaruhi permukaan? = gaya tarik antarmolekul
Di bawah permukaan, gaya antarmolekul menarik masing-masing molekul ke segala arah
Molekul-molekul di permukaan mengalami resultan gaya tarik ke arah BAWAH, karena tidak ada molekul-molekul air di ATAS permukaan yang mampu mengimbangi tarikan tersebut
Akibat tarikan yang dialaminya, molekul-molekul di permukaan terdorong ke BAWAH. Sampai kapan? Sampai dorongan ke bawah tersebut diimbangi oleh tahanan kompresi (compression resistance) zat cair
Seperti ini…
Dan ini…
Molekul-molekul permukaan semakin rapat, hingga membentuk struktur kulit permukaan dengan jarak antarmolekul yang lebih dekat dibandingkan molekul-molekul di bawahnya.
Hal ini menjelaskan bentuk membulat tetesan air: seluruh molekul air tertarik menuju ke arah pusat.
Jadi, ketika nyamuk berdiri di atas air terjadi tegangan di permukaan air Secara fisis….
• Tegangan permukaan didefinisikan sebagai besar gaya yang dialami permukaan fluida per satuan panjang (atau ekivalen dengan energi per satuan luas).
Tegangan permukaan (dyne/cm atau N/m)
F l
Gaya yang bekerja di permukaan fluida (dyne atau N) Panjang benda di permukaan fluida (cm atau m)
Fenomena tegangan permukaan lain dalam kehidupan sehari-hari?
Keadaan Gas
Volume tidak tetap
Bentuk tidak tetap
Molekul-molekulnya bergerak acak
Molekul-molekulnya hanya memberikan gaya lemah pada molekul yang lain
Jarak rata-rata antar molekul lebih besar dibanding ukuran molekul
Tekanan Atmosfer Semakin tinggi suatu tempat maka tekanan udaranya semakin berkurang, mengapa demikian?
Gaya Apung (prinsip Archimides)
Prinsip Bernoulli ► ► ► ►
Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan ketinggian Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan mengalir tanpa turbulen Menyatakan bahwa “ Tekanan pada fluida berkurang ketika laju fluida bertambah” Persamaan lengkap:
P
1 2 v 2
gy
tetap
Bagaimana mengukur laju aliran fluida: Venturi Meter ►
► ►
Menunjukan aliran fluida yang melalui pipa horisontal Laju aliran fluida berubah jika diametrnya berubah Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat
Keadaan Zat ► Plasma
Bahan dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggi
Banyak elektron menjadi bebas dari inti
Menghasilkan kumpulan-kumpulan bebas, ion bermuatan secara listrik
Plasma terdapat dalam bintangbintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensi
