RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

Kuliah Fisika Dasar '

$

RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

✍ Definisi Ilmu Fisika • Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang tidak hidup serta interaksi dalam lingkup ruang dan waktu. Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos yang artinya “alamiah”.

• Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati perilaku dan sifat materi dalam bidang yang beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.

• Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika karena banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis dan perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material

• Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, misalnya Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb.

• Teori utama dalam ilmu Fisika 1. Mekanika Klasik :Hukum Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum.

&

2. Elektromagnetik :Elektrostatik, Listrik, Magnetik, dan Per-

[email protected]

-1-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

samaan Maxwell.

¨ 3. Mekanika Kuantum : Persamaan Schrodinger dan Teori medan kuantum. 4. Relativitas : Relativitas khusus dan umum.

• Bidang utama dalam Fisika 1. Astrofisika : Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal. 2. Fisika atom, molekul dan optik 3. Fisika partikel :Fisika Akselerator dan Fisika nuklir. 4. Fisika benda kondensasi :Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer dsb.

&

[email protected]

-2-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

BESARAN DALAM ILMU FISIKA

✍ Besaran Pokok • Besaran Pokok adalah besaran yang tidak tergantung pada besaran yang lain. Menurut Sistem International(SI) 1960,“Bureau of Weight and Measures”(Paris) Besaran

Simbol

Satuan

Panjang

l

m-meter

Massa

m

kg -kilogram

Waktu

t

s-detik

Arus listrik

I

A-ampere

Temperatur

T

K -kelvin

Intensitas penyinaran

Lc

Cd-candela

Banyak zat

N

mol

• Selain besaran pokok ada juga besaran yang melengkapi besaran pokok yaitu sudut bidang dalam Radian(Rad) dan sudut ruang dalam Steradian(Sr). Sudut terbesar pada su-

4π rad dan sudut terbesar pada sudut ruang adalah 4π Sr . dut bidang adalah

&

[email protected]

-3-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

r r

r

1 Sr

r

1 rad

r Luas (a) Sudut Bidang

(b) Sudut Ruang

Gambar 1: Sudut bidang(radian) dan Sudut ruang(steradian)

✍ Besaran Turunan • Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan antara lain : Kecepatan, Percepatan, Gaya, Momentum dan Impuls, Energi dan Kerja, Gaya Listrik dan Magnetik, Medan Listrik, dan Magnetik, Potensial listrik dan Induksi magnetik, dsb

✍ Satuan • Satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Ada dua macam bentuk satuan yaitu : Metrik dan non–Metrik masingmasing terdiri atas sistem statik dan dinamik

• Sistem rasionalisasi ada dua macam yaitu Statik dan Dinamik.

• Sistem statik terdiri atas sistem gravitasi dan sistem teknis(praktis) seperti meter–kilogram–sekon dan ft–lbwt-sec/ft–

&

lbf–sec.

[email protected]

-4-

%

Kuliah Fisika Dasar '

• Sistem dinamik terdiri atas sistem cgs(cm–gram–sekon) dan

$

mks(meter–kilogram–sekon).

• Satuan Internasional adalah Sistem MKS yang telah disempurnakan

⊲ Meter: satu meter adalah panjang lintasan cahaya di ruang vakum selama 1 299.792.458

detik.

⊲ Kilogram : satu kilogram adalah massa kilogram berbentuk ´ silinder yang dibuat dari bahan platina iridium(Sevres Perancis).

⊲ Second: satu detik adalah interval waktu dari 9.192.631, 770 133 kali getar radiasi dari atom Cs ⊲ Ampere: satu ampere adalah arus tetap yang terjadi bila dua konduktor lurus sejajar dengan panjang tak berhingga berjarak satu meter diletakkan dalam ruang vakum akan menghasilkan gaya antara dua konduktor sebesar 2 × 10

⊲ Kelvin: satu kelvin adalah

1 273

−7

N.

bagian dari temperatur termo-

dinamis dari titik triple air.

⊲ Candela: satu candela adalah kuat penerangan tegak lurus 1 permukaan yang luasnya 600000 m2 dari sebuah benda hitam pada titik beku platina(2046.65K )dan tekanan 1 atm.

✍ Dimensi

• Dimensi adalah penulisan suatu formula fisika dengan menggunakan besaran-besaran pokok, seperti Massa [M ], Panjang [L], Waktu [T ], Temperatur [θ], Arus listrik [I] & % [email protected]

-5-

Kuliah Fisika Dasar '

Besaran

Dimensi

Kecepatan

LT −1

Percepatan

LT −2

Gaya

M LT −2

Energi

M L2 T −2

Momentum

M LT −1

$

Vektor dan Skalar • Besaran Vektor adalah besaran yang memiliki besar(nilai) dan mempunyai arah misalnya : pergeseran, kecepatan, percepatan, medan listrik-magnet dsb.

• Besaran Skalar adalah besaran yang hanya memiliki besar(nilai) saja misalnya massa, temperatur, kerja, energi dsb.

✍ Notasi vektor • Vektor dilambangkan dengan tanda panah(→) atau huruf ~ atau A tebal. Misalkan vektor A dilambangkan dengan A ~ ˆb atau Bˆb dan diikuti dengan vektor satuan B • Dalam sistem koordinat Cartesius dengan sumbu x, y dan ˆ, yˆ, zˆ atau z pada arah positif adalah vektor satuannya x ˆi, ˆj, kˆ. Sehingga penulisan suatu vektor dalam ruang da&

[email protected]

-6-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

pat dinyatakan sbb:

~ = Aˆ ~ x + Aˆ ~ y + Aˆ ~ z atau A = Aˆ A x + Aˆ y + Aˆ z (1) ~ =B ~ ˆi + B ~ ˆj + B ~ kˆ atau B = Bˆi + Bˆi + Bkˆ B A

A=−B

A

A

B

Gambar 2: Gambar vektor dan penulisan vektor

✍ Perhitungan vektor • Suatu vektor dikatakan sama besar jika besar, sejajar dan arahnya sama seperti vektor ~ a = ~b dan jika berlawanan a = −~b. arah maka vektor ~ • Penjumlahan Vektor ~a = ~aˆi + ~aˆj + ~akˆ dan ~b = ~bˆi + ~bˆj + ~bkˆ

(2)

~ dan vektor B ~ adalah Maka penjumlahan vektor A ~ +B ~ = (A ~ + B) ~ ˆi + (A ~ + B) ~ ˆj + (A ~ + B) ~ kˆ A

(3)

~ dan vek• Pengurangan Vektor Maka pengurangan vektor A ~ adalah tor B ~ −B ~ = (A ~ − B) ~ ˆi + (A ~ − B) ~ ˆj + (A ~ − B) ~ kˆ A & [email protected]

(4) -7-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

• Sifat-sifat Aljabar Vektor 1.

A+B=B+A

2.

A + (B + C) = (A + B) + C

3.

mA = Am

4.

m(nA) = (mn)A

5.

(m + n)A = mA + nA

(Sifat Distributif)

6.

m(A + B) = mA + nA

(Sifat Distributif)

(Sifat Komutatif) (Sifat Asosiatif)

(Sifat Komutatif Perkalian) (Sifat Asosiatif Perkalian)

• Vektor Satuan Vektor satuan dinyatakan sebagai ~ A a ˆ= |A|

(5)

Arah vektor satuan sama dengan arah vektor dan dinyatak-

i, ˆj an dengan ˆ z

k

j i

y

O

x

Gambar 3: Vektor satuan

&

[email protected]

-8-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

Mencari Resultan Vektor

✍ Metode Jajaran Genjang ~ • Ada vektor ~a dan ~b maka resultannya R

a r=a+b θ

φ b

Gambar 4: Resultan vektor dengan metode jajaran genjang

q ~ = |~a + ~b| = |~a|2 + |~b|2 + 2|~a||~b| cos θ |R|

(6)

~ dapat ditentukan oleh sudut antara R ~ dan ~a atau ~b • Arah R misalkan φ maka |~b| sin φ

=

sin φ

=

|~a + ~b| sin(180 − θ) |~b| sin θ |~a + ~b|

(7)

(Aturan Sinus)

• Mencari selisih vektor sama dengan penjumlah vektor yaitu

&

[email protected]

~ ~ = |~a − ~b| = |~a + −b| |R| q = |~a|2 + |~b|2 − 2|~a||~b| cos θ

(8)

-9-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

~ adalah Arah resultannya vektor R | − ~b| sin φ

=

sin φ

=

|~a − ~b| sin θ |~b| sin θ

(9)

|~a − ~b|

✍ Metode Segitiga • Metode ini mencari resultannya mirip dengan metode jajaran genjang yaitu

q ~ = |~a + ~b| = |~a|2 + |~b|2 + 2|~a||~b| cos θ |R|

(10)

~ dapat ditentukan oleh sudut antara R ~ dan ~a atau ~b • Arah R misalkan φ maka |~a + ~b| |~b| sin θ |~b| = → sin φ = sin φ sin(180 − θ) |~a + ~b|

R=a+b b θ a

&

Gambar 5: Resultan vektor dengan metode segitiga

[email protected]

-10-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

✍ Metode Uraian Komponen Vektor • Metode uraian komponen yaitu penguraian komponennya a = ~aˆi+~aˆj dalam arah x, y dan z misalkan ada dua vektor ~ ~ =R ~ ˆi + R ~ ˆj i + ~bˆj maka resultannya R dan vektor ~b = ~bˆ vektor

komponen x

komponen y

~a ~b

~aˆi ~bˆi

~aˆi ~bˆi

~ ˆi = ~aˆi + ~bˆi R

~ ˆj = ~aˆj + ~bˆj R

Y

1111111111111 0000000000000 0000000000000 1111111111111 0000000000000 1111111111111 0000000000000 1111111111111 0000000000000 1111111111111

by

45o

b

ay

T2y T1y

a β

ax

30o

X

α

T 1x

T 2x

bx

Massa

Mg

Gambar 6: Resultan vektor dengan metode uraian vektor

&

[email protected]

-11-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

Perkalian Vektor

• Vektor dengan konstanta k~a = k~aˆi + k~aˆj + k~aˆj k=konstanta

(11)

• Perkalian titik(dot product) ~a · ~b = |~a||~b| cos(~a, ~b)

(12)

j

i .j =0

W=F. s F

i . i =1

F

s k i

Gambar 7: Perkalian dot

Sifat-sifat perkalian dot 1.

A·B =B·A

2.

A · (B + C) = A · B + A · C

m(A · B) = (mA) · B = A · (mB) m=skalar i · ˆi = ˆj · ˆj = kˆ · kˆ = 1 dan ˆi · ˆj = ˆj · kˆ = k · ˆi = 0 4. ˆ

3.

5.

A · B = 0; A dan B saling tegak lurus

• Perkalian kali(cross product) &

[email protected]

~a × ~b = |~a||~b| sin(~a, ~b)

(13) -12-

%

Kuliah Fisika Dasar '

$

^ j F

F =q v x B B

i x j =k

^i

^ k

v

Gambar 8: Perkalian cross

~ ~a × b =

ˆi

ˆj

~ax ~ay ~bx ~by

kˆ ~az = (~ay~bz − ~az~by )ˆi ~bz

− (~ax~bz − ~az~bx )ˆj + (~ax~by − ~ay~bx )kˆ

Sifat-sifat perkalian cross 1.

A × B = −B × A

2.

A × (B + C) = A × B + A × C

(Komutatif) (Distributif)

m(A × B) = (mA) × B = A × (mB) m=skalar 4. ˆ i × ˆi = ˆj × ˆj = kˆ × kˆ = 0 dan ˆi × ˆj = k, ˆj × kˆ = ˆi, k × ˆi = ˆj 3.

5.

A × B = 0; A dan B sejajar atau vektor kosong

&

[email protected]

-13-

%