Tentu kita pernah melihat, baik secara langsung maupun melalui TV atau koran, kapal, es terapung, dan galangan kapal. Tetapi pernahkah kita berpikir, kalau kapal, es terapung, dan galangan kapal adalah beberapa contoh dari penerapan massa jenis dalam kehidupan. Kalau belum mari kita ikuti uraian berikut.
1. Kapal Besi Terapung
Kamu mungkin pernah naik kapal untuk menyeberang lautan, selat, atau hanya sungai. Konsep dasar yang digunakan oleh ilmuwan dalam membuat kapal ialah konsep massa jeni s. Tetapi menurut tabel 7.1 massa jenis air lebih kecil daripada massa jenis besi. Bagaimana kapal besi bisa terapung?
Jawabannya ada pada udara dengan massa jenis 0,00129 g/cm3 yang jauh lebih ringan dibadingkan dengan air. Pada pembuat kapal membuat lambung kapal kosong yang hanya berisi udara sehingga massa jenis total kapal lebih kecil jika dibandingkan massa jenis air laut. Hasilnya kapal terapung.
2. Es Terapung
Pada saat kamu ingin minum air yang dingin, kamu dapat mengambil air dari lemari es atau memasukkan es (air beku) ke dalam minumanmu. Akan terlihat bahwa es mengapung di ai. Tahukah kamu bahwa massa jenis es lebih ringan 89% dari massa jenis air dingin? Akibatnya 11% dari bongkahan es berada di atas permukaan air dan sisanya tenggelam di bawah permukaan air. Kenyataan tersebut membuat gunung es yang mengapung di laut sangat membahayakan, khususnya untuk kapal-kapal yang sedang berlayar. Hal ini telah terbukti pada kecelakaan bersejarah yang terjadi pada kapal penumpang Titanic pada tahun 1912. Kapal yang “tidak bisa tenggelam” itu tenggelam di laut Atlantik Utara setelah menabrak sebuah gunung es.
3. Galangan Kapal
Gambar 7.4 Galangan kapal yang digunakan untuk memperbaiki kapalPrinsip kerja galangan kapal serupa dengan kapal, tetapi dapat ditenggelamkan dan dimunculkan. Galangan kapal dapat diisi penuh dengan dengan air laut atau dikosongkan. Kapal yang akan diperbaiki dimasukkan ke dalam galangan. Kemudian, berkuranglah air, ini mengakibatkan yang ada dalam galangan hanya udara yang massa jenisnya jauh lebih kecil. Galangan pun akan terangkat. Akhirnya air di sekeliling kapal habis dan kapal dapat diperbaiki.
Fluida adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan dinamis.
TEKANAN HIDROSTATIS
Tekanan hidrostatis ( Ph) adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya.
PARADOKS HIDROSTATIS
Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair ( r )
dalam bejana.
Ph = r g h
Pt = Po + Ph
F = P h A = r g V
r = massa jenis zat cair
h = tinggi zat cair dari permukaan
g = percepatan gravitasi
Pt = tekanan total
Po = tekanan udara luar
HUKUM PASCAL
Tekanan yang dilakukan pada zat cair akan diteruskan ke semua arah sama.
P1 = P2® F1/A1 = F2/A2
HUKUM ARCHIMEDES
Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan.
Tiga keadaan benda di dalam zat cair:
a. tenggelam: W>FaÞrb > rz
b. melayang: W = FaÞrb = rz
c. terapung: W=FaÞrb.V=rz.V' ; rb<rz
W = berat benda
Fa = gaya ke atas = rz . V' . g rb = massa jenis benda rz = massa jenis fluida
V = volume benda
V' = volume benda yang berada dalam fluida
Akibat adanya gaya ke atas ( Fa ), berat benda di dalam zat cair (Wz) akan berkurang menjadi:
Wz = W - Fa
Wz = berat benda di dalam zat cair
TEGANGAN PERMUKAAN
Tegangan permukaan ( g) adalah besar gaya ( F ) yang dialami pada permukaan zat cair persatuan panjang(l)
g = F / 2l
KAPILARITAS
Kapilaritas ialah gejala naik atau turunnya zat cair ( y ) dalam tabung kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena pengarah adhesi dan kohesi.
y = 2 g cos q / r g r
y = kenaikan/penurunan zat cair pada pipa (m) g = tegangan permukaan (N/m) q = sudut kontak (derajat)
p = massa jenis zat cair (kg / m3) g = percepatan gravitas (m / det2)
r = jari-jari tabung kapiler (m)
Listrik Dinamis adalah listrik yang dapat bergerak. cara mengukur kuat arus pada listrik dinamis adalah muatan listrik dibagai waktu dengan satuan muatan listrik adalah coulumb dan satuan waktu adalah detik. kuat arus pada rangkaian bercabang sama dengan kuata arus yang masuk sama dengan kuat arus yang keluar. sedangkan pada rangkaian seri kuat arus tetap sama disetiap ujung-ujung hambatan. Sebaliknya tegangan berbeda pada hambatan. pada rangkaian seri tegangan sangat tergantung pada hambatan, tetapi pada rangkaian bercabang tegangan tidak berpengaruh pada hambatan. semua itu telah dikemukakan oleh hukum kirchoff yang berbunyi "jumlah kuat arus listrik yang masuk sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar". berdasarkan hukum ohm dapat disimpulkan cara mengukur tegangan listrik adalah kuat arus × hambatan. Hambatan nilainya selalu sama karena tegangan sebanding dengan kuat arus. tegangan memiliki satuan volt(V) dan kuat arus adalah ampere (A) serta hambatan adalah ohm.
Hukum Ohm
Aliran arus listrik dalam suatu rangkaian tidak berakhir pada alat listrik. tetapi melingkar kernbali ke sumber arus. Pada dasarnya alat listrik bersifat menghambat alus listrik. Hubungan antara arus listrik, tegangan, dan hambatan dapat diibaratkan seperti air yang mengalir pada suatu saluran. Orang yang pertama kali meneliti hubungan antara arus listrik, tegangan. dan hambatan adalah Georg Simon Ohm (1787-1854) seorang ahli fisika Jerman. Hubungan tersebut lebih dikenal dengan sebutan hukum Ohm.
Setiap arus yang mengalir melalui suatu penghantar selalu mengalami hambatan. Jika hambatan listrik dilambangkan dengan R. beda potensial V, dan kuat arus I, hubungan antara R, V, dan I secara matematis dapat ditulis:
Sebuah penghantar dikatakan mempunyai nilai hambatan 1 Ω jika tegangan 1 V di antara kedua ujungnya mampu mengalirkan arus listrik sebesar 1 A melalui konduktor itu. Data-data percobaan hukum Ohm dapat ditampilkan dalam bentuk grafik seperti gambar di samping. Pada pelajaran Matematika telah diketahui bahwa kemiringan garis merupakan hasil bagi nilai-nilai pada sumbu vertikal (ordinat) oleh nilai-nilai yang bersesuaian pada sumbu horizontal (absis). Berdasarkan grafik, kemiringan garis adalah α = V/T Kemiringan ini tidak lain adalah nilai hambatan (R). Makin besar kemiringan berarti hambatan (R) makin besar. Artinya, jika ada suatu bahan dengan kemiringan grafik besar. bahan tersebut makin sulit dilewati arus listrik. Komponen yang khusus dibuat untuk menghambat arus listrik disebut resistor (pengharnbat). Sebuah resistor dapat dibuat agar mempunyai nilai hambatan tertentu. Jika dipasang pada rangkaian sederhana, resistor berfungsi untuk mengurangi kuat arus. Namun, jika dipasang pada rangkaian yang
rumit, seperti radio, televisi, dan komputer, resistor dapat berfungsi sebagai pengatur kuat arus. Dengan demikian, komponen-komponen dalam rangkaian itu dapat berfungsi dengan baik. Resistor sederhana dapat dibuat dari bahan nikrom (campuran antara nikel, besi. krom, dan karbon). Selain itu, resistor juga dapat dibuat dari bahan karbon. Nilai hambatan suatu resistor dapat diukur secara langsung dengan ohmmeter. Biasanya, ohmmeter dipasang hersama-sama dengan amperemeter dan voltmeter dalam satu perangkat yang disebut multimeter. Selain dengan ohmmeter, nilai hambatan resistor dapat diukur secara tidak langsung dengan metode amperemeter voltmeter.
Hambatan Kawat Penghantar
Berdasarkan percobaan di atas. dapat disimpulkan bahwa besar hambatan suatu kawat penghantar 1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis :
Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.
Hukum Kirchoff
Arus listrik yang melalui suatu penghantar dapat kita pandang sebagai aliran air sungai. Jika sungai tidak bercabang, jumlah air di setiap tempat pada sungai tersebut sama. Demikian halnya dengan arus listrik.
Jumlah kuat arus yang masuk ke suatu titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan tersebut. Pernyataan itu sering dikenal sebagai hukum I Kirchhoff karena dikemukakan pertama kali oleh Kirchhoff.
Maka diperoleh persamaan :
I1 + I2 = I3 + I4 + I5
I masuk = I keluar
Rangkaian Hambatan
Rangkaian Seri
Berdasarkan hukum Ohm: V = IR, pada hambatan R1 terdapat teganganV1 =IR1 dan pada hambatan R2 terdapat tegangan V2 = IR 2. Karena arus listrik mengalir melalui hambatan R1 dan hambatan R2, tegangan totalnya adalah VAC = IR1 + IR2.
Mengingat VAC merupakan tegangan total dan kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian seperti di atas (rangkaian tak bercabang) di setiap titik sama maka
VAC = IR1 + IR2
I R1 = I(R1 + R2)
R1 = R1 + R2 ; R1 = hambatan total
Rangkaian seperti di atas disebut rangkaian seri. Selanjutnya, R1 ditulis Rs (R seri) sehingga Rs = R1 + R2 +...+Rn, dengan n = jumlah resistor. Jadi, jika beberapa buah hambatan dirangkai secara seri, nilai hambatannya bertambah besar. Akibatnya, kuat arus yang mengalir makin kecil. Hal inilah yang menyebabkan nyala lampu menjadi kurang terang (agak redup) jika dirangkai secara seri. Makin banyak lampu yang dirangkai secara seri, nyalanya makin redup. Jika satu lampu mati (putus), lampu yang lain padam.
Rangakaian Paralel
Mengingat hukum Ohm: I = V/R dan I = I1+ I2, maka
Pada rangkaian seperti di atas (rangkaian bercabang), V AB =V1 = V2 = V. Dengan demikian, diperoleh persamaan
Rangkaian yang menghasilkan persamaan seperti di atas disebut rangkaian paralel. Oleh karena itu, selanjutnya Rt ditulis Rp (Rp = R paralel). Dengan demikian, diperoleh persamaan
Berdasarkan persamaanp) lebih kecil dari pada nilai masing-masing hambatan penyusunnya (R1 dan R2). Oleh karena itu, beberapa lampu yang disusun secara paralel sama terangnya dengan lampu pada intensitas normal (tidak mengalami penurunan). Jika salah satu lampu mati (putus), lampu yang lain tetap menyala.
Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik/harmonis. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas. Karenanya kita menyebutnya gerak harmonis sederhana. Banyak jenis gerak lain (osilasi dawai, roda keseimbangan arloji, atom dalam molekul, dan sebagainya) yang mirip dengan jenis gerakan ini, sehingga pada kesempatan ini kita akan membahasnya secara mendetail.
Dalam kehidupan sehari-hari, gerak bolak balik benda yang bergetar terjadi tidak tepat sama karena pengaruh gaya gesekan. Ketika kita memainkan gitar, senar gitar tersebut akan berhenti bergetar apabila kita menghentikan petikan. Demikian juga bandul yang berhenti berayun jika tidak digerakan secara berulang. Hal ini disebabkan karena adanya gaya gesekan. Gaya gesekan menyebabkan benda-benda tersebut berhenti berosilasi. Jenis getaran seperti ini disebut getaran harmonik teredam. Walaupun kita tidak dapat menghindari gesekan, kita dapat meniadakan efek redaman dengan menambahkan energi ke dalam sistem yang berosilasi untuk mengisi kembali energi yang hilang akibat gesekan, salah satu contohnya adalah pegas dalam arloji yang sering kita pakai. Pada kesempatan ini kita hanya membahas gerak harmonik sederhana secara mendetail, karena dalam kehidupan sehari-hari terdapat banyak jenis gerak yang menyerupai sistem ini.
Gerak harmonis sederhana yang dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana. Kita akan mempelajarinya satu persatu.
Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan gaya maka benda akan diam di titik kesetimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A. Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana.
Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan sederhana memiliki periode alias waktu yang dibutuhkan benda untuk melakukan satu getaran secara lengkap. Benda melakukan getaran secara lengkap apabila benda mulai bergerak dari titik di mana benda tersebut dilepaskan dan kembali lagi ke titik tersebut.
Pada contoh di atas, benda mulai bergerak dari titik A lalu ke titik B, titik C dan kembali lagi ke B dan A. Urutannya adalah A-B-C-B-A. Seandainya benda dilepaskan dari titik C maka urutan gerakannya adalah C-B-A-B-C.
Jadi periode ayunan (T) adalah waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran (disebut satu getaran jika benda bergerak dari titik di mana benda tersebut mulai bergerak dan kembali lagi ke titik tersebut ). Satuan periode adalah sekon atau detik.
Selain periode, terdapat juga frekuensi alias banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik. Yang dimaksudkan dengan getaran di sini adalah getaran lengkap. Satuan frekuensi adalah 1/sekon atau s-1. 1/sekon atau s-1 disebut juga hertz, menghargai seorang fisikawan. Hertz adalah nama seorang fisikawan tempo doeloe. Silahkan baca biografinya untuk mengenal almahrum eyang Hertz lebih dekat.
Hubungan antara Periode dan Frekuensi
Frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi selama satu detik/sekon. Dengan demikian selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah
Selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah periode. Dengan demikian, secara matematis hubungan antara periode dan frekuensi adalah sebagai berikut :
Amplitudo (f)
Pada ayunan sederhana, selain periode dan frekuensi, terdapat juga amplitudo. Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan. Pada contoh ayunan sederhana sesuai dengan gambar di atas, amplitudo getaran adalah jarak AB atau BC.
Semua pegas memiliki panjang alami sebagaimana tampak pada gambar a. Ketika sebuah benda dihubungkan ke ujung sebuah pegas, maka pegas akan meregang (bertambah panjang) sejauh y. Pegas akan mencapai titik kesetimbangan jika tidak diberikan gaya luar (ditarik atau digoyang), sebagaimana tampak pada gambar B. Jika beban ditarik ke bawah sejauh y1 dan dilepaskan (gambar c), benda akan akan bergerak ke B, ke D lalu kembali ke B dan C. Gerakannya terjadi secara berulang dan periodik. Sekarang mari kita tinjau hubungan antara gaya dan simpangan yang dialami pegas.
Kita tinjau pegas yang dipasang horisontal, di mana pada ujung pegas tersebut dikaitkan sebuah benda bermassa m. Massa benda kita abaikan, demikian juga dengan gaya gesekan, sehingga benda meluncur pada permukaan horisontal tanpa hambatan. Terlebih dahulu kita tetapkan arah positif ke kanan dan arah negatif ke kiri. Setiap pegas memiliki panjang alami, jika pada pegas tersebut tidak diberikan gaya. Pada kedaan ini, benda yang dikaitkan pada ujung pegas berada dalam posisi setimbang (lihat gambar a). Untuk semakin memudahkan pemahaman dirimu,sebaiknya dilakukan juga percobaan.
Apabila benda ditarik ke kanan sejauh +x (pegas diregangkan), pegas akan memberikan gaya pemulih pada benda tersebut yang arahnya ke kiri sehingga benda kembali ke posisi setimbangnya (gambar b).
Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh -x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang (gambar c).Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis :
F = -kx
Persamaan ini sering dikenal sebagai hukum hooke dan dicetuskan oleh paman Robert Hooke. k adalah konstanta dan x adalah simpangan. Hukum Hooke akurat jika pegas tidak ditekan sampai kumparan pegas bersentuhan atau diregangkan sampai batas elastisitas. Tanda negatif menunjukkan bahwa gaya pemulih alias F mempunyai arah berlawanan dengan simpangan x. Ketika kita menarik pegas ke kanan maka x bernilai positif, tetapi arah F ke kiri (berlawanan arah dengan simpangan x). Sebaliknya jika pegas ditekan, x berarah ke kiri (negatif), sedangkan gaya F bekerja ke kanan. Jadi gaya F selalu bekeja berlawanan arah dengan arah simpangan x. k adalah konstanta pegas. Konstanta pegas berkaitan dengan kaku atau lembut sebuah pegas. Semakin besar konstanta pegas (semakin kaku sebuah pegas), semakin besar gaya yang diperlukan untuk menekan atau meregangkan pegas. Sebaliknya semakin lembut sebuah pegas (semakin kecil konstanta pegas), semakin kecil gaya yang diperlukan untuk meregangkan pegas. Untuk meregangkan pegas sejauh x, kita akan memberikan gaya luar pada pegas, yang besarnya sama dengan F = +kx. Pegas dapat bergerak jika terlebih dahulu diberikan gaya luar. Amati bahwa besarnya gaya bergantung juga pada besar x (simpangan).
Sekarang mari kita tinjau lebih jauh apa yang terjadi jika pegas diregangkan sampai jarak x = A, kemudian dilepaskan (lihat gambar di bawah).
Setelah pegas diregangkan, pegas menarik benda kembali ke posisi setimbang (x=0). Ketika melewati posisi setimbang, benda bergerak dengan laju yang tinggi karena telah diberi percepatan oleh gaya pemulih pegas. Ketika bergerak pada posisi setimbang,gaya pegas = 0, tetapi laju benda maksimum
.
Karena laju benda maksimum maka benda terus bergerak ke kiri. Gaya pemulih pegas kembali memperlambat gerakan benda sehingga laju benda perlahan-lahan menurun dan benda berhenti sejenak ketika berada pada x = -A. Pada titik ini, laju benda = 0, tetapi gaya pegas bernilai maksimum, di mana arahnya menuju ke kanan (menuju posisi setimbang).
Benda tersebut bergerak kembali ke kanan menuju titik setimbang karena ditarik oleh gaya pemulih pegas tadi. Gerakan benda ke kanan dan ke kiri berulang secara periodik dan simetris antara x = A dan x = -A.
Besaran fisika pada Gerak Harmonik Sederhana pada pegas pada dasarnya sama dengan ayunan sederhana, yakni terdapat periode, frekuensi dan amplitudo. Jarak x dari posisi setimbang disebut simpangan. Simpangan maksimum alias jarak terbesar dari titik setimbang disebut amplitudo (A). Satu getaran Gerak Harmonik Sederhana pada pegas adalah gerak bolak balik lengkap dari titik awal dan kembali ke titik yang sama. Misalnya jika benda diregangkan ke kanan, maka benda bergerak mulai dari titik x = 0, menuju titik x = A, kembali lagi ke titik x = 0, lalu bergerak menuju titik x = -A dan kembali ke titik x = 0 (bingung-kah ? ). Dipahami perlahan-lahan ya…
Bagaimana osilasi pada pegas yang digantungkan secara vertikal ?
Pada dasarnya osilasi alias getaran dari pegas yang digantungkan secara vertikal sama dengan getaran pegas yang diletakan horisontal. Bedanya, pegas yang digantungkan secara vertikal lebih panjang karena pengaruh gravitasi yang bekerja pada benda. Mari kita tinjau lebih jauh getaran pada pegas yang digantungkan secara vertikal…
Pada pegas yang kita letakan horisontal (mendatar), posisi benda disesuaikan dengan panjang pegas alami. Pegas akan meregang atau mengerut jika diberikan gaya luar (ditarik atau ditekan). Nah, pada pegas yang digantungkan vertikal, gravitasi bekerja pada benda bermassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik ke bawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini benda yang digantungkan pada pegas berada pada posisi setimbang.
Berdasarkan hukum II Newton, benda berada dalam keadaan setimbang jika gaya total = 0. Gaya yang bekerja pada benda yang digantung adalah gaya pegas (F0 = -kx0) yang arahnya ke atas dan gaya berat (w = mg) yang arahnya ke bawah. Total kedua gaya ini sama dengan nol.
Gurumuda tetap menggunakan lambang x agar anda bisa membandingkan dengan pegas yang diletakan horisontal. Dirimu dapat menggantikan x dengan y. Resultan gaya yang bekerja pada titik kesetimbangan = 0. Hal ini berarti benda diam alias tidak bergerak.
Jika kita meregangkan pegas (menarik pegas ke bawah) sejauh x, maka pada keadaan ini bekerja gaya pegas yang nilainya lebih besar dari pada gaya berat, sehingga benda tidak lagi berada pada keadaan setimbang (perhatikan gambar c di bawah).
Total kedua gaya ini tidak sama dengan nol karena terdapat pertambahan jarak sejauh x; sehingga gaya pegas bernilai lebih besar dari gaya berat. Karena terdapat gaya pegas (gaya pemulih) yang berarah ke atas maka benda akan bergerak ke atas menuju titik setimbang. (sambil lihat gambar di bawah ya)
.Pada titik setimbang, besar gaya total = 0, tetapi laju gerak benda bernilai maksimum (v maks), sehingga benda bergerak terus ke atas sejauh -x. Laju gerak benda perlahan-lahan menurun, sedangkan besar gaya pemulih meningkat dan mencapai nilai maksimum pada jarak -x. Setelah mencapai jarak -x, gaya pemulih pegas menggerakan benda kembali lagi ke posisi setimbang (lihat gambar di bawah). Demikian seterusnya. Benda akan bergerak ke bawah dan ke atas secara periodik. Dalam kenyataannya, pada suatu saat tertentu pegas tersebut berhenti bergerak karena adanya gaya gesekan udara.
Semua benda yang bergetar di mana gaya pemulih F berbanding lurus dengan negatif simpangan (F = -kx), maka benda tersebut dikatakan melakukan gerak harmonik sederhana (GHS) atau Osilasi Harmonik Sederhana (OHS).
Contoh soal 1 :
Sebuah benda digantungkan pada sebuah tali yang digantung vertikal. Benda tersebut ditarik ke samping dan dilepaskan sehingga benda bergerak bolak balik di antara dua titik terpisah sejauh 20 cm. Setelah 20 detik dilepaskan, benda melakukan getaran sebanyak 40 kali. Hitunglah frekuensi, periode dan amplitudo getaran benda tersebut.
Panduan jawaban :
a) Frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan benda selama satu detik. Benda melakukan getaran sebanyak 40 kali selama 20 detik. Dengan demikian, selama 1 detik benda tersebut melakukan getaran sebanyak 2 kali (40 / 20).
b) Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran (T).
T = 1/f = ½ = 0,5 sekon
Jadi benda melakukan satu getaran selama 0,5 detik.
c) Amplitudo adalah simpangan maksimum diukur dari titik keseimbangan. Karena benda bergerak bolak balik alias melakukan getaran di antara dua titik terpisah sejauh 20 cm, maka amplitudo getaran benda adalah setengah dari lintasan yang dilalui benda tersebut. Dengan demikian, amplitudo = ½ (20 cm) = 10 cm
Dalam fisika benda dikatakan bergerak jika benda tersebut berubah posisi terhadap titik acuan tertentu. Seseorang yang berada dalam mobil yang sedang melaju maka, orang ini dikatakan bergerak jika acuannya adalah tanah, bangunan atau pohon disekeliling mobil tersebut. Orang ini juga dikatakan diam jika acuannya adalah mobil itu sendiri. Jadi orang ini diam terhadap mobil.
2. Jarak dan Perpindahan
Jarak dan perpindahan merupakan besaran fisika yang saling terkait. Keduanya mempunyai dimensi yang sama, namun memiliki makna fisis yang berbeda. Jarak merupakan besaran skalar, sedangkan perpindahan besaran vektor. Sehingga dari sini kita lihat perbedaan yang signifikan. Sebagai ilustrasi perbedaan antara jarak dan perpindahan dari kasus berikut :
Seorang atlit bola volly mengadakan pemanasan sebelum main, dengan lari mengelilingi lapangan. Jika atlit tersebut berangkat dari A dan berakhir di A sedangkan atlit tersebut berlari mengelilingi sebanyak 10 putaran(lihat gambar) , maka keseluruhan panjang lintasan yang ditempuh adalah 10 x keliling lapangan bola volly yaitu:
Panjang Lintasan = 10 x ( 9 + 18 + 9 + 18)
= 10 x 54 m
= 540 meter.
Dalam menjumlah panjang lintasan tidak tergantung dari arah atlit itu berlari. Sehingga panjang lintasan yang ditempuh oleh atlit ini selanjutnya disebut sebagai jarak.
Atlit bergerak atau tidak ? berpindah atau tidak pada kasus diatas jika melihat/beracuan dari kedudukan awal dan akhir ? Jelas pada ilustrasi di atas atlit mula-mula di A dan berakhir di A, sehingga dapat dikatakan bahwa atlit tersebut tidak pindah.
Kesimpulan :
Jarak : panjang lintasan yang ditempuh oleh sebuah benda yang bergerak
Perpindahan : perubahan kedudukan suatu benda ditinjau dari keadaan awal dan keadaan akhir dengan memperhatikan arah gerak benda.
Contoh :
Sebuah mobil bergerak sepanjang lintasan lurus di bawah ini, dari P ke titik R pada jarak 100 m, kemudian melanjutkan perjalanan ke titik Q, dan berhenti dititik tersebut (lihat gambar) :
Tentukan :
a. Jarak total yang ditempuh mobil tersebut
b. Perpindahan mobil dari kedudukan awal
Solusi :
a. Jarak total yang ditempuh mobil = PQ + QR
= 100 m + 20 m
= 120 m
Jarak adalah keseluruhan lintasan baik dari P ke Q, maupun dari Q ke R tanpa memperhitungkan arah gerak benda.
b. Perpindahan mobil = PQ - QR
= 100 m - 20 m
= 80 m
Perpindahan lebih menitikberatkan pada kedudukan awal dan akhir dari suatu gerakan. Dalam hal ini kedudukan awal mobil di P, dan kedudukan akhir di R.
3. Kelajuan dan Kecepatan
Kelajuan dan kecepatan adalah dua hal yang sering digunakan jika kita membicarakan tentang gerak. Dua-duanya mempunyai karakteristik yang berbeda. Kelajuan merupakan besaran skalar, berkaitan dengan jarak dan waktu. Sedangkan kecepatan merupakan besaran vektor, berkaitan dengan perpindahan dan waktu. Kecepatan dapat juga didefinisikan sebagai laju beserta arah gerakannya. Baik kelajuan maupun kecepatan mempunyai dimensi yang sama.
3.1 Kelajuan rata-rata dan kecepatan rata - rata
Secara umum, sebuah benda yang bergerak memiliki kelajuan yang berubah-ubah sesuai dengan lingkungan yang dilewati. Kelajuan saat di jalan lurus dengan kelajuan saat di jalan yang berbelok-belok pastilah berbeda. Kelajuan benda saat dijalan yang licin berbeda dengan kelajuan saat dijalan yang tidak rata.Oleh karena itu jika kita mengukur kelajuan sebuah benda yang bergerak pada interval waktu tertentu, maka yang sesungguhnya kita ukur adalah kelajuaan rata-rata.
Misal sebuah benda yang bergerak lurus. pada waktu t1, berada pada kedudukan di S1 dan pada t2 berada pada kedudukan di S2, Benda tersebut mengalami perpindahan sehingga kecepatan rata-rata benda tersebut dalam selang waktu t2 - t1 adalah :
dimana :
S2 - S1 = perpindahan dari kedudukan 1 ke kedudukan 2 ( m )
t2 - t1 = selang waktu perpindahan (s)
Untuk lebih memahami kosep tentang kelajuan rata- rata dan kecepatan rata-rata dapat dijelaskan pada ilustrasi di bawah ini :
Model Pembelajaran fisika dengan metode simulasi sudah banyak digunakan di berbagai kelas seperti tingkat SMP, SMA, bahkan universitas. Dengan metode ini Pelajaran fiska yang terlihat sulit dan rumit menjadi mudah dipahami dan tidk menakutkan lagi. Metode ini juga berfungsi untuk menghidupkan suasana kelas agar lebih kondusif.
Berikut ini Merupakan contoh-contoh Simulasi Fisika yang dapat teman Download.
Membuat Perangkat Pembelajaran bagi seorang guru pemula, palagi calon guru seperti saya mungkin masih terbilang sangat ribet atau sangat merepotkan. untuk membantu teman-teman dalam mengerjakan saya sediakan contoh silabus dan RPP fisika di bawah ini.
Semoga Bermanfaat.
:-)
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Mata Pelajaran: FISIKA
Materi Pokok : Termodinamika
Pertemuan / waktu: Pertama - ketiga / 6 x 45 menit
Standar Kompetensi
9. Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor
Kompetensi Dasar
9.2 Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika
Indikator
oMenganalisis keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan dan volume
oMendeskripsikan usaha, kalor dan energi dalam berdasarkan hukum utama termodinamika
oMenganalis perubahan gas ideal berdasarkan grafik tekanan – volume (P – V)
A.Tujuan Pembelajaran
Peserta didik dapat:
1.Menganalisis keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan dan volume
2.Mendeskripsikan usaha, kalor dan energi dalam berdasarkan hukum utama termodinamika
3.Menganalisis perubahan gas ideal berdasarkan grafik tekanan–volume(P– V)
4.Menyelesaikan latihan-latihan soal yang berkaitan dengan hukum termodinamika
5.Menjelaskan hukum I termodinamikadan penerapanya dalam kehidupan sehari-hari
6.Menjelaskansiklus Carnot
7.Mendeskripsikan prinsip kerja mesin carnot sesuai dengan hokum I Termodinamika
8.Menentukan efisiensi siklus Carnot dalam latihan-latihan soal
9.Mengaplikasikan hukum II termodinamika pada masalah fisika sehari-hari
10.Merumuskan proses reversibel dan irreversibel
11.Menjelaskanprinsip kerja mesin pendingin sesuai dengan hukum II Termodinamika
B.Materi Pembelajaran
Usaha dan Proses dalam Termodinamika (Hlm. 242)
C.Media Belajar
-Buku FISIKA SMA Supiyanto Kelas XI
D.Metode Pembelajaran
1.Model : Cooperative Learning
2.Metode:-Ceramah
-Diskusi kelompok
-Eksperimen
E.Langkah-langkah Kegiatan Pembelajaran Siswa
F.
PERTEMUAN PERTAMA ( 6 X 45)
1.Pendahuluan(15 menit)
oMenyampaikan Indikator dan kompetensi yang diharapkan
2.Kegiatan Inti (65 menit)
oMemahami Peta konsep Termodinamika
oMemahami Pengertian Usaha, kalor, dan energi dalam
oMemformulasikan pada proses isobarik
oMemahami dan memformulasikan proses isobarik
oMemahami dan memformulasikan proses isokhorik
oMemahami dan memformulasikan proses isothermal
oMemahami dan memformulasikan proses adiabatik
oMempelajari contoh soal 11.1 s.d 11.4
3.Penutup (5 menit)
oMemberikan kesimpulan bahwaUsaha yang dilakukan oleh sistem sama dengan luas daerah di bawah grafik p-V dengan batas volume awal V1 sampai dengan volum akhir V2
Mengetahui
Kepala Sekolah
()
Jakarta,
Guru Mata Pelajaran
()
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Mata Pelajaran: FISIKA
Materi Pokok : Termodinamika
Pertemuan / waktu: Keempat / 2 x 45 menit
Metode: Ceramah
A.Kompetensi Dasar
3.2Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika
B.Indikator
oMemformulasikan hukum I termodinamika dan penerapannya
C.Materi Essensial
Hukum I Termodinamika (Hlm. 247)
D.Media Belajar
oBuku FISIKA SMA Supiyanto Kelas XI
E.Rincian Kegiatan Pembelajaran Siswa
Pendahuluan (15) menit
3.2Mengulang materi pertemuan sebelumnya(5 menit)
Kegiatan Inti (80 menit)
oMemahami hukum pertama termodinamika
oMemepeljari perubahan energi dalam
oMenyebutkan beberapa aplikasi hukum I termodinamika pada proses isobarik, Isokhorik, isothermal, danadiabatik
oMempelajari kapasitas kalor pada berbagai suhu
oMempelajari contoh soal 11.5 s.d 11.6
Penutup ( 5 menit)
oMemberikan kesimpulan bahwa perubahn enegi dalam hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir, dan tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah
Pendahuluan
oMengulang materi pertemuan sebelumnya
Kegiatan Inti
oMemahami hukum pertama termodinamika
oMemepeljari perubahan energi dalam
oMenyebutkan beberapa aplikasi hukum I termodinamika pada proses isobarik, Isokhorik, isothermal, danadiabatik
oMempelajari kapasitas kalor pada berbagai suhu
oMempelajari contoh soal 11.5 s.d 11.6
(80 menit)
o
(5 menit)
Pekerjaan Rumah
o-
Mengetahui
Kepala Sekolah
()
Jakarta,
Guru Mata Pelajaran
()
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Mata Pelajaran: FISIKA
Materi Pokok : Termodinamika
Pertemuan / waktu: Kelima / 2 x 45 menit
Metode: Ceramah dan mengerjakan soal
A.Kompetensi Dasar
3.2Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika
B.Indikator
oMemformulasikan siklus Carnot
C.Materi Essensial
Siklus Termodinamika (Hlm. 251)
D.Media Belajar
oBuku FISIKA SMA Supiyanto Kelas XI
E.Rincian Kegiatan Pembelajaran Siswa
Pendahuluan (5 menit)
oMenyampaikan Indikator dan kompetensi yang diharapkan
oMengulang materi pertemuan sebelumnya
Kegiatan Inti (80 menit)
oMemahami siklus Carnot
oMempelajari mesin kalor
oMemformulasikan kalor yang dipergunakan mesinW = Q1 – Q2
oMemformulasikan efisiensi mesin kalor
oMempelajari dan memformulasikan Efisiensi Siklus Carnot
Penutup (5 menit)
oMemberikan kesimpulan bahwa siklus carnot merupakan dasar dari mesin ideal, yaitu mesin yang memilikiefisiensi tertinggi
oEfisiensi thermal mesin kalor adalah nilai perbandingan antara usaha yang dilakukan dan kalor yang diserap dari sumber suhu tinggi selama satu siklus.
Sebaliknya, jika benda ditarik ke kiri sejauh -x, pegas juga memberikan gaya pemulih untuk mengembalikan benda tersebut ke kanan sehingga benda kembali ke posisi setimbang (gambar c).
Besar gaya pemulih F ternyata berbanding lurus dengan simpangan x dari pegas yang direntangkan atau ditekan dari posisi setimbang (posisi setimbang ketika x = 0). Secara matematis ditulis :
). Dipahami perlahan-lahan ya…
Pada pegas yang kita letakan horisontal (mendatar), posisi benda disesuaikan dengan panjang pegas alami. Pegas akan meregang atau mengerut jika diberikan gaya luar (ditarik atau ditekan). Nah, pada pegas yang digantungkan vertikal, gravitasi bekerja pada benda bermassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik ke bawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini benda yang digantungkan pada pegas berada pada posisi setimbang.
Pada titik setimbang, besar gaya total = 0, tetapi laju gerak benda bernilai maksimum (v maks), sehingga benda bergerak terus ke atas sejauh -x. Laju gerak benda perlahan-lahan menurun, sedangkan besar gaya pemulih meningkat dan mencapai nilai maksimum pada jarak -x. Setelah mencapai jarak -x, gaya pemulih pegas menggerakan benda kembali lagi ke posisi setimbang (lihat gambar di bawah). Demikian seterusnya. Benda akan bergerak ke bawah dan ke atas secara periodik. Dalam kenyataannya, pada suatu saat tertentu pegas tersebut berhenti bergerak karena adanya gaya gesekan udara.
