Category: Fisika

Hukum II Termodinamika, Mesin Carnot dan Mesin Pendingin
AhmadDahlan.NET – Pada hukum I Termodinamika menjelaskan bahwa energi bersifat kekal dan tidak bisa diciptakan dan tidak dimusnahkan hanya bisa dikonversi ke dalam bentuk lain. Misalnya saja energi listrik yang dialirkan pada kipas angin diubah menjadi energi mekanik atau pada kendaraan bermotor dimana energi ikat kimia dari bahan bakar diubah menjadi energi panas yang selanjutnya menekan piston yang memutar roda-roda gigi agar motor bisa bergerak. Dari semua perubahan itu selalu menghasilkan panas seperti pada mesin motor dan kumparan yang ada pada kipas angin.

Bentuk hukum II Termodinamika

Hukum-Hukum yang menjelaskan tentang fenomena tentang energi dikaji dalam kajian Termodinamika, meninaju panas yang mengalir atau berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. Pada kenyataannya sangat sulit melekukan perubahan bentuk energi tanpa melibatkan energi panas di dalamnnya.

Sebuah motor memiliki prinsip kerja mengubah energi kimia menjadi energi gerak melalui proses pembakaran gas yang ada di dalam piston. Hanya saja tidak semua energi kimia dari pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak. Sebagaian berubah menjadi energi panas yang tidak dapat dimanfaatkan.

Energi panas yang tidak dapat dimanfaatkan sebagai usaha selanjutnya disebut sebagai Entropi. Karena panas selalu dilibatkan dalam perubahan energi, maka nilai entropi dari suatu sistem ini akan selalu bertambah. Energi panas dalam entropi sangat mudah didapatkan bahkan hanya dengan menggosokkan ke dua telapak tangan maka kita akan mendapatkan panas yang tidak dapat dimanfaatkan menjadi usaha.

Jika sebuah sistem diisolasi maka nilai entropi dalam sistem tersebut juga akan ikut meningkat, sehingga hukum II Termodinamika dinyatakan :

“Besar Entropi yang ada pada suatu sistem terisolasi tidak akan turun, nilai Entropi ini hanya bisa bertambah atau tidak berubah”

Implikasi dari hukum ini adalah Entropi dapat diciptakan tapi tidak dapat dimusnahkan. Hukum II termodinamika adalah hukum yang dapat dinyatakan dalam banyak bentuk tergantung sisi mana kita meninjau fenomena termodinamika. Misalnya saja kesimpulan Hukum II termodinamika versi Clausius :

Kalor dapat mengalir secara spontan dari benda panas ke beda dingin secara spontan namun tidak terjadi sebaliknya. Dibutuhkan usaha untuk memindahkan panas dari benda panas ke benda dingin.

Bentuk-bentuk Hukum II termodinamika ini dinyatakan benar selama bisa ditemukan fenomenanya dan tidak melanggar hukum I termodinamika.

A. Mesin Kalor

Kajian hukum II termodinamika berkembang pesat sejak mesin uap ditemukan pada tahun 1700 sekaligus menandai revolusi industri 1.0. Mesin uap ini membuka pemahaman manusia bahwa panas dapat dimanfaatkanmenjadi usaha dengan mesin, namun tidak semua energi panas yang dihasilkan dapat dimanfaatkan.

Prinsip kerja mesin uap adalah memanaskan sejumlah besar air dalam sebuah ruang tertutup yang salah satu ujungnya dapat bergerak. Ujung yang bergerak ini kemudian dihubungkan dengan tuas panjang yang dapat mengerakkan roda gerigi sehingga menghasilkan energi mekanis. Mesin ini upa selanjutnya dijadikan dasar pada kajian mesin kalor atau mesin yang bekerja dengan prinsip energi panas.

Pada mesin kalor, sejumlah kalor dimanfaatkan untuk mengerakkan sifat-sifat makrokopis dari partikel yang ada pada udara di dalam sistem sehingga sebagian dari gerak ini dimanfaatkan menjadi usaha mekanis. Proses ini terjadi transfer kalor mengalir dari tempat bersuhu tinggi ke suhu rendah. Sebagian Kalor yang dari suhu panas dirubah oleh mesin menjadi usaha seperti pada bagan mesin kalor di bawah ini.

Mesin kalor berkerja dengan siklus berulang dan kontinu. Dalam keadaan ideal, Setiap siklus yang tidak terjadi perubahan energi dalam atau ΔU=0 karena sistem kembali ke keadaan awal. Sebagian Kalor masuk Q_H pada temperatur tinggi T_H diubah menjadi Usaha W dan sisanya berubah menjadi panas Q_L yang terbuang pada suhu rendah T_L. Berdasarkan hukum konservasi energi maka :

Q_H = W + Q_L

Besar suhu yang ada pada daerah tinggi rendah disebut sebagai temperature operasi mesin.

Efisiensi Mesin Kalor

Karena tidak semua Energi panas diubah menjadi usaha oleh karena efisiensi dari energi yang digunakan akan selalu lebih kecil dari 100 %. Efesiensi yang dihasilkan dapat dihitung dari perbandingan usaha yang dihasilkan dan energi panas pada daerah termperatur tinggi atau

e = W / Q_H

Persamaan energi pada mesin panas selanjtunya dapat ditulis W = Q_H – Q_L, maka efisiensi mesin panas dapat ditulis :
```
e= \frac{W}{Q_H}=\frac{Q_H-Q_L}{Q_H}
```
```
e=1-\frac{Q_L}{Q_H}
```
Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa akan selalu energi panas yang terbuang.

B. Mesin Carnot

Mesin Carnot adalah gagasan dari ilmuwan perancis Sadi Carnot (1796-1832) yang membuat mesin ideal secara teoretik. Tujuannya untuk menciptkan mesin yang ideal untuk mengkorvesi panas menjadi usaha namun mesin ini tidak nyata atau mesin carnot tidak akan bisa diciptakan namun mesin ini digunakan untuk mengkaji fenomena perubahan kalor ideal pada kajian termodinamika.

Satu siklus pad amesin Carnot ideal terdiri dari empat proses yakni dua proses Adiabatik (Q= 0) dan dua proses isotermal (ΔT=0). Untuk lebih jelasnya adapada diagram di bawah ini!

Proses dari A ke B terjadi ekspansi isotermal atau pemuaian yang terjadi di dalam ruangan mendorong piston dan menghasilkan energi mekanik. Proses ini idelanya terjadi secara lambat sehingga kejadian ini dianggap sederet keadaan seimbang dimana semua proses terjadi berlawanan arah tanpa merubah magnitude usaha dari kalor yang dipertukarkan. Proses selanjutnya terjadi sebaliknya dengan proses terbalik sehingga kembali ke posis awal.

Faktanya, proses pembakaran yang terjadi di dalam ruang pembakaran terjadi sangat cepat sehingga terjadi turbelensi di dalam ruang. Turbelensi ini memicu banyak hal diluar keadaan ideal seperti gesekan udara di dalamanya. Hasilnya proses ini terjadi tidak reversible sesuai teori Carnot, namun mari kita kaji kejadian mesin Carnot secara teoretik.

Efisiensi Mesin Carnot

Proses-Proses Isotermal dalam mesin Carnot, Kalor Q_H yang dipindahkan ke Q_L terjadi pada temperatur konstan di T_H dan T_L. Perpindahan kalor dari Q_H ke Q_L tidak menyebabkan perubahan suhu baik di T_H dan di T_L. Dalam hal ini Teori Carnot menunjukkan jika mesin reversible yang idela Q_H dan Q_L sebanding dengan T_H dan T_L, oleh karena itu efisiensi mesin carnot dapat dihitung dengan persamaan :
```
e=\frac{T_H-T_L}{T_H}
```
```
e=1 - \frac{T_L}{T_H}
```
Efisiensi mesin maksimal dimiliki sebuah mesin dibatasi oleh mesin Carnot, jika ada mesin yang memiliki efisiensi lebih tinggi dari mesin Carnot, maka mesin tersebut sudah melanggar hukum Termodinamika karena efisiensi sebuah selalu lebih rendah dari efisiensi mesin Carnot akibat dari energi yang terbukan akbitan dari gaya gesek dan sejenisnya. Mesin-mesin yang ada di dunia pada umumnya hanya memiliki efisiensi sekitar 40 sampai 80 % dari efisiensi mesin Carnot.

C. Refrigerator

Pada dasarnya ketika kita menyentuhkan dua buah benda yang berbeda suhu, maka akan terjadi trnasfer panas secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu renda sampai suhu ke dua benda tersebut sama. Karena hal tersebut terjadi spontan, implikasinya Panas tidak mungkin berpindah dari daerah bersuhu rendah sampai ke benda bersuhu tinggi secara spontan. Akan selalu dibutuhkan usaha untuk memiksakan panas dari bersuhu rendah ke daerah bersuhu tinggi.

Mesin yang digunakan untuk memindahkan panas dari daerah bersuhu rendah ke daerah bersuhu tinggi disebut Reffrigeratir. Mesin ini mengkonsumsi energi listrik yang diubah menjadi usaha yang memindakan panas. Mesin-mesin ini diimplementasikan pada Kulkas dan Air Conditioner.

“Calor berpindah secara spontan dari daerah bersuhu panas ke daerah bersuhu dingin dan tidak mungkin terjadi sebaliknya. Dibutuhkan kerja tambahan untuk memindahkan kalor dari daerah bersuhu rendah ke daerah bersuhu dingin”
Clausius – Black

Refrigerator

Refrigerator (mesin pendingin) bekerja dengan prinsip yang terbalik dengan mesin Kalor, dimana Usaha W digunakan untuk memindahkan kalor Q_L dari daerah Tempertature rendah T_L ke daerah suhu panas T_H.

Refrigerator bekerja untuk memindahkan panas yang ada pada daerah dalam kulkas yang temperaturenya lebih dingin ke daerah luar yang yang temperaturenya lebih rendah. Panas dipindahkan tanpa melibatkan perpindahan partikel.

Evaporator dalam kulkas memiliki suhu yang rendah sehingga oanas dari dalam kulkas secara spontan masuk ke dalam evaporator. Panas ini kemudian dibawa oleh zat di dalam evaporator yang disebut Freon. Freon ini kemudin berpindah kearah bawah karena tekana di daerah dekat Valpe bertekanan rendah akibat di pompoa oleh mesin kompresor. Kompresor ini kemudian menekan udar ke arah conderser sehingga udara di daerah tersebut lebih tinggi. Tekanan ini secara otomatis mendorong udara ke arah atas yang tekanan lebih rendah ke daerah Katup pemuaian.

Selama perjalanan menuju katup Pemuaian, udara melewati selang panjang yang terbuat dari logam dengan tingkat penghantar panas yang baik. Panas kemudian keluar kelingkungan secara spontan ke melalui raditor. Radiator kemudian memindahkan panas secara konveksi dan konduksi ke udara luar sehingga suhu cairan yang sampai di katup pemuaian lebih dingin. Udara dingin kemudian masuk ke dalam kulkas dan terjadi satu siklus.

Usaha dalam kasus ini dilakukan oleh mesin compresor yang mengambil daya dari listrik

Kerja dari mesin ini digambarkan pada bagan berikut :

Refrigerator sempurna harusnya tidak membutuhkan usaha untuk memidahkan kalor Q_L dari daerah berterampur rendah T_L ke daerah bertemperatur tinggi T_H, namun hal ini tidak mungkin terjadi. Clasius menjelaskan bahwa :

Tidak ada mesin yang dapat memindahkan kalor dari satu sistem pada temperatur rendah ke temperature tinggi. Untuk mengalirkan kalor tersebut dibutuhkan usaha.

Koefisien kinerja (COP) dari Refrigerator adalah kebalikan dari mesin kalor sesuai dengan prinsip kerjanya.

COP = Q_L/W

Energi yang mengalir bersifat konservatif seperti pada hukum Termodinamika Pertama sehingga Q_L + W = Q_H atau W = Q_H – Q_L.dengan demikian :
```
COP = \frac{Q_L}{Q_H-Q_L}
```
November 3, 2020
Gaya Gesek – Statis dan Kinetis
Ahmaddahlan.NET – Gaya gesek adalah gaya sentuh yang terjadi pada dua permukaan yang selain bersentuhan. Gaya ini oleh gaya Normal yang ada pad abidang permukaan sentuh benda. Gaya gesek memiliki arah yang yang berlawanan arah dengan arah gaya yang diberikan dan sejajar dengan bidang kontak antar benda dan bidangnya.

Gaya gesek hanya terjadi pada benda yang berada di permukaan kasar, semakin kasar permukaannya semakin besar gaya geseknya. Benda yang berada permukaan licin atau tidak kasar sama sekali tidak akan mengalami gaya gesek. Besar gaya gesek ditentukan oleh faktor yang disebut koefisien gesek (μ). Rentang koefisien gesek mulai dari licin dengan μ = 0 dan paling kasar μ = 1.

0 ≤ μ ≤ 1

a. Gaya Gesek Statis

Gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada yang diam ketika diberi gaya ke satu arah. Besar gaya gesek ini dapat ditulis :

F_{gs maks} = N.μ_s

Dimana :
```
F_{gs maks}  : Gaya gesek statis maksimum(N)
N : Gaya Normal (N)
μ_s : Koefisien gesek statis
```
Besar nilai dari gaya gesek yang muncul akan selalu sama dengan gaya yang diberikan kepada benda. Gaya gesek akan mencapai nilai maksimumnya pada saat besar gaya yang diberikan lebih besar dari N.μ_s. Kondisi ini disebut kondisi tepat saat benda akan bergerak.

Misalkan sebuah benda diam di atas berat sebesar 20 N dengan koefisien gesek statis (μ_s) sebsar 0,1. Berdasarkan informasi ini maka besar gaya gesek statis maksimum dari benda ini adalah :
```
F_{gs maks} = N.μ_s
F_{gs maks} = (20 N). (0,1) 
F_{gs maks} = 2 N
```
Berdasarkan persamaan tersebut akan tiga kemungkinan kejadian jika benda diberi gaya F.

F < F_{gs maks} – Dalam kondisi benda masih diam dan nilai gaya geseknya sama dengan gaya yang diberikan. Misalnya benda diberi gaya F sebesar 1 N, maka gaya gesek statis benda adalah 1 N. Jika benda diberi gaya F sebesar 1,5 N, maka nilai gaya geseknya 1,5 N.

F = F_{gs maks} – Jika benda diberi gaya sebesar 2 N, maka benda masih dalim keadaan diam, dengan nilai gaya gesek sebesar 2 N. Kondisi ini disebut “tepat akan bergerak”.

F > F_{gs maks} – Jika gaya yang diberikan lebih besar gaya gesek maksimum maka benda akan bergerak.

b. Gaya Gesek Kinetis

Gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang terjadi pada permukaan benda kasar pada benda yang sedang bergerak. Nilai dari gaya gesek ini sama ditentukan oleh keefisien gesek kinetis saat bedan bergerak. Besarnya dapat dinyatakan :

Besar gaya gesek ini bervariasi sesuai dengan besar gaya yang diberikan sampai akhirnya gaya tersebut mencapai gaya gesek maksimum. Besar gaya

F_gk = N.μ_k

Dimana :
```
F_gk  : Gaya gesek kinetis(N)
N : Gaya Normal (N)
μ_k : Koefisien gesek kinetis
```
Nilai Koefisien gaya gesek statis selalu lebih besar dibandingkan gaya gesek kinetis.

μ_s >μ_k
October 25, 2020
Dinamika Gerak – Aplikasi Hukum-Hukum Newton tentang Gerak
AhmadDahlan.NET – Pernahkah anda melihat sebuah pesawat terbang komersial tipe boeing 787 yang sedang mendarat dan menuju gate kedatangan? Boeing 787 adalah salah satu benda terbesar di dunia yang memiliki massa sekitar 150.000 kg pada saat mengankut barang dan penumpang.

Pesawat sebesar ini memiliki sistem navigasi dan operasi yang baik di udara namun tidak demikian di daratan. Di darat, pesawat ini praktis sulit untuk dikendalikan agar bisa masuk ke ruang-ruang sempit karena banpesawat hanya bisa berbelok pada lingkaran dengan radius yang besar. Hal ini menyulitkan pesawat untuk masuk dan keluar dari belalai gajah yang ada di bandara.

Dalam upaya parkir di bandara terutama masuk terminal kedatangan, pesawat akan dibantu oleh mobil yang menarik pesawat agar bisa parkir di tempat yang tepat. Lantas bagaimana mungkin pesawat dengan massa 150.000 kg dapat ditarik oleh mobil yang massanya kurang lebih sekitar 2.000 kg saja?

Mungkin hal ini terlihat mustahil di mata awam, dimana mobil kecil berupaya menarik benda massanya 75 kali lebih besar, namun dalam fisika hal ini adalah suatu hal yang lumrah, karena penyebab benda bergerak ditentukan dari resultan gayanya semata. Jika F_R > 0 meskipun hanya 0,01 Newton, maka benda bermassa 1 Ton akan bergerak, meskipun hanya dengan pecerpatan sebesar 0,00001 m/s².

Kajian tentang penyebab gerak benda dan geraknya itu sendiri merupakan bagian dari materi Dinamika Gerak. Dinamika Gerak membahas tentang gerak-gerak benda disertai dengan penyebab dari benda tersebut bergerak. Dalam kajian Dinamika, sebagain gerak partikel dapat ditinjau berdasarkan keterkaiatannya dengan hukum kekekalan energi.

A. Gaya dan Interaksi Antar Materi

Gaya adalah fenomema interaksi dua materi atau lebih yang dapat memiliki arah menuju atau menjauhi materi yang dijadikan tinjaun terjadinya. Misalnya gaya terjadi pada saat seorang mendorong mobil dimana acuannya adalah mobil, maka arah gaya dorong berasal dari orang menuju ke mobil.

Sangat mustahil muncul gaya terjadi tanpa adanya interaksi antar faktor fisis, namun untuk memudahkan proses matematis, terkadang tinjaun dari gaya tersebut langsung pada dampak yang dihasilkan dan hanya pada satu tinjaun saja yakni benda terkena gaya. Ketika interaksi antar gaya tersebut berhenti maka tidak ada lagi gaya yang terjadi pada benda tersebut sisa hasil dari gaya tersebut.

Ada banyak jenis dari produk yang dihasilkan oleh sebuah gaya, misalnya getaran, suara, perubahan bentuk (deformation), atau perubahan posisi. Jika gaya yang diberikan tidak begitu besar, maka ada kemungkinan dampak dari gaya tidak dapat teramati oleh indera manusia seperti benda akan tetap diam saja tanpa mengalami perubahan posisi sama sekali.

Dalam kajian Dinamika, Dampak dari gaya yang ditinjau hanya pada satu aspek saja. Yakni aspek gaya dan hubungan terhadap gerak benda semata.

1. Jenis Gaya

Bentuk gaya secara umum dibedakan ke dalam dua kelompok yakni gaya sentuh dan gaya tak sentuh (Distance interaction). Gaya sentuh adalah gaya yang terjadi pada saat duab benda yang berinteraksi saling bersentuhan (kontak). Contoh gaya kontak adalah gaya gesek, gaya normal, gaya pegas, gaya hambat udara dan gaya tengang tali.

Gaya tak sentuh adalah interaksi yang terjadi pada dua buah benda tanpa harus saling bersentuhan. Interaksi ini akan berbanding terbalik kuadratik dengan jarak antar benda yang saling berinteraksi. Gaya tak sentuh ini adalah produk dari medan gaya yang bertemu dengan partikel yang dipengaruhi medan gaya tersebut. Contoh gaya tak sentuh seperti Gaya Gravitasi, Gaya Listrik, dan Gaya Magenis.

2. Besaran Vektor

Gaya merupakan besaran vektor yakni tinjauan meliputi nilai dan arah gaya. Oleh karena itu analasis matematis tentang gaya akan melibatkan operasi vektor.

Vektor gaya digambar dengan simbol anak panah dimana kepala anak panah menunjukkan arah gaya.

Misalkan sebuah mobil ditarik oleh seorang dari depan dengan gaya sebesar 20 N, kemudian di dorong dengan orang dari belakang sebesar 30 N, Resultan gaya yang bekerja pada mobil tersebut adalah 50 N ke kiri, berdasarkan diagram yang ditunjukkan gambar di atas.

Dalam kajian vektor, arah kiri biasanya disepakati memiliki nilai negatif sehingga resultan gaya yang terjadi pada mobil adalah – 50 N. Pada kenyataanya nilai 50 N ini adalah gaya bernilai positif karena entitasnya bernilai real. Tanda negatif tidak menunjukkan adanya entitas negatif dari gaya hanya kesepakatan berdasarkan tinjauan yang umumnya berpasangan seperti pada tabel :

Positif Negatif
Ke kana ke Kiri
Ke Atas ke Bawah
Menuju bidang Berasal dari bidang

Kendati demikian acuan di atas tidaklah berlaku universal sesuai dengan dengan kebutuhan saja.

B. Hukum Newton

Sir Isaac Newton (1642 – 1727) adalah Ilmuwan Inggris yang namanya diabadikan menjadi satuan dari Gaya karena temuannya berupa Hukum Newton berhasil menyimpulkan dan memprediksikan semua gerak-gerak klasik dari materi yang ada di alam semesta.

Newton berpandangan bahwa Aristoteles benar dalam menjelaskan menganai casualitas. Semua fenomena alam yang terjadi terjadi merupakan dampak dari sebuah sebab yang bisa dipastikan secara fisis. Hal ini sama seperti yang terjadi pada apel yang terjatuh ke bawah, burung yang terbang di udara dan juga bulan yang mengorbit di bumi.

Newton yakin ada faktor yang menjaga bulan tetap berada pada orbitnya mengelilingi bumi dan yang membuat apel jatuh. Faktor tersebut adalah faktor yang sama yakni Gravitasi. Gravitasi ini juga membuat bumi tetap mengelilingi matahari dan menjaga alam semeseta tetap pada posisinya masing-masing. Dalam hal ini teori di kenal sebagai teori steady stay.

1. Hukum I Newton

Hukum I Newton menjelaskan tentang kecenderungan suatu benda mempertahankan kondisinya dalam kerangka acuan gerak. Misalnya benda yang bergerak akan cenderung bergerak dan benda yang diam akan terus diam selama resultan gaya yang bekerja pada gaya tersebut sama dengan nol.

ΣF = 0

Hukum I Newton berakitan dekat dengan kecenderungan benda mempartahankan kondisi atau inersia. Faktor inersia dipengaruhi oleh massa benda itu sendiri. Semakin besar massanya maka semakin besar faktor kelambamannya.

Sebagai contoh, ketika kita sedang berada dalam mobil yang melaju kencang namun tiba-tiba mobil berhenti mendadak, kelambaman tubuh manusi ayang membuat dirinya tetap berupaya mempertahankan posisinya untuk bergerak ke depan sehingga terpental ke depan.

Hal serupa juga berlaku pada saat pesawat melakukan lepas landas, posisi pesawat yang awalnya diam tiba-tiba bergerak dipercepat dengan kecepatan tinggi membuat tubuh kita merasakan sensasi terdesak oleh sesuatu hingga akhirnya faktor kelambaman kita berkurang sering dengan penguarangan percepatan dari pesawat.

Misalnya sebuah meja didorong dengan dua gaya ke kanan masing-masing 10 N dan 8 N, kemudian didorong oleh sebuah gaya ke kiri sebesar 18 N.

ΣF = F₁ + F₂ + F₃

ΣF = 10 N + 8 N – 18 N = 0

Hukum I Newton : Setiap benda memiliki kecenderungan untuk memeprtahankan posisinya yakni diam akan cenderung diam dan yang bergerak akan terus bergerak dengan kecepatan konstan selama total gaya yang bekerja pada benda tersebut sama 0.

Kelambaman Versi Aristoteles dan Newton – Newton bukanlah orang pertama yang mempelajari casualitas fisis yang terjadi di alam ini, Aristoteles (385 SM – 322 SM) bisa dikatakan sebagai orang pertama yang didekoumentasi menjelaskan casulitas yang ada di alam.

Aristoteles berpendapat bahwa tidak ada kejadian yang terjadi di alam semesta ini tanpa ada penyebab, semua terjadi adalah dampak dari sebuah sebab akibat, tanpa ada sebab maka akibat tidak akan dimunculkan. Ini hukum aksi-reaksi yang sampai hari ini berlaku.

Hanya saja Aristoteles keliru dalam memaknai tentang benda yang diam. Aristotles berpendapat bahwa batu yang diam adalah contoh tidak adanya aksi sehingga reaksi tidak akan pernah muncul, Sebuah batu yang ada di halaman sebuah rumah akan tetap disana sampai ada orang atau kuasa alam yang memindahkannya.

Newton berpendapat lain, Newton berpendapat semua materi yang ada di alam semesta ini masuk dalam pengaruh sebab akibat, baik yang bergerak maupun yang diam. Termasuk batu yang diam di halaman rumah. Gaya garvitasilah yang membuat batu tersebut tetap berada di sana namun besar gaya gravitasi tersebut dibuat nol oleh gaya Normal sebagai akibat kontak antara Batu dan permukaan tanah.

2. Hukum II Newton

Pada hukum I Newton, jika resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol, maka benda akan tetap mempertahankan keadaanya. Lantas bagaimana jika resultan gaya yang diberikan tidak memiliki resultan lebih dari 0 atau kurang dari nol?

Jika resultan sebuah gaya yang bekerja pada sebuah benda tidak sama dengan 0 maka benda akan mengalami perubahan kecepatan atau percepatan. Perubahan kondisi bisa saja seperti :
1. Dari diam bergerak dengan percepatan tertentu.
2. Dari bergerak mengalami perubahan kecepatan baik dipercepat maupun diperlambat.
3. Diam dari keadaan bergerak.
Hukum II Newton : Percepatan sebuah benda akan sebanding dengan gaya yang diberikan yang diberikan benda tersebut atau F ~ a. Faktor penentu besar percepatan dari benda tersebut adalah kelambaman dari benda yang dipengaruhi oleh massa benda. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :

ΣF = ma

dimana
```
F : Gaya (N)
M : Massa (kg)
a : Percepatan (m/s²)
```
Baca Lebih Materi Tingkat Lanjut Lanjut : Aplikasi Hukum Newton II. (Cooming Soon)

Miss Konsepsi : Beberapa sumber tertulis menuliskan defenisi dari hukum II Newton menuliskan bahwa bunyi hukum II Newton : Jika resultan gaya yang bekerja pada suatu benda tidak sama dengan nol, benda akan bergerak dengan percepatan yang besarnya sebanding dengan resultan gayanya dan berbanding terbalik dengan massa kelembamannya.

Sejatinya dalam tinjauan klasik, massa sebuah benda adalah nilai konstan dalam kajian hukum Newton. Gaya tidak akan pernah bisa menambah atau mengurangi massa benda hanya berpengaruh langusng terhadap pecepatan saja.

3. Hukum III Newton

Gaya terjadi pada dua buah materi yang saling berinteraksi satu sama lain dalam bentuk tarikan atau dorongan. Gaya mustahil terjadi tanpa adanya interaksi meskipun interaksi tersebut tanpa kontak antar bidang dari masing masing materi. Seperti gaya tarik gravitasi bumi yang dialami oleh kita saat duduk membaca artikel ini, sebenarnya tidak hanya bumi yang menarik semua benda yang ada di atasnya, tapi benda tersebut juga menarik bumi dengan gaya yang sama besarnya dengan gaya tarik bumi ke benda tersebut.

Lantas mengapa manusia yang tertarik ke bumi bukan sebaliknya? Dalam hukum Newton I, dijelaskan bahwa inersia adalah faktor yang paling besar menentukan kelambaman dari sebuah benda, sehingga massa bumi yang begitu besar membuat seleuruh benda yang ada diatasnya memiliki kelambaman yang jauh lebih kecil dibandingkan bumi.

Hukum III Newton lebih khusus membahas tengtang interaksi aksi-reaksi. Setiap aksi yang muncul akbita dari sebuah gaya akan menghasilkan reasi yang sama besarnya ke arah yang berlawan dengan aksi tersebut.

Misalkan sebuah buku yang diam di atas sebuah meja datar. Massa dari buku tersebut menghasilkan gaya berat setelah ditarik oleh gravitasi bumi sehingga bisa menekan permukaan meja. Permukaan meja yang bersentuhan dengan buku juga memberikan Normal yang sama besarnya ke buku ke arah yang berlawanan sehingga benda tetap diam di atas meja.

F_aksi = -F_reaksi

W = N

Hukum aksi reaksi ini juga yang membuat burung yang ada di udara bisa melayang. Ketika mengepakkan sayapnya, burung sebenarnya berupaya mendorong udara ke bawah sehingga ia mendapatkan rekasi dari udara berupa gaya dorong ke atas. Gaya dorong ke atas ini yang membuat burung terbang.
October 23, 2020
Kinematika Gerak Melingkar
Ahmaddahlan.NET – Mobil yang bergerak, pesawat yang terbang, helikopter, kipas yang ada di rumah, mesin air yang mengisap air, dan hampir semua mesin yang ada digunakan manusia merupakan implementasi dari kinematika gerak melingkar.

Gerak Melingkar adalah gerak praktis yang sangat mudah untuk dirubah ke gerak yang lain dan dimanfaatkan oleh menusia. Seperti pada Mobil yang melaju kencang di jalanan adalah konversi dari gerak rotasi pada ban modil yang menggeliding di jalan.

A. Kinematika Rotasi

Kinematika Gerak Melingkar atau Kinematika Rotasi adalah kajian dari fisika yang mebahas tentang gerak melingkar tanpa membahas penyebab geraknya. Materi dalam kinematika mencakup gerak melingkar beraturan dan gerak melingkar beraturan, serta konversi gerak rotasi menjadi gerak translasi.

a. Posisi Sudut dan Perpindahan Sudut

Gerak melingkar adalah sebuah gerak mengelilingi sebuah titik pusat yang terpisah sejauh jari-jari (R) dengan lintasan. Lintasan dari gerak melingkar tidak lain adalah keliling dari lingkaran itu sendiri yang dapat ditinjau dari dua sisi yakni gerak rotasi yang dintinjau dari besar perubahan sudutnya dan gerak translasi dintinjau dari gerak partikel di sepanjang keliling lingkaran.

Dalam gerak melingkar, Posisi dianalogikan sebagai posisi sudut dalam koordinat polar dan dinyatakan sebagai θ dalam satuan radian ataupun derajat. Besar 1 Rad ≅ 57,2985…^o.

Dalam gerak melingkar, Perpindahan partikel dalam gerak melingkar dinyatakan sebagai perpindahan sudut. Seperti pada gambar di bawah ini :

Misalkan sebuah partikel bergerak dari posisi P ke Q melalui lintasan busur PQ dengan titik pusat O. Partikel mengalami perubahan posisi sudut sejauh Δθ = θ_Q – θ_P dalam tinjauan gerak rotasi. Dalam satu putaran penuh, sebuah lingkaran memiliki sudut θ = 360^o = 2π. Selain dinyatakan dalam derajat, satuan θ juga bisa dinyatakan dalam satuan Radian dalam bilangan real.

Gerak Translasi adalah jarak tempuh atau perubahan posisi linier (s) yang dilalui partikel saat melintasi sebuah lingkaran yang berpusat di O. Jarak translasi berbanding lurus dengan besar perubahan posisi sudut, s ∼ θ. Hubungan keduanya ditentukan oleh konstanta yang tidak lain adalah jari-jari lintasan R, sehingga :

s = θR

b. Kecepatan Sudut

Kecepatan sudut didefenisikan sebagai besar perubahan posisi sudut terhadap waktu. Arah dari kecepatan sudut ini dinyatakan dalam koordinat polar dan bola yakni arah r, θ dan φ. Dalam materi kinematika pengantar gerak melingkar, kajian ini dibatasi untuk gerak ke arah θ agar bisa dihubungkan dengan gerak translasi.

Kecepatan Sudut Rata-rata

Misalkan sebuah partikel bergerak pada sebuah lintasan berbentuk lingkaran dengan jari-jari (r) dengan kecepatan konstan (v) di sepanjang lintasan. Partikel ini mengalami perubahan linier di sepanjang keliling lingkaran dengan jarak yang sama pada rentang waktu yang sama. Gerak ini kemudian dinamakan gerak melingkar beraturan (GMB).

Gerak ini analog dengan gerak lurus beraturan dimana kecepatan sama dengan kecepatan linier di GMB.
```
\bar v=\frac{s_Q-s_p}{\Delta t}
```
```
Ket :
v = kecepatan linier (m/s)
s = perpindahan linier (m)
t = waktu (s)
```
Dalam kasus ini partikel juga mengalami perubahan posisi sudut Δθ = θ_Q – θ_P. Besar perubahan sudut Δθ ini juga sama dalam rentang waktu yang sama, selanjutnya disebut sebagai kecepatan sudut rata-rata (ω).
```
\barω=\frac{θ_Q-θ_P}{Δt}
```
Dimana :
```
ω = kecepatan sudut (rad/s)
θ = Posisi sudut (rad)
t = waktu (s)
```
karena waktu (s) adalah invers dari frekuensi T = 1/f, sehingga f = 1/T, dalam hal ini kecepatan sudut dapat dinyatakan sebagai berikut :

ω = 2πf

Kecepatan sudut sesaat

Kecapatan sudut sesaat adakah besar perubahan posisi sudut dari gerak mleingkar dengan interval waktu yang sangat pendek dimana limit Δt → 0, dengan kata lain, kecepataan sesaat adalah turunan pertama dari fungsi perubahan posisi terhadap waktu:
```
ω=\frac{dθ}{dt}
```
Kecepatan sudut sesaat ini yang membawa dampak mekanik terhadap gerak dari sebuah partikel.

c. Percepatan Sudut

Percepatan sudut (α) adalah perubahan kecepatan dusut dari sebuah partikel setiap satuan waktu.

Percepatan susut rata-rata

Misalkan sebuah partikel bergerak dengan kecepatan ω pada saat t, jika pada saat waktu t + Δt maka kecepatannya akan sebsar ω + Δω, maka besar percepatan sudut rata-rata dapat dihitung dengan :
```
α =\frac{Δω}{Δt}
```
dimana α dalam satuan rad/s².

Kecepatan sudut sesaat.

Percepatan sudut sesaat adalah besar perubahan kecepatan sudut dari sebuah partikel yang bergerak melingkar dengan rentang waktu limit Δt → 0. Dengan kata lain, percepataan sudut sesaat adalah turunan fungsi kecepatan terhadap waktu :

α =dω/dt.

Uji Diri Kinematika Gerak Melinkar

Bagian I
1. Jelaskan defenisi dari Posisi Sudut, Radian, dan Sudut!
2. Pada saat mengayuh sepeda dengan multi gear, apakah perbedaan antara satu putaran dan persamaan pada gear belakang yang kecil dan yang besar!
3. Seorang membuat sepeda dengan ukuran roda depan lebih besar dari roda belakang. Sebutkan hubungan antara putaran roda depan dan roda belakang terkadin dengan perubahan posisi sudut, perubahan jarak linier, kecepatan dusut, kecepatan liner dan percepatan sudut jika keduanya sedang bergerak dipercepatan dan bergerak dalam keadaan konstan.
Bagian II
1. Gambar sepeda yang ada di atas menunjukkan jari-jari ban kecil sebesar 17 cm sedangkan untuk jari-jari besar 22 cm. Jika sepeda tersebut bergerak dengan kecepatan 20 m/s tentukan !
  1. kecepatan sudut roda besar dan roda kecil.
  2. Perbandingan perputaran antara ke dua roda.
2. Sebuah benda berotasi dengan persamaan sudut θ_t = 3t³ – 4t +6, tentukan !
  1. perpindahan sudut dari partikel pada saat t = 4 sekon.
  2. Kecepatan sudut pada saat t = 2
  3. Percepatan sudut partikel pada saat t = 4
3. Dua buah lingkaran bersingungan satu sama lain dengan perbandingan jari-jari 2r₁ = 3r₂.
October 21, 2020
Kinematika – Posisi, Kecepatan dan Percepatan
Ahmaddahlan.Net – Kinematika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari gerak tanpa mempertimbangkan penyebab geraknya. Gerak ditinjau dari keadaan berdasarkan tiga hal yakni Posisi, Kecepatan dan Percepatannya saja.

Gerak sebuah benda dapat ditinjau dari posisi benda terhadap sebuah kerangka acuan. Tanpa ada kerangka acuan mustahil untuk mendefenisikan sebuah benda dikatakan bergerak atau tidak. Misalnya saja ketika anda dan teman anda duduk manis di atas mobil yang sedang begerak. Anda berdua tidaklah saling bergerak satu sama lain karena posisinya tetap sama. Namun jika kerangka acuannya adalah lampu jalan, maka anda masuk dalam kategori begerak dengan kcepatan yang sama dengan kecepatan mobil yang anda tumpangi.

A. Posisi, Jarak dan Perpindahan

Posisi adalah jarak sebuah benda terhadap sebuah titik acuan yang disebut sebagai origin (O). Pada saat sebuah benda mulai berubah posisi maka yang tetap dari keadaan ini adalah originnya dan yang berubah adalah jarak benda tersebut terhadap titik acuan. Namun bisa saja kita meninjau gerak suatu benda dengan titik origin yang tidak berhimpit dengan posisi mula-mula benda.

Misalnya, sebuah mobil yang mula-mula diam berada di posisi x₁ dari sebuah acuan O. O adalah acuan awal untuk meninjau mobil yang terpisah sejauh x₁, namun jika ditinjau dari x₁, maka posisi awal mobil adalah 0. Sistem ini kemudian disebut sebagai kerangka acuan.

Ketika mobil bergerak dari posisi awal ke posisi akhir di x₂, maka mobil ini sudah mengalami perubahan posisi dari x₁ ke x₂. Perubahan posisi ini selanjutnya disebut sebagai gerak. Besar perpindahan mobil ini bisa dituliskan s = x₂ – x₁.

Jika mobil kembali ke titik awal yakni x₁ mobil melakukan menempuh jarak sejauh x₁ – x₂ – x₁ kembali. Jarak ini adalah jarak 2s atau 2(x₂-x₁), meskipun jarak tempuhnya menjadi dua kali jarak tempuh awal namun jika ditinjau berdasarkan posisi awalnya, maka mobil ini bisa digatakan tidak bergerak karena posisinya berada di posisi awal. Dalam hal ini mobil secara fisis bisa dikatakan diam.

Agar lebih jelas mari kita asumsikan seorang berjalan dari titik A ke timur sejauh 3 km, kemudian bergerak ke utara sejauh 4 km, seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi berikut :

Gambar di atas menunjukkan seseorang yang sedang sedang berjalan dari posisi P ke Q sejauh 3 km, kemudian berjalan lagi ke utara sejauh 4 km sampai ke R. Orang tersebut telah menempuh jarak tempuh (l) sejauh 7 km namun hanya mengalami perubahan posisi (s) sejauh 5 km.

Berdasarkan sumbu kartesian, maka gerak orang tersebut dapat dinotasikan sebagai s = 3 i + d j. Notasi ini adalah simbol yang mewakilkan sebuah hubungan dua buah peubah atau lebih. Pada umumnya di Fisika fungsi posisi beruah sesuai dengan waktu. oleh karen itu biasanay ditulis dalam bentuk

s_(t) = (at² + bt + c) i + (pt² + rt + r) j + (xt² + yt + z) k

Fungsi tersebut menunjukkan satu posisi sebuah partikel pada satu waktu tertentu t dengan limit (taktu tinjau) t mendekati 0.

B. Kecepatan dan Kelajuan

Secara fisis, Kecepatan memiliki makna sebagai perubahan posisi terhadap waktu, sedangkan kelajuan adalah jarak tempuh terhadap satuan waktu atau dapat dituliskan sebagai berikut :

Dimana s dalam meter, t dalam sekon dan v dalam satuan m/s.

Misalkan seseorang yang berjalan sejauh 3 km ke timur selama 25 menit, kemudian berjalan lagi ke utara selama sejauh 4 km selama 35 menit. Maka ornag tersebut akan memiliki kelajuan sejauh 7 km/jam dan kecepatan sebesar 5 km/jam.

Kecepatan Sesaat

Pernahkan anda melihat rambu lalu lintas menuliskan simbol kecepatan maksimal 72 km/j? Rambut tersebut menyimbolkan bahwa kecepatan mengendari di area tersebut tidak boleh lebih dari 72 km/j yang bisa dilihat dari spedometer yang sudah dilengkapi di setipa kendaraan. Speedometer tidaklah mengukur kecepatan sebuah kendaraan melainkan kecepatan sesaat dari sebuah kendaraan dengan interval waktu t mendekti 0.
```
v= \lim_{\Delta t\to0} \frac{\Delta x}{\Delta x}
```
Kecepatan sesaat ini bisa didapatkan dari turunan pertama jarak terhadap waktu atau v_(t) = ds/dt atau dapat dituliskan sebagai berikut

s_(t)‘ = v_(t)=((at² + bt + c) i + (pt² + rt + r) j + (xt² + yt + z) k ) dt.

Gerak Lurus Beraturan

Magnitude kecepatan sesaat sebuah benda akan selalu sama dengan kelajuan sebuah benda. Jika besar kecepatan ini bisa dipertahankan untuk waktu yang cukup lama maka akan didapatkan kecepatan rata-rata sama dengan kecepatan dan kelajuan dari benda itu sendiri. Gerak ini selanjutnya disebut sebagai Gerak lurus beraturan.

Gerak lurus beraturan adalah gerak yang partikel dengan kecepatan konstan pada lintasan yang lurus. Gerak ini adalah gerak dimana tidak ada perubahan kecepatan di dalamnya, hasilnya kelajuan, kecepatan rata-rata dan kecepatan sesaat dari GLB akan sama dengan kecepatannya.

GLB itu sendiri adalah sebuah fenomena yang sulit didapatkan secara alami di alam. Oleh karena itu untuk mengamati gerak ini harus dilakukan pemodelan dalam laboratorium.

Misalnya saja, ketika kita mengendarai motor dari kabupaten A ke B yang jaraknya 60 km. Jika mobil diupayakan bergerak dengan kecepatan rata-rata 60 km/h, maka seharusnya kita akan sampai dalam waktu 1 jam, namun faktanya tentu saja tidak demikian.

Sebuah mobil yang melaju di jalan tol yang lurus dengan kecepatan yang tertera pada speedometer sebesar 50 km/h tidaklah bergerak secara real 50 km/h. Hal ini disebabkan oleh unsur manusia dalam menekan pedal gas yang sangat dinamis, kondisi udara yang menghambat bentuk aerodinamis mobil, gurat ban dan masih banyak lagi.

Gerak Lurus Beraturan bisanya dapat ditemukan pada partikel-partikel kecil dalam praktikum di Laboratorium fisika seperti gerak ticker timer bermesin atau tetes minyak milikan.

Sebuah partikel yang melakukan GLB akan memiliki persamaan gerak yang linier sehingga dapat digambarkan dalam grafisk s terhadap t.

Gradien dari grafik tersebut tidak lain adalah besar kecepatan dari GLB. Dengan demikian maka besa nilai v adalah :
```
v=\frac{s_2-s_1}{t_2-t_1}
```
C. Percepatan

Percepatan adalah sebuah perubahan kecepatan dari sebuah partikel atau benda yang bergerak. Misalnya pada saat lampu mulai merah di jalan, seorang yang menarik tuas gas motornya, mula-mula diam kemudian mendapatkan perubahan kecepatan samapi akhirnya motor bisa melaju hingga kencang.

Percepatan ini adalah faktor yang menentukan seberapa besar perubahan kecepatan yang dapat dialami oleh sebuah benda yang bergerak. Percepatan rata-rata dapat didefenisikan sebagai besar perubahan kecepatan terhadap waktu, namun hanya ditinjau dari dua keadaan saja, yakni keadaaan awal dan keadaan akhir.

Persamana ini kemudian dapat dituliskan dengan simbol kecepatan rata yakni :
```
\bar a= \frac{v_2-v_1}{t_2-t_1}=\frac{\Delta v}{\Delta t}
```
Dengan demikian dapat disimpulkan jika, percepatan merupakan turunan ke dua dari fungsi jarak d²s/dt² dan turunan pertama dari kecepatan dv/dt. Perubahan kecepatan terbagi ke dalam dua jenis yakni dipercepat dengan nilai a yang postifi dan diperlambat dengan a bernilai negatif.

Sebuah benda yang jatuh dari ketinggian tertentu akan mengalami gerap jatuh bebas yang tidak lain adalah gerak dipercepat. Faktor perubahan kecepatan bernilai g yang setara dengan 9,8 m/s² sampai dengan 10 m/s², bergantung dari posisi dan kedudukan relatif benda tersebut terhadap permukaan bumi dan garis ekuator.

Percepatan sesaat (a) adalah besar perubahan kecepatan rata-rata dengan interval waktu yang sangat dekat atau dengan limit t mendekati 0. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :
```
a= \lim_{\Delta t\to0} \frac{\Delta v}{\Delta x}
```
Jika data kecepatan dan posisi dari benda yang bergerak dengan percepatan sesaat yang tetap, dalam dilihat pada grafik di bawah.

Gerak Lurus Berubah Beraturan.

Pada kondisi tertentu misalnya besar dari kecepatan sesaat ini dapat dipertahankan atau seragam dengan interval waktu yang panjang, maka percepatan sesaat dari gerak tersebut akan sama dengan dengan percepatan rata-rata-nya. Kondisi ini selanjutnya disebut sebagai gerak lurus berubah beraturan.

Sebagai contoh sebuah benda yang mula-mula diam, kemudian dipacu hingga kecepatan pada saat 2 detik awal adalah 5 m/s. Kondisi ini kemudian dipertahankan sehingga pada 4 detik awal kecepatan benda sebesar 10 m/s, kemudian seterusnya. Setiap interval dua detik, benda akan mengalami pertambahan kecepatan sebesar 5 m/s.

Perubahan kecepatan tersebut didapatkan dari percepatan konstan. Jika t awalnya sama dengan nol, maka persamaan gerak ini bisa dituliskan sebagai berikut :
```
a=\frac{v_t-v_0}{t}
```
Kemudian persamaan dapat ditulis sebagai persamaan umum gerak lurus berubah berubah beraturan :

v_t = v₀ + at

Dalam kasus ini akan sama dengan v rata-rata dari gerak sebuah benda dapat digunakan untuk menghitung jarak yang ditempuh benda, karena benda bergerak dengan percepatan seragam, sehinga :
```
x= x_0+\bar v t
```
kecepatan rata-rata sebuah benda adalah
```
\bar v = \frac{v_t-v_0}{2}
```
masukan nilai kecepatan rata-rata ke dalam persamaan
$x =x_0+(\frac{v_0+v_t}{2})t$
masukkan nila v_t = v₀+at
$x =x_0+(\frac{v_0+v_0+at}{2})t$ $x=x_0+v_0t+\frac{1}{2}at^2$
Jika kerangak acuan benda titik x₀ = 0, maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai sebagai persamaan umum perubahan posisi dapat GLBB.
```
s_{(t)}=v_0t+\frac{1}{2}at^2
```
Dua persamaan umum GLBB ini dapat disubtitusikan menjadi persamaan baru yang secara fisis tidak memiliki makna khusus namun sangat membantu dalam proses matematis dalam menghitung besar kecepatan yakni

v_t² = v₀² + 2as

Soal Uji Diri Kinematika

Bagian 1
1. Jelaskan perbedaan antara Jarak, Perpindahan, Posisi dan Perubahan Posisi!
2. Sebutkan perbedaan mendasar mengenai kecepatan, kecepatan sesaat, – kecepatan rata-rata.
3. Jika speedometer pada kendaraan bermotor hanya digunakan untuk menunjukkan kecepatan sesaat, maka apakah manfaat yang didapatkan bagi pengendara di kehidupan nyata?
4. Apakah ada kemungkinan kecepatan memiliki nilai lebih besar dari kelajuan dari suatu benda yang bergerak?
5. Pada saat anda ditanya berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk suatu daerah ketiak sedang berkendara, maka taksiran waktu yang kalian butuhkan dimabil dari jenis kecapatan …
Bagian 2
1. Sebuah partikel bergerak dengan persamaan posisi s_(t) = (4t² – 3) i + (t + 2t + 7) j + 2t³ z. Tentutkan
  1. Posisi dan perubahan posisi benda pada saat t = 3
  2. Persamaan Kecepatan di masing masing sumbu x, y dan z
  3. Percepatan sesaat benda pada saat t = 2
  4. Kecepatan sesaat benda pada saat t = 2
2. Toni menjatuhkan sebuah bola dari atas sebuah gedung. Jika massa bola cukup besar sehingga gesekan udara dapat diabaikan, berapakah ketinggian gedung jika bola tersebut butuh waktu 5 detik tepat sebelum menyentuh tanah!
3. Dua buah mobil bergerak di lintasan lurus dari posisi A dan B yang terpisah sejauh 5 km/jam. Jika Mobil A bergerak di belakang B dengan kecepatan 3 km/jam dan mobil bergerak 2 km/jam. Kapan dan dimanakan mobil A dapat menyusul B!
Bagian 3

Sebuah data hasi perocabaan menunjukkan data sebuah benda bergerak lurus :

Jarak (m) Waktu (s)
10,00 1,98
15,00 2,96
20,00 4,02
25,00 5,04
30,00 6,00
1. Buatlah grafik jarah terhadap waktu dari percobaan di atas!
2. Tentukanlah kecepatan dari benda tersebut berdasarkan nilai tabel!
3. Tentukanklah kecepatan rata-rata dari hasil percobaan tersebut!
October 16, 2020
Pemodelan, Teori dan Hukum dalam Sains

AhmadDahlan.Net – Pada saat belajar tentang ilmu sains, sekalipun untuk untuk kasus ilmu-ilmu vokasi, seseorang harus akrab dengan bentuk pemodelan yang kadang tidak sesuai dengan fakta yang ada dilapangan. Pemodelan ini terkadang tidak menentang hukum-hukum sains hanya saja seperti kurang dalam menjelaskan fenoemana sains.

A. Pemodelan Fisika

Dalam upaya memahami fenomena alam, saintis melakukan pemodelan untuk membuat sebuah fenoeman lebih sederhana untuk diamati. Pemodelan dilakukan pada umumnya berbentuk analogi dan pembuatan sketas tetang kejadian tersebut.

Sebut saja pada proses pembelajaran gelombang, mata manusia bisa dnegan mudah gelombang yang ada pada tali, air atau kain bendera yang tertiup angin. Gelombang yang ada pada permukaan tersebut kemudian dijadikan sebagai pemodelan pada gelombang suara yang tidak terlihat oleh mata manusia.

Kendati tidak terlihat, namun Gelombang suara digambarkan berbentuk meliuk-liuk menyerupai gelombang yang ada pada tali. Pemodelan ini juga dilakukan pada gelombang cahaya yang jauh lebih kompleks dibandingkandengan gelombang-gelombang mekanik, namun dengan pemodelan ini, saintis jauh lebih mendiskripsikan sifat-sifat dari objek fisika yang diamati.

B. Teori Fisika

Pemodelan memiliki keunggulan lebih bersifat konkret untuk diamati, hanya saja pemodalan masih memiliki keterbatasan dalam menjelaskan fenoeman fisika secara umum. Keterbatasan itu muncul dari kemampuan manusia memasukkan variable-variable dalam satu kali pemodelan dilakukan.

Pada saat menguji coba tentang sifat-sifat gelombang pada tali maka fenoeman yang didapatkan akan terbatas pada besaran-besaran fisis seperti bahan dan ukuran tali, maka pemodelan dilakukan berulang dengan mengganti bahan beberapa kali atau mengubah panjang tali, diameter dan sifat-sifat fisis lainnya.

Pemodelan-pemodalan secara struktural kemudain dilakukan untuk menghasilkan hasil yang lebih umum. Fakta-fakta yang dikumpulan dari banyak pemodealn kemudian dirangkum untuk menjelaskan karakteristik umum dari gelombang pada tali. Fakta-fakta ini selanjutnya disebut sebagai teori sains.

Teori seperti model atom Rutterford adalah hasil dari beberapa pemodelan yang telah dilakukan oleh orang-orang sebelumnya kemudian disempurnakan dengan pemodelan yang dibuat oleh Rutterford. Fakta yang didapatkan dari menyemprunakna model-model atom sebelumnya kemudian dirangkum menjadi sebuah teori atom Rutterford, kendati Rutterford sendiri tidak pernah melihat bentuk elektron saat mengelilingi inti atom.

Teori-teori ini masih terdapat kekurangan yang mungkin saja luput dari pengamatan pengamatnya atau bisa jadi karena pemodelan yang dilakukan tidak cukup baik sehingga teori tersebut masih butuh disempurnakan selama ada landasan ilmiah yang jelas dama melengkapi teori sebelumnya. Sebagaiaman yang kita ketahuai, Teori Atom Rutterford sendiri disempurnakan kembali oleh Teori Atom Bohr yang bisa menunjukkan pemodelan pada saat elektro teekesitasi dari lintasannya.

Sebuah Teori bersifat jauh lebih luas, lebih detail, dan dapat digunakan untuk memprediksi fenomena yang akan muncul jika dilakukan uji kuantitatif dengan tingkat presisi yang lebih tinggi. Hanya saja sebagai catatan, seorang saintis perlu menggaris bawahi perbedaan mendalam dan persamaan antara teori dan pemodelan, seperti pada kasus pemodelan Atom Rutterford dan Teori Atom Rutterford.

C. Hukum dan Prinsip Sains

Hukum dalam sains adalah pernyataan-pernyataan yang ringkas dan bersifat umum dalam menjelaskan fenomena alam. Hukum memberikan gambaran universal terhadap perilaku alam yang tidak bisa dibantahkan berdasarkan kerangka acuan tertentu.

Hukum kekekalan energi misalnya, hukum secara gamblang memberikan penjelasan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, enegeri hanya dapat diubah dari sebuah bentuk enegeri ke energi yang lain. Hukum tersebut sangat jelas menegaskan sifat enegeri yang kekal, namun tidak memberikan spesifikasi yang jelas tentang tata cara merubah satu bentuk energi ke energi lain. Dibutuhkan banyak konsep, teori dan prinsip-prinsip sains untuk memanfaatkan hukum ini menjadi sebuah produk yang dapat digunakan oleh manusia.

Hukum digunakan untuk merujuk pada hasil eksperimen yang valid untuk fenoeman-fenomean yang teramati dengan cakupan keberlakuan cukup luas. Untuk menjelaskan fenemena-fenomena alam yang lebih khusus dan bersifat tidak umum maka digunakan istilah Princip. Sebagai contoh prinsip Archimedes yang menjelaskan tentang sifat benda yang tenggelam namun disebut hukum untuk menjelaskan tentang Volume air yang dipidanhkan oleh sebuah gaya yang bekerja pada fluida.

Hukum-hukum sains jauh berbeda dengan hukum-hukum buatan manusia, dimana keberlakuan berdasarkan sudut pandang tertentu. Hukum-hukum sains tidak memandang siapa yang menjadi subjek hukumnya dan bersifat independent, kendatipun banyak yang menolak hukum-hukum sains, namun seluruh materi yang ada di dalamnya akan terkena dampak dari hukum sains.

Sebut saja hukum Gravitasi, kendati para penganut bumi datar dengan tegas tidak percaya dengan adanya gravitasi dan hukum-hukum tentnag gravitas yang merujuk pada bumi bulat, tidak satupun dari penganut teori bumi datar yang akan terbang melayang ketika loncat dari sebuah gedung. Mereka akan berakhir jatuh ditarik oleh gravitasi Bumi.

Akhir Kata

Seorang ilmuwan adalah orang yang telah menganggap bahwa seluruh hukum dan teori-teori sains yang umum adalah benar. Namun ilmuwan harus tetap memiliki pandangan terbuka akan adanya kemungkinan bahwa sebuah teori dan hukum bisa saja berubah di kemudian hari dengan catatan adanya bukti ilmiah yang berlaku secara umum kendati dilakukan oleh orang yang berbeda.

September 19, 2020
Operasi Matematis pada Besaran Vektor
Ahmaddahlan.NET – Vektor adalah sebuah besaran yang memiliki nilai dan arah. Simbol dari besaran vektor adalah tanda panah (→) di atas huruf besaran. Misalnya pada besar kecepatan simbol v akan ditambahkan dengan simbol v vektor.
```
\vec v \ \ \ \ \ ..._{(1)}
```
Misalkan sebuah vektor berasal dari sebuah titik A (x₁,y₁) menuju titik B (x₂,y₂). Vektor ini bisa digambarkan dalam sistem koordinat cartesian.

Vektor ini bisa diproyeksikan ke arah x dan y dimana A_x = x₂ – x₁ dan A_y = y₂ – y₁. A_x dan A_y selanjutnya dikenal sebagai komponen vektor. Komponen vektor ini selanjutnya dapat ditulis dalam bentuk matriks.

A. Jenis-Jenis Vektor

Vektor terbagi atas empat jenis yakni:

Vektor Posisi – Vektor yang ditinjau dari titik acuan (origin) 0 (0,0) sampai ke titik ujung misalnya titik A (x₁,y₁).

Vektor Nol – Vektor yang panjang dan nilai adalah 0 dan disimbolkan . Vektor ini memiliki arah namun tidak bisa ditentukan dengan jelas.

Vektor satuan – Vektor satuan adalah vektor yang nilai dan panjangnya satu satuan. Vektor satuan adalah : .

Vektor Basis – Vektor basis adalah vektor yang saling tegak lurus satu sama lain. dalam vektor dua dimensi A_xy memiliki dua varian vektor yakni = (1 0) dan =(0 1) sedangkan untuk vektor tiga dimensi A_xyzmemiliki tiga varian vektor yakni= (1 0 0) dan =(0 1 0) dan = (0 0 1).

B. Besar dan Arah Vektor

Misalnya sebuah vektor adalah vektor dua dimensi seperti pada gambar.

Panjang segmen dari vektor disebut sebagai magnitude atau besaran dinotasikan dalam bentuk dengan besar nilai resultan .

Arah dari vektor tersebut bisa dihitung sesuai dengan teorema trigonometri dimana θ = v₂/v₁. Vektor ini dapat ditulis dalam kombinasi linier dari vektor basis :

C. Operasi Vektor

Vektor adalah besaran yang dapat dioperasikan matematika sesaui dengan aturan vektor. (Comming Soon)

1. Penjumlahan Vektor

Vektor dapat mengalamai operasi matematis seperti penjumlahan. Proses penjumlahan vektor dilakukan dengan menjumlahkan komponen vektor yang seletak yang biasanya dikenal dengan Metode Poligon sedangkan tuurnan dari Metode Poligon menghasilkan Metode Jajaran Genjang.

Dua Vektor A dan Vektor B dapat mengalami operasi penjumlahan satu sama lain.

Penjumlahan antara Vektor A dan Vektor akan menghasilkan Resultan Vektor R. Nilai dari Vektor = + . Nilai Resultan Vektor adalah :

= A_x+i

[googleapps domain=”drive” dir=”file/d/125dQFe-cEQTb-LHlX2_qYzdndHMNbsle/preview” query=”” width=”100%” height=”800″ /]
September 18, 2020
LKS Praktikum Fisika SMA – Azas Black
A. Tujuan Percobaan
1. Memahami Keberlakuan Azas Black
2. Menentukan Kalorimeter Zat Padat Menggunakan Kalorimeter Sederhana
B. Dasar Teori

Kalor jenis dapat diartikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram sebanyak 1^ocelcius. Setiap benda memiliki kalor jenis mereka masing-masing, dan hal tersebut bergantung dari karakteristik materi dari benda itu sendiri.

No Nama Zat Kalor Jenis (J/kg^oC)
1. Air 4. 180
2. Alkohol 2. 450
3. Es 2.100
4. Besi 450
5. Raksa 150

Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan dinyatakan dalam satu Joule atau callori dinyatakan :

Q= m.C.ΔT

Dimana Q adalah jumlah kalor, m adalah massa benda yang dipanaskan, C adalah Kalor jenis dan ΔT adalah besar kenaikan suhu.

Untuk mengukur kalo rjenis suatu zat, dibutuhkan bantuan kalorimeter dengan menggunakan prinsip perhitungan berdasarkan Azas Black, dimana Kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima.

Secara matermatis dapat dituliskan

Q_lepas = Q_Terima

m_bC_b(T_b-T_c) = m_aC_a(T_c-T_a) + m_aC_a(T_c-T_a)

C. Alat dan Bahan
1. Kalorimeter
2. Neraca 311
3. Kubus Zat Padat
4. Termometer Batang
5. Termometer Gun
6. Air
7. Bunsen Burner
8. Kaki tiga dan kawat kasa
9. Pinset
D. Prosedur Kerja
1. Ukurlah massa zat padat
2. Ukurlah massa kalorimeter kosong tanpa air
3. Masukkan 50 mL air lalu timbang lalu ukur massa totalnya
4. Pasang termometr dan masukkan ke dalam bejana pelindung Kalorimeter, catat suhu air sebagai T₁.
5. Panaskan zat pada sampai 15 menit, kemudian ukur suhunya dnegan termometer Gun lalu catat sebagai suhu T₂.
6. Masukkan zat padat ke dalam air dengan bantuan pinset.
7. Segera tutup termometer lalu aduk-aduk denga pengaduk sampai suhu stabil. Setelah stabil catat suhu tersebut sebagai suhu campuran.
8. Ulangi langkah satu serbanyak 3 kali untuk mendapatkan data yang bervariasi dengan benda yang sama, namun dganti air yang digunakan dan dingin zat padat yang digunakna terlebih dahulu.
E. Tabel Pengamatan.

Massa Air :

Massa Benda :

Massa Kalorimeter :

Massa Kalorimeter + Pengaduk + Air

No T₁ (^oC) T₂(^oC) T₃(^oC)
1.
2.
3.

F. Pertanyaan Praktikum
1. Berapakah kalorjenis zat padat yang digunakan dalam percobaan!
2. Bandingkan nilai kalor jenis dengan nilai yang ada di teori!
August 4, 2020
Optik Geometri – Hukum Pemantulan Snelius Pada Cermin Datar

Ahmad Dahlan – Cahaya merupakan energi dalam bentuk gelombang yang secara sederhana berfungsi sebagai energi yang membuat sesorang dapat melihat sebuah benda. Tanpa keberadan cahaya seseorang tidak mungkin bisa melihat benda, dan kondisi tanpa cahaya ini akan didefenisikan otak manusia sebagai hitam. Oleh sebab itu dalam sains, Hitam bukanlah warna melainkan kondisi tanpa ada emisi energi sama sekali dari sebuah objek.

A. Model Berkas Cahaya

Cahaya dalam keadaaan alami akan merambat ke arah lurus. Hal ini bisa diamati pada lampu senter yang mengarah lurus ke dapan atau keras cahaya yang melewati sebuah lubang kecil akan membentuk garis lurus.

Hasil menjadi landasan logis mengenai model dari gerak sebuah cahaya dan selanjutnya model ini dikenal dengan model berkas cahaya. Meskipun terlihat lurus, namun sejatinya cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang sangat rapat maka sangat sulit untuk melihat lekukan pada berkas cahaya, sehingga Model Berkas Cahaya ini merupakan bentuk idealisasi dari berkas gelombang.

Model berkas cahaya ini kemudian dijadikan dasar dalam pengembangan konsep-konsep yang berkaitan dengan karakteristik cahaya sebagai gelombang dalam bidang kajian Optik Geomteri.

B. Pantulan dan Pembentukan Bayangan

Ketika seberkas cahaya datang menuju sebuah benda yang dapat terlihat, maka berkas cahaya tersebut akan diserap sebagain dan sebagian besarnya akan dipantulkan ke mata sehingga otak dapat medefenisikan benda tersebut. Kecuali pada kondisi tertentu seperti lubang hitam dimana benda tersebut hampis sama sekali tidak mengemisikan energi yang menerpanya.

Dalam pembahasan Optik Geomtrik kita akan membahasa kejadian umum semata yakni kondisi cahaya menerpa (1) benda yang menyerap sebagian energi dan memantulkan sebagain besar energi cayaha yang menerpa, (2) benda yang memantulkan secara keseluruhan cahaya yang disebut cermin, dan (3) beda yang meneruskan cahaya atau lensa.

Ketika seberkas cahaya yang datang dari sudut tertentu menerpa permukaan bidang datar maka kondisi ini disebut sebagai sinar datang dengan sudut datang θ_i. Sudut ini dihitung dari garis normal yang tegak lurus terhadap tepat bidang pantul sinar datang. Sinar ini kemudian dipantulkan dengan sudut pantul θ_r yang sama besar dengan dengan θ_i.

Sinar datang, sinar pantul dan garis normal ini berada pada bidang yang sama dan dikenal sebagai hukum pemantulan Snelius, kendati demikian bukan snelius yang pertama kali mengamati hal ini namun orang-orang Yunani kuno sudah memanfaatkan fenomena pemantulan ini.

Hal yang serupa juga terjadi pada permukaan yang kasar. Berkas cahaya akan akan diantulkan pada garis normal tepat pada bidang tipis dimana caha dipantulkan, karena garis normal bidang yang tidak beraturan maka pemnatulan yang dihasilkan adalah pemantulan baur.

1. Pemantulan Pada Cermin Datar

Pada saat anda berkaca di depan sebuah cermin datar yang relatif besar, maka pada jrak yang tepat, anda akan melihat seluruh tubuhmu secara keseluruhan, persis sama dari ujung rambut sampai ujung kaki, kecuali bagian yang ada di kiri kamu akan berada di sisi kanan pada cermin di depan kamu. Hal ini tidak menjadi malasah karena bergantung dari referensi kita memulai kiri dan kanan.

Bayangan dihasilkan oleh cermin datar bersifat maya, sama besar dan tegal lurus, karen abayanga tidak akan pernah bisa ditangkap meskipun kita meletakkan layar di belakang cermin.

Bayangan yang terlihat pada cermin datar bukan sebuah berkas cahaya semata, tapi kumpulan berkas cahaya dengan jumlah yang sangat banyak dan membentuk ssuatu bayangan, namun untuk memudahkan analisis dilakukan pemodelan berkas cahaya mulai dari satu ujung ke ujung lainnya. Seperti pada gambar di bawah ini.

Pada gambar di atas terlihat garis-garis yang membentuk bayang sebuah botol dari depan sebuah cermin pada mata seseirang.

Perhatikan secara seksama sinar pada titik A yang dipnatulkan pada titik B kemudian di teruskan ke mata. Relatif terhadap cermin, maka proses pembentukan bayangan tersebut akan membentuk sabuah budang dimana ABD akan kongruen dengan bidang DBC dimana AD = DC memiliki jarak yang sama besarnya.

Oleh karena jarak adatar d_o dan d_i pada cermian sama besarnya pual dengan demikian pemantulan bayangan pada cermin datar memiliki sifat sama besar.

April 11, 2020
Pengertian Gelombang Berdiri Disertai Persamaannya

Ahmad Dahlan – Ketika seutas tali diikatkan batang ujung yang kaku lalu ujung tali lainnya digetarkan maka akan terjadi propagasi gelombang dan energi dari ujung tari menuju ke batang kaki. Untuk batang yang sangat kaku, akan membuat gelombang pada tali terpantul kembali.

Getaran dilanjutkan silih bergantian, maka gelombang datang dari arah getaran akan beretmu dengan gelombang pantul yang datang dari pantulan dari ujung batang kaki. Pertemuan dua gelombang dengan karakteristik yang berbeda ini akan berintereferensi satu sama lain.

Gelombang Berdiri

Misalkan dua buah gelombang tersebut diatur sedimikian rupa berdasarkan frekuensi yang panjang tepat membentu nλ/2, maka pertemuan dua gelombang ini akan menghasilkan dua gelombang dengan beda fase setengah gelombang dengan arah kecepatan yang berbeda.

Gambar 1. Ilustrasi Pembentukan Gelombang Berdiri

Perhatikan gerakan gelombang berwarna ungu pada gambar di atas. Gelombang tersebut merambat dari kiri ke kanan, kemudian gelombang berwarna merah bergerak dari kanan ke kirin yang merupakan gelombang pantulan.

Gelombang berwarna hitam merupakan hasil gabungan dari dua gelombang dalam bentuk lambat. Kedua gelombang ini akan membentuk gelombang dengan ukuran ampliktudo dua kali ukuran semula dan terlihat seolah-olah diam. Gelobang ini disebut sebagai gelombang stasionare seperti pada gambar di samping.

Gambar 2. Gelombang Berdiri

Sebagaiamna yang telah disebutkan diatas, rupa gelombang berdiri pada tali dengan ujung terikat ini hanya terjadi pada frekunesi tertentu yang bergantung dari dari panjang tali. Frekuensi disebut sebagai frekuensi alami alami atau frekuensi resonansi.

Rupa gelombang berdiri teridiri dari dua bagian yakni puncak gelombang atau anti nodes sedangkan titik simpil antar gelombang disebut dengan node. Pada gambar 2 bagian a, bentuk Gelombang Stasioner setengah gelombang memiliki dua node, sedangkan gambar b dengan bentuk rupa satu gelombang memiliki node. Dengan demikian persamaan gelombang dapat ditulis sebagai berikut l = nλ/2

dimana
l = panjang tali (m)
λ = panjang gelombang (m)
n = 1, 2, 3, …

Frekuensi Gelombang Berdiri

Persamaan yang digunakan untuk menghitung frekuensi gelombang maka persamaan diatas dikaitkan dengan kecepatan dari gelombang stasioner yakni : f = v/λ = nv/2l

dengan n = 1, 2, 3, …

Untuk gelombang stasionar yang merambat pada seutas dawai yang memiliki koefisien massa persatuan panjang μ = m/l maka kecepatannya didefenisiskan sebagai : v² = F_T/μ.

Kecepatan tersebut berlaku untuk ke dua gelombang dengan arah yang berlawanan.

March 27, 2020