Kategori: Fisika

Kumpulan Artikel Tentang Materi-MAteri Fisika baik di Sekolah Menengah atas maupun di Universitas

  • Materi Fisika SMA – Rumus Induksi Elektromagnetik

    Materi Fisika SMA – Rumus Induksi Elektromagnetik

    AhmadDahlan.Net – Listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari – hari kita. Listrik membantu kita dalam beraktivitas melalui perantara peralatan – peralatan elektronik. Sebuah kumparan kawat dapat menghasilkan arus listrik apabila terjadi perubahan fluks magnetik. Peristiwa ini dinamakan sebagai Induksi Elektromagnetik. Berikut penjelasan yang lebih lengkap mengenai induksi elektromagnetik.

    A. Pengertian Induksi Elektromagnetik

    Induksi elektromagnetik adalah gejala munculnya gaya gerak listrik pada sebuah kumparan akibat adanya perubahan fluks magnetik. Fluks magnetik merupakan banyaknya garis – garis gaya magnet yang menembus suatu bidang penampang. Gaya gerak listrik (GGL induksi) berbanding lurus dengan fluks magnetik. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi besar dari fluks magnetik adalah :

    1. luas bidang kumparan (A) yang melingkupi garis gaya medan magnet
    2. perubahan induksi magnetiknya (B)
    3. perubahan sudut (θ) antara arah medan magnet dengan garis normal bidang kumparan

    Ilmuwan yang pertama kali menemukan konsep gaya gerak listrik ini adalah Michael Faraday.

    B. Persamaan Induksi Elektromagnetik

    Terdapat dua hukum yang membahas mengenai induksi elektromagnetik, yaitu :

    1. Hukum Faraday

    Hukum Faraday menyatakan bahwa gaya gerak listrik (GGL) induksi yang timbul di antara ujung – ujung kumparan berbanding lurus dengan laju perubahan fluks magnetik yang melingkupi kumparan tersebut. Secara matematis, Hukum Faraday dituliskan sebagai berikut :

    \varepsilon=-N\frac{d\phi}{dt}

    atau

    \varepsilon=-N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}

    dimana,
    ε : GGL induksi pada ujung kumparan (V)
    N : jumlah lilitan dalam kumparan
    dϕ​/dt : laju perubahan fluks magnetik (Wb/s)
    Δϕ : perubahan fluks magnetik (Wb)
    Δt : selang waktu perubahan fluks magnetik (s)

    Tanda negatif pada persamaan di atas, bertujuan untuk menyesuaikan dengan Hukum Lenz.

    Terdapat 3 faktor yang mempengaruhi besar fluks magnetik. Sehingga apabila dimasukkan ke persamaan diatas, maka persamaan GGL induksi dapat diturunkan menjadi :

    a. Besar GGL induksi karena perubahan luas penampang bidang

    Apabila pada kumparan hanya terdiri atas satu lilitan, maka GGL induksi dapat dihitung menggunakan persamaan :

    \varepsilon=-B.l.v

    apabila arah v membentuk sudut terhadap medan magnet (B) maka persamaan di atas menjadi :

    \varepsilon=-B.l.v\sin\theta

    dimana,
    ε : GGL induksi pada ujung kumparan (V
    B : medan magnet (T)
    l : panjang kawat penghantar (m)
    θ : sudut yang terbentuk (o)

    b. Besar GGL induksi karena perubahan induksi magnet

    GGL induksi yang disebabkan karena adanya perubahan induksi magnetik digunakan sebagai dasar dalam pembuatan transformator. Sacara matematik, GGL induksi dituliskan sebagai :

    \varepsilon=-NA\frac{dB}{dt}

    atau

    \varepsilon=-NA\frac{\Delta B}{\Delta t}

    dimana,
    ε : GGL induksi pada ujung kumparan (V)
    N : jumlah lilitan dalam kumparan
    A : luas permukaan (m2)
    ΔB : perubahan induksi magnetik (T)
    Δt : selang waktu perubahan fluks magnetik (s)

    c. Besar GGL induksi karena perubahan sudut kumparan θ terhadap medan

    Besar GGL induksi karena perubahan sudut kumparan terhadap medan secara matematis dituliskan sebagai berikut :

    \varepsilon=-BAN\frac{d(\cos\theta)}{dt}

    kumparan yang berputar dalam selang waktu t sekon, akan menempuh sudut sebesar θ=ωt, sehingga : 

    \varepsilon=-BAN\frac{d(\cos \omega t)}{dt}
    \varepsilon=-BAN\ \omega(-\sin\omega t)
    \varepsilon=BAN\ \omega(\sin\omega t)
    \varepsilon=\varepsilon_{maks}(\sin\omega t)

    dengan εmaks = BAN ω

    dimana,
    ε : GGL induksi pada ujung kumparan (V)
    B : medan magnet (T)
    A : luas permukaan (m2)
    N : jumlah lilitan dalam kumparan
    ω : laju anguler (rad/s)
    εmaks : GGL induksi maksimum (V)
    t : lama kumparan berputar

    2. Hukum Lenz

    Hukum Lenz menjelaskan mengenai arus induksi yang muncul akibat adanya GGL induksi pada rangkaian tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa GGL induksi pada rangkaian tertutup akan menghasilkan arus induksi yang arahnya berlawanan dengan arah perubahan fluks magnetik.

    (a) magnet mendekati kumparan, (b) magnet menjauhi kumparan

    C. Contoh Soal

    Fluks magnetik yang dilingkupi oleh suatu kumparan berkurang dari 0,5 Wb menjadi 0,1 Wb dalam waktu 5 sekon. Kumparan terdiri atas 200 lilitan dengan hambatan 4 Ω . Berapakah kuat arus listrik yang mengalir melalui kumparan?

    Pembahasan

    Dik :
    ϕ1 = 0,5 Wb
    ϕ2 = 0,1 Wb
    t = 5 s
    N = 200 lilitan
    R = 4 Ω ?

    Dit :
    I = ?

    Pembahasan :

    1 . Mencari besar GGL induksi pada kumparan

    \varepsilon=-N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}=-N\frac{(\phi_2-\phi_1)}{(t_2-t_1)}
    \varepsilon=-200\ \frac{(0,1\ Wb\ -\ 0,5\ Wb)}{5\ s}
    \varepsilon=-200\ \frac{(-0,4\ Wb)}{5\ s}
    \varepsilon=16\ V

    2. Mencari besar arus listrik pada kumparan

    I=\frac{\varepsilon}{R}
    I=\frac{16\ V}{4\ \Omega}
    I=4\ A

    Jadi, besar arus listrik pada kumparan tersebut adalah 4 A

  • Contoh Soal Ujian HOTs Fisika Bentuk Pilihan Ganda

    Contoh Soal Ujian HOTs Fisika Bentuk Pilihan Ganda

    Soal No. 1

    Menurut hukum Stefan-Boltzmann, intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam sebanding dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya. Daya pancaran radiasi tersebut dinyatakan dengan persamaan 

    P = eσAT4

    Dimana P adalah daya radiasi, e merupakan nilai emisivitas (e = 1 untuk benda hitam), A adalah luas permukaan benda hitam, T adalah suhu mutlak benda, dan k merupakan konstanta Stefan-Boltzmann. Dimensi konstanta Stefan-Boltzmann pada formula daya radiasi tersebut adalah …

    A. [M][T]-3[θ]
    B. [M][T]-3[θ]4
    C. [M][L][T]-3[θ]4
    D. [M][L]2[T]-3[θ]
    E. [M][L]2[T]-3[θ]4

    Soal No. 2

    Budi melakukan perjalanan ke sebuah tempat menggunakan mobil. Mobil tersebut berjalan lurus ke arah utara sejauh 3 km, berbelok ke timur sejauh 4 km, kemudian berbelok kembali ke utara sejauh 3 km, dan terakhir berbelok ke barat sejauh 12 km. Jika Budi berangkat pada pukul 09.00 dan sampai di tempat tujuan pukul 09.45, maka kecepatan rata-rata mobil Budi adalah mendekati nilai …

    A. 7,5 km/jam.
    B. 10 km/jam.
    C. 13 km/jam.
    D. 29 km/jam.
    E. 36 km/jam.

    Soal No. 3

    Dani mengendarai motor dengan kecepatan 45 km/jam. Secara tiba-tiba, kucing yang berada 3 meter di depan Dani menyeberang dan berhenti di tengah jalan. Dani terkejut dan mengerem dengan perlambatan 10 m/s2. Pernyataan yang tepat adalah …

    A. Motor Dani akan berhenti dalam waktu 3 detik.
    B. Dani akan berhenti tanpa menabrak kucing.
    C. Jika kucing tidak bergerak, kucing akan tertabrak oleh Dani.
    D. Motor Dani berhenti setelah menempuh jarak 2,8125 m.
    E. Motor Dani berhenti setelah menempuh jarak 5,8125 m.

    Soal No. 4

    Mobil polisi bergerak dengan kecepatan 72 km/h sambil membunyikan sirine berfrekwensi 1.400 Hz. Di belakang mobil polisi terdapat pengendara sepeda motor yang bergerak dengan kecepatan 54 km/h searah mobil polisi. Cepat rambat bunyi di udara saat itu 330 m/s, maka besar frekwensi sirine mobil polisi yang di dengar pengendara sepeda motor adalah …

    A. 1.240 Hz
    B. 1.380 Hz
    C. 1.420 Hz
    D. 1.450 Hz
    E. 1.558 Hz

    Soal No. 5

    Pada sebuah eksperimen interferensi celah ganda digunakan cahaya hijau dengan panjang gelombang 5000 Ao (1 Ao =10−10 m) dan cahaya violet yang panjang gelombangnya 4000 Ao . Saat menggunakan cahaya hijau dengan jarak antar celah dd, pola interferensi terbentuk pada layar yang berjarak L dari celah ganda. Saat digunakan cahaya violet, layar diatur agar jarak pita terang pertama dari terang pusat sama dengan ketika disinari cahaya hijau. Agar hal tersebut tercapai, maka jarak celah ke layar harus dijadikan …

    A. 5.00 L
    B. 3.00 L
    C. 1,25 L
    D. 0,75 L
    D. 0,25 L

    Soal No. 6

    Satelit Helios 1 dan Helios 2 mengorbit bumi dengan perbandingan jari-jari orbitnya 4 : 9 serta perbandingan massa Helios 1 dan Helios 2 adalah 4 : 9. Jika lintasan orbit satelit tersebut melingkar maka perbandingan periode satelit Helios 1 dan Helios 2 adalah ….

    A. 4 : 9
    B. 4 : 27
    C. 8 : 27
    D. 27 : 4
    E. 27 : 8

    Soal No. 7

    Sebuah truk yang sedang bergerak dengan kecepatan 10 m/s ditabrak oleh sebuah mobil yang sedang berjalan dengan kecepatan 20 m/s. Setelah tabrakan kedua mobil itu berpadu satu sama lain. Jika massa truk 1400 kg dan massa mobil 600 kg, kecepatan kedua kendaraan setelah tabrakan adalah …

    A. 6 m/s
    B. 9 m/s
    C. 11 m/s
    D. 13 m/s
    E. 17 m/s

    Soal No. 8

    Seseorang bermassa 50 kg memanjat sebuah pohon durian hingga ketinggian 4 meter. Untuk mencapai
    ketinggian itu orang tersebut memerlukan waktu 8 detik, maka daya yang dibutuhkan orang tersebut agar dapat memanjat pohon itu (g = 10 m/s2) adalah …

    A. 20 watt
    B. 25 watt
    C. 200 watt
    D. 250 watt
    E. 2.500 watt

    Soal No. 9

    Sebuah bola pada permainan softball bermassa 0,15 kg dilempar horizontal ke kanan dengan kelajuan 20 m/s. Setelah dipukul, bola bergerak ke kiri dengan kelajuan 20 m/s. Impuls yang diberikan oleh kayu pemukul pada bola adalah ….

    A. 3 Ns
    B. –3 Ns
    C. 6 Ns
    D. –6 Ns
    E. nol

    Soal No. 10

    Tiga buah kapasitor C1, C2, dan C3, dengan kapasitas masing-masing 2 µF, 3 µF, dan 6 µF disusun seri, kemudian dihubungkan dengan sumber muatan sehingga kapasitor C3 mempunyai beda potensial (tegangan) sebesar 4 volt. Energi yang tersimpan pada kapasitor C2 adalah ….

    A. 3 µJ
    B. 4 µJ
    C. 8 µJ
    D. 12 µJ
    E. 24 µJ

    Soal No. 11

    Sebuah transformator step down dengan efisiensi 80% mengubah tegangan 1000 volt menjadi 220 volt. Transformator tersebut digunakan untuk menyalakan lampu 220 watt. Besar arus pada bagian primer adalah …

    A. 2,750 A
    B. 2,000 A
    C. 1,250 A
    D. 1,000 A
    E. 0,275 A

    Soal No. 12

    Pernyataan di bawah yang menunjukkan kelemahan dari teori atom Rutherford adalah ….

    A. Atom dari suatu unsur tidak bisa berubah menjadi unsur lain
    B. Atom mempunyai muatan positif yang terbagi merata keseluruhan isi atom
    C. Atom-atom suatu unsur semuanya serupa
    D. Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif
    E. Tidak dapat menjelaskan spektrum garis dari atom hidrogen

    Soal No. 13

    Sebuah belokan jalan datar dirancang untuk dilalui mobil dengan kecepatan maksimum 10 ms–1. Diketahui koefisien gesekan antara ban dan jalan 0,5 dan jari-jari ke lengkungan jalan R m. Maka nilai R adalah … (g = 10 ms–2)

    A. 7,5 meter
    B. 8,0 meter
    C. 10 meter
    D. 15 meter
    E. 20 meter

    Soal No. 14

    Pada sebuah lampu pijar tertulis 100 W, 220 V, apabila lampu tersebut dipasang pada tegangan X volt, maka daya disipasi lampu ternyata hanya 25 watt. Berdasarkan informasi di atas, maka besar nilai X adalah …

    A. 100 Volt
    B. 110 Volt
    C. 150 Volt
    D. 200 Volt
    E. 220 Volt

    Soal No. 15

    Seberkas cahaya yang melalui kisi difraksi dengan K celah/cm menghasilkan spektrum garis terang orde kedua yang membentuk sudut 30° terhadap garis normalnya. Jika panjang gelombang cahaya yang digunakan 5 × 10–7 meter, maka nilai K adalah …

    A. 1.000 garis/cm
    B. 2.000 garis/cm
    C. 4.000 garis/cm
    D. 5.000 garis/cm
    E. 6.000 garis/cm

    Soal No. 16

    Jarak dua lampu sebuah mobil 122 cm. Panjang gelombang rata-rata cahaya yang dipancarkan kedua lampu mobil itu 500 nm. Jika nyala kedua lampu itu diamati oleh seseorang yang diameter pupil matanya 2 mm, maka jarak maksimum mobil dengan orang tersebut supaya nyala kedua lampu masih tampak terpisah adalah …

    A. 2.000 meter
    B. 3.000 meter
    C. 6.000 meter
    D. 4.000 meter
    E. 9.000 meter

    Soal No. 17

    Gelas berisi 200 gram air bersuhu 20°C dimasukkan 50 gram es bersuhu -2°C. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es saja, setelah terjadi kesetimbangan akan diperoleh …
    (cair= 1 kal/grK, ces= 0;5 kal/grK, L = 80 kal/gr)

    A. seluruh es mencair dan suhunya di atas 0°C
    B. seluruh es mencair dan suhunya 0°C
    C. tidak seluruh es mencair dan suhunya 0°C
    D. suhu seluruh sistem di bawah 0°C
    E. sebagian air membeku dan suhu sistem 0°C

    Soal No. 18

    Seorang anak sedang bermain-main di atas bidang licin es seolah mengikuti penari balet. Ketika anak tersebut melipat kedua tangannya, momen inersia anak bernilai 3,2 kg.m2 dan berputar dengan kecepatan sudut 5 rad/s. Jika anak ingin berputar dengan kecepatan sudut 1 rad/s, anak tersebut harus merentangkan tangan sehingga momen inersia anak sebesar …

    A. 0,8 kg.m2
    B. 1,6 kg.m2
    C. 8,0 kg.m2
    D. 12 kg.m2
    E. 16 kg.m2

    Soal No. 19

    Dua buah gabus mengapung di permukaan air yang membentuk gelombang. Ketika gabus pertama berada di puncak gelombang, gabus kedua berada di puncak gelombang lainnya. Gabus pertama dan kedua terpisah sejauh 50 cm dan terdapat satu puncak gelombang lain di antara keduanya. Kedua gabus bergerak naik dan turun dengan frekuensi 20 Hz. Cepat rambat gelombang tersebut adalah …

    A. 0,5 m/s
    B. 1,0 m/s
    C. 2,5 m/s
    D. 5,0 m/s
    E. 10 m/s

    Soal No. 20

    Lima ratus gram es balok bersuhu -10oC sedang berusaha dicairkan secepat mungkin dengan menuangkan 500 gram air bersuhu 80oC. Setelah mencapai kesetimbangan, ternyata masih ada sebagian es yang belum mencair. Es yang belum mencair dipindahkan ke wadah X dan kembali dituangkan 250 gram suatu zat cair bersuhu 50oC. Jika kalor jenis zat cair tersebut adalah 0,57 kal/g oC, suhu akhir cairan di wadah X sebesar …

    A. 0 oC
    B. 7 oC
    C. 17 oC
    D. 27 oC
    E. 37 oC

    Soal No. 21

    Sebuah benda berbentuk kubus terbuat dari bahan yang memiliki massa jenis 0,25 g/cm3. Benda tersebut mengapung di atas cairan X dengan massa jenis 0,9 g/cm3. Dani ingin agar benda kubus melayang di dalam cairan X, sehingga Dani menambahkan benda dengan massa jenis 5 g/cm3 di atas benda kubus. Jika rusuk kubus sebesar 5 cm, berat benda yang harus diletakkan di atas benda kubus sebesar …

    A. 0,99 N
    B. 1,68 N
    C. 2,20 N
    D. 3,20 N
    E. 5,20 N

    Soal No. 22

    Benda A bergerak dengan kecepatan 5 m/s ke arah kanan menabrak benda B yang bergerak berlawanan arah dengan benda A dengan kecepatan 8 m/s. Massa benda A dua kali lebih besar dari massa benda B. Jika setelah tabrakan, benda A bergerak ke kiri dengan kecepatan 2 m/s, pernyataan yang benar adalah …

    A. Tumbukan yang terjadi antara benda A dan benda B adalah lenting sempurna.
    B. Tumbukan yang terjadi antara benda A dan benda B adalah tidak lenting sempurna.
    C. Tumbukan yang terjadi antara benda A dan benda B adalah tidak lenting sama sekali.
    D. Tumbukan yang terjadi antara benda A dan benda B memiliki koefisien restitusi 0,6.
    E. Tumbukan yang terjadi antara benda A dan benda B memiliki koefisien restitusi 0,8.

    Soal No. 23

    Sebuah mobil polisi bergerak dengan kecepatan 20 m/s sambil membunyikan sirine berfrekuensi 1.050 Hz. Sementara itu, seorang pengendara motor bergerak di belakang mobil polisi dengan kecepatan 10 m/s km/jam searah dengan mobil polisi. Cepat rambat bunyi di udara saat itu adalah 330 m/s, maka frekuensi sirine yang didengar oleh pengendara motor adalah …

    A. 1.010 Hz
    B. 1.020 Hz
    C. 1.030 Hz
    D. 1.050 Hz
    E. 1.060 Hz

    Soal No. 24

    Sebuah bola golf bermassa 0,25 kg dipukul hingga melesat meninggalkan stik dengan kelajuan 60 m/s. Jika selang waktu kontak antara stik dan bola 0,03 s, besarnya gaya rata-rata yang dikerjakan stik adalah …

    A. 500 N
    B. 400 N
    C. 300 N
    D. 200 N
    E. 100 N

    Soal No. 25

    Benda bermassa 12 kg terletak pada bidang miring yang licin dan sangat panjang dengan sudut kemiringan 30 terhadap bidang horizontal (g = 10 m/s2). Jika benda tersebut dipengaruhi gaya F = 84 N sejajar bidang miring ke arah puncak selama 10 s, maka jarak yang ditempuh benda itu adalah …

    A. 40 m
    B. 100 m
    C. 124 m
    D. 140 m
    E. 640 m

    Soal No. 27

    Dua buah roda A dan B dengan jumlah geriginya berturut-turut 20 dan 50 diletakkan bersinggungan sehingga masing-masing roda gigi berpasangan. Jika roda A berputar 50 kali dalam satu sekon, kecepatan anguler roda B adalah ….

    A. 100 π rad/s
    B. 100 rad/s
    C. 50 π rad/s
    D. 50 rad/s
    E. 40 π rad/s

    Soal No. 28

    Peluru ditembakan dengan sudut elevasi, dan kecepatan awalnya seperti gambar disamping. Jarak horizontal pada ketinggian yang sama ketika peluru ditembakan (R) adalah ….
    (sin 600 = 0,87 dan g = 10 m.s-2)

    A. 180 m
    B. 360 m
    C. 870 m
    D. 900 m
    E. 940 m

  • Materi Fisika SMA – Rumus Listrik Searah (DC)

    Materi Fisika SMA – Rumus Listrik Searah (DC)

    AhmadDahlan.Net – Dalam Fisika, listrik terbagi berdasarkan arah arus aliran nya. Pembagian tersebut adalah listrik searah atau yang biasa disebut dengan listrik DC (Dirrect Current) dan listrik arus bolak balik atau AC (Alternating Current). Pada artikel ini, akan dibahas lebih lanjut mengenai listrik searah (DC).

    A. Pengertian Listrik Searah

    Listrik searah (DC) merupakan aliran elektron dari titik potensial tinggi menuju titik potensial rendah. Selain itu, arus listrik searah (DC) dapat juga diartikan sebagai aliran elektron yang mengalir satu arah dari kutub positif menuju kutub negatif.

    B. Persamaan Listrik Searah

    1. Hukum Ohm

    Hukum Ohm menyatakan bahwa kuat arus yang mengalir dalam suatu kawat konduktor akan sebanding dengan beda potensial yang diberikan pada kedua ujung kawat. Hukum Ohm secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

    V=I.R

    dimana,
    V : beda potensial (V)
    I : kuat arus listrik (A)
    R : hambatan listrik (Ω)

    2. Hukum Kirchoff

    a. Hukum Kirchoff 1

    Hukum Kirchoff 1 menyatakan bahwa besar arus listrik yang masuk ke suatu titik percabangan akan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari titik percabangan tersebut

    I_{masuk}=\sum{I_{percabangan}}
    I_{masuk}=I_1+I_2

    dimana,
    Imasuk : kuat arus yang masuk ke percabangan (A)
    I1 : kuat arus pada titik percabangan 1 (A)
    I3 : kuat arus pada titik percabangan 2 (A)

    b. Hukum Kirchoff 2

    Hukum Kirchoff 2 menyatakan bahwa jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian seri tertutup adalah no

    Hukum Khirchoff II
    \sum{IR}+\sum{ε}=0

    dimana,
    I : kuat arus listrik (A)
    R : hambatan listrik (Ω)
    ε : beda potensial (V)

    Untuk lebih memahami mengenai materi Hukum Kirchoff silahkan baca kembali pembahasan berikut :

    https://ahmaddahlan.net/materi-fisika-sma-rumus-hukum-khircoff

    4. Energi Listrik

    Energi listrik secara umum dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

    W=V.I.t

    dimana,
    W : besar energi listrik (J)
    V : beda potensial (V)
    I : kuat arus listrik (A)
    t : waktu (s)

    5. Daya Listrik

    Daya listrik merupakan besarnya energi listrik yang digunakan persatuan waktu. Dalam kehidupan sehari – hari, daya ini biasanya ditandai dengan banyaknya pemakaian listrik yang digunakan, contohnya sebuah rumah yang menggunakan listrik sebesar 900 Watt. Daya listrik secara umum, dapat dihitung menggunakan persamaan :

    P=V.I

    dimana,
    P : besar daya (Watt)
    V : beda potensial (V)
    I : kuat arus listrik (A)

    C. Rangkaian Listrik Searah

    Pada umumnya, komponen yang terdapat pada rangkaian listrik searah adalah hambatan (R), kuat arus listrik (I), dan tegangan (V). Adapun jenis rangkaian yang terdapat pada listrik searah adalah :

    1. Rangkaian Seri

    Rangkaian seri merupakan rangkaian yang tidak memiliki percabangan, seperti pada gambar berikut.

    Pada rangkaian seri listrik searah, berlaku :

    1. Besar hambatan pengganti pada rangkaian seri (Rs) sama dengan jumlah hambatan yang ada pada rangkaian tersebut

    R_s=R_1+R_2+R_3

    2. Besar kuat arus listrik pengganti pada rangkaian seri sama disetiap titiknya.

    I_s=I_1=I_2=I_3

    3. Besarnya tegangan pengganti pada rangkaian seri sama dengan penjumlahan tegangan pada masing – masing hambatan dalam rangkaian

    V_{S}=V_1+V_2

    2. Rangkaian Paralel

    Rangkaian paralalel merupakan rangkaian yang memiliki percabangan, seperti pada gambar berikut.

    Pada rangkaian paralel listrik searah, berlaku :

    1. Besar hambatan pengganti pada rangkaian paralel dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

    \frac{1}{R_p}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}

    2. Besar kuat arus pengganti pada rangkaian paralel sama dengan jumlah arus yang keluar dari percabangan nya.

    I_P=I_1+I_2

    3. Besar tegangan pengganti pada rangkaian paralel sama dengan besar tengangan di tiap hambatan nya.

    V_{p}=V_1=V_2

    D. Contoh Soal

    Perhatikan gambar berikut !

    Sebuah lampu dengan daya sebesar 8 Watt dan tegangan sebesar 4 V di tambahkan kedalam suatu rangkaian DC sederhana. Berapaka nilai hambatan yang harus dimiliki rangkaian tersebut agar lampu dapat menyala dengan normal?

    Dik :
    P = 8 W
    VL = 4 V
    V = 12 V

    Dit :
    R = ?

    Pembahasan :

    1. Pada rangkaian seri, besar kuat arus listrik sama di tiap titik nya, sehingga diperoleh :

    P=V.I
    8\ W=4\ V.I
    I=\frac{8\ W}{4\ V}=2\ A

    2. Menghitung besar tegangan pada resistor rangkaian seri.

    V=V_L+V_R
    12\ V=4\ V+V_R
    V_R=12\ V-4\ V=8\ V

    3. Menghitung besar hambatan

    V_R=I.R
    8\ V=2\ A.R
    R=\frac{8\ V}{2\ A}=4\ Ω

    Jadi, besar hambatan yang dibutuhkan agar lampu menyala dengan normal adalah 4 Ω.

  • Materi Fisika SMA – Rumus Kalor Laten

    Materi Fisika SMA – Rumus Kalor Laten

    AhmadDahlan.Net – Kalor merupakan energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Salah satu contoh perpindahan kalor adalah perubahan es batu yang sebelumnya berwujud padat menjadi cair. Kalor yang menyebabkan es batu mengalami perubahan wujud dinamakan dengan kalor laten. Berikut penjelasan yang lebih lengkap mengenai kalor laten.

    A. Pengertian Kalor Laten

    Kalor Laten merupakan banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh suatu benda untuk merubah wujudnya. Laten berarti tersembunyi atau terpendam, sehingga hal ini berarti pada dasarnya kalor laten terdapat dan tersembunyi dalam benda, dan akan muncul apabila terjadi perubahan fase atau wujud pada benda tersebut. Kalor laten diberi simbol “L” dan memiliki satuan Joule per kilogram (J/kg).

    Terdapat 5 perubahan wujud pada benda yaitu melebur, menguap, membeku, mengembun, dan menyublin. Sehingga, kalor laten terbagi menjadi beberapa jenis, yaitu :

    1. Kalor lebur, yaitu apabila benda padat mengalami perubahan wujud menjadi cair. Kalor lebur sama besar dengan kalor beku.
    2. Kalor uap, yaitu apabila benda cair mengalami perubahan wujud menjadi gas. Kalor uap sama besar dengan kalor embun.
    3. Kalor sublimasi, yaitu apabila benda padat mengalami perubahan wujud menjadi gas dan begitupula sebaliknya.

    B. Persamaan Kalor Laten

    Kalor laten dapat dihitung menggunakan persamaan :

    L=\frac{Q}{m}

    Sehingga, besar kalor yang dibutuhkan benda untuk mengalami perubahan fase, dapat dihitung dengan persamaan :

    Q=m.L

    dimana,
    Q : besar kalor (J)
    L : kalor Laten benda (J/kg)
    m : massa benda (kg)

    C. Contoh Soal

    Besar kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1 gr emas padat menjadi cair apabila kalor lebur emas sebesar 64,5 x 103 J/kg adalah?

    Dik :
    kalor laten = kalor lebur
    m = 1 gr = 10-3 kg
    L = 64,5 x 103 J/kg

    Dit :
    Q = ?

    Pembahasan : 

    Q=m.L
    Q=(10^{-3}\ kg).(64,5\ .\ 10^3\ J/kg)
    Q=64,5\ J

    Jadi besar kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 1 gr emas adalah 64,5 J

  • Materi Fisika SMA – Rumus Dinamika Rotasi

    Materi Fisika SMA – Rumus Dinamika Rotasi

    AhmadDahlan.Net – Sebuah benda dapat bergerak secara translasi dan secara rotasi. Benda yang bergerak pada lintasan lurus atau melengkung dinamakan dengan gerak translasi. Sedangkan benda yang bergerak pada sumbu putarnya disebut dengan gerak rotasi. Untuk memahami penyebab benda dapat melakukan gerak secara rotasi, perhatikan pembahasan berikut.

    A. Pengertian Dinamika Rotasi

    Benda yang bergerak pada sumbu rotasi nya atau pada lintasan melingkar disebut dengan gerak rotasi. Dinamika rotasi adalah ilmu yang mempelajari mengenai penyebab benda dapat bergerak secara rotasi. Apabila meninjau benda yang bergerak secara translasi (bergerak lurus), benda dapat bergerak apabila menerima gaya eksternal. Hal ini juga sama dengan benda yang bergerak secara rotasi. Gaya eksternal yang bekerja pada benda yang bergerak secara rotasi dinamakan Torsi. Torsi merupakan gaya pada sumbu putar yang menyebabkan benda bergerak melingkar.

    B. Persamaan Dinamika Rotasi

    1. Momen Gaya atau Torsi

    Momen gaya merupakan ukuran kecenderungan gaya untuk membuat sebuah benda bergerak memutar terhadap suatu titik poros. Contohnya, gagang pintu, membuka mor menggunakan kunci, dan sebagainya. Adapun momen gaya dapat dihitung menggunakan persamaan :

    \tau=F.r

    apabila gaya yang bekerja tidak membentuk sudut 90o, maka :

    \tau=(F\sin\theta).r

    dimana,
    τ : momen gaya atau torsi (N.m)
    F : besar gaya (N)
    θ : besar sudut (o)
    r : jarak gaya ke titik pusat gaya

    Momen gaya merupakan besaran vektor, hingga kita harus memperhatikan tanda besarannya. Adapun perjanjian tanda arah untuk momen gaya adalah sebagai berikut :

    1. Momen gaya bertanda negatif (-) apabila gaya cenderung membuat benda berputar searah dengan jarum jam
    2. Momen gaya bertanda positif (+) apabila gaya cenderung membuat benda berputar berlawanan arah dengan jarum jam.

    2. Momen Inersia

    Momen inersia merupakan kecenderungan benda untuk mempertahankan keadaanya, baik tetap berotasi maupun tetap diam. Pada gerak rotasi, massa benda dan bentuk benda juga mempengaruhi ukuran kelembaman benda. Adapun persamaan umum untuk menghitung momen inersia adalah :

    I=mr^2

    dimana,
    I : momen inersia
    m : massa (kg)
    r : jarak partikel dari titik poros (m)

    Selain persamaan diatas, berikut persamaan momen inersia untuk berbagai bentuk benda tegar.

    Momen Inersia Benda Tegar

    3. Momentum Sudut

    Momentum sudut pada benda yang bergerak rotasi dapat dihitung menggunakan persamaan :

    L=I.\omega

    dimana,
    L : momentum sudut (kgm2/s)
    I : momen inersia (kgm2)
    ω : kecepatan sudut (rad/s)

    4. Energi Kinetik Rotasi

    Energi kinetik benda yang berotasi dapat dihitung menggunakan persamaan :

    E_k=\frac12I\omega^2

    dimana,
    Ek : Energi kinetik (J)
    I : momen inersia (kgm2)
    ω : kecepatan sudut (rad/s)

    5. Hukum Newton II Pada Gerak Rotasi

    Sebelumnya, kita sudah mengetahui bahwa hukum II Newton dapat dituliskan sebagai berikut :

    F=m.a

    karena pada gerak rotasi, percepatan (a) yang dimaksud adalah percepatan tangensial (aT), maka : 

    F=m.r.\alpha

    Apabila kedua ruas dikalikan dengan variabel r, maka persamaan diiatas menjadi :

    (F)r=(m.r.\alpha)r
    F.r=m.r^2.\alpha

    Sehingga, diperoleh :

    \tau=I.\alpha

    atau

    \tau=I.\frac{a_T}{r}

    dimana,
    τ : total Torsi yang bekerja pada benda
    I : momen inersia benda
    α : percepatan sudut (rad2/s)
    aT : percepatan tangensial (m2/s)
    r : jari – jari (m)

    C. Contoh Soal

    Sebuah bola pejal memiliki massa sebesar 10 kg. Jari-jari yang dimiliki oleh bola pejal tersebut adalah 1 m. Bola tersebut berputar pada porosnya dengan kecepatan sudut sebesar π rad/s. Tentukan energi kinetik dari bola pejal tersebut!

    Pembahasan

    Dik :
    m = 10 kg
    r = 1 m
    ω = π rad/s

    Dit :
    Ek = ?

    Pembahasan :

    1. Menghitung momen inersia bola pejal

    I=\frac25.m.r^2
    I=\frac25.(10\ kg).(1\ m^2)
    I=4\ kg.m^2

    2. Menghitung energi kinetik

    E_k=\frac12.I.\omega^2
    E_k=\frac12.(4\ kg.m^2).((\pi\ rad/s)^2)
    E_k=2\pi^2\ J
  • Materi Fisika SMA – Rumus Energi Potensial

    Materi Fisika SMA – Rumus Energi Potensial

    AhmadDahlan.Net – Sebelumnya kita telah mengetahui tentang energi. Energi merupakan salah satu penyebab kita dapat beraktivitas dalam kehidupan sehari – hari. Salah satu energi yang kita pelajari dalam Fisika adalah Energi Potensial. Berikut penjelasan yang lebih lengkap mengenai energi Potensial.

    A. Pengertian Energi Potensial

    Potensial dapat diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan. Energi Potensial berarti energi yang tersimpan pada sebuah benda dan dapat muncul pada suatu kondisi tertentu. Contohnya karet ketapel yang ditarik akan menegang dan memiliki energi potensial, sehingga apabila dilepaskan akan dapat melontarkan batu dengan kecepatan tertentu.

    Energi potensial yang dimiliki karet ketapel pada contoh diatas dinamakan sebagai energi potensial elastik. Energi potensial elastik disebabkan karena adanya perubahan panjang yang terjadi pada benda elastik, seperti karet, pegas, dan sebagainya. Selain itu, energ potensial yang biasa kita temukan dalam kehidupan sehari – hari adalah energi potensial gravitasi.

    Energi potensial gravitasi merupakan energi potensial yang berhubungan dengan gaya tarik bumi. Setiap benda yang dijatuhkan pada ketinggian tertentu, akan bergerak ke bawah dikarenakan gaya gravitasi bumi, dan akan mengalami penambahan energi kinetik yang berasal dari pengurangan energi potensial.

    B. Persamaan Energi Potensial

    Energi potensial gravitasi dapat dihitung menggunakan persamaan : 

    E_p=m.g.h

    dimana,
    Ep : energi potensial (J)
    m : massa benda (kg)
    g : percepatan gravitasi (m/s2)
    h : ketinggian benda (m)

    Apabila ketinggian benda berubah, maka energi potensial juga akan berubah. Adapun perubahan energi potensial dapat dihitung menggunakan persamaan : 

    ∆E_p=m.g.(h_2-h_1)

    dimana,
    Ep : energi potensial (J)
    m : massa benda (kg)
    g : percepatan gravitasi (m/s2)
    h1 : ketinggian benda pada titik pertama (m)
    h2 : ketinggian benda pada titik kedua (m)

    C. Contoh Soal

    Sebuah benda bermassa 2 kg berada pada ketinggian 2 m dari atas tanah. Benda tersebut kemudian ditambah ketinggian nya hingga memiliki ketinggian sebesar 5 m dari atas tanah. Apabila percepatan gravitasi sebesar 10 m/s2, tentukan lah perubahan energi potensial benda tersebut!

    Pembahasan

    Dik :
    m = 2 kg
    h1 = 2 m
    h2 = 5 m
    g = 10 m/s2

    Dit :
    ∆Ep

    Pembahasan :

    ∆E_p=m.g.(h_2-h_1)
    ∆E_p=(2\ kg).(10\ m/s^2).(5\ m-2\ m)
    ∆E_p=(2\ kg).(10\ m/s^2).(3\ m)
    ∆E_p=60\ J

    Jadi, perubahan energi potensial benda tersebut adalah 60 J.

  • Materi Fisika SMA – Konsep Fisika Kuantum

    Materi Fisika SMA – Konsep Fisika Kuantum

    AhmadDahlan.Net – Fisika merupakan Ilmu yang mempengaruhi tentang gejala alam dan lingkungan sekitarnya. Ilmu Fisika sendiri saat ini sudah melalui banyak perkembangan. Sekitar abad ke 16 Fisika Klasik mulai muncul. Pemahaman klasik ini bertahan hingga abad ke 19. Pada akhir abad ke 19 ditemukan beberapa fenomena yang tidak bisa dijelaskan melalui fisika klasik. Hal ini kemudian menjadi pemicu perkembangan konsep Fisika Modern. Berikut adalah pembahasan mengenai teori Kuantum yang menjadi dasar pengembangan Fisika Modern.

    A. Awal Munculnya Konsep Kuantum

    Fisika Klasik menganggap cahaya sebagai sebuah gelombang. Pada akhir abad ke -19, para fisikawan menghadapi masalah yang tidak dapat di selesaikan menggunakan pemahaman Fisika Klasik. Masalah yang paling menonjol yang dihadapi para fisikawan adalah :

    1. Perhitungan mengenai intensitas cahaya pada panjang gelombang tertentu pada rongga yang di panaskan (benda hitam)
    2. Penjelasan mengenai emisi elektron ketika sebuah logam dikenakan cahaya yang memiliki frekuensi tinggi (Efek Fotolistrik)
    3. Penjelasan mengenai spektrum garis yang dipancarkan oleh unsur gas

    Permasalahan tersebut tidak dapat di jelaskan apabila kita mengikuti pemahaman Fisika Klasik mengenai cahaya. Sehingga, dibutuhkan pemahaman baru mengenai sifat cahaya. Hal ini kemudian mendorong ke perkembangan konsep Fisika mengenai sifat cahaya yang berbentuk partikel (kuanta), atau biasa disebut dengan Teori Kuantum Cahaya.

    B. Gejala Kuantum

    1. Radiasi Benda Hitam

    Benda hitam di definisikan sebagai sebuah benda yang dapat menyerap radiasi elektromagnetik yang diberikan kepadanya. Benda hitam ideal di gambarkan sebagai rongga hitam yang memiliki lubang kecil. Sehingga, cahaya yang masuk melalui lubang tersebut, akan di pantulkan dan di serap di dalam rongga.

    Gustav Kirchoff pada tahun 1859 menyatakan bahwa untuk setiap benda yang berada dalam kesetimbangan termal dengan radiasi yang diberikan, akan menyerap daya yang sebanding dengan daya yang di pancarkannya.

    a. Hukum Stefan – Boltzman

    Hukum Stefan – Boltzman menyatakan bahwa jumlah energi yang di pancarkan per satuan luas permukaan sebuah benda hitam berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu termodinamiknya. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

    \frac{P}{A}=e\sigma T^4
    I_{total}=e\sigma T^4

    dengan,
    P : daya radiasi (watt)
    A : luas permukaan benda (m2)
    I : intensitas radiasi
    e : emisivitas benda
    σ : konstanta Stefan – Boltzmann (5,670 x 10-8 Wm-2K-4)
    T : suhu benda (K)

    b. Hukum Pergeseran Wien

    Hubungan antara panjang gelombang dengan suhu mutlak benda hitam, dinyatakan sebagai berikut :

    \lambda_{max}\ .\ T=C

    dengan,
    λmax : panjang gelombang yang membawa energi maksimum
    T : suhu benda (K)
    C : konstanta Wien (2,898 x 10-3 mK)

    Persamaan di atas disebut dengan Hukum Pergeseran Wien. Pergeseran yang dimaksud pada hukum ini, adalah pergeseran panjang gelombang maksimum spekturm apabila suhu benda berbeda. Perhatikan grafik berikut :

    Terlihat dari grafik di atas, semakin tinggi suhu dari benda maka panjang gelombang maksimum spekturm cahaya juga semakin pendek.

    c. Teori Rayleigh – Jeans

    Menggunakan pemahaman Klasik, Rayleigh dan Jeans kemudian melakukan perhitungan mengenai fungsi distribusi spektrum P(λ,T). Perhitungan tersebut kemudian di sebut dengan Hukum Rayleigh – Jeans dan dituliskan sebagai berikut :

    P(\lambda , T)=8\pi kT\lambda ^{-4}

    dengan k merupakan konstanta Boltzman. Hasil perhitungan yang di peroleh sudah sesuai untuk panjang gelombang yang panjang, tetapi terdapat ketidak sesuaian pada perhitungan untuk panjang gelombang yang pendek.

    d. Teori Planck

    Max Planck dalam menjelaskan mengenai radiasi benda hitam, berpendapat bahwa energi radiasi yang di pancarkan oleh benda hitam bersifat diskontinu. Diskontinu berarti pancaran radiasi nya berbentuk paket – paket energi yang di sebut dengan kuanta cahya. Secara matematis, energi dari kuanta cahaya tersebut di tuliskan sebagai :

    E=nhf

    dengan,
    E : energi radiasi
    n : bilangan kuantum (1, 2, 3, …)
    h : konstanta Planck (6,63 x 10-34 JS)
    f : frekuensi cahaya

    2. Efek Fotolistrik

    Efek fotolistrik adalah peristiwa pelepasan elektron dari sebuah plat logam ketika disinari dengan cahaya. Efek ini pertama kali ditemukan oleh Heinrich Hertz (1887) dan kemudian dijelaskan oleh Einsten pada tahun 1905. Berikut persamaan umum mengenai efek fotolistrik.

    1. Energi Foton

    Foton merupakan energi cahaya yang datang dalam bentuk paket energi. Adapun persamaan umum untuk menghtung energi foton pada efek fotolistrik adalah :

    E=hf

    2. Energi Ambang (fungsi kerja logam)

    Energi ambang merupakan energi minimum foton yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron dari plat logam. Secara umum persamaan nya sebagai berikut :

    E_0=hf_0

    atau

    E_0=Φ

    3. Energi Kinetik Elektron

    Energi kinetik elektron merupakan energi yang dibutuhkan elektron untuk bergerak. Persamaan yang digunakan untuk menghitung energi kinetik adalah :

    E_k=E-E_0
    E_k=hf-hf_0

    selain itu, energi kinetik elektron juga dapat dihitung menggunakan persamaan :

    E_k=eV_s

    Keterangan,
    E : energi foton (J)
    h : konstanta Plank (6,63 x 10-34 Js)
    f : frekuensi cahaya (Hz)
    E0 : energi ambang elektron (J)
    f0 : frekuensi ambang elektron (Hz)
    Φ : energi ambang atau fungsi kerja logam
    Ek : besar energi kinetik elektron
    e : besar muatan elektron
    Vs : tegangan stop

    Bacalah artikel berikut untuk lebih memaham mengenai Efek Fotolistrik.

    3. Efek Compton

    Efek Compton merupakan peristiwa terhamburnya sinar X atau foton ketika menabrak atau di tembakkan elektron. Efek Compton ini pertama kali ditemukan oleh Compton (1992) yang menembakkan sinar X menuju ke sebuah elektron yang diam. Sinar X yang di tembakkan menuju elektron, membuat foton jadi terhambur. Seperti pada gambar berikut :

    Berdasarkan konsep Fisika Klasik, panjang gelombang yang datang sama dengan panjang gelombang setelah ditembakkan. Hal ini tidak sesuai dengan hasil dari Compton yang menemukan panjang gelombang setelah sinar X ditembakkan lebih panjang daripada panjang gelombang sebelum ditembakkan.

    Oleh karena itu, Compton menggunakan konsep kuantum dan menganggap bahwa sinar X yang ditembakkan dianggap sebagai gelombang elektromagnetik yang berbentuk materi.

    Persamaan umum untuk Efek Compton adalah :

    \Delta\lambda=\lambda'-\lambda=\frac{h}{m_0c}(1-\cos\theta)

    Keterangan,
    λ‘ : panjang gelombang sinar setalah tumbukan
    λ : panjang gelombang sinar sebelum tumbukan
    h : konstanta Plank (6,63 x 10-34 Js)
    m0 : massa elektron diam (9,1 x 10-31 kg)
    c : kecepatan cahaya (3 x 108 m/s)

    C. Contoh Soal

    Suatu benda memancarkan radiasi pada suhu 727 oC. Tentukan berapa panjang gelombang yang membawa energi radiasi maksimum? (2,898 x 10-3 mK)

    Pembahasan

    Dik :
    T = 727 oC
    C = 2,898 x 10-3 mK

    Dit :
    λmax = ?

    Pembahasan :
    1. Konversi suhu ke satuan Kelvin

    T=727\ ^0C =727+273\ K=1000\ K

    2. Mencari panjang gelombang maksimum menggunakan Hukum Pergeseran Wienn

    \lambda_{max}\ .\ T=C
    \lambda_{max}\ .\ 1000\ K=2,898\ .\ 10^{-3}\ mK
    \lambda_{max}=\frac{2,898\ .\ 10^{-3}\ mK}{\ 1000\ K}
    \lambda_{max}=2,898\ . \ 10^{-6}\ m

    Jadi, panjang gelombang maksimum yang membawa energi maksimum radiasi adalah 2,898 x 10-6 m

  • Materi Fisika SMA – Rumus Medan Magnet

    Materi Fisika SMA – Rumus Medan Magnet

    AhmadDahlan.Net – Tahukah kalian, kompas apabila didekatkan dengan magnet akan mengalami penyimpangan. Penyimpangan yang dimaksud berarti jarum pada kompas tidak berfungsi sebagaimana mestinya. Hal ini dikarenakan adanya medan magnet yang menyebabkan penyimpangan tersebut. Berikut penjelasan lebih lengkap mengenai medan magnet.

    A. Pengertian Medan Magnet

    Medan magnet merupakan daerah disekitar magnet yang masih dipengaruhi oleh gaya magnet, dimana garis – garis gaya magnet dinyatakan dalam tanda panah. Besar medan magnet dipengaruhi oleh besar gaya magnet yang dimilikinya dan berbanding terbalik dengan jarak titik terhadap sumber magnet.

    Medan magnet juga dapat timbul disekitar kawat berarus listrik. Gejala ini pertama kali ditemukan oleh ilmuwan bernama Hans Christian Oersted (1770-1851). Medan magnet merupakan besaran vektor, sehingga memiliki besar dan arah. Untuk menentukan arah dari medan magneti kita dapat menggunakan kaidah tangan kanan seperti pada gambar berikut :

    B. Persamaan Medan Magnet

    1. Hukum Biot-Savart

    Hukum Biot-Savart dikemukakan oleh Biot (774 – 1862) yang menyempurnakan hasil teoritis dari Laplace (1749 – 1827). Secara matematik hukum ini dinyatakan dalam persamaan berikut :

    dB=k\ \frac{I.dl\sin\theta}{r^2}

    dengan,

    k=\frac{\mu_0}{4\pi}

    dimana,
    dB : kuat medan magnetik (Wb/m2)
    I : kuat arus listrik (A)
    dl : panjjang elemen kawat penghantar (m)
    r : jarak antara titik terhadap kawat (m)
    μ0 : permeabilitas ruang hampa udara (4π x 107 Wb/Am)

    Berdasarkan persamaan diatas, maka kuat medan magnetik atau indusksi magnetik di sekitar arus listrik :

    1. berbanding lurus dengan kuat arus listrik
    2. berbanding lurus dengan panjang kawat penghantar
    3. berbanding terbalik dengan kuadrat jarak suatu titik dari kawat penghantar
    4. arah induksi magnetik regak lurus dengan bidang yang dilalui arus listrik

    2. Induksi Magnetik Pada Kawat Lurus Berarus Listrik

    Besar induksi magnetik pada titik P di sekitar kawat penghantar lurus dapat dinyatakan dalam persamaan :

    B=\frac{\mu_0.I}{2\pi r}

    dimana,
    B : induksi magnetik (Wb/m2)
    μ0 : permeabilitas ruang hampa udara (4π x 107 Wb/Am)
    I : kuat arus listrik (A)
    r : jarak titik dari penghantar (m)

    3. Induksi Magnetik Pada Sumbu Lingkaran Kawat Berarus Listrik

    Untuk penghantar melingkar, induksi magnetik titik P yang berada di pusat lingkaran, dapat dihitung menggunakan persamaan :

    B=\frac{\mu_0.I}{2r}

    apabila kawat penghantar terdiri atas N buah lilitan, maka induksi magnetiknya dapat dihitung menggunakan persamaan :

    B=\frac{\mu_0.I.N}{2r}

    dimana,
    B : induksi magnetik (Wb/m2)
    μ0 : permeabilitas ruang hampa udara (4π x 107 Wb/Am)
    I : kuat arus listrik (A)
    N : jumlah lilitan
    r : jari – jari lingkaran (m)

    4. Induksi Magnetik Pada Sumbu Solenoida

    Apabila titik P berada di pusat selenoida, maka induksi magnetiknya dinyatakan sebagai berikut :

    B=\mu_0\ In

    atau

    B=\frac{\mu_0\ IN}{L}

    Apabila titik P berada di ujung selenoida, maka induksi magnetiknya dinyatakan sebagai berikut :

    B=\frac{\mu_0\ In}{2}

    atau

    B=\frac{\mu_0\ IN}{2L}

    dimana,
    B : induksi magnetik (Wb/m2)
    μ0 : permeabilitas ruang hampa udara (4π x 107 Wb/Am)
    I : kuat arus listrik (A)
    n : jumlah lilitan per satuan panjang
    N : jumlah lilitan
    L : panjang solenoida (m)

    5. Induksi Magnetik Pada Sumbu Toroida

    Besarnya induksi magnetik di pusat sumbu toroida, dapat dinyatakan sebagai berikut :

    B=\mu_0\ In

    atau

    B=\frac{\mu_0\ IN}{2\pi r}

    dimana,
    B : induksi magnetik (Wb/m2)
    μ0 : permeabilitas ruang hampa udara (4π x 107 Wb/Am)
    I : kuat arus listrik (A)
    n : jumlah lilitan per satuan panjang
    N : jumlah lilitan dalam toroida
    2πr : keliling toroida

    C. Contoh Soal

    Sebuah toroida yang memiliki 4.000 lilitan dialiri arus sebesar 5 A. Apabila diketahui jari-jari lingkaran bagian dalam 8 cm dan bagian luar 12 cm. Tentukan besarnya induksi magnet pada toroida tersebut!

    Pembahasan

    Dik :
    N = 4000 lilitan
    I = 5 A
    r1 = 8 cm
    r2 = 12 cm

    Dit :
    B = ?

    Pembahasan :

    1. Mencari jari – jari rata – rata pada toroida

    r=\frac{1}{2}(r_1+r_2)
    r=\frac{1}{2}(8\ cm+12\ cm)=10\ cm=0,1\ m

    2. Mencari besar induksi magnetik

    B=\frac{\mu_0\ IN}{2\pi r}
    B=\frac{4\pi.10^{-7}\ Wb/Am\ .\ 5\ A\ .\ 4000}{2\pi\ .\ 0,1\ m}
    B=\frac{4\ .\ 10^{-3}}{0,1\ m}
    B=4\ .\ 10^{-2}\ T
  • Materi Fisika SMA – Rumus Gelombang Bunyi

    Materi Fisika SMA – Rumus Gelombang Bunyi

    A. Pengertian Gelombang Bunyi

    Gelombang bunyi merupakan gelombang mekanik atau gelombang yang membutuhkan medium perambatan. Gelombang bunyi termasuk ke dalam gelombang longitudional karena memiliki arah rambatan yang searah. Suatu bunyi dapat di dengar apabila memenuhi 3 syarat berikut, yaitu sumber bunyi, medium perambatan, dan pendengar.

    Gelombang bunyi berdasarkan frekuensinya di bedakan menjadi 3, yaitu :

    1. Infrasonik merupakan bunyi yang memiliki frekuensi di bawah 20 Hz (< 20 Hz). Frekuensi bunyi ini umumnya tidak dapat di dengar oleh manusia dan hanya bisa di dengar oleh hewan seperti anjing, jangkrik, gajah, dan sebagainya.
    2. Audiozonik adalah bunyi yang memiliki frekuensi sekitar 20 Hz – 20.000 Hz. Frekuensi bunyi ini merupakan frekuensi yang di dengar oleh manusia.
    3. Ultrasonik adalah bunyi yang memiliki frekuensi di atas 20.000 Hz (> 20.000 hz). Frekuensi bunyi ultrasonik merupakan frekuensi bunyi yang sangat tinggi dan umumnya tidak dapat didengar oleh manusia. Frekuensi ini dapat di dengar oleh hewan tertentu, seperti kalelawar dan lumba – lumba.

    Gelombang bunyi memiliki sifat refleksi (pemantulan), refraksi (pembiasan), dan difraksi.

    B. Persamaan Gelombang Bunyi

    1. Cepat Rambat Bunyi

    Cepat rambat gelombang bunyi secara umum di hitung menggunakan persamaan :

    v=\frac{s}{t}

    Karena bunyi merupakan gelombang yang membutuhkan medium perantara, maka cepat rambat gelombang bunyi dipengaruhi oleh perbedaan medium perambatannya. Adapun persamaan cepat rambat bunyi berdasarkan medium perambatannya adalah sebagai berikut :

    a. Cepat rambat bunyi pada medium zat padat

    v=\sqrt{\frac{E}{\rho}}

    dengan,
    v : cepat rambat bunyi (m/s)
    E : modulus Young (N/m2)
    ρ : massa jenis zat padat (kg/m3)​​

    b. Cepat rambat bunyi pada medium zat cair

    v=\sqrt{\frac{\beta}{\rho}}

    dengan,
    v : cepat rambat bunyi (m/s)
    β : ​​modulus curah (N/m2)
    ρ : massa jenis zat cair (kg/m3)​​

    a. Cepat rambat bunyi pada medium zat padat

    v=\sqrt{\frac{\gamma\ P}{\rho}}

    atau

    v=\sqrt{\gamma\ \frac{RT}{M}}

    dengan,
    v : cepat rambat bunyi (m/s)
    γ : konstanta yang bergantung pada jenis gas
    P : tekanan gas
    R : tetapan molar gas (J/mol.K)
    T : suhu (K)

    2. Sumber Bunyi

    Sumber bunyi adalah sesuatu yang bergetar. Terdapat berbagai alat musik yang termasuk sumber bunyi, seperti gitar, biola, harmonila, dan sebagai nya. Adapun sumber bunyi yang di gunakan pada alat musik adalah :

    a. Sumber Bunyi Dawai

    Dawai merupakan sumber bunyi yang di gunakan pada alat musik gitar. Senar gitar yang di petik akan menimbulkan getaran dan menghasilkan nada. Berikut beberapa nada dan frekuensi yang dihasilkan oleh dawai.

    Dari persamaan sumber bunyi dawai diatas, dapat di simpulkan persamaan yang di gunakan untuk menghitung panjang tali dawai (l) adalah :

    l=\frac{n\lambda_n}{2}

    Perbandingan antara frekuensi dari tiap nada dawai adalah sebagai berikut :

    f_1:f_2:f_3:f_4=\frac{v}{2l}:\frac{v}{l}:\frac{3v}{2l}:\frac{2v}{l}
    f_1:f_2:f_3:f_4=1(\frac{v}{2l}):2(\frac{v}{2l}):3(\frac{v}{2l}):4(\frac{v}{2l})

    Sehingga, dari perbandingan di atas di peroleh :

    f_n=\frac{v}{\lambda_n}=\frac{n.v}{2l}=n.f_1

    dengan,
    l : panjang tali (m)
    n : 1, 2, 3, dst..
    λn : panjang gelombang nada ke n
    fn : frekuensi nada ke n
    v : kecepatan rambat gelombang (Hz)

    b. Sumber Bunyi Pipa Organa

    Sumber bunyi pipa organa atau yang biasa disebut dengan kolom udara merupakan sumber bunyi yang di gunakan oleh alat musik seruling atau terompet. Terdapat dua sumber bunyi pipa organa, yaitu pipa organa terbuka dan tertutup

    Pipa Organa Terbuka

    Berikut beberapa nada dan frekuensi yang di hasilkan oleh pipa organa terbuka.

    Dari tabel di atas, dapat di simpulkan persamaan yang digunakan untuk menghitung panjang tali (l) adalah :

    l=\frac{n\lambda_n}{2}

    Perbandingan antara frekuensi dari tiap nada dawai adalah sebagai berikut :

    f_1:f_2:f_3:f_4=\frac{v}{2l}:\frac{v}{l}:\frac{3v}{2l}:\frac{2v}{l}
    f_1:f_2:f_3:f_4=1(\frac{v}{2l}):2(\frac{v}{2l}):3(\frac{v}{2l}):4(\frac{v}{2l})

    Sehingga, dari perbandingan di atas diperoleh :

    f_n=\frac{v}{\lambda_n}=\frac{n.v}{2l}=n.f_1

    dengan,
    l : panjang tali (m)
    n : 1, 2, 3, dst..
    λn : panjang gelombang nada ke n
    fn : frekuensi nada ke n
    v : kecepatan rambat gelombang (Hz)

    Pipa Organa Tertutup

    Berikut beberapa nada dan frekuensi yang dihasilkan oleh pipa organa tertutup.

    Dari tabel di atas, dapat di simpulkan persamaan yang digunakan untuk menghitung panjang tali (l) adalah :

    l=\frac{(n+(n-1))}{4}\lambda_n

    Perbandingan antara frekuensi dari tiap nada dawai adalah sebagai berikut :

    f_1:f_2:f_3:f_4=\frac{v}{4l}:\frac{3v}{4l}:\frac{5v}{4l}:\frac{7v}{4l}
    f_1:f_2:f_3:f_4=1(\frac{v}{4l}):3(\frac{v}{4l}):5(\frac{v}{4l}):7(\frac{v}{4l})

    Sehingga, dari perbandingan di atas di peroleh :

    f_n=\frac{v}{\lambda_n}=(n+(n-1)).\frac{v}{4l}=(n+(n-1)).f_1

    dengan,
    l : panjang tali (m)
    n : 1, 2, 3, dst..
    λn : panjang gelombang nada ke n
    fn : frekuensi nada ke n
    v : kecepatan rambat gelombang (Hz)

    3. Efek Dopler

    Efek doppler merupakan penggambaran perubahan frekuensi suara yang di hasilkan oleh sumber suara yang bergerak terhadap pengamat. Persamaan umum untuk efek doppler adalah sebagai berikut : 

    f_p=(\frac{v\pm v_p}{v\pm v_s})f_s

    dengan,
    fp : frekuensi bunyi yang di dengar observer (Hz)
    v : cempat rambat bunyi di udara (m/s)
    vp : kecepatan observer (m/s)
    vs : kecepatan sumber bunyi (m/s)
    fs : frekuensi bunyi yang di keluarkan sumber bunyi (Hz)

    Adapun perjanjian tanda yang digunakan pada persamaan diatas adalah :

    1. tanda (+) digunakan apabila observer mendekati sumber bunyi atau sumber bunyi menjauhi observer (pendengar)
    2. tanda (-) digunakan apabila observer menjauhi sumber bunyi atau sumber bunyi mendekati observer (pendengar)

    Bacalah artikel berikut untuk pembahasan lebih lanjut mengenai Efek Doppler.

    4. Intensitas Bunyi

    Intensitas bunyi merupakan ukuran kenyaringan suara atau besar daya yang di hasilkan oleh gelombang bunyi per satuan luas bidang. Secara umum intensitas bunyi memiliki persamaan sebagai berikut :

    I=\frac{P}{A}=\frac{P}{4\pi r^2}

    dengan,
    I : intensitas bunyi (W/m2)
    P : daya (W)
    A : luas bidang (m2)

    Apabila sumber bunyi sama tetapi di dengar dari jarak yang berbeda, maka perbandingan intensitas bunyinya adalah :

    \frac{I_1}{I_2}=\frac{r_2^2}{r_1^2}

    dengan,
    I1 : intensitas bunyi 1 pada jarak 1 (W/m2)
    I2 : intensitas bunyi 2 pada jarak 2 (W/m2)
    r1 : jarak 1 dari sumber bunyi (m)
    r2 : jarak 2 dari sumber bunyi (m)

    Bacalah artikel berikut untuk pembahasan lebih lanjut mengenai Intensitas Bunyi.

    C. Contoh Soal

    Sebuah pipa panjangnya 2,5 m. Tentukan tiga frekuensi harmonik terendah jika pipa terbuka pada kedua ujungngya (v = 350 m/s)!

    Pembahasan

    Dik :
    Sumber bunyi adalah pipa organa terbuka
    l = 2,5 m
    v = 350 m/s

    Dit :
    f1, f2, f3

    Pembahasan :

    f_n=\frac{n.v}{2l}

    1. Sumber bunyi nada 1

    f_1=\frac{1.(350\ m/s)}{2(2,5\ m)}
    f_1=\frac{(350\ m/s)}{5\ m}=70\ Hz

    2. Sumber bunyi nada 2

    f_n=n.f_1
    f_2=2.(70\ Hz)
    f_2=140\ Hz

    3. Sumber bunyi nada 3

    f_n=n.f_1
    f_3=3.(70\ Hz)
    f_2=210\ Hz
  • Materi Fisika SMA – Konsep Fisika Inti

    Materi Fisika SMA – Konsep Fisika Inti

    AhmadDahlan.Net – Pernahkah kalian mendengar pembangkit listrik tenaga nuklir? Pembangkit listrik tenaga nuklir dalam pengoprasiannya menggunakan unsur radioaktif. Unsur tersebut kemudian meluruh untuk menghasilkan energi. Salah satu contoh unsur radioaktif yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir adalah uranium. Perhatikan penjelasan berikut untuk lebih memahami tentangg radioaktivitas.

    A. Inti Atom

    1. Pengertian Inti Atom

    Konsep inti atom disampaikan oleh Rutherford yang menyatakan bahwa massa seluruh atom terkumpul pada suatu titik yang bermuatan positif dan dinamakan dengan inti atom. Atom memiliki 3 partikel penting, yaitu elektron, proton, dan neutron. Secara umum sebuah atom dinotasikan sebagai berikut :

    dengan,
    A : nomor massa
    Z : nomor atom
    (A-Z) : jumlah neutron

    2. Persamaan Inti Atom

    a. Defek massa

    Defek massa merupakan perbedaan jumlah massa inti dengan jumlah keseluruhan massa nukleon. Defek massa secara dmatematik di tuliskan sebagai berikut :

    \Delta m=(Z.m_p+(A-Z)m_n)-m_{inti}

    keterangan,
    Δm : defek massa
    Z : jumlah proton
    mp : massa proton
    (A – Z) : jumlah neutron
    mn : massa neutron
    minti : massa inti

    b. Energi ikat inti

    Energi ikat inti dapat di hitung menggunakan persamaan :

    \Delta E=\Delta m\ .\ 931,5\ MeV

    Adapun persamaan untuk menghitung energi ikat per-nukleon adalah :

    E_n=\frac{ E}{A}

    keterangan,
    En : energi ikat per nukleon
    ΔE : energi ikat inti
    Δm : defek massa
    A : nomor massa

    B. Radioaktivitas

    1. Pengertian Radioaktivitas

    Radioaktivitas merupakan peristiwa terurainya beberapa inti atom secara spontan yang bersamaan dengan pemancaran sinar alfa, beta, ataupun gamma. Sinar yang terpancar dari peristiwa radioaktivitas dinamakan sebagai sinar radioaktif, dan unsur yang memancarkan sinar radioaktif dinamakan dengan zat radioaktif. Berikut beberapa karakteristik dari sinar radioaktif.

    2. Peluruhan Radioaktif

    a. Peluruhan sinar alfa

    Suatu unsur radioaktif yang memancarkan sinar alfa akan menyebabkan nomor atomnya berkurang dua dan nomor massanya berkurang empat. Sehingga akan menghasilkan inti atom lain (inti anak) ditambah dengan inti Helium. Persamaan peluruhan nya adalah sebagai berikut :

    Berikut contoh peluruhan sinar alfa

    Adapun sifat alamiah dari sinar alfa adalah :

    1. Sinar alfa merupakan inti He.
    2. Memiliki daya ionisasi paling kuat diantara sinar radioaktif yang lain
    3. Memiliki daya tembus paling lemah diantara sinar radioaktif yang lain
    4. Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet
    5. Memiliki jangkauan beberapa sentimeter di udara dan 100 mm di dalam logam

    b. Peluruhan sinar beta

    Salah satu bentuk peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron menjadi proton, elektron, maupun antineutrino. Proton merupakan muatan positif, elektron merupakan muatan negatif, dan antineutrino merupakan muatan netral. Persamaan peluruhan beta adalah sebagai berikut :

    Berikut contoh peluruhan sinar beta.

    Adapun sifat alamiah dari sinar beta adalah :

    1. Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa
    2. Mempunyai daya tembus yang lebih besar dari sinar alfa
    3. Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet

    c. Peluruhan sinar gamma

    Inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi akan kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar gamma. Adapun persamaan untuk peluruhan sinar gamma adalah sebagai berikut :

    Tanda * pada persamaan di atas menandakan inti atom yang berada dalam keadaan eksitasi. Berikut contoh peluruhan sinar gamma.

    Sinar gamma merupakan salah satu dari gelombang elektromagnetik yang ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan beta. Adapun sifat alamiah dari sinar gamma adalah :

    1. Memiliki daya ionisasi paling lemah dibandingkan sinar radioaktif lainnya
    2. Memiliki daya tembus paling besar dibandingkan sinar radioaktif lainnya
    3. Tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet

    2. Persamaan Radioaktivitas

    a. Aktivitas Radioaktif

    Aktivitas radiasi adalah ukuran berapa banyak suatu unsur dapat meluruh dan secara matematis di tuliskan sebagai berikut :

    A=\lambda . N

    aktivitas radioaktif akan semakin melemah seiring dengan proses mencapai kestabilan. Aktivitas radioaktif di gambarkan menggunakan grafik berikut :

    Sehingga, dari grafik di atas, penurunan aktivitas radioaktif dinyatakan dengan persamaan :

    A=A_0.e^{-\lambda t}

    Apabila diketahui besar waktu paruh inti yang meluruh, maka aktivitas radiaoktif dapat dihitung menggunakan persamaan :

    A=A_0.(\frac{1}{2})^{\frac{t}{T}}

    Keterangan,
    A ; aktivitas inti setelah waktu t (kejadian/s atau Bq)
    A0 : aktivitas inti mula – mula
    λ : konstanta peluruhan
    N : jumlah partikel
    t : waktu (s)
    T : waktu paruh inti

    b. Jumlah inti radioaktif

    Inti yang mengalami peluruhan, lama kelamaan akan berkurang seiring dengan waktu. Sehingga, jumlah inti yang mengalami peluruhan dihitung dengan persamaan :

    N=N_0.e^{-\lambda t}

    Apabila diketahui besar waktu paruh inti yang meluruh, maka jumlah inti radiaoktif dapat dihitung menggunakan persamaan :

    N=N_0.(\frac{1}{2})^{\frac{t}{T}}

    Keterangan,
    N ; jumlah inti atom yang tinggal
    N0 : jumlah inti atom mula – mula
    λ : konstanta peluruhan
    t : waktu (s)
    T : waktu paruh inti

    c. Waktu paruh

    Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan oleh unsur radioaktif untuk berkurang hingga menjadi setengah dari jumlah semulanya. Secara matematis waktu paruh di tuliskan sebagai berikut :

    T=\frac{0,693}{\lambda}

    Keterangan,
    T : waktu paruh unsur
    λ : konstanta peluruhan

    C. Contoh Soal

    Grafik di bawah ini merupakan grafik peluruhan sampel radioaktif.

    Jika N = 1/4 N0 dan N0 = 4 x 1020 inti, tentukan :
    a. Waktu paruh unsur radioaktif
    b. konstanta peluruhannya
    c. aktivitas radioaktif mula – mula

    Pembahasan

    Dik :
    N = 1/4 N0
    t = 6 s
    N0 = 4 x 1020

    Dit :
    T = ? ; λ = ? ; A0 = ?

    Pembahasan :
    1. Mencari waktu paruh

    N=N_0.(\frac{1}{2})^{\frac{t}{T}}
    \frac{1}{4}N_0=N_0.(\frac{1}{2})^{\frac{6\ s}{T}}
    \frac{1}{4}=(\frac{1}{2})^{\frac{6\ s}{T}}
    (\frac{1}{2})^2=(\frac{1}{2})^{\frac{6\ s}{T}}
    2=\frac{6\ s}{T}
    T=\frac{6\ s}{2}=3\ s

    2. Mencari konstanta peluruhan

    T=\frac{0,693}{\lambda}
    0,3\ s=\frac{0,693}{\lambda}
    \lambda=\frac{0,693}{0,3\ s}
    \lambda=0,231\ peluruhan/s

    3. Mencari aktivitas mula – mula

    A=\lambda . N
    A_0=\lambda . N_0
    A_0=(0,231)(4.10^{20})
    A_0=0,924\ .\ 10^{20}
    A_0=9,24\ .\ 10^{19}\ Bq