Kategori: Fisika

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

Materi Fisika SMA – Rumus Cermin Datar
AhmadDahlan.Net – Kita biasanya menggunakan cermin untuk melihat penampilan kita. Cermin terbagi menjadi tiga, yaitu cermin datar, cermin cembung, dan cermin cekung. Cermin yang biasanya kita gunakan adalah cermin datar. Berikut penjelasan cermin datar dalam Fisika.

A. Pengertian Cermin Datar

Cermin datar merupakan cermin yang memiliki permukaan datar, licin, dan mengkilap, sehingga dapat memantulkan cahaya. Cermin datar memiliki permukaan yang datar berupa bidang yang lurus. Apabila benda di letakkan di depan cermin, cahaya yang mengenai benda akan diteruskan dan dipantulkan oleh cermin sehingga membentuk sebuah bayangan. Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar memiliki sifat maya, tegak, dan sama besar.

Sinar – sinar istimewa yaitu sinar datang dan sinar pantul bersama dengan garis normal terletak dalam satu bidang datar pada bidang pantul cermin.

B. Persamaan Cermin Datar

1. Tinggi Cermin Datar

Bayangan yang dibentuk oleh cermin datar memiliki ukuran dan jarak yang sama dengan benda, tetapi bayangan memiliki posisi yang terbalik dengan posisi benda.

Untuk melihat bayangan seluruh benda kita di cermin, kita membutuhkan tinggi cermin tertentu. Tinggi cermin yang dibutuhkan dapat dihitung menggunakan persamaan :
```
h_{cermin}=\frac12.h_{benda}
```
2. Jumlah Bayang Pada 2 Cermin Datar

Dua buah cermin datar diletakkan berhadapan hingga membentuk sudut α, diberi sebuah benda diantara cermin tersebut. Bayangan yang terbentuk akan lebih dari 1 bayangan. Hal ini karena bayangan yang terbentuk pada cermin pertama akan dipantulkan ke cermin kedua, kemudian akan dipantulkan lagi ke cermin pertama, dan begitupun sebaliknya. Untuk menghitung banyak bayangan yang terbentuk, dapat menggunakan persamaan berikut :
```
n=\frac{360^o}{α}-1
```
Keterangan,
n : banyak bayangan
α : sudut yang dibentuk 2 cermin

C. Contoh Soal

Sebuah pulpen diletakkan di antara dua buah cermin datar yang disusun berhadapan hingga membentuk sudut sebesar 45° satu sama lain. Hitunglah berapa jumlah bayangan benda yang terbentuk dari kedua cermin tersebut!

Pembahasan

Dik :
α = 45^o

Dit :
n = ?

Pembahasan :
```
n=\frac{360^o}{α}-1
```
```
n=\frac{360^o}{45^o}-1
```
```
n=8-1
```
```
n=7
```
Jadi, terdapat 7 buah bayangan yang terbentuk oleh kedua buah cermin.
12 April 2022
Materi Fisika SMA – Contoh Penerapan Hukum Newton
AhmadDahlan.Net – Sebelumnya, kita sudah membahas mengenai Hukum Newton dalam pembahasan Rumus Gaya. Pada pembahasan kali ini, kita akan membahas mengenai bagaimana penerapan Hukum Newton I dan II pada benda yang berada di bidang datar maupun di bidang miring.

A. Penerapan Hukum Newton

Benda yang diam maupun bergerak dipengaruhi oleh gaya. Suatu benda yang diam, biasa nya memiliki gaya normal dan gaya berat. Gaya normal merupakan gaya yang tegak lurus dengan permukaan benda, sedangkan gaya berat merupakan gaya tarik bumi yang bekerja pada benda. Hukum Newton yang pada umumnya di terapkan pada benda yang diam maupun bergerak adalah Hukum Newton I dan Hukum Newton II.
```
Hukum\ Newton\ I \\ ΣF=0
```
```
Hukum\ Newton\ II \\ ΣF=m.a
```
Gaya yang bekerja pada benda merupakan besaran vektor, sehingga memiliki besar dan arah. Sebelumnya, kita terlebih dulu menetapkan bahwa gaya yang mengarah ke kanan dan ke atas akan bernilai positif (+), sedangkan gaya yang mengarah ke kiri dan ke bawah akan bernilai negatif (-).

B. Contoh Penerapan Hukum Newton

1. Bidang datar licin

Benda yang berada pada bidang datar licin, gaya geseknya dapat di abaikan, sehingga dapat dikatakan bahwa benda tidak dipengaruhi oleh gaya gesek. Untuk memudahkan peninjauan gaya yang bekerja pada benda, dilakukan penegelompokan untuk gaya pada sumbu x dan gaya pada sumbu y.

a. Benda diberi gaya tarik yang sejajar dengan bidang

Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
```
ΣF_x=m.a
```
```
F=m.a
```
```
a=\frac{F}{m}
```
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s²)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
m : massa benda (kg)

Pada sumbu y, benda tidak mengalami pergerakan (bergerak ke atas atau ke bawah). Sehingga berlaku Hukum II Newton.
```
 ΣF_y=0
```
```
N-w=0
```
```
N=w
```
```
N=m.g
```
Keterangan,
N : gaya normal (N)
w : gaya berat (N)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s²)

b. Benda diberi gaya tarik yang membentuk sudut dengan bidang

Benda diberi gaya tarik sebesar F dan membentuk sudut sebesar θ dengan bidang, sehingga gaya tarik tersebut harus di uraikan dalam sumbu x dan sumbu y.

Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
```
ΣF_x=m.a
```
```
F\cos θ=m.a
```
```
a=\frac{F\cos θ}{m}
```
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s²)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
θ : besar sudut (^o)
m : massa benda (kg)

Pada sumbu y, benda tidak mengalami pergerakan (bergerak ke atas atau ke bawah). Sehingga berlaku Hukum II Newton.
```
 ΣF_y=0
```
```
N+F\sin θ-w=0
```
```
N=w-F\sin θ
```
```
N=m.g-F\sin θ
```
Keterangan,
N : gaya normal (N)
w : gaya berat (N)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
θ : besar sudut (^o)

2. Bidang datar kasar

Benda yang berada pada bidang datar kasar memiliki gaya gesek. Benda tidak mendapatkan tambahan gaya di sumbu y, tetapi mendapatkan tambahan gaya gesek di sumbu x. Sehingga persamaan gaya untuk sumbu y di bidang datar kasar sama dengan persamaan gaya untuk sumbu y di bidang datar licin

a. Benda diberi gaya tarik yang sejajar dengan bidang

Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
```
ΣF_x=m.a
```
```
F-f=m.a
```
```
a=\frac{F-f}{m}
```
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s²)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
f : besar gaya gesek benda (N)
m : massa benda (kg)

b. Benda diberi gaya tarik yang membentuk sudut dengan bidang

Benda diberi gaya tarik sebesar F dan membentuk sudut sebesar θ dengan bidang, sehingga gaya tarik tersebut harus di uraikan dalam sumbu x dan sumbu y.

Pada sumbu x, benda diberi gaya tarikan sebesar F, sehingga benda bergerak. Sehingga berlaku Hukum II Newton.
```
ΣF_x=m.a
```
```
F\cos θ-f=m.a
```
```
a=\frac{F\cos θ-f}{m}
```
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s²)
F : besar gaya yang bekerja pada benda (N)
θ : besar sudut (^o)
f : gaya gesek benda (N)
m : massa benda (kg)

3. Gerak benda pada bidang miring licin

Terdapat 2 gaya yang bekerja pada benda yang terdapat di bidang miring, yaitu gaya normal (N) yang tegak lurus dengan permukaan benda dan gaya berat (w) yang arahnya lurus mengarah ke bawah. Gaya berat (w) kemudian di uraikan dalam sumbu x dan y. Sumbu x merupakan bidang miring dan sumbu y tegak lurus dengan bidang miring tersebut.

Pada sumbu x, benda bergerak sehingga berlaku hukum II Newton.
```
ΣF_x=m.a
```
```
w\sin θ=m.a
```
```
a=\frac{w\sin θ}{m}
```
```
a=\frac{m.g\sin θ}{m}
```
```
a=g\sin θ
```
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s²)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
θ : besar sudut (^o)

Pada sumbu y, benda tidak bergerak. Sehingga berlaku Hukum I Newton.
```
 ΣF_y=0
```
```
 N-w\cos θ=0
```
```
 N=w\cos θ
```
```
 N=m.g\cos θ
```
Keterangan,
N : gaya normal (N)
m : massa (kg)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
θ : besar sudut (^o)

4. Gerak benda pada bidang miring kasar

Pada bidang miring kasar, terdapat gaya gesek di sumbu x. Karena pada sumbu y tidak terdapat penambahan gaya, sehingga persamaan gaya untuk sumbu y sama dengan persamaan gaya untuk sumbu y di bidang miring licin.

Pada sumbu x, benda bergerak sehingga berlaku hukum II Newton.
```
ΣF_x=m.a
```
```
w\sin θ-f=m.a
```
```
m.g\sin θ-f=m.a
```
```
a=\frac{m.g\sin θ-f}{m}
```
```
a=g\sin θ-f
```
Keterangan,
a : percepatan benda (m/s²)
g : percepatan gra
f : gaya gesek (N)

C. Contoh Soal

Balok yang massanya 7,5 kg ditarik dengan gaya 60 N di atas lantai mendatar yang kasar. Koefisien gesekan kinetis antara balok dan lantai adalah 0,4. Jika g = 10 m/s², tentukanlah percepatan yang dialami balok.

Pembahasan

Dik :
m = 7,5 kg
F = 60 N
μ_k = 0,4
g = 10 m/s²

Dit :
a = ?

Pembahasan :

1. Mencari besar gaya gesek
```
f=μ_k.N
```
Sebelumnya persamaan gaya di sumbu y, diperoleh :
```
N=m.g
```
sehingga,
```
f=μ_k.(m.g)
```
```
f=0,4\ .\ (7,5\ kg\ .\ 10\ m/s^2)
```
```
f=30\ N
```
2. Mencari percepatan benda
```
a=\frac{F-f}{m}
```
```
a=\frac{60\ N-30\ N}{7,5\ kg}
```
```
a=\frac{30\ N}{7,5\ kg}
```
```
a=4\ m/s^2
```
Sehingga diperoleh besar percepatan benda adalah 4 m/s²
9 April 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Gelombang Cahaya
AhmadDahlan.Net – Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dibedakan menjadi 2 yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik merupakan gelombang yang membutuhkan media sebagai medium perambatannya, sedangkan gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak membutuhkan media sebagai medium perambatannya. Salah satu jenis dari gelombang elektromagnetik ini adalah gelombang cahaya. Berikut penjelasan lebih lengkap mengenai konsep gelombang cahaya.

A. Pengertian Gelombang Cahaya

Gelombang cahaya merupakan salah satu bentuk dari gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak membutuhkan medium perambatan. Gelombang cahaya memiliki panjang gelombang yang dapat terlihat oleh mata, sehingga biasa juga disebut dengan cahaya tampak.

Gelombang cahaya terdiri atas 7 warna, yaitu warna ungu (violet), indigo (nila), biru, hijau, kuning, orange, dan merah. Warna ungu memiliki panjang gelombang terkecil yaitu 400 nm dan warna merah memiliki panjang gelombang terbesar yaitu 780 nm. Sedangkan frekuensi gelombang cahaya terbesar adalah warna ungu yaitu 750 Hz, dan frekuensi gelombang cahaya terkecil adalah warna merah yaitu 380 Hz.

1. Sifat Gelombang Cahaya

Cahaya sebagai gelombang memiliki beberapa sifat, yaitu :

a. Dapat menembus benda bening

Cahaya dapat menembus benda – benda yang bersifat transparan. Contohnya seperti plastik, gelas, air, kertas, dan sebagainya. Cahaya yang dapat menembus benda bening dapat kita lihat dari lampu yang biasanya kita gunakan di rumah.

b. Dapat dipantulkan (Refleksi)

Gelombang cahaya dapat dipantulkan. Apabila cahaya dipantulkan di bidang datar seperti cermin, maka cahaya akan dipantulkan seutuhnya. Sedangkan untuk permukaan yang tidak rata seperti batu, maka cahaya akan akan dibaurkan

c. Merambat lurus

Secara umum, arah rambatan cahaya akan cenderung lurus. Contohnya ketika kita menyalakan senter, seperti pada gambar di bawah ini.

d. Dapat dibiaskan (Refraksi)

Cahaya yang merambat akan mengalami perubahan arah rambatan apabila terjadi perubahan indeks bias antar medium. Contoh nya pensil yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air akan terlihat seakan – akan patah, seperti pada gambar di bawah ini.

2. Karakteristik Gelombang Cahaya

Adapun karakteristik dari gelombang cahaya adalah sebagai berikut:

a. Dispersi

Cahaya polikromatik (putih) dapat diuraikan menjadi cahaya monokromatik yang masing – masing memiliki panjang gelombang yang berbeda apabila melewati medan pembias seperti prisma. Proses penguraian cahaya yang biasa ditemukan di kehidupan sehari – hari adalah pembentukan pelangi.

b. Polarisasi

Gelombang cahaya dan gelombang elektromagnetik lainnya dapat terpolarisasi karena gelombangnya bersifat transversal. Polarisasi cahaya merupakan pengurangan intensitas cahaya setelah melewati media polarisator, sehingga dapat lebih mudah dilihat. Penerapan polarisasi pada gelombang cahaya ini dapat dilihat di penggunaan filter pada kamera, kacamata 3D, penayangan film 3D, dan sebagainya.

c. Interfrensi

Interfrensi merupakan penjumlahan atau penggabungan dua atau lebih gelombang yang koheren dan saling membetuk gelombang cahaya yang baru. Gelombang dikatakan koheren apabila memiliki frekuensi yang sama dab beda fase yang tetap.

Cr: Encyclopedia Britannica, Inc.

d. Difraksi

Difraksi cahaya merupakan proses pelenturan atau pembelokan gelombang cahaya ketika melewati sebuah celah kecil sehingga terpecah menjadi bagian – bagian yang lebih kecil.

B. Persamaan Gelombang Cahaya
```
E=\frac{(h.c)}{λ}
```
Keterangan,
E : energi gelombang cahaya (foton) (J)
h : konstanta Plank (6,63 × 10^-34 Js)
c : kecapatan cahaya (3 x 10⁸ m/s)
λ : panjang gelombang cahaya

C. Contoh Soal

Sebuah sinar berwarna orange memiliki panjang gelombang sebesar 600 nm ditembakkan menuju sebuah celah. Apabila diketahui kecepatan cahaya dari sinar tersebut adalah 3 x 10⁸ m/s, berapakah besar energi yang dimiliki sinar tersebut?

Pembahasan

Dik :
λ = 600 nm = 6 × 10^-7 m
c = 3 x 10⁸ m/s
h = 6,63 × 10^-34 Js

Dit :
E = ?

Pembahasan :
```
E=\frac{(h.c)}{λ}
```
```
E=\frac{(6,63×10^{-34}\ Js\ .\ 3×10^8\ m/s)}{6×10^{-7}\ m}
```
```
E=3,315×10^{-19}\ J
```
7 April 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Hukum Kepler
AhmadDahlan.Net – Semua planet yang ada di tata surya bergerak mengikuti lintasan yang dinamakan orbit. Orbit adalah suatu jalur berulang yang teratur di mana suatu objek mengelilingi objek lainnya. Dalam fisika, terdapat hukum yang membahas mengenai pergerakan planet di tata surya. Hukum tersebut dinamakan Hukum Kepler. Berikut penjelasan lebih lengkap mengenai Hukum Kepler.

A. Pengertian Hukum Kepler

Hukum Kepler mendeskripsikan mengenai bagaimana pergerakan planet di dalam tata surya. Hukum ini pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan asal Jerman yang bernama Johannes Kepler.

B. Persamaan Hukum Kepler

1. Hukum Kepler I

Hukum pertama Kepler menyatakan bahwa semua planet bergerak mengelilingi matahari dalam suatu lintasan yang berbentuk elips, dimana matahari sebagai pusat dari lintasan tersebut. Planet bergerak dalam lintasan yang berbentuk elips, artinya jarak antara planet ke matahari akan berubah seiring dengan pergerakan planet di lintasannya.

Bentuk elips dari lintasan planet (orbit) ditentukan dari nilai eksentrisnya (e). Nilai eksentris orbit berkisar antara 0 sampai 1. Apabila nilai eksentris lintasan mendekati 1, bentuk elips lintasan akan semakin memanjang dan menipis. Sedangkan apabila nilai eksentris lintasan mendekati 0, bentuk elips lintasan akan semakin mendekati bentuk lingkaran.

2. Hukum Kepler II

Hukum Kepler II menyatakan bahwa garis khayal yang menghubungkan antara matahari dengan planet yang bergerak akan mencakup luas daerah yang sama dalam selang waktu yang sama.

Contohnya seperti gambar diatas, planet yang bergerak dari titik 1 ke titik 2 garis khayalnya akan membentuk luasan A₁ dengan selang waktu 1 bulan. Di titik yang berbeda, planet yang sama bergerak dari titik 3 ke titik 4 membentuk luasan A₂ dengan selang waktu yang sama yaitu 1 bulan. Sehingga, menurut hukum ke 2 Kepler luasan A₁ akan memiliki luas daerah yang sama dengan luasan A₂.

Kecepatan planet yang bergerak dalam lintasan orbit tidaklah konstan. Semakin dekat jarak planet ke matahari, maka semakin cepat pergerakan planet. Sebaliknya, semakin jauh jarak planet ke matahari, maka akan semakin lambat pergerakan planetnya.

3. Hukum Kepler III

Hukum 3 Kepler menyatakan kuadrat periode revolusi (T) dari setiap planet akan sebanding dengan pangkat tiga dari jarak rata – rata planet ke matahari. Secara matematis, hukum ke III Keplerdapat dituliskan sebagai berikut :
```
T^2∝r^3
```
atau persamaan diatas dapat dituliskan sebagai :
```
\frac{T_1^2}{r_1^3}=\frac{T_2^2}{r_2^3}
```
Keterangan,
T₁ : periode planet 1
T₂ : periode planet 2
r₁ : jarak planet 1 dengan matahari
r₂ : jarak planet 2 dengan matahari

C. Contoh Soal

Perhatikan gambar di bawah ini!

Apabila diketahui selang waktu planet bergerak dari titik 1 ke titik 2 adalah 30 hari, titik 3 ke titik 4 adalah 30 hari, titik 5 ke titik 6 adalah 40 hari, dan titik 7 ke titik 8 adalah 35 hari, luasan manakah yang memiliki luas daerah yang sama?

Pembahasan

Berdasarkan Hukum II Kepler luasan yang memiliki luas daerah yang sama adalah pergerakan planet yang memiliki selang waktu yang sama juga. Dari soal di atas, diketahui pergerakan planet yang memiliki selang waktu yang sama adalah pergerakan dari titik 1 ke titik 2 dan pergerakan dari titik 3 ke titik 4 yaitu 30 hari. Sehingga, dapat disimpulkan luasan yang memiliki luas daerah yang sama adalah A₁ dan A₂, atau dapat dituliskan sebagai berikut :
```
A_1=A_2
```
6 April 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Fluida Dinamis
AhmadDahlan. Net – Pernahkah kalian memperhatikan air yang keluar dari sebuah selang? Jika kalian perhatikan, air tersebut bergerak dari sebuah kerang menuju ujung selang. Air yang keluar dari selang merupakan salah satu contoh dari penerapan fluida dinamis. Berikut penjelasan lebih lengkap mengenai fluida dinamis.

A. Pengertian Fluida Dinamis

Fluida dinamis merupakan fluida yang bergerak. Terdapat beberapa ciri dari fluida dinamis, yaitu :
1. fluida dianggap tidak kompresibel
2. fluida diasumsikan bergerak tanpa gesekan walaupun ada gerakan materi
3. aliran fluida memiliki kecepatan dan arah gerak partikel yang tetap.
4. memiliki kecepatan yang tetap dan membentuk aliran laminer
B. Persamaan Fluida Dinamis

1. Debit fluida

Debit merupakan laju aliran fluida. Secara umum, debit fluida memiliki persamaan :
```
Q=\frac{V}{t}
```
Keterangan,
Q : debit fluida (m³/s)
V : volume fluida (m³)
t : waktu (s)

2. Azas Kontinuitas

Azas Kontinuitas menyatakan bahwa fluida yang mengalir dalam keadaan tunak (konstan) akan memiliki laju aliran yang sama di setiap titik nya. Secara umum persamaan kontinuitas dituliskan sebagai berikut :
```
A_1v_1=A_2v_2
```
Keterangan,
A₁ : luas penampang 1 (m²)
v₁ : kecepatan aliran fluida di penampang 1 (m/s)
A₂ : luas penampang 2 (m²)
v₂ : kecepatan aliran fluida di penampang 2 (m/s)

3. Azas Bernoulli

Azas Bernoulli menyatakan bahwa kecepatan fluida yang meningkat akan menurunkan tekanan pada fluida tersebut. Secara umum azas Bernoulli memiliki persamaan :
```
P_1+ρgh_1+\frac12ρv_1^2=P_2+ρgh_2+\frac12ρv_2^2
```
Keterangan,
P : Tekanan (Pa)
ρ : massa jenis fluida (kg/m³)
g : percepatan gravitasi (m/s²)
h : ketinggian fluida (m)
v : kecepatan fluida (m/s)

C. Contoh Soal

Air mengalir dari pipa yang berjari jari 3 cm dan keluar melalui sebuah keran yang
berjari jari 1 cm. Jika kecepatan air keluar keran 3 m/s. berapakah kecepatan air dalam pipa?

Pembahasan

Dik :
r_pipa = 3 cm = 0,03 m
r_keran = 1 cm = 0,01 m
v_keran = 3 m/s

Dit :
v_pipa = ?

Jawab :
```
A_{pipa}v_{pipa}=A_{keran}v_{keran}
```
```
\pi r_{pipa}^2v_{pipa}=\pi r_{keran}^2v_{keran}
```
```
\pi (0,03\ m)^2v_{pipa}=\pi (0,01\ m)^2\ (3\ m/s)
```
```
\pi (0,0009\ m^2)v_{pipa}=\pi (0,0001\ m^2)\ (3\ m/s)
```
```
v_{pipa}=\frac{\pi (0,0001\ m^2)}{\pi (0,0009\ m^2)}\ (3\ m/s)
```
```
v_{pipa}=(0,11)\ (3\ m/s)
```
```
v_{pipa}=0,33\ m/s
```
Jadi, kecepatan air di pipa adalah 0,33 m/s
5 April 2022
Persamaan Gas Ideal dan Penurunan Hukum Gas Ideal
AhmadDahlan.NET – Persamaan Gas Ideal adalah sebuah pemodelan matematis yang dilakuakn untuk meramalkan perilaku gas yang mengalami perubahan keadaan. Perubahaan Keadaan gas sendiri sudah diamatai terlebih dahulu oleh Boyle, Charles dan Avogadro dan menghasilkan Hukum Gas Ideal.

A. Hukum Gas ideal

Dalam upaya mengamati karakteristik gas yang ada di dalam semesta dilakukan beberapa eksperimen dan pemodelan untuk memudahkan proses penarikan kesimpulan tentang karakteristik gas itu sendiri. Di mulai dari sifat umum dari gas yang membentuk molekul dengan dua atom berpasangan seperti gas Nitrogen yakni N₂, Oksigen yakni O₂ dan gas-gas lain yang cenderung mengikuti pola ini. Beberapa gas yang lain seperti Helium (He) justru lebih cenderung bersifat monoatomif di alam bebas. Beberapa karakteristik gas ini juga teramati sama di gas diatomik dan monoatomik.

Gas pada umumnya sangat mudah dimampatkan (dikompres) dari keadaan standarnya. Hal tersebut terlihat dari nilai koefisien ekspansi gas yang sangat tinggi. Implikasinya, gas akan dengan mudah memuai ketika mengalami perubahan suhu. Bahkan untuk perubahan suhu yang sangat kecil sekalipun. Mayoritas gas bahkan memiliki nilai koefisien rata-rata ekspansi (β) yang sama. Hal ini tentu saja memicu pertanyaan mengapa Gas Diatomik ini memiliki karakteristik yang nyaris sama? Padahal karaketristik fisik dan kimia dari masing-masing atom penyusun gas berbeda, Misalnya N berbeda dengan O dan berbeda dengan C dan seterusnya.

Hal tersebut ternyata disebabkan oleh jarak antar partikel penyusun gas yang berjauhan jika dibandingkan dengan ukuran partikelnya. Jaraknya seperti ilustrasi berikut !

Jarak yang begitu jauh ini membuat gaya tarik antar partikel gas ini sangatlah lemah bahkan cenderung bisa diabaikan kecuali pada saat mereka bertabrakan satu sama lain. Ketika bertabrakan, kecepatan sangat tinggi sehingga terjadi tumbukan lenting sempurna. Gerakan atom dan molekul pada gas sangat cepat sehingga memenuhi semua ruangan dengan suhu di atas titik didih dari masing-masing gas. Hal ini sangat berkebalikan dengan karakteristik dari sifatnya dalam fase liquid dan solid.

Gas ini kemudian dijadikan bahan eksperimen untuk mengamati perubahaan keadaan gas yakni P, V dan T. Eksperimen dilakukan dilakukan untuk mengamati perubahan dari keadaan jika salah satu besar di jaga tetap konstan. Hasil percobaan dan orang ayng mengamatinay sebagai berikut :

1. Boyle

Boyle memasukan sejumlah gas dalam sebuah piston dan menjaga pada suhu konstan. Gas tersebut kemudian ditekan agar nilai P semakin besar. Hasilnya setiap kenaikan nilai P akan menyebabkan nilai V turun. Dengan demikian ditemukan hubungan :
```
V ∝ \frac{1}{P}
```
pada n dan T konstan

2. Charles

Charles melakukan percobaan pad asejumlah gas pada kondisi tekanan konstan. Hasil yang didapatkan Charles bahwa setiap kenaikan suhu akan menghasilkan peningkatan volume dari gas, namun tidak berlaku sebaliknya. Kesimpulan dari Charles ditunjukkan :
```
V ∝ T
```
pada n dan P konstan

3. Avogadro

Hukum Avogadro menyatakan bahwa setiap penambahan jumlah partikel ke dalam bejana pada suhu dan tekanan yang sama akan mengakibatkan perubahan volume dari gas.
```
V ∝ n
```
pada P dan T konstan.

Ketiga hukum tersebut selanjutnya disatukan dan menghasilkan :
```
V∝\frac{nT}{P}
```
Pada perubahan suhu rendah dan tidak ekstrem, hubungan antara V ini proposional terhadap suhu dan berbanding terbalik dengan Tekanan gas. Dengan demikian pemodelan ini bisa dirubah ke dalam persamaan dengan sebuah nilai konstanta
```
V= konst.\frac{nT}{P}
```
Konstanta dalam percobaan ini disebut sebagai konstanta gas Ideal (R) dengan demikian persamaan dapat ditulis dalam bentuk :
```
V= \frac{RnT}{P}
```
Kedua ruas ini kemudian dikalikan dengan P lalu didaptkan persamaan :

PV = nRT

Persamaan PV = nRT ini selanjutnya disebut sebagai Hukum Gas Ideal.

Gas Ideal sendiri didefenisikan sebagai gas Hipotetik yang memiliki karakteristik partikel yang tidak dipengaruhi oleh gaya tarik antar molekul gas penyusunnya. Pada kenyataannya hampir tidak ada gas yang tidak dipengaruhi oleh gaya tarik satu sama lain, namun pada kondisi tertentu gaya tarik ini sangatlah lemah sehingga dapat diabaikan.

Kondisi tertentu tersebut berada pada kondisi ekstrem seperti tekanan yang sangat tinggi atau suhu gas yang sangat rendah. Kedua kondisi dapat membuat jarak antar partikel semakin dan gaya antar partikel tidak bisa diabaikan lagi.

Sedangkan nilai R sendiri berdasarkan pengamaatan adalah :

R = 0.08206 L.atm.K^-1.mol^-1 atau R = 8.3145 J.K^-1.mol^-1

B. Keadaan Standar Gas

Dalam pengukuran besaran-besaran yang terkait dengan konstanta gas ternyata tidaklah benar-benar konstan. Sebagaimana yang telah dijelaskan di atas bahwa sifat gas ideal hanya berlaku pada kondisi tertentu.

Agar terbentuk presepsi yang sama dengan besaran-besaran tersebut tentu saja dibutuhkan kesepakatan keadaan standar yang mendekskripsikina kondisi gas. Keadaan standar tersebut sebagai sebagai STP yakni Standard Temperature and Pressure.

Standar ini ditentukan berdasaarkan dua kondisi yakni Suhu 0^oC (273.15 K) dan tekanan 1 bar atau setara dengan 10⁵ Pa. Perhatikan satandar tekanan 1 bar ini adalah kesepakatan baru dimana sebelumnya tekanan standar di defenisikan sebagai 1 atm atau 1.01 x 10⁵Pa.

Standar ini selanjutnya bisa digunakan untuk menghitung volume dari 1 mol gas dalam keadaan ideal dengan persamaan :
```
V = \frac{nRT}{P}
```
Hasil perhitungan menunjukkan volume idela 1 mol gas idela setara dengan 22.71 L pada STP dan 22,41 L pada suhu 0^oC dan 1 atm. Volume ini seteara dengan volume 3 bola basket.
4 April 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Kapasitor
AhmadDahlan.Net – Komponen elektronika merupakan sebuah alat yang menjadi pendukung dalam suatu rangkaian listrik. Komponen elektronika terbagi menjadi dua, yaitu komponen aktif dan pasif. Salah satu contoh dari komponen elektronika pasif adalah kapasitor. Untuk memahami mengenai komponen kapasitor, perhatikan penjelasan berikut.

A. Pengertian Kapasitor

Kapasitor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang memiliki dua keping sejajar dan berfungsi untuk menyimpan muatan sementara. Kapasitor memiliki satuan Farad (F). Lambang kapasitor dalam elektronika disimbolkan sebagai berikut :

Simbol Kapasitor

B. Persamaan Kapasitor

1. Besar Nilai Kapasitansi
```
C=\frac{Q}{V}
```
Keterangan,
C : besar kapasitansi kapasitor (F)
Q : besar muatan listrik (C)
V : beda potensial (V)

Selain persamaan di atas, apabila diketahui bentuk dan posisi kedua keping sejajar kapasitor, nilai kapasitansinya dapat dihitung menggunakan persamaan :
```
C=\frac{€A}{d}
```
Keterangan,
C : besar kapasitansi kapasitor (F)
A : luas plat sejajar (m²)
d : jarak antara dua plat (m)
€ : permeabilitas bahan penyekat (C2/Nm2)

2. Beda Potensial Kapasitor

Beda potensial pada kapasitor dapat dituliskan sebagai berikut :
```
Q_1=Q_2
```
```
C_1V_1=C_2V_2
```
Keterangan,
Q : besar muatan listrik (C)
C : besar kapasitansi kapasitor (F)
V : beda potensial (V)

3. Besar Energi dalam Kapasitor

Besar energi yang tersimpan dalam kapasitor dapat dihitung menggunakan persamaan :
```
W=\frac12(QV)=\frac12(CV^2)
```
Keterangan,
W : jumlah energi yang tersimpan (J)
Q : besar muatan listrik (C)
V : beda potensial (V)
C : besar kapasitansi kapasitor (F)

C. Rangkaian Kapasitor

1. Rangkaian Seri Kapasitor

Pada rangkaian seri kapasitor, besar muatan di kapasitor 1, 2, dan 3 adalah sama. Sehingga diperoleh :
```
Q_{s}=Q_1=Q_2=Q_3
```
Beda potensial pengganti (total) pada rangkaian seri kapasitor merupakan jumlah dari beda potensial dari tiap kapasitor. Sehingga diperoleh :
```
V_s=V_1+V_2+V_3
```
Sebelumnya diketahui C = Q/V dan V = Q/C , sehingga diperoleh :
```
\frac{Q_s}{C_s}=\frac{Q_1}{C_1}+\frac{Q_2}{C_2}+\frac{Q_3}{C_3}
```
Sehingga, besar kapasitansi dari kapasitor pengganti untuk rangkaian seri adalah :
```
\frac{1}{C_s}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}
```
Keterangan,
Q_s : besar muatan listrik pengganti rangkaian seri (C)
V_s : beda potensial pengganti rangkaian seri (V)
C_s : besar kapasitansi pengganti rangkaian seri (F)

2. Rangkaian Paralel Kapasitor

Beda potensial pengganti (total) pada rangkaian paralel kapasitor adalah sama di tiap titiknya. Sehingga diperoleh :
```
V_p=V_1=V_2=V_3
```
Pada rangkaian paralel kapasitor, besar muatan pengganti adalah jumlah dari besar muatan di tiap kapasitor. Sehingga diperoleh :
```
Q_{p}=Q_1+Q_2+Q_3
```
Sebelumnya diketahui C = Q/V dan Q=CV , sehingga diperoleh :
```
C_pV_p=(C_1V_1)+(C_2V_2)+(C_2V_2)
```
Sehingga, besar kapasitansi dari kapasitor pengganti untuk rangkaian paralel adalah :
```
C_{p}=C_1+C_2+C_3
```
Keterangan,
Q_p : besar muatan listrik pengganti rangkaian paralel (C)
V_p : beda potensial pengganti rangkaian paralel (V)
C_p : besar kapasitansi pengganti rangkaian paralel (F)

C. Contoh Soal

Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar di bawah. Jika C₁ = 2 μF, C₂ = 4 μF, C₃ = 4 μF, maka kapasitas penggantinya adalah…

Pembahasan :

Dik :
C₁ = 2 μF
C₂ = 4 μF
C₃ = 4 μF

Dit :
C_p = ?

Pembahasan :
1. Kapasitor C₂ dan C₃ disusun secara paralel. Sehingga diperoleh :
```
C_{p}=C_2+C_3
```
```
C_{p}=4\ μF+4\ μF
```
```
C_{p}=8\ μF
```
2. Kapasitor C₂ dan C_p disusun secara seri. Sehingga diperoleh :
```
\frac{1}{C_s}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_p}
```
```
\frac{1}{C_s}=\frac{1}{2\ μF}+\frac{1}{8\ μF}
```
```
\frac{1}{C_s}=\frac{4}{8\ μF}+\frac{1}{8\ μF}
```
```
\frac{1}{C_s}=\frac{5}{8\ μF}
```
```
C_s=\frac{8}{5}\ μF
```
29 Maret 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Gelombang Mekanik
AhmadDahlan.Net – Gelombang merupakan suatu getaran yang dapat merambat. Berdasarkan media rambatannya, gelombang terbagi atas dua yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Kali ini kita akan membahas mengenai gelombang mekanik.

A. Pengertian Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik merupakan gelombang yang membutuhkan medium untuk merambat, contohnya seperti gelombang suara. Gelombang mekanik berdasarkan arah getarannya terbagi dalam dua jenis, yaitu gelombang transversal dan gelombang longitudional.

B. Persamaan Gelombang Mekanik

1. Panjang Gelombang

Panjang gelombang atau biasa disebut dengan lamda (λ) merupakan panjang siklus satu gelombang.

Gelombang Transversal

Panjang gelombang pada gelombang transversal merupakan jarak untuk 1 puncak dan 1 lembah atau biasa juga dikatakan jarak antara 2 puncak gelombang, seperti pada gambar di atas. Puncak pada gelombang transversal merupakan titik tertinggi pada gelombang. Sedangkan lembah merupakan titik terendah pada gelombang.

Gelombang Longitudinal

Panjang gelombang pada gelombang longitudinal merupakan jarak untuk 1 rapatan dan 1 regangan.

Secara umum panjang gelombang juga dapat dihitung menggunakan persamaan:
```
λ=\frac{s}{n}
```
Keterangan,
λ : panjang gelombang (m)
s : jarak tempuh gelombang (m)
n : jumlah gelombang yang terbentuk

2. Frekuensi Gelombang

Frekuensi adalah banyaknya gelombang yang terbentuk per – satuan waktu. Secara umum frekuensi dapat dihitung menggunakan persamaan :
```
f=\frac{n}{t}
```
atau
```
f=\frac{1}{T}
```
Keterangan,
f : frekuensi gelombang (Hz)
n : jumlah gelombang yang terbentuk
t : waktu tempuh gelombang (s).
T : periode gelombang (s)

3. Periode Gelombang

Periode gelombang dapat dihitung menggunakan persamaan:
```
T=\frac{t}{n}
```
atau
```
T=\frac{1}{f}
```
Keterangan,
T : periode gelombang (s)
t : waktu tempuh gelombang (s)
n : jumlah gelombang yang terbentuk
f : frekuensi gelombang (Hz)

4. Cepat Rambat Gelombang

Cepat rambat gelombang dapat dihitung menggunakan persamaan:
```
v=λf=\frac{λ}{T}
```
Keterangan,
v : kecepatan rambat gelombang (m/s)
λ : panjang gelombang (m)
f : frekuensi gelombang (Hz)
T : periode gelombang (s)

C. Contoh Soal

Seutas tali digerakkan salah satu ujung nya hingga membentuk gelombang seperti pada gambar berikut.

Jika tali digerakkan selama 0,5 s, hitunglah panjang gelombang, frekuensi dan cepat rambat gelomang pada tali tersebut.

Pembahasan

Dik :
s = 50 cm = 0,5 m
t = 0,5 s

Dit :
λ = ?
f = ?
v = ?

Pembahasan :
1. Menentukan banyak gelombang yang terbentuk (n)

Dengan menggunakan konsep panjang gelombang longitudinal merupakan jarak antara 2 puncak, maka diperoleh n = 2. Seperti pada gambar berikut.

2. Mencari panjang gelombang
```
λ=\frac{s}{n}
```
```
λ=\frac{0,5\ m}{2}
```
```
λ=0,25\ m
```
3. Mencari frekuensi
```
f=\frac{n}{t}
```
```
f=\frac{2}{0,5\ s}
```
```
f=4\ Hz
```
4. Mencari cepat rambat gelombang
```
v=λf
```
```
v=(0,25\ m)(4\ Hz)
```
```
v=1\ m/s
```
26 Maret 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Hukum Khircoff
AhmadDahlan.Net – Suatu rangkaian listrik biasanya memiliki arus yang mengalir di dalam nya, sumber tegangan, dan juga hambatan. Sebelumnya, kita sudah mengetahui bagaimana hubungan antara sumber tegangan, kuat arus, dan hambatan listrik dalam Hukum Ohm.

Saat ini kita akan membahas mengenai bagaimana perilaku kuat arus listrik dan beda potensial listrik dalam suatu rangkaian yang akan dibahas dalam Hukum Khirchoff.

A. Pengertian Hukum Khirchoff

Hukum Khirchoff merupakan hukum yang membahas mengenai kuat arus listrik dan beda potensial listrik dalam suatu rangkaian listrik. Hukum ini pertama kali dikemukakan oleh fisikawan asal Jerman yang bernama Gustav Robert Khirchoff. Hukum Khirchoff terbagi dalam dua bagian, yaitu Hukum I Khirchoff dan Hukum II Khirchoff.

B. Persamaan Hukum Khirchoff

1. Hukum Khirchoff 1

Hukum Khirchoff I menyatakan bahwa besar arus listrik yang masuk ke suatu titik percabangan akan sama dengan jumlah arus listrik yang keluar dari titik percabangan tersebut.

Berdasarkan gambar di atas, besar kuat arus listrik yang masuk ke percabangan menurut Hukum Khirchoff I adalah :
```
ΣI_{masuk}=ΣI_{keluar}
```
```
I_1=I_2+I_3
```
Keterangan,
I₁ : Besar kuat arus listrik yang masuk ke percabangan (A)
I₂ : Besar kuat arus listrik percabang (A)
I₃ : Besar kuat arus listrik percabang (A)

2. Hukum Khirchoff II

Hukum khirchoff II berlaku pada rangkaian listrik seri (tidak bercabang) dan tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah aljabar beda potensial (tegangan) pada suatu rangkaian tertutup adalah nol.

Secara umum persamaan Hukum Khircoff II dapat dituliskan sebagai berikut :
```
ΣIR+Σε=0
```
Keterangan,
I : kuat arus listrik (A)
R : bersar hambatan (Ω)
ε : gaya gerak listrik (V)

Terdapat beberapa aturan dalam menganalisa rangkaian menggunakan Hukum Khirchoff II, yaitu :
1. Arah loop ditentukan searah jarum jam atau berlawanan arah dengan jarum jam
2. Besar penurunan tegangan ΣIR akan bernilai positif apabila searah dengan arah loop
3. Besar penurunan tegangan ΣIR akan bernilai negatif apabila berlawanan arah dengan arah loop
4. Gaya gerak listrik Σε akan bernilai positif apabila loop bertemu dengan kutub positif sumber tegangan
5. Gaya gerak listrik Σε akan bernilai negatif apabila loop bertemu dengan kutub negatif sumber tegangan
C. Contoh Soal

Perhatikan gambar rangkaian berikut ini!

Apabila diketahu R₁ = 2 Ω, R₂ = 4 Ω, dan R₃ = 6 Ω, maka besar kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah?

Pembahasan

Dik :
ε₁ = 9 V
ε₂ = 3 V
R₁ = 2 Ω
R₂ = 4 Ω
R₃ = 6 Ω

Dit :
I = ?

Pembahasan :
1. Tentukan arah dari loop

Berdasarkan gambar di atas, arah loop ditentukan searah dengan jarum jam.

2. Mencari nilai I

Berdasarkan Hukum Khircoff II diperoleh :
```
ΣIR+Σε=0
```
```
I(R_1+R_2+R_3)+ε_1-ε_2=0
```
ε₂ bernilai negatif karena arah loop pertama kali bertemu dengan kutub negatif sumber tegangan 2
```
I(2\ Ω+4\ Ω+6\ Ω)+9\ V-3\ V=0
```
```
I(12\ Ω)+6\ V=0
```
```
I(12\ Ω)=-6\ V
```
```
I=\frac{-6\ V}{12\ Ω}
```
```
I=-0,5\ A
```
Besar ΣIR bernilai negatif karena besar kuat arus yang diperoleh negatif. Sehingga dapat disimpulkan bahwa penurunan tegangan (ΣIR) berlawanan arah dengan arah loop.
26 Maret 2022
Materi Fisika SMA – Rumus Hukum Termodinamika I
AhmadDahlan.Net – Dalam Fisika terdapat ilmu yang membahas mengenai hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem yang dinamakan dengan Termodinamika. Termodinamika ini terdiri dari beberapa hukum, yaitu Hukum Termodinamika 0, I, dan II. Saat ini kita akan membahas mengenai hukum Termodinamika I.

A. Pengertian Hukum Termodinamika I

Hukum Termodinamika I juga dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi. Tetapi, dalam hal yang berhubungan dengan kalor, energi dalam dan usaha, Hukum Termodinamika I menyatakan bahwa Perubahan energi total dalam suatu sistem (∆U) sama dengan kalor yang ditambahkan ke sistem (Q) dikurangi usaha yang dikerjakan oleh sistem tersebut (W).

Sebelumnya, kita sudah mengenal istilah lingkungan dan sistem dalam termodinamika. Lingkungan merupakan daerah yang berada di sekitar sistem. Sedangkan sistem merupakan tempat terjadinya reaksi termodinamika.

B. Persamaan Hukum Termodinamika I

Berdasarkan Hukum Termodinamika I, maka diperoleh :
```
∆U=Q-W
```
atau
```
Q=∆U+W
```
Keterangan,
∆U : perubahan energi dalam (J)
Q : jumlah kalor (J)
W : usaha (J)

Catatan
1. +Q berarti sistem menerima kalor sedangkan -Q berarti sistem melepaskan kalor
2. +∆U berarti energi dalam sistem bertambah sedangkan -∆U berarti energi dalam sistem berkurang
3. +W berarti sistem melakukan usaha sedangkan -W berarti sistem menerima usaha.
Dari persamaan diatas, dapat disimpulkan bahwa perubahan energi total dalam sistem meningkat apabila setiap kali kalor ditambahkan ke dalam sistem. Tetapi, setiap kali suatu sistem melakukan kerja atau usaha, maka perubahan energi dalam sistem akan berkurang.

C. Contoh Soal

Suatu sistem melakukan kerja sebesar 1000 J dan melepaskan kalor sebanyak 2000 Joule. Hitunglah perubahan energi dalam yang terjadi di dalam sisstem tersebut !

Pembahasan

Dik :
W = 1000 J (melakukan kerja)
Q = -2000 J (melepaskan kalor)

Dit :
∆U = ?

Pembahasan :
```
∆U=Q-W
```
```
∆U=(-2000\ J)-(1000\ J)
```
```
∆U=-3000\ J
```
Dari hasil yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa energi dalam sistem berkurang sebesar 3000 J.
26 Maret 2022