Fisika

BAB 1

Pengukuran dan Vektor

Fisika adalah ilmu yang mempelajari keadaan dan sifat-sifat benda serta perubahannya, mempelajari gejala-gejala alam serta hubungan antara satu gejala dengan gejala lainnya. Fisika berhubungan dengan materi dan energi, dengan hukum-hukum yang mengatur gerakan partikel dan gelombang, dengan interaksi antar partikel, dan dengan sifat-sifat molekul, atom dan inti atom, dan dengan sistem-sistem berskala lebih besar seperti gas, zat cair, dan zat padat. Beberapa orang menganggap fisika sebagai sains atau ilmu pengetahuan paling fundamental karena merupakan dasar dari semua bidang sains yang lain.Dalam bidang sains dan teknologi sering kali dilakukan riset-riset yang tidak lepas dari berbagai macam pengukuran yang memerlukan beberapa macam alat ukur. Dalam pengukuran ini sering melibatkan besaran-besaran penting yang memiliki satuan dan dimensi. Besaran-besaran dalam sika tidak hanya memiliki satuan melainkan ada beberapa di antaranya yang memiliki arah. Besaran fisika yang memiliki satuan dan arah disebut besaran vektor. Oleh sebab itu,dalam bab ini dibahas beberapa macam besaran beserta satuan dan dimensinya.Selain itu,dibahas pula beberapa macam alat ukur beserta penggunaannya dan analisis matematika suatu vektor.

Besaran dan Dimensi

1. Besaran

Besaran adalah keadaan dan sifat-sifat benda yang dapat diukur.Besaran fisika dibedakan menjadi dua yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

• Besaran pokok

Besaran pokok adalah besaran yang paling sederhana yang tidak dapat dinyatakan dengan besaran lain yang lebih sederhana. Dalam fisika dikenal tujuh macam besaran pokok yaitu panjang, massa, waktu, arus listrik,suhu, jumlah zat dan intensitas cahaya. Untuk memudahkan pernyataan suatu besaran dengan besaran pokok, dinyatakan suatu simbol yang disebut dimensi. Untukbesaran pokok mekanika (panjang, massa, dan waktu) berturut-turut mempunyai

dimensi [L], [M], dan [T]. Besaran pokok ini hanya memiliki besar dan tidak memiliki arah. Tabel 1 menunjukkan satuan, simbol dan dimensi dari besaran pokok.

• Besaran turunan

Besaran turunan adalah besaran yang dapat atau bisa diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan ini memiliki besar dan arah.

BAB 3

Hukum I Newton

Mekanika klasik atau mekanika Newton adalah teori tentang gerak yang didasarkan pada konsep massa dan gaya serta hukum - hukum yang menghubungkan konsep - konsep fisika ini dengan besaran kinematika (perpindahan, kecepatan, dan percepatan) yang telah dibahas sebelumnya. Semua gejala mekanika klasik dapat digambarkan dengan menggunakan tiga hukum sederhana yang dinamakan hukum Newton tentang gerak. Hukum Newton menghubungkan percepatan sebuah benda dengan massanya dan gaya - gaya yang bekerja padanya [1].

Hukum - hukum Newton

·         Hukum I. "Benda berada pada kondisi tetap seperti keadaan awalnya yang diam atau bergerak dengan kecepatan sama (kecuali jika benda dipengaruhi oleh gaya yang tidak seimbang atau gaya eksternal neto) pada kerangka acuan yang tetap seperti keadaan awalnya pula (diam ataubergerak dengan kecepatan sama)".

Gaya neto yang bekerja pada sebuah benda disebut juga gaya resultan yaitu jumlah vektor semua gaya yang bekerja pada benda”

Fneto =∑F.

Sementara pada hukum pertama ini besar gaya resultan adalah nol

(∑F = 0).

·         Hukum II. "Percepatan sebuah benda berbanding terbalik dengan massanya dan sebanding dengan gaya eksternal neto yang bekerja":

∑ F = ma

·         Hukum III. "Gaya - gaya selalu terjadi berpasangan. Jika benda A memberikan gaya pada benda , gaya yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan diberikan oleh benda B kepada benda A (Faksi =Freaksi)".

1. Hukum Pertama Newton : Hukum Kelembaman

Hukum pertama Newton menyatakan bahwa sebuah benda dalam keadaan diam atau bergerak dengan kecepatan konstan akan tetap diam atau terus bergerak dengan kecepatan konstan kecuali ada gaya eksternal yang bekerja pada benda itu. Kecenderungan ini digambarkan dengan mengatakan bahwa benda mempunyai kelembaman. Sehubungan dengan itu, hukum pertama Newton sering disebut dengan hukum kelembaman.

2. Gaya, Massa, dan Hukum Kedua Newton

Hukum pertama dan kedua Newton dapat dianggap sebagai de_nisi gaya. Gaya adalah suatu pengaruh pada sebuah benda yang menyebabkan benda mengubah kecepatannya (dipercepat atau diperlambat). Arah gaya adalah arah percepatan.

3.  HUKUM I NEWTON

yang disebabkannya jika gaya itu merupakan satu - satunya gaya yang bekerja pada benda tersebut. Besarnya gaya adalah hasil kali massa benda dan besarnya percepatan yang dihasilkan gaya.

Massa adalah sifat intrinsik sebuah benda yang mengukur resistansinya terhadap percepatan. Jika gaya F dikerjakan pada benda bermassa m1, dan menghasilkan percepatan a1, maka F = m1 a1. Jika gaya yang sama dikerjakan pada benda kedua yang massanya m2, dan menghasilkan suatu percepatan a2, maka F = m2 a2. Dengan menggabungkan persamaan-persamaan ini didapatkan

  F = m₁ a₁ = m₂ a₂

Benda standar internasional adalah sebuah silinder campuran platinum yang disimpan di Bureau of Weights and Measures di Severes, Perancis. Satuan SI untuk massa benda adalah 1 kilogram. Gaya yang diperlukan untuk menghasilkan percepatan 1 m/s² pada benda standar adalah 1 newton (N).

BAB 4

Hukum II Newton

Bab keempat ini membahas penggunaan hukum Newton pada contoh kasus kehidupan sehari - hari yang lebih nyata. Bab ini juga membahas secara singkat gerakan benda yang dipengaruhi gaya hambat, yang tidak konstan tetapi bergantung pada kecepatan benda. Oleh sebab itu, diperlukan suatu kemampuan untuk mendekati persoalan yang diawali dengan membuat gambar dan kemudian menunjukkan gaya - gaya penting yang bekerja pada tiap benda dalam diagram benda bebas.

       i.            Gesekan

Jika Anda ingin memindahkan lemari pakaian besar yang diam di atas lantai dengan gaya horizontal yang kecil, maka mungkin saja lemari itu tidak bergerak sama sekali. Mengap ini terjadi? Alasannya sederhana yaitu karena lantai ga melakukan gaya horizontal terhadap lemari yang dinamakan gaya gesek statis fs.

Gaya gesek ini disebabkan oleh ikatan molekul - molekul lemari dan lantai di daerah terjadinya kontak yang sangat erat antara kedua permukaan. Gaya ini berlawanan arah dengan gaya luar yang dikerjakan. Gaya gesek statis agak mirip dengan gaya pendukung yang dapat menyesuaikan dari nol sampai suatu gaya maksimum fs,maks, bergantung seberapa kuat Anda mendorong. Jika kotak meluncur, ikatan molekuler secara terus - menerus dibentuk dan dipecah, sementara potongan - potongan kecil permukaan berpecahan. Hasilnya adalah sebuah gaya gesek kinetik fk (gesekan luncuran) yang melawan gerakan. Untuk mempertahankan kotak agar meluncur dengan kecepatan konstan, Anda harus mengerjakan gaya yang sama besar dan berlawanan arah dengan gaya gesek kinetik ini. Mari kita lanjutkan contoh kasus di atas. Misalkan lemari yang Anda pindahkan tadi bermassa 10 kg dengan luas sisi 1 m2 dan luas ujun 20 cm2. Jika lemari berada dengan sisinya di atas lantai, hanya sebagian kecil dari total 1 m2 yang benar - benar dalam kontak mikroskopik dengan lantai. Jika lemari ditempatkan dengan ujungnya di atas lantai, bagian luas total yang benar - benar dalam kontak mikroskopik bertambah dengan faktor 50 karena gaya normal per satuan luas 50 kali lebih besar. Namun, karena luas ujung adalah seperlima puluh luas sisi, maka luas kontak mikroskopik yang sesungguhnya tidak berubah. Jadi gaya gesekan statis maksimum fs,maks sebanding dengan gaya normal antara permukaan-permukaan :

F_s,_maks = µ_s F_n ,

dengan µs dinamakan koefisien gesek statis. Koe_sien gesek statis ini bergantung pada sifat permukaan lemari dan lantai. Jika Anda mengerjakan gaya horizontal yang lebih kecil dari fs,maks pada lemari maka gaya gesek akan tepat mengimbangi gaya yang Anda kerjakan pada lemari tersebut. Sera matematis, dapat kita tulis sebagai berikut:

                      f_s,maks <µ f_n ,

Selain itu, gaya gesek kinetik juga berlawanan arah dengan arah gerakan. Seperti gaya gesek statis, gaya gesek kinetik merupakan gejala yang kompleks dan sulit untuk dimengerti secara utuh. Koefisien gesek kinetik fk didefinisikan sebagai rasio antara besar gaya gesek kinetik fk dan gaya normal Fn atau kita tulis sebagai berikut:

                     f_k = µ _kF_n ,

Secara eksperimen dibuktikan bahwa:

(1) µk lebih kecil dari µs

(2) µk bergantung pada kelajuan relatif permukaan, akan tetapi untuk kelajuan sekitar 1 cm/s hingga beberapa meter per sekon µk hampir konstan

(3) µk (seperti µs) bergantung pada sifat permukaan - permukaan yang bersentuhan akan tetapi tidak bergantung pada luas kontak (makroskopik).

BAB 5

Kerja dan Energi

Pada bab ini dibahas dua konsep penting dalam mekanika yaitu kerja dan energi. Istilah kerja hanya digunakan dalam arti yang khusus. Pada setiap kerja selalu terdapat dua hal sekaligus, yaitu gaya dan perpindahan. Bab ini juga membahas beberapa macam bentuk energi pada bidang mekanika. Selain itu, juga diberikan beberapa latihan soal yang melibatkan konsep hukum

kekekalan energi. Ada beberapa macam bentuk energi dalam kehidupan sehari - hari. Beberapa macam bentuk energi seperti energi gerak, energi listrik, energi magnet, energi cahaya, energi kimia, energi nuklir, energi radiasi, energi termal, energi kosmik dan masih banyak lagi. Akan tetapi kita tidak bisa menciptakan beberapa energi tersebut melainkan kita hanya bisa mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi yang lain.

1.       Kerja oleh Gaya yang Konstan

Pada Sebuah benda bekerja sebuah gaya F yang konstan dan benda tersebut bergerak lurus dalam arah gaya. Sehingga kerja yang dilakukan oleh gaya terhadap benda dapat didefinisikan perkalian skalar besar gaya F dengan jarak perpindahan yang ditempuh benda s.Secara matematis ditulis sebagai:

W = F . s

Jika gaya konstan yang bekerja pada benda tidak searah dengan arah gerak benda,maka gaya yang dilakukan terhadap benda merupakan perkalian komponen gaya ke arah gerak benda dengan jarak perpindahan yang ditempuh benda s.

2.    Kerja karena gaya yang berubah

Agar memudahkan dalam menganalisis kerja yang dilakukan oleh gaya yang tidak konstan, akan ditinjau gaya yang berubah hanya besarnya saja. Misal gaya bervariasi terhadap posisi F(x) dan arah gaya searah dengan arah gerak x maka kerja yang dilakukan oleh gaya berubah dari x1 sampai dengan x2.