2. BAB II LANDASAN TEORI LANDASAN TEORI 2.1 Geologi Regional
Bab II Landasan Teori
-
Upload
brianlabfisikaunjani -
Category
Documents
-
view
85 -
download
11
Transcript of Bab II Landasan Teori
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pengukuran Dasar
Pengukuran adalah suatu bentuk teknik untuk
mengaitkan suatu bilangan dengan suatu besaran
standar yang telah diterima sebagai suatu
satuan.Selanjutnya semua pengukuran sedikit banyak
dipengaruhi oleh kesalahan eksperimen karena
ketidaksempurnaan yang tak terelakkan dalam alat
ukur atau karena batasan yang ada pada indera kita
(penglihatan dan pendengaran), yang harus merekam
informasi.
Tujuan pengukuran adalah untuk mendapatkan
hasil berupa nilai ukur yang tepat dan
benar.Ketepatan pengukuran merupakan hal yang
sangat penting didalam fisika untuk memperoleh
hasil atau data yang akurat dan dapat dipercaya.
Ketelitian (presisi) adalah kesesuaian diantara
beberapa data pengukuran yang sama yang
dilakukan secara berulang. Tinggi rendahnya tingkat
ketelitian hasil suatu pengukuran dapat dilihat dari
11
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
harga deviasi hasil pengukuran.Sedangkan ketepatan
(akurasi) adalah kesamaan atau kedekatan suatu hasil
pengukuran dengan angka atau data yang
sebenarnya.
Suatu pengukuran selalu disertai oleh
ketidakpastian. Beberapa penyebab ketidak pastian
tersebut antara lain adanya nilai skala terkecil,
kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan
pegas, adanya gesekan, kesalahan paralaks, fluktuasi
parameter pengukuran dan lingkungan yang saling
mempengaruhi keterampilan pengamatan.
Hasil pengukuran berupa angka-angka atau
disebut sebagai hasil numeric selalu merupakan nilai
pendekatan.Menurut kelaziman hasil pengukuran
sebuah benda mengandung arti bahwa bilangan yang
menyatakan hasil pengukuran tersebut. Jika sebuah
tongkat panjangnya ditulis 15,7 cm. secara umum
panjang batang tersebut telah diukur sampai dengan
puluhan centimeter dan nilai eksaknya terletak
diantara 15,65 cm hingga 15,75 cm. Seandainya
pengukuran panjang tongkat tersebut dinyatakan
Laboratorium Fisika 12
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
sebagai 15,70 cm berarti pengukuran tongkat telah
dilakukan hingga ketelitian ratusan centimeter.
Pada 15,7 cm maka terdapat 3 angka penting yang
merupakan hasil pengukuran. Pada hasil 15,70 cm
berarti terdapat 4 angka penting sebagai hasil
pengukuran. Dengan demikian angka penting adalah
angka hasil pengukuran atau angka yang diketahui
“cukup baik” berdasarkan kendala alat ukur yang
dipakai. Misalnya dilaporkan hasil pengukuran
massa sebuah benda 5,4628 gram dapat dinyatakan
bahwa hasil pengukuran tersebut memiliki 5 angka
penting. Dalam menentukan banyaknya angka
penting kita perlu memperhatikan beberapa aturan
berikut ini :
1. Semua angka bukan nol adalah angka penting
Contoh : 5,432 m = empat angka penting
2. Semua angka nol yang terletak diantara angka
bukan nol adalah angka penting
Contoh : 90 m = dua angka penting
Laboratorium Fisika 13
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
3. Semua ngka bukan nol yang digunakan untuk
menentukan letak decimal bukan termasuk
angka penting
Contoh : 0,00064 = dua angka penting.
4. Banyaknya angka penting hasil penjumlahan
atau pengurangan ditentukan berdasarkan
banyaknya digit angka dibelakang koma yang
paling sedikit.
5. Banyaknya angka penting dari hasil perkalian
atau pembagian antara dua bilangan sama
dengan banyaknya angka penting yang paling
sedikit diantara dua bilangan itu.
6. Banyaknya angka penting dari hasil
pemangkatan atau penarikan akar sama
banyaknya dengan angka penting yang
dipangkatkan atau yang ditarik akarnya.
7. Angka yang lebih dari 5 dibulatkan keatas,
sedangkan angka yang kurang dari 5
dibulatkan ke bawah
Laboratorium Fisika 14
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Untuk hal itu pemakaian alat ukur perlu diperhatikan
hal-hal berikut :
a. Titik no alat yaitu angka yang ditunjukkan alat
sebelum digunakan
b. Nilai skala terkecil alat yaitu skala terkecil yang
diperlihatkan alat
c. Batas ukur alat yaitu batas maksimum yang dapat
diukur alat tersebut
d. Cara pemakaian alat.
Alat ukur yang biasa digunakan dalam pengukuran
adalah sebagai berikut :
1. Jangka sorong
Jangka sorong dipergunakan untuk mengukur
suatu benda darai sisi luar dengan cara diapit,
mengukur sisi dalam suatu benda dengan cara
ukur atau diulur, mengukur kedalaman celah atau
lubang pada suatu benda dengan cara
menancapkan atau menuliskan bagian pengukur.
Jangka sorong yang digunakan untuk
mengukur suatu benda yang mempunyai
Laboratorium Fisika 15
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
ketelitian 0,1 mm atau 0,05 mm tanpa kesalahan
paralaks. Kesalahan paralaks adalah kesalahan
membaca alat ukur karena posisi yang tidak tepat
seperti yang dianjurkan.Jangka sorong memiliki 3
bagian penting, rahang luar, rahang dalam, dan
satu penduga.Rahang luar berfungsi mengukur
diameter luar benda, rahang dalam berfungsi
mengukur diameter dalam benda, dan penduga
berfungsi mengukur kedalaman benda.
Jangka sorong memiliki nonius yaitu
angka pendek yang panjangnya 9 mm dan dibagi
atas 10 skala nonius dan satu skala utama, adalah
0,1 mm atau 0,01 cm sehingga ketelitian jangka
sorong adalah 0,1 mm.
Laboratorium Fisika 16
Gambar 2.1 Jangka sorong Sumber : rumushitung.com (2015)
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
2. Mikrometer sekrup
Mikrometer sekrup adalah suatu alat yang
digunakan untuk mengukur jarak pendek dan
sangat teliti.Misalnya mengukur diameter luar,
tebal, dan lebar suatu benda.Cara menggunakan
mikrometer sekrup yaitu putarkan roda bagian
pemutar kasar, jika sudah dekat putarkan bagian
pemutar halus, jika sudah pas dikunci dengan
penguat.Skala besarnya adalah bagian yang
horizontal sedangkan skala penghalusnya bagian
vertical. Biasanya bagian vertikal terdiri dari 50
skala, satu putaran bagian vertikal akan merubah
skala horizontal sebesar ½ mm.
Gambar 2.2 Jangka sorong Sumber : rumushitung.com (2015)
Laboratorium Fisika 17
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
3. Neraca Teknis
Neraca teknis menggunakan prinsip
keseimbangan untuk itu bidang kerjanya harus
mendatar, ini dapat dilihat dengan memutar
sekrup dengan unting-unting. Jika tidak lurus
dapat menggerakkan pendatar.Kemudian
perhatikan keseimbangannya angkat atau
putar. Jika ayunan jarum kekanan kirinya sama
maka timbangan siap dipakai. Jika tidak maka
setimbangkan dengan mengatur pembeban di
lengan-lengan sesuai dengan yang
diperlukan.pengangkatan atau pemutar hanya
sebentar saat memperhatikan keseimbangan,
jika sudah harus cepat-cepat ditutup kembali.
Taruhlah besaran yang akan ditimbang pada
lengan satu, anak timbangan disimpan pada
lengan lainnya.
Laboratorium Fisika 18
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Gambar 2.3 Neraca teknis Sumber : rumushitung.com (2015)
2.2 Pesawat Atwood Modern dan Konvensional
Bahwa tarikan atau dorongan, yang disebut gaya,
adalah yang menyebabkan sebuah benda bergerak
dan tanpa adanya gaya, sebuah benda yang sedang
bergerak akan segera berhenti. Sebuah benda yang
sedang diam, yang berarti bahwa bila tidak ada gaya
yang bekerja, sebuah benda akan terus diam.
Tampaknya, pandangan bangsa Yunani ini beralasan,
tetapi akan kita ketahui nanti bahwa ternyata
pandangan tersebut tidak tepat.
Orang pertama yang menyangkal pandangan kuno
bangsa Yunani tersebut adalah Galileo. Menurut
Laboratorium Fisika 19
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
“prinsip inersia” yang diusulkan Galileo, sebuah
benda yang sedang bergerakpada permukaan
horizontal yang licin sempurna (tanpa gesekan) akan
tetap terus bergerak dengan kelajuan sempurna.
Berdasarkan pendapat galileo tersebut, pada tahun
1678 Isaac Newton menyatakan hukum pertamanya
tentang gerak, yang sekarang kita kenal sebagai
Hukum I Newton, kemudian ia pun mengemukakan
Hukum II dan Hukum III Newton. Sebuah benda
yang mula-mula diam, akan dapat bergerak jika
mendapat pengaruh atau penyebab yang bekerja
pada benda tersebut. Penyebabnya dapat berupa
pukulan, tendangan, sundulan, atau lemparan. Dalam
Fisika, penyebab gerak tersebut dinamakan gaya.
Ilmu yang mempelajari tentang gerak dengan
memperhitungkan gaya penyebab dari gerak tersebut
dinamakan dinamikka gerak. Seperti yang telah
disebutkan tadi bahwa orang yang sangat berjasa
dalam kajian Fisika tentang dinamika gerak adalah
Sir Isaac Newton.
Laboratorium Fisika 20
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Gambar 2.4 Pesawat atwood sumber : lfd.fmipa.itb.ac.id (2015)
1. Hukum I Newton
Galileo melakukan pengamatan mengenai
benda-benda jatuh bebas.Ia menyimpulkan dari
pengamatan-pengamatan yang dilakukan,
bahwa benda-benda berat jatuh dengan cara
yang sama dengan benda-benda ringan. Tiga
puluh tahun kemudian, Robert Boyle, dalam
sederetan eksperimen yang dimungkinkan oleh
pompa vakum barunya, menunjukkan bahwa
Laboratorium Fisika 21
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
pengamatan ini tepat benar untuk benda-benda
jatuh tanpa adanya hambatan dari gesekan
udara. Galileo mengatahui bahwa ada
pengaruh hambatan udara pada gerak jatuh,
tetapi pernyataannya walaupun mengabaikan
hambatan udara, masih cukup sesuai dengan
hasil pengukuran dan pengamatannya
dibandingkan dengan yang dipercayai orang
pada saat itu (tetapi tidak diuji dengan
eksperimen) yaitu kesimpulan Aristoteles yang
menyatakan bahwa, “Benda yang beratnya
sepuluh kali benda lain akan sampai ke tanah
sepersepuluh waktu dari waktu benda yang
lebih ringan”. Pada tahun 1678 Sir Isaac
newton menyatakan hukum pertamanya
tentang gerak, yang sekarang kita kenal
sebagai Hukum I Newton.
Hukum I Newton manyatakan “Sebuah
benda akan berada dalam keadaan diam atau
bergerak lurus beraturan apabila resultan gaya
yang bekerja pada benda sama dengan nol”.
Laboratorium Fisika 22
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Secara metematis, Hukum I Newton
dinyatakan dengan persamaan:
F=0
Hukum di atas menyatakan bahwa jika
suatu benda mula-mula diam maka benda
selamanya akan diam, benda hanya akan
bergerak jika pada suatu benda itu diberi gaya
luar. Sebaliknya, jika benda sedang bergerak
maka benda selamanya akan bergerak, kecuali
bila ada gaya yang menghentikannya.
Konsep gaya dan massa yang dijelaskan
oleh Hukum Newton yaitu Hukum I Newton
mengungkap tentang sifat benda yang
cenderung mempertahankan keadaannya atau
dengan kata lain sifat kemalasan benda untuk
mengubah keadaannya. Sifat ini kita sebut
kelembaman atau inersia.Oleh karena itu,
Hukum I newton disebut juga Hukum
Kelembaman.
Laboratorium Fisika 23
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
2. Hukum II Newton
“Setiap benda yang dikenai gaya makan
akan mengalami percepatan yang besarnya
benrbanding lurus dengan besarnya gaya dan
berbanding terbalik dengan besarnya massa
benda”.
a=∑ F
m ; ∑ F=ma
Keterangan : a = percepatan benda (m/s2)
m = massa benda (kg)
F = Gaya (N)
Kesimpulan darai persamaan di atas yaitu
arah percepatan benda sama dengan arah gaya
yang bekerja pada benda tersebut. Besarnya
percepatan sebanding dengan gayanya. Jadi
bila gaya konstan, maka percepatan yang
timbul juga akan konstan. Bila pada benda
bekerja gaya, maka benda akan mengalami
percepatan. Sebaliknya bila kenyataan dari
Laboratorium Fisika 24
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
pengamatan benda mengalamin percepatan
maka tentu aka nada gaya yang
menyebabkannya.
Persamaan gerak untuk percepatan yang tetap
Vt = V0 + at
St = So+ 12
at2
Jika sebuah benda dapat bergerak
melingkar melalui porosnya, maka pada gerak
melingkar ini akan berlaku persammaan gerak
yang ekuivalen dengan persamaan gerak linier.
Dalam hal ini ada besaran fisis momen inersia
(momen kelembaman) I yang ekuivalen
dengan besaran fisis massa (m) pada gerak
liner. Momen inersia (I) suatu benda apada
poros tertentu harganya sebanding dengan
massa benda terhadap porosnya.
I m
I r2
Laboratorium Fisika 25
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Dimana harga tersebut adalah harga yang tetap.
3. Hukum III Newton
Hukum III Newton menyatakan bahwa
“Apabila benda pertama mengerjakan gaya
pada benda kedua (disebut aksi) maka benda
kedua akan mengerjakan gaya pada benda
pertama sama besar dan berlawanan arah
dengan gaya pada benda pertama (reaksi)”.
Secara matematis dinyatakan dengan
persamaan :
Faksi = -Freaksi
Suatu pasangan gaya disebut aksi-reaksi
apabila memenuhi syarat sebagai berikut :
1. Sama besar
2. Berlawanan arah
3. Bekerja pada satu garis kerja gaya yang
sama
4. Tidak saling meniadakan
5. Bekerja pada benda yang berbeda
Laboratorium Fisika 26
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
4. Gerak translasi
Gerak lurus adalah gerak suatu objek yang
lintasannya berupa garis lurus.Dapat pula jenis
gerak ini disebut sebagai suatu translasi
beraturan. Pada rentang waktu yang sama
terjadi perpindahan yang besarnya sama. Gerak
lurus dapat dikelompokkan menjadi gerak
lurus beraturan dan gerak lurus berubah
beraturan yang dibedakan dengan ada dan
tidaknya percepatan.
a. Gerak Lurus Beraturan (GLB)
Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah
gerak lurus suatu objek, dimana dalam
gerak ini kecepatannya tetap atau tanpa
percepatan, sehingga jarak yang ditempuh
dalam gerak lurus beraturan adalah
kelajuan kali wakttu.
S = vt
Laboratorium Fisika 27
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Keterangan : s = jarak tempuh (m)
v = kecepatan (m/s)
t = waktu (s)
b. Gerak Lurus Berubah Beraturan
(GLBB)
Gerak Lurus Berubah Beraturan
(GLBB) adalah gerak lurus suatu objek,
dimana kecepatannya berubah terhadap
waktu akibat adanya percepatan yang
tetap.Akibat adanya percepatan rumus
jarak yang ditempuh tidak lagi linier
melainkan kuadratik. Dengan kata lain
benda yang melakukan gerak dari keadaan
diam atau mulai dengankecepatan awal
akan berubah kecepatannya karena ada
percepatan (a = +) atau perlambatan (a = -).
Pada umumnya GLBB didasari oleh
Hukum Newton II (∑F=ma).
Vt = V0 + at
Laboratorium Fisika 28
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Vt2 = V02 + 2as
S = V0t + 12
at2
Keterangan :
V0 = kecepatan awal (m/s)
Vt = kecepatan akhir (m/s)
a = percepatan (m/s2)
t = waktu (s)
S = jarak yang ditempuh (m)
GLBB dibagi menjadi dua macam :
1) GLBB dipercepat
GLBB dipercepat adalah GLBB yang
kecepatannya makin lama makin cepat,
contoh GLBB dipercepat adalah gerak buah
jatuh dari pohonnya.
Laboratorium Fisika 29
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Grafik hubungan antara v terhadap t pada
Sedangkan grafik hubungan antara s terhadap
t pada GLBB dipercepat adalah :
Gambar 2.6 grafik s terhadap t
Laboratorium Fisika 30
V (m/s)
t (s)
t (s)
S (m)
Gambar 2.5 grafik v terhadap t
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
2) GLBB diperlambat
GLBB diperlambat adalah GLBB yang
kecepatannya makin lama makin kecil
(lambat).Contoh GLBB diperlambat adalah
gerak benda dilempar keatas.
Grafik hubungan antara v terhadap t pada
GLBB diperlambat :
Gambar 2.7 grafik v terhadap t
Grafik hubungan antara s terhadap t pada
GLBB diperlambat :
Laboratorium Fisika 31
t (s)
V (m/s)
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Gambar 2.8 grafik s terhadap t
Persamaan yang digunakan dalam GLBB
Sebagai berikut :
Untuk menentukan kecepatan akhir
v = v0 at
Keterangan : v = kecepatan (m/s)
v0 = kecepatan awal (m/s)
a = percepatan (m/s2)
t = waktu (s)
Laboratorium Fisika 32
t (s)
s (m)
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Untuk menentukan jarak yang ditempuh
Setelah t detik adalah sebagai berikut :
s = v0t 12
at2
Keterangan : v = kecepatan (m/s)
v0 = kecepatan awal (m/s)
a = percepatan (m/s2)
t = waktu (s)
s = jarak (m)
Yang perlu diperhatikan dalam
menggunakan persamaan di atas adalah
saat GLBB dipercepat tanda yang
digunakan adalah (+).Untuk GLBB
diperlambat tanda yang digunakan
adalah (-), catatan penting disini adalah
nilai percepatan (a) yang dimasukkan
pada GLBB diperlambat bernilai positif
Laboratorium Fisika 33
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
karena dirumusnya sudah menggunakan
tanda negatif.
5. Gerak Rotasi
Gerak melingkar atau gerak rotasi
merupakan gerak melingkar suatu benda pada
porosnya pada suatu lintasan melingkar. Bila
sebuah benda mengalami gerak rotasi melalui
porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku
persamaan gerak yang ekuivalen dengan
persamaan gerak linier.
Momen inersia merupakan representasi
dari tingkat kelembaman benda yang bergerak
rotasi. Semakin besarmomen inersia suatu
benda semakin malas dia berputar dari keadaan
diam dan semakin malas pula ia untuk
mengubah kecepatan sudutnya ketika sedang
berputar. Sebagai contoh, dalam ukuran yang
sama sebuah silinder yang terbuat dari sebuah
besi memiliki momen inersia yang lebih besar
daripada silinder kayu. Hal ini bisa
diperkirakan karena terasa lebih berat lagi bagi
Laboratorium Fisika 34
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
kita untuk memutar silinder besi dibandingkan
dengan memutar silinder kayu.
Momen inersia pada gerak rotasi bisa
dianalogikan dengan massa pada gerak
translasi. Sedangkan gaya pada gerak translasi
dapat dianalogikan dengan momen gaya pada
gerak translasi. Jika gaya menyebabkan
timbulnya percepatan pada gerak translasi
maka momen gaya itulah yang menyebabkan
timbulnya percepatan sudut pada gerak rotasi.
Saat kita memutar sebuah roda atau membuka
daun pintu, saat itu kita sedang memberikan
momen gaya pada benda-benda tersebut.
Dengan memanfaatkan pengertian momen
gaya, kita dapat mengadaptasi Hukum II
Newton untuk diterapkan pada gerak rotasi.
Bentuk persamaan HUkum II Newton adalah :
F = ma
Dengan menganalogikan gaya dengan
momen gaya, massa dengan momen inersia,
Laboratorium Fisika 35
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
dan percepatan dengan percepatan sudut, akan
kita temukan hasil adaptasi dari Hukum II
Newton dalam gerak rotasi sebagai berikut :
= I
Keterangan := momen gaya (Nm)
I = momen inersia (kgm2)
= percepatan sudut (rad/s2)
Pesawat atwood adalah alat yang
digunakan untuk yang menjelaskan hubungan
antara tegangan, energy potensial dan energy
kinetic dengan menggunakan dua pemberat
(massa berbeda) dihubungkan dengan tali pada
sebuah katrol. Benda yang lebih berat
diletakkan lebih tinggi posisinya disbanding
yang lebih ringan. Jadi benda yang berat akan
turun karena gravitasi dan menarik benda yang
lebih ringan karena ada tali dan katrol.
Laboratorium Fisika 36
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
2.3 Modulus Elastisitas
ELASTISITAS
Sifat elastis atau elastisitas adalah
kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk
awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan
kepada benda itu dihilangkan. Seperti pada
sebuah pegas yang digantungi dengan beban pada
salah satu sisi ujungnya, akan kembali ke bentuk
semula jika beban tersebut kita ambil kembali.
Contoh lainnya adalah ketapel dan karet gelang
jika kita rentangkan maka akan terjadi
pertambahan panjang pada kedua benda tersebut,
tapi jika gaya yang bekerja pada kedua benda
tersebut dihilangkan maka kedua benda tersebut
akan kembali ke bentuk semula.
Sebuah benda dapat dikatakan elastis
sempurna jika gaya penyebab perubahan bentuk
hilang maka benda akan kembali ke bentuk
Laboratorium Fisika 37
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
semula. Benda yang bersifat elastis sempurna
yaitu mempunyai batas-batas deformasi yang
disebut limit elastic sehingga jika melebihi dari
limit elastic maka benda tidak akan kembali ke
bentuk semula.
Benda yang tidak elastis adalah benda
yang tidak kembali kebentuk awalnya saat gaya
dilepaskan misalnya saja pada adonan kue. Bila
kita menekan adonan kue, bentuknya akana
berubah, tetapi saat gaya dilepaskan dari adonan
kue tersebut, maka adonan kue tidak dapat
kembali ke bentuk semula.
Perbedaan antara sifat elastis dan plastis
adalah pada tingkatan dalam besar atau kecilnya
deformasi yang terjadi.dalam pembahasan sifat
elastis pada benda perlu diasumsikan bahwa
benda-benda tersebut ,e,punyai sifat-sifat berikut :
• Homogeny artinya setiap bagian
benda mempunyai kerapatan yang
sama
Laboratorium Fisika 38
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
• Isotropic artinya pada setiap titik
pada benda mempunyai sifat-sifat
fisis yang sama ke segala arah.
Deformasi pada benda akan menyebabkan
perubahan bentuk tetapi tidak ada perubahan
volume dan benda yang mengalami kompresi
akan terjadi perubahan volume tetapi tidak terjadi
deformasi. Nilai keelastisitasan ini disebut juga
modulus elastisitas.
Gambar 2.9 Modulus elastisitas sumber : Laboratorium Fisika Unjani
TEGANGAN
Tegangan (stress) didefinisikan sebagai
gaya yang diperlukan oleh benda untuk kembali
Laboratorium Fisika 39
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
ke bentuk semula. Atau gaya F yang diberikan
pada benda dibagi dengan luas penampang A
tempat gaya tersebut bekerja.
Tegangan dirumuskan oleh :
= FA
Keterangan := tegangan (N/m2)
F = gaya (N)
A = luas penampang (m2)
REGANGAN
Perubahan relative dalam ukuran atau
bentuk suatu benda karena pemakaian tegangan
disebut regangan (starin).Regangan adalah suatu
besaran yang tidak memiliki dimensi karena
rumusnya yaitu meter per meter. Definisi
regangaan berdasarkan rumusnya adalah
perubahan panjang Ldibagi dengan panjang
awal benda L. secara metematis dapat ditulis
Laboratorium Fisika 40
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
e = L
L0
Bahan –bahan logam biasanya
diklasifikasikan sebagai bahan liat (ductile) atau
bahan rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya
regangan (tensile strain) relative besar sampai
dengan titik kerusakan seperti baja atau
aluminium. Sedangkan bahan rapuh mempunyai
gaya regangan yang relative kecil sampai dengan
titik yang sama. Batas regangan 0,05 sering
dipakai untuk garis pemisah diantara kedua kelas
bahan ini. besi cord an beton merupakan contoh
bahan rapuh.
MODULUS ELASTISITAS
Modulus elastisitas suatu benda dapat
dihitung melalui pemberian beban sebagai
tegangan yang diberikan pada benda tersebut dan
mengamati penunjukan oleh garis rambut sebagai
regangannya. Besar pelenturan (f) ditentukan
melalui persamaan matematis sebagai berikut:
f = BL3 / 4Ebh3
Laboratorium Fisika 41
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
dari rumus pelenturan diatas dapat ditentukan
persamaan matematis Modulus Elastisitasnya :
E = BL 3
4 fbh3
Keterangan :
E = Modulus elastisitas
B = berat beban (dyne)
L = panjang batang antara dua tumpuan (cm)
f = pelenturan (cm)
b = lebar batang (cm)
h = tebal batang (cm)
HUKUM HOOKE
Hubungan antara tegangan dan regangan
erat kaitannya dalam teori elastisitas.Apabila
hubungan antara tegangan dan regangan
dilukiskan dalam bentuk grafik, dapat diketahui
Laboratorium Fisika 42
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
bahwa diagram tegangan-regangan berbeda-beda
bentuknya menutu jenis bahannya.Hal ini
membuktikan bahwa keelastisitasan benda
dipengaruhi bahan dari bendanya.
Hukum Hooke dinamakan sesuai dengan
nama pencentusnya yaitu Robert Hooke, seorang
arsitek yang ditugaskan untuk membangun
kembali gedung-gedung di London yang
mengalami kebakaran pada tahun 1666. Beliau
menyatakan bahwa :
“Jika gaya tarik tidak melampaui batas
elastisitas pegas, maka pertambahan panjang
pegas benbanding lurus (sebanding) dengan gaya
tariknya”.
Pernyataan tersebut di atas dikenaal
dengan nama Hukum Hooke, dan dapat ditulis
melalui persamaan :
F = kx
Laboratorium Fisika 43
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
2.4 Bandul Sederhana dan Resonansi Bandul
Sederhana
Dalam kehidupan sehari-hari sering kali
kita melihat atau membuat benda bergetar. Semua
benda akan bergetar apabila kita berikan
simpangan. Benda yang beregetar ada yang dapat
dilihat dengan kasat mata karena simpangan yang
diberikan sangat besar.
Ayunan sederhana
Sebuah sistem bandul matematis atau
bandul sederhana terdiri atas sebuah benda yang
bermassa m yang dimensinya kecil, sehingga dapat
dianggap sebagai partikel berupa titik,
digantungkan pada seutas tali (yang tidak mulur
dan massanya dapat diabaikan) membentuk sistem
ayunan seperti pada gambar.
Laboratorium Fisika 44
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Jika bandul berayun dengan sudut
simpangan yang kecil (<10o), maka gerak ayunan
ini dapat dianggap sebagai getaran selaras.
Periode getaran selaras ini dapat dinyatakan
dengan persamaan :
T=2 π √ lg
Dimana :
l = panjang tali (meter)
g= percepatan gravitasi (ms-2)
T= periode bandul sederhana (s)
Laboratorium Fisika 45
Gambar 2.10 Bandul sederhana
Sumber :google.com (2015)
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Dari rumus di atas diketahui bahwa
periode bandul sederhana tidak bergantung pada
massa dan simpangan bandul, melaikan hanya
bergantung pada panjang dan percepatan
gravitasi, yaitu:
g= 4 π 2 lT 2
Gerak osilasi yang sering dijumpai adalah
gerak ayunan.Jika simpangan osilasi tidak terlalu
besar, maka gerak yang terjadi dalam gerak
harmonik sederhana. Ayunan sederhana adalah
suatu sistem yang terdiri dari sebuah massa dan
tak dapat mulur. Ini dijunjukkan pada gambar
dibawah ini. Jika ayunan ditarik kesamping dari
posisi setimbang, dan kemudian dilepasskan,
maka massa m akan berayun dalam bidang
vertikal kebawah pengaruh gravitasi. Gerak ini
adalah gerak osilasi dan periodik.Kita ingin
menentukan periode ayunan.
Gerak harmonik sederhana adalah gerak
bolak –balik benda melalui suatu titik
keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran
Laboratorium Fisika 46
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
benda dalam setiap sekon selalu konstan. Gerak
harmonik sederhana dapat dibedakan menjadi dua
bagian, yaitu :
1. Gerak harmonik sederhana linier, misalnya
penghisap. Menentukan percepatan gravitasi
bumi (g) dengan bandul matematis dalam
silinder gas, gerak osilasi air raksa atau air
dalam pipa U, gerak horizontal atau vertikal
dari pegas, dan sebagainya.
2. Gerak harmonik sederhana angular, misalnya
gerak bandul atau bandul fisis, osilasi ayunan
torsi, dan sebagainya.
Ada beberapa contoh gerak harmonik sederhana,
diantaranya :
1. Gerak harmonik pada bandul. Ketika beban
digantungkan pada ayunan dan tidak
diberikan gaya, maka benda akan diam di titik
keseimbangan. Jika beban ditarik ke titik A
dan dilepaskan, maka beban akan bergerajk ke
B, C, lalu kembali lagi ke A. gerakan beban
akan terjadi berulang secara periodic, dengan
Laboratorium Fisika 47
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
kata lain beban pada ayunan di bawah
melakukan gerak harmonik sederhana.
Gambar 2.11 Gerak harmonik sederhana
Sumber : Google.com (2015)
2. Gerak harmonik pada pegas. Ketika sebuah
benda dihubungkan ke ujung sebuah pegas,
maka pegas akan meregang (bertambah
panjang) sejauh titik tertentu. Pegas akan
mencapai titik kesetimbangan jika tidak
diberikan gaya luar (ditarik atau digoyang).
Syarat sebuah benda melakukan gerak
harmonik sederhana adalah apabila gaya pemulih
sebanding dengan simpangannya. Apabila gaya
pemulih sebanding dengan simpangan x atau
Laboratorium Fisika 48
BA C
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
sudut maka pendulum melakukan gerak
harmonik sederhana.
Periode adalah selang waktu yang
diperlukan oleh suatu benda untuk melakukan
satu getaran lengkap.Getaran adalah gerakan
bolak balik yang ada di dekitar titik
kesetimbangan dimana kuat lemahnya
dipengaruhi besar kecilnya energi yang
diberikan.Satu getaran frekuensi adalah satu kali
gerak bolak – balik penuh.Satu getaran lengkap
adalah gerakan dari a-b-c-b-a.
2.5 Resonansi Gelombang Heliks
Gelombang adalah bentuk dari getaran yang
merambat pada suatu medium.Pada gelombang yang
merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium
perantaranya.Suatu gelombang dapat dilihat
panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah
dan bukit (gelombang transversal) atau menghitung
Laboratorium Fisika 49
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan
(gelombang longitudinal).
Tipe-tipe gelombang
Gelombang-gelombang dapat dikelompokkan ke
dalam tiga golongan tipe utama :
1. Gelombang mekanik. Ini adalah gelombang-
gelombang yang paling kita kenal karena kita
hampir selalu menjumpainya; contoh-contoh yang
paling umum adalah gelombang (riak) air,
gelombang suara, dan gelombang (getaran)
seismic. Semua gelombang dari tipe ini memiliki
dua fitur terpenting: gelombang-gelombang itu
diatur oleh hukum-hukum Newton, dan hanya
dapat ada di dalam sebuah medium bahan, seperti
air, udara, dan batu.
2. Gelombang elektromagnetik. Gelombang-
gelombang ini kurang begitu akrab di telinga kita,
namun sebenarnya selalu digunakan; contoh-
contoh yang paling umum adalah: cahaya tampak
dan ultraviolet, gelombang-gelombang radio dan
televisi, gelombang-gelombang mikro
Laboratorium Fisika 50
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
(microwave), sinar-X, dan gelombang-gelombang
radar. Gelombang-gelombang semacam ini tidak
membutuhkan medium bahan untuk dapat ada.
Misalnya, gelombang cahaya yang datang dari
bintang-bintang merambat melalui ruang angkasa
yang hampa untuk dapat mencapai bumi. Semua
gelombang elektromagnetik merambat di dalam
ruang hampa dengan kecepatan yang sama yaitu,
c = 299792458 m/s.
3. Gelombang materi. Walaupun gelombang-
gelombang ini biasa digunakan bersama teknologi
modern, mungkin kita sangat tidak mengenalnya.
Gelombang-gelombang ini dikaitkan dengan
electron, proton, dan partikel-partikel dasar
lainnya, dan bahkan dengan atom dan molekul.
Karena kita biasanya menganggap partikel-
partikel semacam itu merupakan materi
pembentuk, maka gelombang-gelombang ini
disebut gelombang materi.
Laboratorium Fisika 51
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Gelombang transversal dan gelombang
longitudinal
Sebuah gelombang yang merambat disepanjang
tali yang diregangkan dan sangat tegang merupakan
contoh gelombang mekanik paling
sederhana.Gelombang mekanik dapat dikelompokkan
menjadi dua jenis yaitu, gelombang transversal dan
gelombang longitudinal.
Gelombang transversal adalah gelombang yang
arah gangguannya (arah getarannya) tegak lurus
terhadap arah merambat gelombang.Gelombang ini
memiliki bentuk seperti gunung dan lembah yang
berurutan.Gelombang transversal merambat pada
medium padat karena gelombang ini membutuhkan
medium yang relative kaku untuk merambatkan
energy getarnya. Jika medium tempat merambat tidak
kaku, partikel medium akan saling meluncur. Dengan
demikian, gelombang transversal tidak dapat
merambat dalam medium fluida (zat cair dan gas).
Laboratorium Fisika 52
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Terdapat tiga hal penting yang mendukung
terbentuknya gelombang transversal yaitu :
1. Adanya gaya tali yang menimbulkan perpindahan
pada waktu pulsa melewatinya
2. Tali harus bersifat elastic
3. Tali harus mempunyai kelembaman, sehinggga
akan menghasilkan getaran harmonis yang
sederhana.
Berikut islustrasi gelombang transversal :
Gambar 2.12 Ilustrasi gel.transversal 1
Sumber :Google.com (2015)
Gelombang longitudinal adalah
gelombang yang getarannya punya arah yang
sama dengan arah perambatannya. Pada
gelombang ini gerakan dari medium gelombang
Laboratorium Fisika 53
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
searah dengan propagasi gelombang.Bunyi adalah
salah satu contoh dari gelombang ini.pada
gelombang bunyi yang menjadi medium perantara
adalah uadara. Medium tersebut secara bergantian
merapat dan merenggang karena adanya
pergeseran getaran (berpindah tempat).
Berikut ilustrasi gelombang longitudinal
dan istilah-istilah dalam gelombang longitudinal :
Gambar 2.13 Rapatan dan renggangan 1
Sumber : google.com (2015)
Rapatan : daerah sepanjang gelombang yang
mempunyai rapatan atau tekanan molekul lebih
tinggi
Renggangan : daerah sepanjang gelombang yang
rapatan molekul yang lebih rendah.
Laboratorium Fisika 54
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Panjang satu gelombang : jarak antara dua
rapatan atau antara dua renggangan yang saling
berdekatan.
Panjang Gelombang dan Frekuensi
Panjang gelombang adalah jarak diantara
dua unit berulang dari gelombang, yang diukur
dari satu titik pada gelombang ke titik yang sesuai
di unit berikutnya.Sebagai contoh, jarak dari atas
– disebut puncak – satu unit gelombang ke
puncak berikutnya adalah satu panjang
gelombang.Dalam notasi fiska, panjang
gelombang seringditunjuk oleh huruf Yunani
lambda ().
Frekuensi adalah banyaknya getaranyang
terjadi dalam setiap satuan waktu.Menurut
ensiklopedi dan Wikipedia, frekuensi adalah
ukuran jumlah putaran ulang setiap peristiwa atau
kejadian dalam satuan waktu yang diberikan.
Pengertian dari sumber lain menyebutkan bahwa
frekuensi merupakan jumlah getaran yang terjadi
Laboratorium Fisika 55
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
dalam waktu satu detik atau banyaknya
gelombang listrik yang dihasilkan tiap detik.
Istilah frekuensi terkadang disamakan
dengan periode, tapi keduanya memiliki
pengertian yang berbeda.Periode merupakan lama
waktu yang ditempuh untuk melakukan satu
getaran sempurna suatu gelombang.Periode
getaran adalah waktu yang dibutuhkan untuk
melakukan satu kali getaran penuh. Dari kedua
pengertian secara umum tersebut sudah dapat
dipastikan bahwa frekuensi dengan periode
merupakan dua hal yang sangat berbeda satu
sama lain. Hubungan antara frekuensi dengan
periode adalah berbanding terbalik. Maksudnya
adalah semakin besar frekuensinya, maka
periodenya akan semakin kecil. Begitu pula
sebaliknya, semakin kecil frekuensinya maka
akan semakin besar periode yang dibutuhkan.
Laboratorium Fisika 56
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Secara matematis hubungan antara
frekuensi dengan perioda dapat dirumuskan
seperti berikut :
f =1T
atau T = 1f
Berdasarkan pengertian frekuensi yang
telah disebutkan sebeleumnya, untuk menghitung
frekuensi, seseorang harus menetapkan jarak
waktu, menghitung jumlah kejadian atau
peristiwa, dan membagi hitungan tersebut dengan
panjang waktunya.Dalam satuan internasional
mengenai frekuensi, hasil perhitungan tersebut
dinyatakan dalam satuan hertz (Hz). Satuan
tersebut diambuil dari nama ahili ilmu fisika dari
jerman yang menemukan fenomena mengenai
frekuensi pertama kali yakni, Heinrich Rudolf
Hertz. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan suatu
peristiwa yang terjadi satu kali tiap detik.
Ada dua jenis frekuensi yanag umum
dipakai dalam kehidupan sehari-hari.Yakni
frekuensi audio dan frekuensi radio. Berikut ini
Laboratorium Fisika 57
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
pemaparan yang rinci mengenai kedua jenis
frekuensi tersebut :
1. Frekuensi audio atau frekuensi suara adalah suatu
getaran frekuensi yang dapat didengar oleh
manusia dengan standar getaran antara 20-20.000
Hertz. Sesuai dengan kemampuan mendengarnya,
sistem pendengaran manusia dibagi menjadi tiga
macam, yakni infrasonic, audible, dan ultrasonik.
Frekuensi infrasonic adalah frekuensi dengan
rentang gelombang antara 0-20 Hertz. Frekuensi
audible adalah frekuensi dengan rentang
gelombang anatara 20-20.000 Hertz. Sedangkan
frekuensi ultrasonic adalah frekuensi dengan
rentang gelombang diatas 20.000 Hertz.
2. Frekuensi radio merupakan salah satu jenis
gelombang yang mengacu pada spectrum
elektromagnetik yang bisa dihasilkan oleh
pemberian arus bolak-balik ke sebuah antenna.
Dengan adanya frekuensi tersebut, kita bisa
mendengarkan siaran radio melalui gelombang
suara seperti yang kita lakukan sehari-hari.
Gelombang radio sendiri dibagi menjadi dua,
Laboratorium Fisika 58
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
yakni gelombang frekuensi AM dan gelombang
frekuensi FM.
Panjang gelombang () memiliki
hubungan inverse terhadap frekuensi (f), jumlah
puncak untuk melewati sebuah titik dalam sebuah
waktu yang diberikan. Panjang gelombang sama
dengan kecepatan gelombang dibagi oleh
frekuensi gelombang. Hubungan tersebut dapat
dirmuskan secara matematis sebagai berikut :
= vf
Keterangan : = panjang gelombang (m)
v = kecepatan gelombang (m/s)
f = frekuensi gelombang (Hz)
Bayangkan suatu gelombang sinusoidal
menjalar kea rah positif dari suatu sumbu x.
ketika gelombang merambat melewati elemen
yang di depannya (yaitu, bagian yang sangat
pendek) dari dawai, elemen-elemen bergetar
sejajar dengan sumbu y. Pada waktu t,
Laboratorium Fisika 59
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
perpindahan y dari elemen berlokasi pada posisi x
diberikan oleh persamaan:
Y(x,t) = ym sin (kx - t).
Keterangan :
ym = amplitudo (m)
k = konstanta atau bilangan gelombang sudut
(rad/m)
Bilangan gelombang sudut dapat dicari melalui
perhitungan matematis yaitu :
k = 2❑
= kecepatan sudut (rad/s)
Kecepatan sudut dapat dicari melalui perhitungan
matematis yaitu :
= 2 / T
AMPLITUDO DAN FASA
Laboratorium Fisika 60
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Amplitudo (ym) dari suatu gelombang
adalah besar dari perpindahan maksimum elemen-
elemen dari posisi kesetimbangan ketika
gelombang melewati posisi tersebut.
Fasa dari suatu gelombang adalah
argument kx - t dari fungsi sinus pada
persamaan gelombang sinusoidal. Ketika
gelombang merambat melewati suatu elemen
dawai pada suatu posisi khusus x, fasa berubah
secara linear dengan waktu t. Ini artinya bahwa
nilai sinus juga berubah, berosilasi antara +1 dan
-1.
CEPAT RAMBAT GELOMBANG
Cepat rambat gelombang adalah jarak
ditempuh oleh gelombang dalam satuan sekon.
Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v
dan satuannya m/s. Hubungan antara v, f, , dan
T :
v = f dan v = ❑T
Laboratorium Fisika 61
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Keterangan :
= panjang gelombang (m)
v = cepat rambat gelombang (m/s)
T = periode gelombang (s)
f = frekuensi gelombang (Hz).
2.6 Hambatan Listrik
Arus dalam sebuah penghantar ditimbulkan oleh
adanya tegangan (tekanan listrik) yang melalui
penghantar. Dengan kata lain, arus ditimbulkan oleh
tegangan. Dengan demikian dalam sebuah konduktor
ada hubungan antara tegangan (v) dan arus
(I).Tujuan percobaan ini menemukan hubungan
tersebut.Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan
(variasi) tegangan melalui “penghantar” yang disebut
resistor dan mengukur arus yang ditimbulkan untuk
setiap tegangan yang digunakan.Dengan mengubah
tegangan, kita dapatkan arus untuk setiap nilai
tegangan.Untuk mencapai hal tersebut, kita harus
Laboratorium Fisika 62
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
mengukur pasangan tegangan (V) dan arus (I).hal itu
dapat dilakukan dengan memparalelkan voltmeter
dengan resistor dan menghubungkan ampermeter
dan resistor secara seri.
Dari suatu percobaan yang dilakukan untuk
mengetahui bagaimana hubungan antara kuat arus,
tegangan, dan hambatan listrik bahwa :
1. Bila dialirkan arus listrik melalui suatu kawat
penghantar tertentu :
Diberikan tegangan yang besar maka kuat
arusnya besar
Diberikan tegangan yang kecil maka kuat
arusnya kecil.
2. Bila percobaan dilakukan dengan suatu tegangan
tertentu :
Dipergunakan kawat penghantar yang
hambatannya kecil maka kuat arusnya besar
Dipergunakan kawat penghantar yang
hambatannya besar maka kuat arusnya kecil.
Dari hasil percobaan tersebut menghasilkan
Hukum Ohm yang berbunyi :
Laboratorium Fisika 63
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
“Hukum Ohm menyatakan bahwa arus yang
mengalir pada suatu rangkaian sebanding dengan
tegangan pada rangkaian dan berbanding terbalik
dengan resistansi rangkaian dalam keadaan
konstan”.
Sebuah benda penghantar dikatakan
mematuhi Hukum Ohm apabila nilai resistansinya
tidak bergantung terhadap besar dan polaritas
beda potensial yang dikenakan kepadanya. Secara
matematis Hukum Ohm dapat dirumuskan :
I = VR
Keterangan :
I = arus listrik yang mengalir pada suatu
pengahantar (Ampere)
V = tegangan listrik yang (Volt)
Laboratorium Fisika 64
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
R = hambatan listrik (resistansi) yang tedapat
pada suatu penghantar dengan satuan Ohm
().
Berdasarkan Hukum Ohm, 1 Ohm
didefinisikan sebagai hambatan yang digunakan
dalam suatu rangkaian yang dilewati kuat arus
sebesar 1 Ampere dengan beda potensial 1 Volt.
Oleh karena itu, dapat didefinisikan pengertian
hambatan yaitu perbandingan antara
bedapotensial dan kuat arus. Semakin besar
sumber tegangan maka semakin besar arus yang
dihasilkan.Jadi, besar kecilnya hambatan listrik
tidak dipengaruhi oleh besar tegangan dan arus
listrik tetapi dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu
panjang, luas, dan jenis bahan.
Hambatan berbanding lurus dengan
panjang benda, semakin panjang maka semakin
besar hambatan suatu benda.Hambatan juga
berbanding terbalik dengan luas penampang
benda, semakin luas penampang benda maka
semakin kecil hambatannya.
Laboratorium Fisika 65
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Secara umum rangkaian hambatan
dikelompokkan menjadi rangkaian hambatan seri,
hambatan parallel, maupun gabungan keduanya.
Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun
parallel minimal diperlukan dua hambatan.
Adapun, untuk membuat rangkaian kombinasi
seri-paralel minimal diperlukan tiga hambatan.
A. Hambatan seri
Dua hambatan atau lebih yang disusun
secara berdampingan disebut hambatan seri.
Hambatan yang disusun seri akan membentuk
rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus
mengalir disetiap titik besarnya sama. Tujuan
rangkaian hambatan seri untuk memperbesar
nilai hamabatan listrik dan membagi beda
potensial dari sumber tegangan. Rangkaian
hambatan seri dapat diganti dengan sebuah
hambatan yang disebut dengan hambatan
pengganti seri. Tiga buah lampu masing-
masing hambatannya R1, R2, R3 disusun seri
dihubungkan dengan baterai yang
tegangannya V. menyebabkan arus listrik
Laboratorium Fisika 66
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
yang mengalir I. tegangan sebesar v dibagikan
ketiga hambatan masing-masing V1, V2, dan
V3 sehinggga berlaku :
V = V1 + V2 + V3
B. Hambatan paralel
Dua hambatan atau lebih yang disusun
secara berurutan disebut hambatan parallel.
Hambatan yang disusun paralel akan
membentuk rangkaian listrik bercabang dan
memiliki lebih dari satu jalur arus listrik.
Susunan hambatan paralel dapat diganti
dengan sebuah hambatan yang disebut
hambatan pengganti paralel.Rangkaian
hambatan paralel berfungsi untuk membagi
arus listrik.Tiga buah lampu masing-masing
hambatannya R1, R2, R3 disusun paralel
dihubungkan dengan baterai yang
teganggannya (V) menyebabkan arus listrik
yang mengalir (I).
2.7 Elektromagnet
Laboratorium Fisika 67
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Medan magent terbangkitkan oleh arus
listrik.Misalnya, pada sebuah kawat lurus yang
dialiri arus. Medan magnet terbangkitkan sepanjang
kawat berarus dengan arah sesuai dengan kaidah
tangan kanan : jika arus listrik adalah ibu jari pada
sumbu-z positif, maka medan magnet yang
terbangkitkan adalah pada bidang-xy dengan arah
empat jari lain (berlawan arah jarum jam).
Kekuatan medan magnet bergantung pada kuat
arus yang mengalir dan posisi titik pengukuran.
Medan magnet pada konduktor terdiri dari medan
magnet disekitar kawat lurus, medan magnet disekitar
kawat melingkar, medan magnet pada solenoid, dan
medan magnet pada toroida.
1. Medan magnet disekitar kawat lurus
Besarnya medan magnet disekitar kawat lurus
panjang berarus listrik. Dipengaruhi oleh
besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan
terhadap kawat.Semakin besar kuat arus semakin
besar kuat dan magnetnya. Semakin jauh jaraknya
terhadap kawat semakin kecil kuat medan
Laboratorium Fisika 68
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
magnetnya. Berdasarkan perumusan matematik
oleh Biot-Savart maka besarnya kuatv medan
magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan
dengan :
B=o I2 a
untuk jumlah N maka
B=o I N2 a
Keterangan :
B = medan magnet dalam tesla (T)
o = permeabilitas ruang hampa =
4 x 10-7 wb/amp.m
I = kuat arus listrik dalam ampere (A)
a = jarak titik p dari kawat dalam meter (m)
Arah medan magnet menggunakan aturan tangan
kanan. Medan magnet adalah besaran vector,
sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh
Laboratorium Fisika 69
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
beberapa medan magnet maka di dalam
perhitungannya menggunakan operasi vektor
2. Medan magnet disekitar kawat melingkar
Besar dan arah medan magnet disumbu
kawat melingkar berarus listrik dapat dutentukan
dengan rumus :
Bp=o I a sin❑2(r .r )
Untuk sejumlah N lilitan kawat
Bp=o I aN sin❑2(r . r)
Keterangan :
Bp = induksi magnet di p pada sumbu kawat
melingkar dalam tesla (T).
I = kuat arus pada kawat (A)
a = jarak p ke lingkaran kawat (m)
Laboratorium Fisika 70
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
r = jari-jari kawat melingkar (m)
= sudut antara sumbu kawat dan garis hubung p
ke titik pada lingkaran kawat (o)
Besarnya medan magnet di pusat kawat
melingkar dapat dihitung :
B=o I2 a
Untuk jumlah N lilitan kawat, maka :
B=o I N2 a
Keterangan :
B = medan magnet (T)
o = permeabilitas ruang hampa =
4 x 10-7 wb/amp.m
3. Medan magnet pada solenoida
Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang
selanjutnya disebut kumparan, apabila dialiri
Laboratorium Fisika 71
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet
batang. Kumparan ini disebut dengan solenoid.
Besarnya medan magnet disumbu pusat
solenoid dapat dihitung :
Bo=o I NL
Keterangan :
Bo = medan magnet pada pusat solenoida
(T)
o = permeabilitas ruang hampa =
4 x 10-7 wb/amp.m
I = kuat arus listrik (A)
N = jumlah lilitan dalam solenoid
L = panjang solenoid (m)
Besarnya medan magnet di ujung solenoid :
Bp=o I N2 L
Sifat-sifat elektromagnet :
Laboratorium Fisika 72
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
a. Bila sebuah konduktor dialiri arus listrik,
maka disekeliling konduktor akan timbul
medan magnet
b. Arah medan magnet yang timbul tergantung
dari arah arus yang melewati konduktor
tersebut
c. Makin besar arus yang mengalir, makin besar
medan magnet yang timbul
d. Bila gulungan atau coil dialiri arus listrik,
maka gulungan atau coil tersebut akan timbul
medan magnet
e. Arah gulungan atau arah arus listrik berubah,
maka arah medan magnet yang timbul juga
akan berbalik.
f. Untuk memperbesar medan magnet dapat
dilakukan :
Memperbesar arus yang mengalir
Menambahkan inti besi ke dalam gulungan atau
coil
Memperbanyak jumlah gulungan atau coi
2.8 Kalorimeter
Laboratorium Fisika 73
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
KALOR
Kalor didefinisikan sebagai energy panas
yang dimiliki oleh suatu zat.Secara umum untuk
mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu
benda yaitu dengan mengukur suhu benda
tersebut.Jika suhunya tinggi maka kalor yang
dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga
sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang
dikandung sedikit.
Dari hasil percobaan yang sering
dilakukan, besar kecilnya kalor yang dibutuhkan
suatu benda (zat) bergantung pada tiga faktor
yaitu :
1. Massa zat
2. Jenis zat (kalor jenis)
3. Perubahan suhu
Sehinggga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = mc(t2 – t1)
Keterangan :
Laboratorium Fisika 74
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Q = kalor yang dibutuhkan (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J/kgC)
t = perubahan suhu (t2 – t1) (0C)
Kalor dapat dibagi menjadi dua
jenis.Kalor yang digunakan untuk menaikkan
suhu.Kalor yang digunakan untuk mengubah
wujud (kalor laten0, persamaan yang digunakan
dalam kalor late nada dua macam yaitu :
Q = mU dan Q = mL
Dengan :
U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah
kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua konsep
yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas
kalor (H) dan kalor jenis (c). Kapasitas kalor
adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu benda sebesar 1 0C.
Laboratorium Fisika 75
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
H = Q / (t2 – t1).
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat
sebesar 1 0C.Alat yang digunakan untuk
menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.
c = Q/m(t2 – t1)
bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka
terbentuk persamaan baru .
H = m.c
KALORIMETER
Kalorimeter adalah alat untuk menentukan
kalor jenis suatu zat. Prinsip kerja kalorimeter
adalah sebagai berikut : kalorimeter terdiri atas
bejana logam yang jenisnya telah diketahui,
dinding penyekat terdiri dari isolator yang
berfungsi untuk mencegah terjadinya perambatan
kalor ke lingkungan sekitar, termometer, dan
pengaduk. Bejana logam berisi air yang suhu
awalnya dapat diketahui dari thermometer.Sebuah
Laboratorium Fisika 76
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
bahan yang belum diketahui kalor jenisnya
dipanaskan, kemudian dimasukkan ke dalam
calorimeter dengan cepat, kalor jenis bahan
tersebut dapat dihitung.
Kalorimeter tidak hanya digunakan untuk
mengukur kalor jenis bahan logam, melainkan
juga dapat digunakan untuk keperluan lain yang
berkaitan dengan kalor (jumlah kalor). Beberapa
kegunaan kalorimeter yang lain adalah untuk
menunjukkan Asas Black, menukur kesetaraan
kalor listrik, menukur kalor lebur es, mengukur
kalor uap, dan menukur kalor jenis cairan.
Gambar 2.14 Kalorimeter
Sumber :Google.com
Laboratorium Fisika 77
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Jenis-jenis kalorimeter
A. Kalorimeter bom
Merupakan kalorimeter yang khusus
digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-
reaksi pembakaran. Kalorimeter bom
digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai
kalori) yang dibebaskan pada pembakaran
sempurna (dalam O2 berlebih) suatu senyawa.,
bahan makanan, dan bahan bakar. Kalorimeter
ini terdiri dari sebuah bom (tempat
berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat
dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas
oksigen pada tekanan tinggi) dan sejumlah air
yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.
Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom,
akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air
dan bom.
Karena tidak ada kalor yang terbuang
ke lingkungan, maka :
Qreaksi = -(Qair + Qbom )
Laboratorium Fisika 78
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Jumlah kalor yang diserap oleh air
dapat dihitung dengan rumus :
Qair = mct
Keterangan :
m = massa air dalam kalorimeter (g)
c = kalor jenis air dalam kalorimeter
(J/goC) atau (J/gK)
t = perubahan suhu (oC atau K)
Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat
dihitung dengan rumus :
Qbom = Cbom xt
Dengan :
Cbom = kapasitas kalor bom (J /oC) atau (J /K)
t = prubahan suhu (oC atau K)
Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter
bom berlangsung pada volume tetap (V = nol ).
Laboratorium Fisika 79
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Oleh karnea itu, perubahan kalor yang terjadi di
dalam sistem = perubahan energi dalamnya.
DE = q + w
Dimana :
DE = qv
Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter
makanan.
B. Kalorimeter larutan
Alat yang digunakan untuk mengukur
jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia
dalam sistem larutan.Pada dasarnya, kalor
yang dibebaskan/diserap menyebabkan
perubahan suhu pada kalorimeter.Berdasarkan
perubahan suhu per kuantitas pereaksi
kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi
sistem larutan tersebut. Kini kalorimeter
larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat
diperoleh dipasaran
Laboratorium Fisika 80
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
ASAS BLACK
Asas Black adalah suatu prinsip dalam
termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph
Black. Asas ini menjabarkan :
Jika dua buah benda yang berbeda suhunya
dicampurkan, benda yang panas memberi
kalor pada benda yang dingin sehinggga suhu
akhirnya sama.
Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama
dengan jumlah kalor yang dilepas benda
panas.
Benda yang didinginkan melepas kalor yang
sama besar dengan kalor yang diserap bila
dipanaskan.
Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut :
“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor
yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama
dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang
suhunya lebih rendah”.
Laboratorium Fisika 81
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Secara umum Asas Black dapat dirumuskan
sebagai berikut :
Qlepas = Qterima
Keterangan :
Qlepas = jumlah kalor yang dilepas oleh zat
Qterima = jumlah kalor yang diterima oleh zat.
Rumus berikut adalah penjabaran dari rumus di
atas :
(m1 x C1)(t1 – ta) = (m2 x C2)(ta – t2)
Keterangan :
m1 = massa benda yang mempunyai tingkat
temperatur lebih tinggi
C1 = kalor jenis benda yang mempunyai tingkat
temperatur lebih tinggi
t1 = temperatur benda yang mempunyai tingkat
temperature lebih tinggi.
ta = temperatur akhir pencampuran kedua benda
Laboratorium Fisika 82
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
m2 = massa benda yang mempunyai tingkat
temperatur lebih rendah.
C2 = kalor jenis benda yang mempunyai tingkat
tempratur lebih rendah.
t2 = tempratur benda yang mempunyai tingkat
tempratur lebih rendah.
Pada pencampuran antara dua zat,
sesunggguhnya terdapat kalor yang hilang ke
lingkungan sekitar. Misalnya, wadah
pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil
kali antara massa, kalor jenis, dan kenaikan suhu
wadah.
Hukum kekekalan energi
Hukum kekekalan energi menyatakan
energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat
diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari
satu bentuk ke bentuk lain. Di alam ini banyak
terdapat energi seperti energi listrik, energi kalor,
energi bunyi, namun energi kalor hanya
dapatdirasakan seperti panas matahari.Dalam
Laboratorium Fisika 83
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
kehidupan sehari-hari kita sering melihat alat-alat
pemanas yang menggunakan energi listrik seperti
teko pemanas, penanak nasi, kompor listrik
ataupun pemanas ruangan. Pada dasarnya alat-alat
tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu
merubah energi listrik yang mengalir pada
kumparan kawat menjadi energi kalor atau panas.
Sama halnya dengan kalorimeter yaitu alat yang
digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai
kalori) yang dibebaskan.
Energi memilki hukum kekekalan, dimana
energi itu tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dihilangkan terpakai atau musnah tetapi hanya
berubah. Banyaknya energi yang berubah menjadi
bentuk energi lain sama dengan banyaknya energi
yang berkurang sehingga total energi dalam
sistem tersebut adalah tetap. Dengan demikian,
dapat kita simpulkan bahwa energi tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat
berubah bentuk menjadi bentuk energi lain.
Pernyataan ini dikenal sebagai hukum kekekalan
energi.
Laboratorium Fisika 84
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Perubahan bentuk energi
Suatu bentuk energi dapat berubah
menjadi bentuk energi yang lain. Perubahan
bentuk energi yang biasa dimanfaatkan sehari-
hari antara lain sebagai berikut :
Energi kimia menjadi energi listrik.
Perubahan energi pada baterai dan aki
merupakan contoh perubahan energi kimia
menjadi energi listrik.
Energi mekanik menjadi energi panas.
Contoh perubahan energi mekanik menjadi
energi panas adalah dua buah benda yang
bergesekan.
Energi listrik menjadi energi panas. Contoh
perubahan energi listrik menjadi menjadi
energi panas terjadi pada mesin pemanas
ruangan, kompor listrik, setrika listrik,
heater, selimut listrik, dan solder.
Energi listrik menjadi energi cahaya dan
kalor. Perubahan energi listrik menjadi
energi cahaya dan kalor terjadi pada
Laboratorium Fisika 85
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
berpijarnya bohlam lampu. Seperti telah
disebutkan sebelumnya bahwa energi cahaya
biasanya disertai bentuk energi lainnya.
misalnya kalor. Coba dekatkan tanganmu ke
bohlam lampu yang berpijar! Lama
kelamaan tanganmu akan merasa semakin
panas.
Energi mekanik menjadi energi bunyi.
Perubahan energi mekanik menjadi energi
bunyi dapat terjadi ketika kita bertepuk
tangan atau ketika kita memukulkan dua
buah benda keras.
Energi cahaya menjadi energi kimia.
Perubahan energi cahaya menjadi energi
kimia dapat kita amati pada proses
pemotretan hingga terbentuknya foto.
Rumus atau persamaan mekanik yang
berhubungan dengan hukum kekekalan energi :
Em = Ep + Ek
Laboratorium Fisika 86
BAB II LANDASAN TEORI Kel-8
Keterangan :
Em = energi mekanik
Ep = energi potensial
Ek = energi kinetik.
Laboratorium Fisika 87