Edisi Pertama Fisika Sma Murni

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT ,atas Rahmat dan Hidayah-Nya yang selalu tercurah kepada Hamba-hamba-Nya yang beriman.

Seiring dengan kemajuan IPTEK yang sangat pesat saat ini menuntut dunia pendidikan harus berbenah diri untuk menjadi manusia yang berkualitas dan professional.Oleh karena itu dalam mempersiapkan sumber manusia yang tangguh dalam menghadapi persaingan yang sangat kompetitif dan berdaya guna,maka perlu perbaikan dan peningkatan mutu ,baik dari segi system maupun dari tenaga pendidik ,serta diberlakukannya system kurikulum berbasis kompetensi.Untuk menghasilkan pendidikan yang berkualitas ,maka indicator-indikator seperti pendidik,siswa dan buku penunjang harus seiring dan sejalan.

Buku ini adalah intisari dari materi yang esensial yang merupakan penuntun belajar dalam berfikir sederhana namun mampu menjadikan siswa/wi yang berkualitas yang patut dibanggakan dan dapat bersaing ditingkat internasional. Amin.

Penulis

FISIKA UNTUK SMA/MA/X/2

Daftar Isi

KATA PENGANTAR………………………………………………………………

DAFTAR ISI ………………………………………………………………………………………

PETUNJUK SISWA …………………………………………………………………

PETUNJUK GURU / FASILITATOR …………………………………………………

MODUL :

5. SUHU DAN KALOR…………………………………………………………………

I. STANDAR KOMPETENSI …………………………………………….II. KOMPETENSI DASAR ……………………………………………….

III. INDIKATOR ……………………………………………………………..IV. MATERI PEMELAJARAN ……………………………………….

A. Termometer dan pengukuran suhu……………………………………………………..

B. Pemuaian benda ………………………………………………..C. Kalor …………………………………………………………………….D. Perpindahan Kalor ……………………………………………….

V. SOAL UJI KOMPETENSI ……………………………………………………..VI. WORK SHEET ……………………………………………………………………..

6. GELOMBANG DAN OPTIKA ……………………………………………

I. Sifat Dasar cahaya ……………………………………………………………..II. Pemantulan cahaya …………………………………………………………….

III. Pembiasan cahaya ……………………………………………………………..IV. Alat-alat optic …………………………………………………………………….V. Spectrum Gelombang Elektromagnetik ……………………………

7. LISTRIK DINAMIS ……………………………………………………………….

I. Arus listrik ………………………………………………………………………….II. Hukum ohm dan Hambatan Listrik ……………………………………..

III. Rangkaian Listrik dan arus searah ……………………………………….IV. Pengukuran Besaran-besaran Listrik ………………………………….V. Energy Listrik dan Daya Listrik ……………………………………………

VI. Tegangan AC dan DC …………………………………………………………


MODUL. 5 SUHU DAN KALOR


STANDAR KOMPETENSI

Menerapkan konsep kalor dan konservasi energy pada berbagai perubahan energi

KOMPETENSI DASAR Menganalisis pengaruh kalor terhadap suatu zatMenganalisis cara perpindahan kalorMenerapkan azas Black dalam pemecahan masalah

INDIKATOR Menyebutkan pengertian thermometer

Menyebutkan pengertian suhu,kalor,dan pemuaian

Menjelaskan tentang pemuaian Menjelaskan kalibrasi thermometer Menghitung pertambahan panjang

pada pemuaian Menerapkan aplikasi kalor dalam

bidang teknologi Menjelaskan tentang perpindahan

energy Menjelaskan perbedaan kalor dan

suhu Menjelaskan cara perpindahan kalor Menganalisis perubahan energy

menjadi kalor Menjelaskan kalor jenis dan kapasitas

kalor Menjelaskan prinsip kekekalan energy Menjelaskan perubahan wujud zat Menjelaskan kalor laten kalor lebur Menghitung suhu campuran suatu zat Menyebutkan konsep asas Black Menerapkan konsep azas Black dalam

kehidupan sehari-hari

TUJUAN : Setelah mempelajari modul ini ,diharapkan dapat :

Mengukur suhu suatu benda Menjelaskan prinsip kerja sebuah thermometer Mengkalibrasi suatu skala thermometer ke dalam berbagai

skala lain Menjelaskan berbagai factor yang mempengaruhi pemuaian

zat padat,cair,dan gas Memformulasikan pemuaian benda secara kuantitatif Memformulasikan dan menghitung kalor dalam hubungannya

dengan kalor jenis,kapasitas kalor dan kalor laten Menjelaskan pengaruh kalor terhadap perubahan wujud benda Menganalisa perubahan wujud secara kuantitatif Menjelaskan dan memformulasikan mekanisme perpindahan

kalor secara kuantitatif,serta memberi contoh-contoh perpindahan kalor dan manfaatnya dalam kehidupan sehari-hari

MATERI PEMELAJARAN

A. Thermometer dan pengukuran suhu Suhu adalah ukuran panas /dingin suatu benda. Thermometer adalah alat untuk mengukur suhu

suatu benda /zat. Thermometer dibuat berdasarka sifat

termometrik bahan . Sifat termometrik bahan :

- panjang benda padat/logam

- Volume zat cair

- Volume gas pada tekanan tetap


- Tekanan gas pada volume tetap

- Hambatan listrik zat

- Warna benda pijar

Macam-macam thermometer ; 1. Thermometer Raksa2. Thermometer Alkohol3. Termometr hambatan kawat platina4. Termokopel5. Pyrometer

Macam-macam skala thermometer :1. Celcius ( C )2. Reamur ( R )3. Fahrenheit ( F )4. Kelvin ( K )5. Rankine ( R )

oC oR oF 0K oRn

air mendidih - 100 80 212 373

air membeku 0 0 32 273

Perbandingan skala C : R : F = 5 : 4 ; 9

AoC = 45

Ao R AoC = 95

A + 32oF

BoR = 54

BoC BoR = 94

B + 32oF

DoF = 59

x ( D – 32 )oC DoF = 49

x ( D – 32 )oR

toC = t + 273oK ToK = T – 273oC


untuk membandingkan dua skala thermometer berdasarkan titik bawah dan titik atas thermometer tersebut,dapat dilakukan sebagai berikut :Misalnya thermometer x dan y :

Berlaku persamaan :

T x−T bx

Tax−T bx

Ta = skala pada titik atas termometer Tax Tay

Tb = skala pada titik bawah thermometer

T = suhu yang di tunjuk termometer

X -- y

Sebuah benda mempunyai suhu 25oC. Nyatakan suhu benda tersebut dalam skala Reamur,Fahrenheit,dan Kelvin!

penyelesaian :

Dalam skala Reamur (0R) Tc = 54

TR TR = 45

TC

= 45

( 25 )oR

= 20oR

Dalam skala Fahrenheit (oF) TC = 59

( TF – 32 ) TF = 95

TC +

32 = 95

(25) + 32oF

= 77oFDalam skala Kelvin (K) TC = TK – 273 TK = TC + 27 = 25 + 273 = 298 K

Jadi , 25oC = 20oR = 77oF = 298 K


Contoh soal 5.1

B. Kalor ( Heat ) Kalor merupakan bentuk energy yang mengalir

dari suhu tinggi ke suhu rendah Satuan kalor dalam SI adalah joule ,tapi sering

dinyatakan dengan kalori1 Joule = 0,24 kalori1 kalori = 4,2 Joule1 K kal = 1000 kalori

Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1oC pada massa 1 gram air.

Q = m.c.∆t Q kalor yang diperlukan (kal)m massa suatu zat (gr)c kalor jenis (kal/groC)∆tperubahan suhu (oC)

c = Q

m.∆ t Kalor jenis © adalah bilangan yang menunjukkan

berapa kalori panas yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhunya 1oC .


CONTOH 5.2

Pada thermometer X titik beku air adalah 50oX dan titik didih air 200oX.Suatu benda bersuhu 40oC ,berapa suhu benda itu jika diukur dengan thermometer X ?

Penyelesaian :

Tax = 200oX , Tbx = 50oX , Tac = 100oC , Tbc = 0oC , Tc = 40oCTX = ………….?T X−50200−50

= 40−0100−0

T x−50150

= 0,4 Tx - 50 = 60 Tx = 110ox

Tabel kalor jenis zat cair (kal/groC)

Air 1,0 Minyak tanah

0,51

Eter 0,56 Minyak zaitun

0,47

alkohol 0,58 Air raksa 0,03

Tabel kalor jenis zat padat (kal/groC)

Kapasitas kalor (C) ialah bilangan yang menunjukkan berapa kalori panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 oC..

C = Q∆t

Q = C.∆t , sehingga C = m.

c

Tabel kapasitas kalor (J/kgoC) x 103

Air raksa 0,134 Nikel 0,46Aluminium 0,890 Platina 0,135Air 4,2 Perak 0,234Baja 0,48 Pasir 0,816Batu bara 0,837 Seng 0,42Besi tuang 0,51 Soldir 0,18Beton 0,851 Tima hitam 0,126Es 2,41 Timahputih 0,23Kaca 0,67 Asbes 0,837Karet 2,0 bensin 0,23

Kuningan 1,465

Azas Black :

“ Jumlah kalor yang dilepas = Jumlah kalor yang diserap

QL = kalor lepasQs = kalor serap


Contoh soal 5.33

Es 0,5 Nikel 0,11 Perak 0,06Naftalin 0,31 Tembaga 0,09 Emas 0,03Aluminium 0,21 Timah sari 0,09 platina 0,03Gelas 0,20 Timahputih 0,05besi 0,11 Timahhitam 0,03

QL = QS

Berapa kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500 gram air dari suhu 20o C menjadi 40oC ? Penyelesaian : Q = m . c .∆t = 500 . 1 . ( 40 – 20 ) = 500 . 20 = 10.000 K kal

C. Perpindahan Kalor ( Heat Transfer ) Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke

benda bersuhu rendah. Ada 3 macam perpindahan kalor yaitu;

konduksi,konveksi,dan radiasi.1) Konduksi ( hantaran )

Konduksi yaitu perpindahan kalor dalam zat akibat terjadinya tumbukan antar molekul-molekul zat itu.

Peristiwa konduksi terjadi pada zat padat

Pada konduksi tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat itu.

Jumlah kalor yang mengalir pada zat tiap satuan waktu dirumuskan :

Q/t = W = k. A.∆T /L ( Watt)

Dengan k = koefisien konduksi L = panjang benda A = luas penampang benda ∆T = perbedaan suhu

Contoh konduksi


A

2) Konveksi ( aliran) Konveksi yaitu perpindahan

panas pada zat yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat tersebut.

Peristiwa konveksi terjadi pada zat cair dan gas udara

Jumlah kalor yang mengalir pada zat tiap satuan waktu dirumuskan :

Q / t= W = h . A . ∆T ( Watt )

Contoh konveksi :

3). Radiasi (pancaran)

Radiasi yaitu perpindahan kalor yang dipancarkan dalam bentuk gelombang electromagnet.

Peristiwa radiasi terjadi pada gas. Jumlah kalor yang mengalir pada

zat tiap satuan waktu dirumuskan :

Q/t = W = e . σ . AT4 ( Watt )

e koefisien pancaran ( emisivitas) = 0≤e≤1 e = 0 , terjadi pemantulan sempurna


e = 1 , disebut benda hitam sempurnaσ = koefisien Stefan Boltzman

Untuk sebuah benda yang berbeda suhunya :

W1 = T1 4 W2 T2

Contoh radiasi :


Contoh soal 5.4

Sebatang logam 150 cm dengan luas penampang 30 cm2 . Salah satu ujungnya menempel pada es ( 0oC ) dan ujung lainnya menempel pada benda dengan suhu 100oC . Jika konduktivitas termalnya 0,9 kal/s cmoC.Hitunglah kalor yang merambat melalui logam tersebut selama 10 sekon!

Penyelesaian :

Qt

= k A ∆T

d k = 0,9 kal/s cmoC , A = 30 cm2 ,

∆T = 100 – 0 = 100oC d= 150 cm dan t = 10 s, maka;

Q = k A ∆T

d t = (0,9 kal

s cmoC) (30cm2 ) (100oC ) (10 s)

150 cm

= 180 kalori

Jadi ,kalor yang merambat adalah 180 kalori

D. Pengaruh kalor pada zat1. Pemuaian

Pemuaian ialah bertambahnya ukuran suatu zat bila dinaikkan suhunya.

Pemuaian dapat terjadi pada zat padat,zat cair,dan zat gas.

a) Pemuaian zat padat Muai panjang (Linier)

Lo pada suhu to

∆L

Lt pada suhu t1 ∆L

Lo = panjang mula-mulaLt = panjang akhir∆L = pertambahan panjang = Lt – L0

Lt = Lo + ∆L∆t = perubahan suhu = t1 – t0

= koefisien muai panjangα

∆L = .Lo . α∆t


Contoh soal 5.5

Dua buah benda bercahaya identik,masing-masing bersuhu 27oC dan 327oC,perbandingan energy yang dipancarkan adalah ………….

Penyelesaian :

E = e . σ .T 4. A . t E1E2

= (T1T2 )4 = ( 300600 )4 = ( 12 )4 =

1 : 16 E ∞ T 4. T1 = 27oC = 300oK T2= 327oC = 600oK

Lt = Lo( 1 + α∆t)

No Nama zat Koefisien muai panjang per oC

1. Aluminium 25 x 10-6

2 Baja 12,5 x 10-6

3 Besi 11 x 10-6

4 Emas 14 x 10-6

5 Kaca biasa 17 x 10-6

6 Kaca kwartz 0,4 x 10-6

7 Kaca pyrex 3 x 10-6

8 Perak 18 x 10-6

9 Perunggu 18 x 10-6

10 Platina 9 x 10-6

11 Nikel 14 x 10-6

12 Tembaga 17 x 10-6

Muai luas/bidang


Contoh soal 5.6

At

tt Ao

to

Batang besi panjang 200 cm pada suhu 20oC. Berapakah pertambahan panjang dan panjang akhirnya jika dipanasi hingga suhunya 90oC ?

Penyelesaian :

Lo = 200 cm to = 20oC t1 = 90oC αBesi = 11 x 10-

6/oC

Ditanya : a). ∆L…….? b). Lt ……..?

a). ∆L = . Lα o . ∆t b). Lt = L0 + ∆L = 11 x 10-6 . 200 . 70 = 200 + 0,154 = 0,154 cm = 200,154 cm

Ao = luas mula-mula

At = luas akhir

∆A = pertambahan luas

∆A ≈ Ao . ∆t

∆A = β .Ao . ∆t = 2 . Aα o . ∆t

atau

Muai ruang /Volume/isi

Vo = Volume mula-mulaVt = Volume akhir∆V = Vt - Vo pertambahan volume∆V ≈ Vo.∆t


At = Ao ( 1 + 2 . ∆t)α

At = Ao ( 1 + β ∆ t ¿

Pada Aluminium luas 2 m2 pada suhu 30oC. Berapa luas plat itu jika suhu dinaikkan hingga 100oC ?

Penyelesaian :Ao = 2 m2 At = Ao ( 1 + 2 . ∆t) αto = 30oC = 2 ( 1 + 2. 25 x 10-6 . 70 )t1 = 100oC = 2 ( 1 + 3500.10-6 )αAl= 25 x 10-6/oC = 2,0070 m2

Contoh soal 5.7

∆V = γ . Vo . .∆t

∆V = 3α . Vo . .∆t

Vt = Vo (1 + γ . .∆t ) atau

Hubungan

antara koefisien muai panjang (α) ,koefisien muai luas ( β ), dan koefisien muai ruang γ adalah :

α=12β=13γ

b. Pemuaian zat cair

Pada zat cair hanya terjadi muai volume saja.

Vt = Vo (1 + γ .∆t )

γ = koefisien muai volume zat cair

Tabel koefisien muai zat cair :

No Nama Zat Koefisien muai zat cair ( …X 10-3/oC )

1 Alcohol 1,102 Air ( 15o

100oC ) 0,180

3 Air raksa 0,1814 Eter 1,5132


Contoh soal 5.8

Vt = Vo (1 + 3α .∆t )

Panci terbuat dari tembaga dengan volume 4 liter pada suhu 20oC. Jika dipanaskan hingga 80oC,berapa volume panci tersebut ?

Penyelesaian : Vt = Vo (1 + 3α .∆t ) = 4 (1 + 3.17 x 10-6 . 60 ) = 4 (1 + 3060 x 10-6 ) = 4 ( 1 + 0,003060 ) = 4,01224 liter

5 Ethylalcohol 1,006 Gliserin 0,48537 Karbon

Sulfida1,15

8 Paraffin 1,009 Terpentin 1,05

Pada dasarnya semua zat cair bila dipanaskan akan memuai. Tetapi pada air,bila dipanaskan dari 0oC sampai 4oC malah menyusut,dan setelah lewat dari 4oC akan memuai. Sifat ini disebut dengan ANOMALI AIR.

Grafik Anomali air digambarkan seperti berikut :

V

Vo

T 4oC

c. Pemuaian gas


Contoh soal 5.9

Ceret terbuat dari aluminium diisi air penuh berisi 5 liter pada suhu 25oC. Berapa air yang tumpah jika dipanaskan hingga mendidih ?

Penyelesaian :

Air : Vt = Vo ( 1 + γ+∆ t ) = 5 ( 1 + 1,8 x 10-3 . 75 ) = 5 ( 1,135 x 10-3 ) = 5,675 liter Ceret : Vt = Vo ( 1 + 3 . ∆t )α = 5 ( 1 + 3 . 25 x 10-6 . 75 ) = 5 ( 1 + 5625 x 10-6 ) = 5,028125 liter

Jadi , air yang tumpah = ∆V = 5,675 - 5,02813 = 0,64687 liter

Pada gas hanya terjadi muai volum saja.Pada tekanan tetap berlaku :

Vt = Vo ( 1 + γ+∆ t ) γ=1273

Vt = Vo ( 1 + 1273

. ∆ t )

Kondisi gas sangat dipengaruhi oleh volume,(V),Tekanan (P), dan suhu (T),berlaku Hukum Boyle – Gay Lussac :

P1.V 2

T 1=

P2 .V 2

T 2 dimana ;

P = tekanan gas (N/m

V = Volume gas (m3)

T= suhu mutlak (oK)

2. Perubahan wujud Zat

- Pada dasarnya ada 3 fase wujud zat yaitu ; padat , cair , gas .

- Karena pengaruh kalor ,suatu zat akan mengalami perubahan wujud.

- Diagram perubahan wujud zat :

menyublim menguap

mengembun

membeku

mencair

- Saat terjadi perubahan wujud ,walaupun kalor terus diberikan ,suhu tetap tidak naik.Hal ini disebabkan kalor digunakan untuk mengubah wujud suatu zat memerlukan atau melepaskan kalor sebesar :

Q = m . L


GAS

PADAT CAIR

dengan ,Q = kalor yang diserap atau dilepas L = kalor laten

m= massa zat

- Saat terjadi perubahan wujud dari padat ke cair ( melebur ) untuk air terjadi pada suhu 0oC.Kalor yang diperlukan Q = m . Les

( Les = 80 kal/gr ).- Perubahan wujud dari air ke uap pada suhu

100oC, diperlukan kalor Q = m . Lair , ( Lair = 540 kal/gr ).

Work sheet 1

1. Jelaskan arti istilah –istilah berikut :


Ayo berlatih teruss

s….!

a. Sifat termometrikb. Skala thermometerc. Suhu nol mutlak

Jawab :

a.

b.

c.

2. Es melebur pada saat suhunya menunjukkan ………..

Jawab :

3. Mengapa raksa tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu -60oC ?

Jawab :

4. Sebuah benda bersuhu 362oF. Nyatakan suhu benda tersebut dalam skala Reamur , Celcius , dan Kelvin.

Jawab :

5. Thermometer Celcius dan Reamur menunjukkan skala yang sama pada suhu …..

Jawab :


Berilah tanda silang pada huruf A,B,C, D,atau E untuk jawaban yang benar !

1. A certain thermometer has the function to ……..Suatu thermometer mempunyai fungsi untuk….a. Menaikkan suhub. Menurunkan suhuc. Mengukur suhud. Menjaga suhu tetape. Mengukur kelembaman

2. The Fahrenuheit thermometer if compared with the Celsius thermometer to measure temperature is …………Thermometer Fahrenheit jika dibandingkan dengan thermometer Celcius untuk mengukur suhu adalah………..a. Selalu memberikan nilai lebih tinggib. Mungkin memberikan nilai lebih rendahc. Mungkin memberikan nilai sama dan mungkin juga tidak

memberikan nilai yang samad. Mungkin memberikan nilai yang samae. Selalu memberikan nilai yang berbeda

3. 303 Kelvin is equal to………………303 Kelvin sama dengan ………………….a. 24oR c. 27oR e. 23oCb. 54oF d. 27oF

4. Thermometer X which has been calibrated shows the number of -30 at water freezing point and 90 at water boiling point.The temperature of 6oX is equal to…………….termometer X yang telah dikalibrasi menunjukkan angka -30 pada titik beku air dan 90 pada titik didih air.Suhu 6oX samadengan …………….a. -20oC c. 50oC e. 80oCb. -45oC d. 75oC


UJI LATIH PEMAHAMAN

Nama Nilai

5. The reading of Fahrenhait scale is equal to the Celcius scale at the temperature of …………Pembacaan skala Fahrenheit sama dengan skala Celcius pada suhu ………a. -72oC c. -32oC e. 0 mutlakb. -40oC d. -48oC

6. A piece of metal has Initial length of 10 meters at temperature 20oC,then is warmed up and reaches temperature of 120oC. If the coefficient of length expansion is 10-4/K ,then its length increment is …………suatu batang logam mepunyai panjang awal 10 meter pada suhu 20oC, kemudian batang itu dipanaskan dan mencapai suhu 120oC. Jika koefisien muai panjang tersebut 10-4/K,maka pertambahan panjangnya adalah …………a. 10 m c. 20 cm e. 0,1 cmb. 100 cm d. 10 cm

7. If the temperature is incriasedfrom 0oC to 100oC ,the lenght of a piece of steel is increasing from 1000 m to 1001 m,what is the change of length if it is warmed up from 0oC to 120oC ?Jika suhunya dinaikkan dari 0oC hingga 100oC,panjang batang baja bertambah dari 1000 m hingga 1001 m ,berapakah perubahan panjangnya jika batang baja tersebut dipanaskan dari 0oC hingga 120oC ?a. 5 x 10-4 m c. 12 x 10-4 m e. 77,2 x10-4 m

5 x 10-4 m 12 x 10-4 m 77,2 x10-4 m b. 6 x 10-4 m d. 12,8 x 10-4 m

6 x 10-4 m 12,8 x 10-4 m8. If a certain substance has high specific heat then the substance

is …………………Jika suatu zat mempunyai kalor jenis tinggi,maka zat itu …a. Lambat mendidih c. lambat melebur b. Cepat mendidih d. cepat naik suhunya

e.lambat naik suhunya 9. If an amount of water is warmed up from 273 K to 277 K at a

constant pressure,then ………Jika sejumlah air dipanaskan dari 273 K sampai 277 K pada tekanan tetap ,maka …………a. Volumnya bertambahb. Volumnya berkurangc. Volumnya tetapd. Massa jenisnya tetape. Massa jenisnya berkurang

10. The length of a piece of piece of steel is 100 cm at temperature 0f 30OC.Coefficient of length expansion of the steel is 10-5/K.If


the length of the steel becomes 100.1 cm,then its temperature is ……………….Sebatang baja panjangnya adalah 100 cm pada suhu 30oC.Koefisien muai panjang baja adalah 10-5/ K. Jika panjang baja itu menjadi 100,1 cm maka suhunya adalah …a. 70oC c. 130oC e. 1030oCb. 100oC d. 1000oC

MODUL.6

I. STANDART KOMPETENSI

Menerapkan prinsip kerja alat optic

II. KOMPETENSI DASAR Menganalisis alat-alat optic secara kualitatif dan kuantitatifMenerapkan alat-alat optic dalam kehidupan sehari-hari

III. INDIKATOR Mengingat tentang cahayaMengenal tentang optikaMenjelaskan tentang pembiasan cahayaMenjelaskan pemantulan cahayaMenjelaskan persamaan cermin datar,cembung,cekung.Menjelaskan persamaan lensa cembung,cekung.Menghitung perbesaran bayangan ,letak benda ,letak bayangan,jarak focus pada berbagai jenis cermin dan lensa.Menganalisis sifat bayangan pada lensa cekung dan cembung.Mengingat persamaan tentang optika geometris.Menjelaskan penerapan cermin dan lensa pada peralatan optic.Menjelaskan jenis-jenis alat optic..Menghitung kuat lensa pada kacamata.Menghitung perbesaran total pada Lup dan mikroskop.Menghitung panjang mikroskop dan teropong.

TUJUAN PEMELAJARAN :

Setelah mempelajari bab ini siswa diharapkan dapat :

o Menjelaskan perkembangan teori cahayao Menjelaskan pemantulan cahaya pada cermino Menjelaskan mekanisme pembentukan bayangan pada cermin dan

menentukan sifatnya.o Menganalisa pemantulan cahaya secara kuantitatifo Menjelaskan pembiasan cahaya pada berbagai benda transparano Menjelaskan pembentukan bayangan pada lensa dan menentukan

sifatnyao Menganalisa pembiasan cahaya secara kuantitatif


GELOMBANG DAN OPTIK

o Menjelasakan prinsip kerja alat-alat optico Menganalisa alat-alat optic secara kuantitatifo Menjelaskan spectrum gelombang elektromagnetiko Mengelompokkan spectrum gelombang elektromagnetik berdasarkan

frekuensi dan panjang gelombangnyao Menjelaskan karakteristik khusus masing-masing spectrum gelombang

elektromagnetiko Memberikan contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam

kehidupan sehari-hari

MODUL 6. MATERI PEMELAJARAN

GELOMBANG DAN OPTIK

A. SIFAT DASAR CAHAYA

1. Teori tentang cahaya

Beberapa teori mengenai cahaya :a. Teori Emisi oleh Sir Isaac Newton ( 1642-1722 )

Bahwa partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan dipancarkan dari sumber-sumber cahaya ke segala arah dengan kecepatan tinggi.Jika partikel tersebut mengenai mata kita, maka kita akan mendapat kesan melihat sumber cahaya tersebut.

b. Teori gelombang oleh Cristia Huygens (1629-1665 )

Bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi,perbedaannya hanya dalam hal frekuensi dan panjang gelombangnya.

c. Percobaan Thomas Young ( 1773-1829 ) dan Agustin Fresnel ( 1788-1827 )

Bahwa cahaya dapat melentur dan berinterferensi dan peristiwa ini tidak dapat diterangkan oleh teori emisi Newton

d. Percobaan Jean Beon Faucault ( 1819-1869 )

Bahwa cepat rambat cahaya dalam zat cair lebih kecil jika dibandingkan dengan cepat rambat cahaya di udara.

e. Percobaan James Clerk Maxwell ( 1831 – 1879 )


Bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik samadengan cepat rambat cahaya sebesar 3 x 108 m/s .

f. Percobaan Heinrick Rudolf Hertz ( 1857-1894 )

Bahwa gelombang cahaya merupakan gelombang transversal .Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat mengalami polarisasi.

g. Percobaan Pieter Zeeman ( 1852-1943 )

Bahwa medan magnet yang kuat mempengaruhi berkas cahaya.

h. Percobaan Johanes Stark ( 1874-1957 )

Bahwa medan listrik yang sangat kuat mempengaruhi berkas cahaya

i. Percobaan Albert Abraham Michelson ( 1852-1931 )dan Edwar Morley ( 1838-1923 )

Bahwa eter ( merupakan medium merambatnya cahaya ) sebenarnya tidak ada .Apabila eter ada akibat gerak translasi bumi akan menimbulkan angin eter yang dapat mempengaruhi berkas cahaya.

j. Percobaan Max Karl Ernest Ludwig Planck ( 1858-1947 )

Bahwa cahaya adalah paket-paket kecil yang disebut kuanta .Teori ini disebut teori kuantum cahaya.Paket-paket energy cahaya disebut foton.

k. Teori Albert Einstein ( 1879-1955 )

Bahwa cahaya memiliki sifat sebagai partikel dan gelombang electromagnet.Kedua sifat ini disebut dualisme cahaya.

2. Sifat-sifat cahaya

Berdasarkan beberapa teori di atas cahaya bersifat sebagai gelombang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :a. Cahaya dapat mengalami pemantulan ( refleksi)b. Cahaya dapat mengalami pembiasan ( refraksi )


c. Cahaya dapat mengalami pemaduan atau penjumlahan ( interferensi )

d. Cahaya dapat mengalami pelenturan ( difraksi )e. Cahaya dapat mengalami penguraian ( dispersi )f. Cahaya dapat mengalami pengutupan ( polarisasi )

B. PEMANTULAN CAHAYA

o Pemantulan cahaya dapat terjadi pada benda yang mengkilat,seperti cermin.

o Hukum pemantulan Cahaya :a. Sinar datang,garis normal ,dan sinar pantul terletak

pada satu bidang datar.b. Sudut datang sama dengan sudut pantul

N

θ1 θ2

N = garis normal,

θ1=¿ sudut datang

θ2=¿ sudut pantul

o Jenis – jenis pemantulan cahaya

Pemantulan baur ( pemantulan cahaya pada permukaan kasar )

Pemantulan teratur ( pementulan cahaya pada permukaan datar )

o Pemantulan pada cermin datar

Sifat-sifat bayangan pada cermin datar : maya,tegak,berlawanan arah dengan benda,sama besar,jarak benda sama dengan jarak bayangan .

Cara melukis pembentukan bayangan pada cermin datar :- Lukis sebuah sinar dari benda menuju ke

cermin dan dipantulkan ke mata- Lukis sinar kedua dari benda ke cermin dan

dipantulkan ke mata.


- Lukis perpanjangan sinar-sinar pantul tersebut di belakang cermin dan lukiskan bayangan benda di belakang cermin pada titik potong dari perpanjangan sinar-sinar pantul.

Jumlah bayangan pada cermin datar:- Jumlah bayangan yang terbentuk dapat

ditentukan dengan persamaan :

n = 360o

α - m

dengan : n= jumlah bayangan = sudut apit cerminα

m= 1 , jika 360o

α genap

m= 0 , jika 360o

α ganjil

o pemantulan pada cermin lengkung

cermin cekung

sinar istimewa pada cermin cekung :a. sinar datang sejajar sumbu utama akan

dipantulkan melalui titik focus


Contoh soal 6.1 Dua buah cermin datar membentuk sudut 90o sama

lain.Jika sebuah benda ditempatkan di antara kedua cermin ,tentukan jumlah bayangan yang terbentuk !

Penyelesaian :

n= 360o

α - m n =

360o

90o - m

= 4 – m Karena 4 genap,maka m = 1 sehingga n = 4 -1 = 3

Jadi,bayangan yang terbentuk adalah 3

o M F

b. sinar datang melalui titik focus akan dipantulkan sejajar sumbu utama

o M F

c. sinar datang melalui titik pusat kelengkungan cermin akan dipantulkan melalui titik itu juga.

M F O

untuk melukis pembentukan bayangan pada cermin cekung :a. lukis dua buah sinar istimewa ( sinar 1

dan 3 )b. sinar selalu datang dari depan cermin dan

dipantulkan kembali ke depan ,perpanjangansinar-sinar di belakang cermin dilukis dengan garis putus-putus.

c. Perpotongan kedua buah sinar pantul pada langkah (1),merupakan letak bayangan .Jika perpotongan didapat dari sinar pantul terjadi bayangan nyata ,akan tetapi jika perpotongan didapat dariperpanjangan sinar pantul ,maka bayangannya adalah maya.

sifat-sifat bayangan pada cermin cekung :


1. jika benda terletak pada jarak yang lebih besar dari focus cermin cekung ,maka bayangan yang terbentuk bersifat sejati,terbalik,di depan cermin.

2. Jika benda terletak pada jarak yang lebih kecil dari focus cermin cekung ,maka bayangan yang terbentuk bersifat maya,terbalik,di belakang cermin

3. Bayangan nyata selalu terletak di depan cermin dan terbalik .Bayangan maya selalu terletak di belakang cermin ,tegak,dan diperbesar.

o Rumus umum cermin lengkung :

1f

= 1s

+ 1

s ' f=

s s'

s+s '

s=¿ s ' fs '−f

s’ = sfs− f

M = h'

h = |s 's| M = perbesaran linier

h’= tinggi bayangan

h = tinggi benda



Contoh soal 6.2

Andi berdiri di deoan cermin cekung yang berjari-jari 60 cm.a). Agar Andi dapat melihat bayangan dirinya tegak dan tiga kali semula ,tentukan posisi Andi harus berdiri.b). Jika Andi ingin agar bayangannya dapat ditangkap pada sebuah layar dan tiga kali tingginya ,dimanakah Andi harus berdiri sekarang ?

penyelesaian :

a). perbesaran M = 3 ,maka s '

s = 3

karena bayangan tegak,maya, yang berarti s’ bernilai negative sehingga s’ = -3s.Dengan demikian R = 60 cm maka ; f = ½ R = 30 cm

sehingga ,1f

= 1s

+ 1

s ' =

130

= 1s

+ 1

−3 s

s = 20 cm

Jadi Andi harus berdiri 20 cm di depan cermin.

b). jika diinginkan bayangan dapat ditangkap pada layar ,maka bayangan nyata ,yang berarti s’ bernilai positif sehingga s’ = +3s. maka;

1f

= 1s

+ 1

s '

130

= 1s

+ 13 s

s = 40 cm

Jadi, Andi harus menjauhi cermin sehingga jaraknya ke cermin menjadi 40 cm.

cermin cembung

sinar istimewa pada cermin cembung:

1. sinar datang sejajar dengan sumbu utama dipantulkan seolah-olah berasal dari titik focus

2. sinar datang yang menuju titik focus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama

3. sinar datang menuju pusat kelengkungan dipantulkan kembali ketitik itu juga.

F C F C C

C. PEMBIASAN CAHAYA

o Hukum pemantulan :

a. Berkas sinar datang ,sinar bias dan garis normal terletak pada bidang datar

b. Perbandingan sinus sudut datang dan sinus sudut bias adalah konstan.

sin θ1sin θ2

= n1n2

= n21

Hal-hal yang penting dalam pembiasan :

a. Sinar datang dari medium kurang rapat ke medium yang lebih rapat sinar dibiaskan mendekati garis normal

b. Sinar datang dari medium lebih rapat ke medium yang kurang rapat sinar dibiaskan menjauhi garis normal.


c. Sinar datang tegak lurus bidang batas tidak dibiaskan ,tetapi diteruskan .

o Indeks bias cahaya (n)

a. Indeks bias mutlak adalah nilai perbandingan dari kecepatan cahaya di udara dengan kecepatan cahaya di medium tertentu.

n=cv

b. Indeks bias relative adalah perbandingan indeks bias mutlak medium terhadap indeks bias mutlak medium lain.

n12 = n1n2

= v2v1

atau n1 sin i = n2 sin r

Dengan ; n12 = indeks bias relative medium 1 terhadap

medium 2n1 = indeks bias mutlak medium 1

n2 = indeks bias mutlak medium 2

v1 = laju cahaya dalam medium 1

v2 = laju cahaya dalam medium 2

sin i=¿¿ sinus sudut datangSin r = sinus sudut bias

o Pemantulan total (sempurna)

Syarat pemantulan total :a. Sinar datang dari medium rapat ke medium

renggangb. Sudut datang (i) lebih besar daripada sudut

kritis(ik).Sudut kritis yaitu sudut sinar datang dari medium rapat ke medium renggang yang mengakibatkan sudut biasnya = 90o .

o Pembiasan cahaya pada kaca planparalel N1

l N2


t

d r’ r

i

t = d sin(i−r ' )cosr '

dengan ;

t = pergeseran sinar

d = tebal kaca plan parallel

i = sudut sinar datang

r’ = sudut sinar bias

o Pembiasan cahaya pada prisma

D = i1 + r2 - β , D = Sudut deviasi i1 = sudut datang dari sinar datang r2= sudut bias dari sinar keluar prisma β = sudut pembias prisma

Dminimum=( n21 – 1 ) X β

deviasi minimum untuk β<10o

o Pembiasan cahaya pada permukaan lengkung

Syarat : - S ( positif) jika benda di depan kelengkungan - S’ (positif) jika bayangan di belakang

kelengkungan- R (positif ) jika pusat di belakang

kelengkungan


Sebuah mesin sinar –X menghasilkan sinar –X dengan panjang gelombang 2 nm.Berapakah frekuensi sinar-X ini ?

Penyelesaian :

C = f atau f = λcλ

= 3 x108

2x 10−9 = 1,5 x 1017 Hz


Contoh soal

Hitunglah jumlah foton yang dipancarkan oleh sebuah lampu 100 wattdalam waktu 2 sekon,jika cahaya yang dipancarkan oleh lampu mempunyai panjang gelombang 600 nm !

Penyelesaian :

Energy foton : E = h f karena f = vλ

= cλ

, maka :

E = h cλ

( 6,63 x 10-34 Js )(3 x108 )m /s600x 10−9m

= 3,315 x 10-19 joule

Energy lampu : W = p.t = ( 100 W ) (2 s ) = 200 JSehingga;

n= Elampu

Efoton

= WE

= 200J

3,315 X10−19 J = 6,0 X

1020 jadi,jumlah foton yang dipancarkan sekitar 6,0 x 1020 foton.

Contoh soal 6.4

WORK SHEET

PEMANTULAN CAHAYATUJUAN : Menentukan Fokus cermin cekung

ALAT DAN BAHAN :

- Meteran pita /mistar optic


- Sumber cahaya atau lilin - Cermin cekung- Kertas karton

LANGKAH KERJA :

1. Susun alat dan bahan seperti berikut :

S S’

2. Letakkan sumber cahaya /lilin di depan cermin.Catat jarak lilin dari cermin (s) !

3. Tentukan letak bayangan dengan menggerakkan karton /layar menjauh /mendekati cermin sampai mendapatkan bayangan sumber cahaya yang paling terang .Catat jarak karton dari cermin (S’)!

4. Ulangi langkah 2 dan 3 ( minimal 5 kali ) dengan mengubah letak sumber cahaya atau lilin!

5. Ganti cermin dan lakukan seperti langkah 2,3 dan 4

6. Masukkan data-datamu pada tabel berikut dan hitung panjang focus cermin !

No S( cm) S’ (cm)

1S

1

S '

1f

F (cm)


UJI LATIH PEMAHAMAN


Edisi Pertama Fisika Sma Murni

Documents

Transcript of Edisi Pertama Fisika Sma Murni