Fisika Umum (MA-301)

Sifat-sifat Zat Padat

Gas

Cair

Plasma

Topik hari ini

Sifat Atomik Zat

►Molekul

►Atom

► Inti Atom dan elektron

► Proton dan neutron

►Quarks: up, down, strange, charmed, bottom, and top

Antimateri►Materi tersusun atas atom-atom dengan intinya yang

bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatannegatif

►Antimateri tersusun atas atom-atom dengan intinya yang bermuatan negatif dan elektron-elektron yang bermuatanpositif (positron)

►Contoh Partikel-Antipartikel:Elektron-Positron, Proton-Antiproton, quark-antiquark, dll

►Jika Partikel dan Antipartikel bertemu, maka akan salingmenghilangkan (anihilasi), diubah menjadi energi

Cat:Partikel dan Antipartikel mempunyai massa yang sama tetapi

jenis muatan listrik yang berbeda

Keadaan Zat

ES

(Padat)

AIR

(Cair)UAP

(Gas)

Tambah

panas

Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan

yang lain)

Tambah

panas

Apa yang dapat membedakan keadaan-keadaan zat tersebut?

Kerapatan

► Kerapatan bahan yang komposisinya uniform didefinisikan sebagai massa bahan per satuan volume:

Contoh:

► Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidakberubah secara tajam dengan perubahan temperaturdan tekanan

► Kerapatan dari gas berubah secara tajam denganperubahan temperatur dan tekanan

V

m

Satuan

SI kg/m3

CGS g/cm3 (1 g/cm3=1000 kg/m3 )

3kubus

2sil inder

3bola

aV

hRV

R3

4V

Keadaan Zat Padat

Volume tetap

Bentuk tetap

Molekul-molekulnya beradapada posisi yang tetapkarena gaya listrik danbergetar terhadap posisikesetimbangan

Dapat dimodelkan sebagaipegas-pegas yang menghubungkan tiapmolekul

Keadaan Zat Padat

Padat Kristal

Atom-atomnya memilikistruktur yang teratur

Contoh pada garam(bola merah adalah ion Na+ , bola biru adalahion Cl-)

Padat Amorf

Atom-atomnya tidakteratur

Contoh pada kaca

Struktur Kristal

Fisikawan Jerman Max von Laue (1912)Menemukan bahwa berkas sinar X yang diarahkan ke kristal terdifraksi dalam pola tertentu yang mengkarakteristik kristal tersebut

Fisikawan Inggris William Henry Bragg dan anaknya William Lawrence BraggMerumuskan formula matematis tentang pola karekteristik kristal hasil difraksi sinar X

ollA

F

ERegangan

Tegangan

dengan:

E = Modulus Young

F = Gaya Tarik/Desak (N)

A = Luas penampang batang (m-2)

l = Pertubahan panjang batang (m)

lo = Panjang batang mula-mula (m)

Jika benda dikenakan gaya luar, maka benda biasanya mengalami perubahan ukuran atau bentuk. Perubahan ini bergantung pada susunan dan ikatan atom pada benda. Jika setelah gaya luar dihilangkan benda kembali ke ukuran atau bentuk semula maka benda dikatakan memiliki sifat elastis

A

FTegangan

ol

lRegangan

Sifat Elastisitas Zat Padat

Tegangan dan Regangan (animasi)

Fenomena Elastisitas (video)

Keadaan Zat Cair

Volumenya tetap

Bentuk tidak tetap

Ada pada temperatur yang lebih tinggi dibanding padat

Molekul-molekul bergeraksecara acak

Gaya antar molekul tidakcukup kuat untukmenjaga molekul tetappada posisinya

Tekanan

Tekanan didefinisikan sebagaigaya per luas dimana gayatersebut bekerja

A

FP

Satuan

SI Pascal (Pa=N/m2)Tekanan dalam fluida

Pertanyaan:

Mengapa tembok bendunganbagian bawah dibuat lebihtebal dibandingkan bagianatasnya?

Tekanan dan Kedalaman

► Jika sebuah fluida dalam keadaandiam pada wadah, semua bagianfluida haruslah dalam keadaankesetimbangan statis

► Semua titik pada kedalaman yang sama haruslah berada dalamtekanan yang sama (kecuali jikafluida tidak dalam kesetimbangan)

► Tiga gaya eksternal bekerja padabagian fluida seluas A

Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)

AghρAPPA:jadiAh,ρVρM:tapi

0,APMgPA0F

0

0

ghPP 0

Tes Konsep 1

Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil:

a. 1-2-3b. 2-1-3c. 3-2-1d. sama pada ketiganya

10 cm

1 2 3Jawab d

Tekanan dan Persamaan Kedalaman

► Po adalah tekanan atmosfirnormal

1.013 x 105 Pa = 14.7 lb/in2

► Tekanan tidak bergantung padabentuk wadah

ghPP o

Satuan tekanan yang lain:

76.0 cm dari raksa

Satu atmosfir 1 atm = 1.013 x 105 Pa

14.7 lb/in2

..\..\..\..\video\www.wfu.edu\4. matter\1. pressure\pepsifloat.MPG

Pertanyaan

Andaikan anda menempatkan sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda?

a. Sama.b. Tekanan di atas lebih besar.c. Tekanan di bawah lebih besar.

Prinsip Archimedes

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan

Gaya ini disebut gaya apung.Penyebab fisis: perbedaan tekanan antara bagian atas dan

bagian bawah benda

Prinsip Archimedes

► Gaya apung ke atas adalah B=ρfluidagVbenda

► Gaya gravitasi ke bawah adalah w=mg=ρbendagVbenda

► Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda

Benda akan mengapungatau tenggelam, bergatung pada arah gaya neto

► Kerapatan benda lebih kecil dari fluida ρbenda<ρfluida

► Benda mengalami gaya neto ke atas

Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda

Kerapatan benda lebih besar dari fluida ρbenda>ρfluida

Gaya neto ke bawah, sehingga percepatan benda ke bawah

Pertanyaan

Andaikan anda punya sepotong baja. Akankah baja ini mengapung di atas air? Mengapa?

Bagaimana sebuah kapal yang terbuat dari bajadapat mengapung?

Prinsip Pascal

► Tekanan yang diberikan padasuatu cairan yang tertutupditeruskan tanpa berkurang ketiap titik dalam fluida dan kedinding bejana.

► Dongkrak hidrolik adalahaplikasi yang penting dariPrinsip Paskal

► Juga digunakan dalam remhidrolik, pengangkat mobil dll.

2

2

1

1

A

F

A

FP

Karena A2>A1, maka F2>F1 !!!

Silet

Apa yang Terjadi di Permukaan Cairan?

Mari, kita lihat lebih dekat…

Molekul-molekul Air

Molekul yang membentuk cairan senantiasa dalam keadaan bergerak acak (random motion)

Kita dapat menganggap molekul-molekul yang berada di lapisanteratas membentuk suatu permukaan

Bagaimana gaya tarik antarmolekul mempengaruhi permukaan?

= gaya tarikantarmolekul

Di bawah permukaan, gaya antarmolekul menarik masing-masing molekul ke segala arah

Molekul-molekul di permukaan mengalami resultan gaya tarik ke arah BAWAH, karena tidak ada molekul-molekul air

di ATAS permukaan yang mampu mengimbangi tarikan tersebut

Akibat tarikan yang dialaminya, molekul-molekul di permukaan terdorong ke BAWAH. Sampai kapan? Sampai

dorongan ke bawah tersebut diimbangi oleh tahanan kompresi (compression resistance) zat cair

Seperti ini…

Dan ini…

Molekul-molekul permukaan semakin rapat, hingga membentuk struktur kulit permukaan dengan jarak

antarmolekul yang lebih dekat dibandingkan molekul-molekul di bawahnya.

Hal ini menjelaskan bentuk membulat tetesan air: seluruh molekul air tertarik menuju ke arah pusat.

• Tegangan permukaan didefinisikan sebagai besar gayayang dialami permukaan fluida per satuan panjang(atau ekivalen dengan energi per satuan luas).

F

l

Tegangan permukaan

(dyne/cm atau N/m)

Gaya yang bekerja di permukaan fluida

(dyne atau N)

Panjang benda di permukaan fluida

(cm atau m)

Secara fisis….

Jadi, ketika nyamuk berdiri di atas air terjadi

tegangan di permukaan air

Fenomena tegangan permukaan lain dalam kehidupan sehari-hari?

Keadaan Gas

Volume tidak tetap

Bentuk tidak tetap

Molekul-molekulnya bergerak acak

Molekul-molekulnya hanyamemberikan gaya lemah padamolekul yang lain

Jarak rata-rata antar molekul lebihbesar dibanding ukuran molekul

Tekanan AtmosferSemakin tinggi suatu tempat maka tekanan udaranya semakin berkurang, mengapa demikian?

Gaya Apung(prinsip Archimides)

PrinsipBernoulli

► Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan ketinggian

► Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan mengalirtanpa turbulen

► Menyatakan bahwa “ Tekanan pada fluida berkurang ketikalaju fluida bertambah”

► Persamaan lengkap:

tetapgyv2

1P

2

Bagaimana mengukur laju aliran fluida: Venturi Meter

► Menunjukan aliran fluida yang melalui pipa horisontal

► Laju aliran fluida berubah jika diametrnya berubah

► Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat

Keadaan Zat

►Plasma

Bahan dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggi

Banyak elektron menjadi bebas dari inti

Menghasilkan kumpulan-kumpulan bebas, ion bermuatan secara listrik

Plasma terdapat dalam bintang-bintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensi