Modul Fisika

download Modul Fisika

of 168

  • date post

    26-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    228
  • download

    5

Embed Size (px)

description

Modul Mapel FISIKA

Transcript of Modul Fisika

  • Pendalaman Materi Fisika

  • DAFTAR ISI

    I. MEKANIKA ............................................................................................. 1 II. THERMODINAMIKA ............................................................................ 11 III. GELOMBANG DAN OPTIK ................................................................... 24 IV. LISTRIK MAGNET ................................................................................ 35 V. FISIKA MODERN .................................................................................. 68

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    1

    I. MEKANIKA

    A. Kompetensi yang diharapkan Mampu menerapkan prinsip dan konsep dasar mekanika untuk memecahkan masalah yang sederhana dalam kehidupan sehari-hari.

    B. Indikator 1. Menentukan besarnya percepatan rata-rata pada gerak sebuah benda 2. Menganalisis gerak dengan percepatan konstan 3. Memformulasikan hukum - hukum Newton tentang gerak 4. Menentukan besarnya usaha dan energi yang dilakukan benda

    C. Kinematika Partikel 1. Konsep kecepatan

    Kecepatan didefinisikan sebagai cepat lambatnya perubahan kedudukan benda terhadap waktu. Suatu benda (titik) dikatakan bergerak apabila vektor posisi terhadap acuan tertentu selalu berubah untuk setiap saat.

    tyixi

    ttrr

    trV ratarata

    +=

    =

    =12

    12

    A B

    X

    Y

    r

    1r2r

    0

    Kecepatan sesaat didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata dengan selang waktu mendekati 0. Kecepatan sesaat dirumuskan:

    dtdr

    trv

    t=

    = 0

    lim

    Besarnya kecepatan sesaat dirumuskan: 22 vyvxvv +== 2. Konsep percepatan

    Percepatan diturunkan dari fungsi kecepatan. Seperti halnya dengan kecepatan, maka untuk percepatan juga dikenal istilah percepatan rata-rata dan percepatan sesaat. a. Percepatan rata-rata

    tjviv

    ttvv

    tva yxratarata

    +=

    =

    =12

    12

    Seringkali persamaan percepatan dituliskan sebagai berikut:

    b. Percepatan sesaat

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    2

    Percepatan sesaat didefinisikan percepatan rata-rata untuk selang waktu yang sangat kecil (mendekati nol).

    dtdv

    tva

    t=

    = 0

    lim

    Pada gerak satu dimensi, jika percepatan konstan maka:

    tvva xxx 0

    =

    tavv xxx += 0 ................................................................... (1) Jika percepatan vx berubah secara seragam terhadap waktu, harga rata-ratanya dalam sembarang selang waktu dengan setengah jumlah vy pada awal dan akhir selang. Sehingga harga kecepatan rata-rata antara t = 0 dan t = t adalah:

    ( )xx vvv += 021

    Jika posisi partikel pada t = 0 adalah x0, maka posisi x pada saat t dapat diperoleh dari:

    tvxx x+= 0

    ( )tvxvx x ++= 00 21

    ( )ttavvx xxx +++= 000 21

    200 21 tatvx xx ++= ....................................................... (2)

    Jika persamaan 1diubah menjadi persamaan waktu maka:

    (3) Dan disubstitusikan ke persamaan (2) maka:

    D. GERAK PELURU

    Pada pembahasan gerak 3 dimensi (bidang x y) telah diperoleh persamaan-persamaan berikut:

    yjxir +=

    jvxivxdtdrv +==

    jaxiaxdtdva +==

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    3

    x

    y

    jy

    r

    ix x

    y

    jvy v

    iax

    x

    y

    jvy

    a

    iax Arah a tidak memiliki hubungan unik dengan lintasan partikel, tetapi tergantung pada laju perubahan kecepatan v terhadap waktu selama gerak partikel tersebut. Dari ketiga persamaan diatas, persamaan gerak dalam sumbu arah x dan y masing-masing adalah: Persamaan gerak dalam arah x Persamaan gerak dalam arah y

    )(221

    02

    02

    20

    0

    xxaxvv

    tatvxx

    tavv

    xx

    xxo

    xxx

    +=

    ++=

    +=

    )(221

    02

    02

    20

    0

    yyayvv

    tatvyy

    tavv

    yy

    yyo

    yyy

    +=

    ++=

    +=

    Dalam bentuk vektor, dituliskan: jvyivxv +=

    ( ) ( )

    ( ) ( )tjayiaxjvivtavjtavi

    yx

    xyxx

    +++=

    +++=

    00

    00

    atvv += 0 Dengan cara yang sama, untuk posisi partikel r akan memenuhi:

    200 2

    1 tatvrr ++=

    Salah satu contoh gerak lengkung dengan percepatan konstan adalah gerak peluru. Kita menganggap bahwa pengaruh gesekan udara diabaikan. Gerakan ini mempunyai percepatan konstan ke bawah, dan tidak ada komponen percepatan dalam arah horizontal. Jika dipilih sistem koordinat dengan sumbu y positif vertikal ke atas, maka ke dalam persamaan diatas kita masukan.

    0=

    =

    x

    y

    aga

    Selanjutnya dipilih titik asal sistem koordinat pada tempat mulainya gerak pada peluru tersebut. Pilihan ini menyebabkan x0 = y0 = 0 Saat peluru mulai bergerak, t = 0 kecepatan adalah v0 yang membentuk sudut

    0 terhadap sumbu x positif. Sehingga komponen x dan y dari 0v adalah:

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    4

    000 cosvvx = dan 000 sinvvy = Dengan memasukkan percepatan dan kecepatan (masing-masing) dalam bentuk komponennya ke persamaan gerak diperoleh:

    00 cosvvx = .............................................................. (1) ( )tvx 00 cos= ............................................................ (2)

    gtvvy = 00 sin ....................................................... (3)

    ( ) 200 21sin gttvy = ................................................ (4)

    Dengan mengeliminasi t, dari (2) dan (4) menghasilkan:

    ( )( )

    22

    000 cos2

    tan xv

    gxy

    =

    Karena v0, 0 dan g konstan, maka persamaan diatas dapat dituliskan bxaxY += 2

    Yang merupakan persamaan parabola.

    xv

    v

    xvu

    xv

    yv v

    vxv

    x

    Besar resultan vektor kecepatan pada sembarang waktu adalah:

    ( ) 222221

    yxyx vvvvv +=+=

    Sudut yang dibentuk oleh vektor kecepatan terhadap garis horizontal pada

    setiap saat diberikan oleh x

    y

    vv

    =tan

    E. GERAK MELINGKAR

    Sebuah benda dapat bergerak melingkar karena adanya gaya yang bekerja pada benda dengan membentuk sudut tertentu pada arah gerak benda. 1. Kelajuan linear

    Didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh dibagi waktu tempuhnya. Besarnya kecepatan linear dirumuskan sebagai:

    tRv 2=

    2. Kecepatan sudut

    Rrad1

    RS =

    x1

    0

    21, t2, t

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    5

    Satu radian (1 rad) ialah besar sudut dipusat lingkaran yang panjang busurnya sama dengan panjang jari-jari lingkaran itu. Perubahan sudut gerak benda bernilai positif jika gerak benda berlawanan dengan arah putaran jam. Adapun perubahan sudut akan bernilai negatif jika arah gerak benda searah dengan arah putaran jam. Perubahan sudut dilambangkan dengan dan memiliki satuan radian. Biasanya, sering juga satuan perubahan sudut menggunakan derajat. Hubungan antara radian dan derajat dapat dituliskan sebagai berikut.

    Dalam satu putaran penuh, sudut yang ditempuh adalah 3600 atau 2 rad dalam waktu T sekon. Sehingga persamaannya menjadi sebagai berikut:

    Kecepatan sudut rata-rata dalam selang waktu t1 dan t2 didefinisikan sebagai perbandingan perubahan sudut 12 ,terhadap selang waktu t2t1

    12

    12

    tt

    =

    Kecepatan sudut sesaat didefinisikan sebagai harga limit yang didekati perbandingan ini bila t mendekati nol.

    dtd

    tt =

    = 0

    lim

    Menentukan kecepatan singgung VT :

    Rs

    =

    ts

    Rt

    = .1

    ts

    Rt t

    =

    0lim1lim

    TVR1

    = atau RVT =

    3. Percepatan sudut Jika kecepatan sudut benda sebesar dalam selang waktu t dikatakan benda mempunyai percepatan sudut. Percepatan sudut rata-rata didefinisikan:

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    6

    ta

    =

    Percepatan sudut sesaat:

    dtd

    ta

    t

    =

    = 0

    lim

    Karena dtd = , maka percepatan sudut sesaat dapat dituliskan:

    2

    2

    dtd

    dtd

    dtd ===

    dtd =

    Untuk menentukan kecepatan sudut dari fungsi percepatan sudut dapat diperoleh dengan metode integral:

    dtd

    = atau ddta =.

    =t

    dtd00

    =t

    dt0

    0 +=t

    dt0

    0

    Untuk gerak melingkar berubah beraturan percepatan sudutnya tetap, yaitu . Dari ketentuan ini dapat dihitung kecepatan sudutnya dengan rumus berikut:

    t += 0 2

    00 21 att ++=

    F. HUKUM NEWTON

    1. Hukum I Newton Setiap benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan kecuali ada benda yang bekerja padanya. Secara matematis, Hukum I Newton dapat dinyatakan sebagai berikut: == 0,0 aF atau v tetap Hukum ini melibatkan sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan terhadap perubahan gerak yang terjadi padanya. Sifat benda ini disebut dengan sifat kelembaman (Inersia). Oleh karena itu, hukum I Newton disebut juga hukum Inersia. Penerapan Hukum I Newton a. Keseimbangan statis benda diatas benda datar

    N

    W

  • PLPG Rayon 138: Pendalaman Materi

    7

    2/11 = skgmN

    b. Keseimbangan dinamis benda bergerak lurus beraturan Jika sebuah bola bergerak dengan kecepatan tetap v, kecepatan tetap berarti a = 0. Gaya-gaya yang bekerja pada bola adalah: F = gaya dorong, fk = gaya gesekan N = gaya normal, w = gaya berat Karena = 0Fx dan = 0Fy , maka F fx = 0 dan N w = 0.

    N

    W

    F

    fkv

    c. Kesetimbangan partikel

    W

    2T1T

    Supaya beban yang tergantung tetap setimbang, maka harus memenuhi = 0Fx dan = 0Fy . Dalam gambar gaya-gaya