28/10/2011

1

FISIKA I (3 SKS Teori)

Deskripsi Teori:

Satuan, Dimensi dan Kinematika : Satuan, Kinematika:

Kecepatan, Sistem referensi, kecepatan rata-rata,

percepatan, percepatan uniform, benda jatuh; Vektor

dalam kinematika: Vektor, penjumlahan vektor, vektor

satuan, kinematika vector, Gerak peluru,Gerak

melingkar: Hukum Newton : Hukum pertama Newton,

Sasaran:

Taruna memahami pengetahuan tentang hukum-

hukum alam yang menyangkut gerak partikel dan

fluida.

massa, Hukum Kedua Newton, Hukum Ketiga Newton,

Berat, gaya gravitasi, aplikasi Hukum Newton,

Gesekan bidang miring; Dinamika gerak melingkar :

Percepatan sentrifugal, Hukum Newton untuk gravitasi

umum, gravitasi dekat permukaan bumi, Hukum-

hukum Kepler; Kerja dan Energi : Kerja dari gaya tetap,

perkalian skalar dari dua vektor, kerja dari gaya tidak

tetap, Energi Kinetik dan Energi Potensial; Konservasi

Energi: Hukum Konservasi Energi, Energi Potensial

Gravitasi, Escape velocity; Kekekalan momentum,

Pusat massa, Gerak translasi, momentum dan gaya,

FISIKA I (3 SKS Teori)

28/10/2011

2

kekekalan energi dan kekekalan momentum,

Tumbukan, Impuls, Kekekalan Energi dan kekekalan

momentum pada tumbukan; Gerak rotasi terhadap

sebuah sumbu: Sudut, kecepatan anguler, percepatan

anguler, Torque, momen inertia, Energi kinetik rotasi ;

Fluida diam : Kerapatan, tekanan, gravitasi dan

tekanan, Hukum Archimedes; Hidrodinamika :

Persamaan Kontinuitas, persamaan Bernouli,

Viskositas; Gerak Osilasi: Osilasi pegas, Gerak

Harmonik sederhana, pendulum, gerak gelombang.

FISIKA I (3 SKS Teori)

Materi kuliah tersebut disampaikan dalam 14 kali acara

tatap muka perkuliahan dan diatur penyampaiannya

dalam SAP (Satuan Acara Perkuliahan).

FISIKA I (3 SKS Teori)

SAP Fisika I (3 SKS Teori)

28/10/2011

3

Apakah Fisika itu?

Physics, major science, dealing with the fundamental

constituents of the universe, the forces they exert on

one another, and the results produced by these forces.

Sometimes in modern physics a more sophisticated

approach is taken that incorporates elements of the

three areas listed above; it relates to the laws of

symmetry and conservation, such as those pertaining

to energy, momentum, charge, and parity.

(Microsoft Encarta Reference Library, 2005).

Fisika adalah ilmu yg berhubungan dengan materi dan

energi; hukum-hukum yg mengatur gerakan partikel

dan gelombang; interaksi antar partikel; sifat2 molekul,

atom dan inti atom; sistem yg berskala lebih besar spt

gas, cairan dan zat padat.

Beberapa ahli menganggap fisika sbg sains atau ilmu

pengetahuan paling fundamental karena merupakan

dasar dari semua bidang sains yg lain.

(Paul A. Tipler, 1991, Physics for Scientists and

Engineers, Worth Publisher)

Apakah Fisika itu?

28/10/2011

4

Fisika adalah ilmu yg paling mendasar, krn berhubung-

an dg perilaku dan struktur benda. Bidang fisika biasa-

nya dibagi menjadi gerak, fluida, panas, bunyi, cahaya,

listrik dan magnet, serta topik2 modern spt relativitas,

struktur atom, fisika zat padat, fisika nuklir, partikel

elementer, dan astrofisika.

(Douglas C. Giancoli, 1998, Physics: Principles with

Applications, Prentice-Hall Inc.)

Apakah Fisika itu?

Fisika berasal dari istilah Yunani yg berarti “alam”, oleh

karena itu fisika merupakan suatu ilmu yg ditujukan

untuk mempelajari semua gejala alam, mempelajari

komponen materi dan saling interaksinya. Dg menggu-

nakan pengertian interaksi ini ilmuwan dpt menerang-

kan sifat materi suatu benda, sebagaimana gejala

alam lain yg diamati.

(Marcelo Alonso dan Edward J. Finn, 1980,

Fundamental University Physics, Addison-Wesley

Publishing Co Inc.)

Apakah Fisika itu?

28/10/2011

5

Hukum-hukum Fisika menyatakan hubungan besaran2

fisik spt: panjang, waktu, gaya, energi dan suhu. → Utk

mendefinisikan besaran2 tsb secara tepat dan

mengukurnya secara teliti diperlukan satuan.

Semua besaran fisik dpt dinyatakan dlm besaran

pokok. Misalnya, satuan kecepatan = satuan panjang /

satuan waktu.

Sistem satuan yg digunakan secara universal dlm

masyarakat ilmiah adalah Sistem Internasional (SI).

Satuan

Satuan standar utk panjang disebut meter (m)

Dahulu → 1 m didefinisikan sbg jarak antara dua

goresan yg dibuat pd sebuah batang logam campuran

platinum-iridium yg disimpan di International Bureau of

Weights and Measures di Sevres, Perancis (Panjang

ini dipilih agar jarak dr khatulistiwa ke Kutub Utara

sepanjang meridian yg melalui Paris = 10 juta m)

Sekarang → 1 m didefinisikan sbg panjang gel radiasi

EM yg dipancarkan oleh isotop 86Kr dlm transisinya ant

keadaan 2p10 ke 5d5. Radiasi ini mudah dideteksi krn

muncul sbg grs merah dlm spektrum sinar tampak

isotop tsb.

Satuan

28/10/2011

6

After the Treaty of the Meter had been signed in 1875, the International

Bureau of Weights and Measures (BIPM) in Sevres, France made 30

prototype line standards of platinum-iridium.

Satuan

//museum.nist.gov/object.asp?ObjID=37

Satuan standar utk waktu disebut sekon (s)

Dahulu → 1 s didefinisikan sbg 1/86.400 dari lamanya

hari matahari rata-rata (selang waktu berurutan dua

lintasan matahari pd suatu titik di atas bumi, yg dirata-

rata selama satu tahun)

Sekarang → 1 s didefinisikan sbg selang waktu dalam

9.192.631.770 periode radiasi yg dihasilkan oleh

transisi ant dua tingkat hiperfin dr keadaan dasar atom 133Cs (Caesium)

Satuan

28/10/2011

7

Dr. Louis Marmet and the Cesium

Fountain Clock, NRC's next generation time standard.

Sir Sanford Fleming, the Father of

Standard Time

Satuan

Satuan standar utk massa disebut kilogram (kg)

Dahulu → 1 kg didefinisikan sbg massa sebuah balok

logam yg terbuat dari campuran platinum-iridium yg

disimpan di International Bureau of Weights and

Measures di Sevres, Perancis.

Sekarang → 1 kg didefinisikan sbg 1/1000 m3 air pada

temperatur 4 ºC.

Satuan

28/10/2011

8

Standard Kilogram Mass, one of

40 made in 1884 which were

exact copies of the international

prototype kilogram kept at the

Bureau International des Poids et

Mesures in Sèvres, France

Satuan

//cabinet-of-wonders.blogspot.com/2010/09/if-we-only-had-twelve-fingers.html

Dlm SI ada 7 satuan standar utk 7 besaran dasar

Sistem Internasional (SI)

Besaran dasar Satuan Standar dlm SI

Panjang meter (m)

Waktu sekon (s)

Massa kilogram (kg)

Temperatur kelvin (K) dulu derajat kelvin (ºK)

Arus listrik ampere (A)

Jumlah zat mole (mol)

Intensitas penyinaran candela (cd)

28/10/2011

9

Satuan-satuan besaran fisik lainnya (besaran turunan)

dpt dinyatakan dg satuan dasar SI, misalnya:

Satuan

Besaran turunan Satuan Standar dlm SI

Kecepatan m/s

Percepatan m/s2

Gaya kg.m/s2 → newton (N)

Energi kg.m2/s2 = N.m → joule (J)

Daya kg.m2/s3 = N.m/s = J/s → watt (W).

Dimensi

Luas suatu empat persegi panjang = panjang (dlm m)

dikalikan lebar (dlm m) → Satuan luas disebut meter

persegi (m2).

Dlm penulisan dimensi besaran fisik → dimensi luas

ditulis sbg L2.

Kecepatan = panjang jarak (dlm m) dibagi dg waktu

(dlm s).

Dlm penulisan dimensi besaran fisik → dimensi kece-

patan ditulis sbg L/T atau LT-1.

28/10/2011

10

Satuan-satuan besaran fisik lainnya (besaran turunan)

dpt dinyatakan dg satuan dasar SI, misalnya:

Satuan

Besaran turunan Penulisan Dimensi

Kecepatan (m/s) L/T = LT-1

Percepatan (m/s2) L/T2 = LT-2

Gaya (kg.m/s2 = N) ML/T2 = MLT-2

Energi (kg.m2/s2 = N.m = J) ML2/T2 = ML2T-2

Daya (kg.m2/s3 = N.m/s = W) ML2/T3 = ML2T-3

L = length, T = time, M = mass

Konversi Satuan

SI (Sistem Internasional) dahulu disebut sbg sistem

satuan mks (meter kilogram sekon). Selain SI ada

sistem satuan lain, misalnya:

Sistem satuan cgs (centimeter gram sekon) → 1 cm =

0,01 m, 1g = 0,001 kg,

Sistem satuan satuan British (ft slug second) → 1 ft =

12 inci = 30,48 cm, 1 slug = 14,59 kg, 1 lb = 4,4482 N.

Karena besaran fisika terdiri atas bilangan dan satuan,

mk dlm proses +, -, x dan :, satuannya harus diperlaku-

kan spt bilangannya.

28/10/2011

11

Konversi Satuan

Contoh 1: Mobil bergerak dengan kecapatan konstan

80 km/jam. Brp jarak yg ditempuh selama 3 jam?

kmjamjam

kmtvx 240380

Contoh 2: Mobil bergerak dengan kecapatan konstan

90 km/jam. Brp kecepatannya jika dinyatakan dlm m/s

dan mil/jam? → (1 mil = 1,61 km).

jammiljam

mil

jam

kmv /9,55

)61,1/1(9090

Notasi Ilmiah

Perhitungan bilangan2 yg sangat besar atau sangat

kecil dpt disederhanakan dg menggunakan “notasi

ilmiah”. Dlm notasi ini sebuah bilangan ditulis sbg hasil

kali suatu bilangan ant 1 – 10 dg pangkat dr bilangan

10. Contoh:

Penulisan biasa Notasi ilmiah

12.000.000 1,2 x 107

150.000.000.000 1,5 x 1011

0,00028 2,8 x 10-4

0,0000000037 3,7 x 10-9

28/10/2011

12

Notasi Ilmiah

Bilangan 10 berikut pangkatnya disebut eksponen.

• Dlm penjumlahan atau pengurangan → eksponen

hrs disamakan dulu.

• Dlm perkalian → eksponen dijumlah

• Dlm pembagian → eksponen dikurangi.

Contoh:

Dg notasi ilmiah hitunglah:

a. (2,50 x 107).(1,90 x 10-3) =

b. (1,200 x 102) + (8 x 10-1) =

Angka Signifikan

Bilangan2 dlm fisika mrpk hasil pengukuran → ada

ketidakpastiannya yg bergantung pd pelaksanaan

eksperimen fisika tsb.

Panjang meja adalah 2,50 m artinya panjangnya ant

2,495 – 2,505 m.

Jika dikatakan lebar sungai adalah 9,5 m artinya

lebarnya ant 9,45 – 9,55 m

Digit yg diketahui yg dpt dipastikan (selain angka

nol yg dipakai utk menetapkan letak koma) disebut

angka signifikan.

28/10/2011

13

Angka Signifikan

Contoh:

Bilangan Banyaknya angka

signifikan

2,50 3

2,503 4

0,00103 = 1,03 x 10-3 3

0,000000027 = 2,7 x 10-8 2

Angka Signifikan

Banyaknya angka signifikan pd hasil perkalian atau

pembagian tidaklah lebih besar dari pada jumlah

terkecil angka signifikan dlm masing2 bilangan yg

terlibat dlm perkalian atau pembagian tsb.

Contoh:

Radius suatu lapangan bermain yg berbentuk lingkar-

an diukur secara kasar dg meteran sederhana, diper-

oleh hasil r = 8 m. Mk luas lingkaran tsb:

A = π.r2 = 3,141592654 x 64 m2 = 201,0619298 m2, mk

sebenarnya cukup ditulis A = 201 m2 (tidak ada angka

signifikan di belakang koma)

28/10/2011

14

Angka Signifikan

Hasil penjumlahan atau pengurangan dua bilangan

tidak akan mempunyai angka signifikan di luar

tempat desimal terakhir di mana kedua bilangan

asal memiliki angka signifikan.

Contoh:

Hitunglah jumlah 1,040 dan 0,2134.

1,040 → 3 angka signifikan di belakang koma

0,2134 → 4 angka signifikan di belakang koma.

Jumlahnya hanya dpt memiliki 3 angka signifikan di

belakang koma.

1,040 + 0,2134 = 1,253

Orde Magnitudo

Dlm melakukan perhitungan kasar atau pemban-

dingan, kadang2 dilakukan pembulatan suatu

bilangan ke pangkat terdekat dari bilangan 10.

Bilangan semacam itu disebut orde magnitudo.

Contoh 1: ukuran seekor semut = 8 x 10-4 m ≈ 10-3 m.

→ Dikatakan bhw orde magnitudo ukuran semut tsb

adalah 10-3 m.

Contoh 2: Tinggi kebanyakan manusia sekitar 2 m →

Dikatakan bhw orde magnitudo tinggi manusia adalah

100 m, artinya artinya lebih dekat ke 100 m dari pada

101 m atau 10-1 m.

28/10/2011

15

Orde Magnitudo

Orde magnitudo tidak memberikan digit apapun yg

diketahui secara pasti. Orde magnitudo dpt dianggap

sbg tidak memiliki angka signifikan.

Dalam banyak hal, orde magnitudo suatu besaran dpt

diperkirakan dg menggunakan asumsi yg masuk akal

dan perhitungan sederhana. Fisikawan Enrico Fermi

adalah seorang ahli dlm memberikan jawaban pende-

katan utk pertanyaan yg tampaknya mustahil dijawab

krn terbatasnya informasi yg tersedia. Pertanyaan spt

itu sering dinamakan pertanyaan Fermi.

Orde Magnitudo

Contoh pertanyaan Fermi: Berapa ketebalan karet ban

mobil akan aus setelah menempuh jarak 1 km?

Jawaban Fermi: Anggap ketebalan ban baru adalah 1

cm. Ini mungkin salah dg faktor 2 atau lebih, tetapi 1

mm jelas terlalu tipis dan 10 cm terlalu tebal. Krn ban

mobil hrs diganti setelah menempuh jarak 60.000 km,

mk ketebalan yg aus setelah menempuh jarak 1 km

adalah:

kmmkmcmkmcmkm

cm/2,0/102/107,1

000.60

1 55

28/10/2011

16

Orde Magnitudo

Orde magnitudo panjang bbrp benda:

Panjang m Panjang m

Radius proton 10-15 Radius bumi 107

Radius atom 10-10 Jarak bumi-bulan 109

Radius virus 10-7 Jarak bumi-mthr 1011

R amuba raksasa 10-4 Radius tata-surya 1013

Radius biji kenari 10-2 Jarak bumi-

bintang terdekat 1016

Tinggi manusia 100 Radius galaksi 1021

Gunung tertinggi 104 Radius universe 1026

Orde Magnitudo

Orde magnitudo massa bbrp benda:

Massa kg Massa kg

Elektron 10-30 Semut 10-2

Proton 10-27 Manusia 102

Asam amino 10-25 Roket Saturnus-5 106

Hemoglobin 10-22 Piramida 1010

Virus flu 10-19 Bumi 1024

Amuba raksasa 10-8 Matahari 1030

Tetes hujan 10-6 Galaksi 1041

28/10/2011

17

Orde Magnitudo

Orde magnitudo bbrp selang waktu:

Selang waktu Sekon

Cahaya menembus inti 10-23

Periode radiasi sinar tampak 10-15

Periode gelombang mikro 10-10

Waktu-paruh muon 10-6

Periode maks bunyi yg masih terdengar 10-4

Periode denyut jantung manusia 100

Waktu-paruh neutron bebas 103

Orde Magnitudo

Orde magnitudo bbrp selang waktu:

Selang waktu Sekon

Periode rotasi bumi (1 hari) 105

Periode revolusi bumi (1 tahun) 107

Umur manusia 109

Waktu-paruh plutonium-239 1012

Umur jalur pegunungan 1015

Umur bumi 1017

Umur alam semesta 1018

28/10/2011

18

Awalan2 utk Pangkat Bilangan 10

Kelipatan Awalan Singkatan

1018 eksa E

1015 peta P

1012 tera T

109 giga G

106 mega M

103 kilo K

102 hekto H

101 deka da

Awalan2 utk Pangkat Bilangan 10

Kelipatan Awalan Singkatan

10-1 desi d

10-2 centi c

10-3 mili m

10-6 mikro μ

10-9 nano n

10-12 piko p

10-15 femto f

10-18 atto a

28/10/2011

19

α A alfa

β B beta

γ Γ gamma

δ Δ delta

ε E epsilon

δ Z zeta

ε H eta

ζ Θ theta

η I iota

θ K kappa

ι Λ Lambda

κ M mu

Alfabet Yunani

λ N nu

μ Ξ xi

ν O omikron

π Π pi

ξ P rho

ζ Σ sigma

η T tau

υ Y upsilon

θ Φ phie

χ Χ chi

ψ Ψ lambda

ω Ω omega

Alfabet Yunani