TUGAS FISIKA

DISUSUN OLEH

BERRY KURNIAWAN

10390006

POLTEKKES KEMENTRIAN KESEHATAN

TANJUNG KARANG

GERAK DAN GAYA : DINAMIKA

Gaya

Gaya digambarkan sebagai semacam dorongan atau tariakan terhadap

sebuah benda. Sebuah gaya memiliki arah dan besar, sehingga merupakan vektor

mengikuti aturan-aturan penjumlahan vektor.

Hukum Gerak Newton Pertama∑

Hukum Gerak Newton Pertama menyatakan bahwa

“Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap

sepanjang garis lurus, kecuali jika diberi gaya total yang tidak nol.”

Kecenderungan sebuah benda tetap berada dalam keadaan diam akan

bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus disebut inersia. Dengan demikian

hukum newton pertama sering disebut hukum inersia.

Hukum Gerak Newton Kedua

Hukum Gerak Newton Kedua menyatakan bahwa :

“ Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja

padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Arah percepatan sama dengan

arah gaya total yang bekerja padanya. “

Bentuk persamaannya :

∑F = ma

Dimana a adalah percepatan, m adalah massa dan ∑Fmerupakan gaya

total.

Hukum Newton kedua adalah salah satu hukum yang paling penting dan paling

dasar dalam fisika klasik.

Hukum Gerak Newton Ketiga

Hukum Gerak Newton Ketiga menyatakan bahwa :

“ Ketika suatu benda memberikan gaya pada benda kedua, benda keddua tersebut

memberikan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah terhadap benda yang

pertama”.

Hukum ini kadang kadang dinyatakan juga sebagai “ untuk setiap aksi ada

reaksi yang sama dan berlawanan arah”.

Kecenderungan benda untuk menolak perubahan gerak disebut inersia.

Massa adalah ukuran inersia sebuah benda. Galileo menyatakan bahwa benda

benda yang dijatuhkan di dekat permukaan bumi akan jatuh dengan percepatan

yang sama, g jika hambatan udara dapat diabaikan. Gaya yang menyebabkan

percepatan ini disebut gaya gravitasi.

Berat mengacu kepada gaya gravitasi pada sebuah benda, dan sama dengan hasil

kali massa benda m dengan percepatan gravitasi

FG = m.g

Dalam satuan SI g= 9,80 m/s2

Gaya, yang merupakan vektor, dapat dianggap sebagai dorongan atau

tarikan atau dari hukum Newton kedua, gaya didefinisikan sebagai aksi yang bisa

menimbulkan percepatan. Gaya total pada sebuah benda adalah jumlah vektor

dari semua gaya yang bekerja padanya.

Ketika dua benda meluncur satu di atas yang lainnya, gaya gesekan yang

diberikan setiap benda terhadap yang lain dapat dituliskan sebagai Ffr = μkFN

adalah gaya normal (gaya yang diberikan setiap benda terhadap benda lain yang

tegak lurus terhadap permukaan kontaknya), dan μk adalah koefisien gesekan

kinetik. Jika benda- benda tersebut diam satu dengan yang lain, maka Ffr hanya

cukup besar untuk tetap mempertahankan keadaan diam terseebut dan memunuhi

persamaan Ffr <μsFN dimanaμs adalah koefisien gesekan statistik.

Untuk memecahkan masalah yang melibatkan gaya-gaya pada suatu benda

atau lebih, penting sekali untuk menggambar diagram benda bebas untuk setiap

benda, dengan menunjukkan semua gaya yang bekerja hanya pada benda tersebut.

Hukum Newton kedua dapat diterapkan untuk komponen komponen vektor pada

setiap benda.

Soal :

1. Berapa gaya yang diperlukan untuk mempercepat seorang anak pada

kereta luncur ( massa total = 60,0 kg) sebesar 1,15 m/s2 ?

F = m. a

= 60 kg. 1,15 m/s2

= 69 N

2. Gaya total sebesar 225 N mempercepat sebuah sepeda dan

pengendaranya sebesar 2,20 m/s2. Berapa massa sepeda dan

pengendaranya ?

FT = 255 N

aT= 2,2 m/s2

mT = .... ?

mT= F t

d t

mT = 225 N2,2m / s2

¿115 ,9 kg

3. Berapa berat astronot 66kg (a) di bumi, (b) di bulan (g= 1,7 m/s2), (c) di Mars (g=3,7 m/s2), (d) di luar angkasa ketika berjalan dengan kecepatan konstan m = 66 kga) G =9,8 m/s2

W = m. g

= 66kg x 9,8 m/s2

= 646, 8 N

b) g= 1,7 m/s2

W= m. g

= 66 kg x 1,7 m/s2

= 112,2 N

c) g = 3,7 m/s2

W= m. g

= 66 kg x 3,7 m/s2

= 244,2 N

d) g = 0 m/s2

W= m. g

= 66 kg x 0 c

= 0 N

4. Sebuah kotak 20,0 kg berada dalam keadaan diam di atas meja. (a)

berapa berat kotak tersebut dan gaya normal yang bekerja padanya ? (b)

Sebuah kotak 10,0 kg diletakkan di atas kotak 20,0 kg. Tentukan gaya

normal yang diberikan meja pada kotak 20,0 kg dan gaya normal yang

di berikan kotak 20,0 kg pada kotak 10kg

a) W = m .g

= 20 kg x 9,8 m/s2

= 196 N

W = N

N = 196 N

b) Nmeja = W= m.g

= 30 kg x 9,8 m/s2

= 294 N

5. Berapa gaya rata rata yang dibutuhkan untuk menghentikan mobil 1100

kg dalam 8,0 s , jika sedang berjalan dengan laju 90 km/jam.

m= 1100 kg

t = 8,0 s

v = 90 km/jam

= 25 m/s

Jawab :

F = m. a

a = Fm

a =vt

= 25 m /s

8 s

= 3,125 m/s2

F = m.a

= 1100 kg x 3,125 m/s2

F = 3437, 5 N

Gelombang:

Benda – benda yang bergetar berfungsi sebagai sumber gelombang yang

merambat keluar dari sumber. Gelombang pada air dan tali merupakan contoh.

Gelombang bias berupa pulsa (satu puncak) atau kontinu ( banyak puncak dan

lembah).

Panjang gelombang sinusoidal yang kontinu adalah jarak antara dua

puncak yang berurutan. Frekuensi adalah jumlah panjang gelomabng penuh (atau

puncak) yang melewati satu titik tertentu per satuan waktu. Kecepatan gelombang

(seberapa cepat suatu puncak merambat) sama dengan hasil kali panjang

dgelombang dan frekuensi, (υ=λf ).

Kecepatan gelombang bergantung pada sifat medium dimana ia merambat.

Untuk gelombang dengan amplitude kecil, hubungan tersebut adalah ( υ=√ FT

m /L

)

Amplitude gelombang adalah ketinggian maksimum suatu puncak, atau

kedalaman lembah relative terhadap posisi normal (atau setimbang). Pada

gelombang transversal, osilasi tegak lurus terhadap arah rambatan gelombang.

Satu contoh adalah gelombang pada tali. Pada gelombang longitudinal, osilasi

terjadi sepanjang (sejajar dengan) lintasan rambatan, contohnya suara. Frekuensi

adalah jumlah siklus perdetik; periode adalah waktu yang diperlukan satu siklus

lengkap (bolak – balik). Keduanya dihubungkan dengan persamaan ( f =1T

)

Gelombang terpantul dari benda – benda pada lintasannya. Ketika sebuah

muka gelombang ( dari gelombang dua dimensi atau gelombang tiga dimensi)

menabrak sebuah benda, sudut pantulan sama dengan sudut datang. Ketika sebuah

gelombang sampai pada batas anatara dua materi dimana dia biasa merambat,

sebagian gelombang dipantulkan dan sebagian ditransmisikan. Ketika dua

gelombang melalui daerah yang sama pada ruang pada saat yang sama, mereka

berinteferensi. Simpangan resultan pada tiap titik dan waktu adalah jumlah

simpangan mereka secara terpisah; hasil ini bias berupa interferensi konstruksif,

interfernsi destruktif, atau diantaranya, bergantung dari amplitude dan fase

relative gelombang gelombang tersebut.

Gelombang yang merambat pada tali ( atau medium lain ) dengan panjang

yang tetap berinterferensi dengan gelombang yang dipantulkan dari ujung yang

lainnya dan merambat kembali dengan arah yang berlawanan.pada frekuensi –

frekuensi tertentu, gelombang berdiri dapat dihasilkan dimana gelombang

tampaknya berdiri diam dam tidak merambat. Tali (atau medium lain) bergetar

sebagai satu kesatuan. Peristiwa ini merupakan fenomena resonanasi dan

frekuensi dimana gelombang berdiri terjadi disebut frekuensi resonan. Titik – titik

interferensi destruktif (tidak ada getaran) disebut simpul titik – titik interferensi

konstruktif (amplitudo maksimum dari getaran) disebut perut.

Soal

1. Panjang sebuah tali elastis adalah 65 cm ketika beban 55 N tergantung

padanya dan berubah menjadi 85 cm ketika beban 80 N digantungkan.

Berapa konstanta pegas tali elastis ini ?

Jawab :

k =Fx

= 135 N8,5 m

= 15,88 N/m

2. Seekor lalat kecil massa 0, 15 g tertangkap di sarang laba laba. Sarang

tersebut bergetar terutama dengan frekuensi 4,0 Hz. Berapa nilai efektif

konstanta pegas k untuk sarang ?

Jawab :

k = (2πf )2❑m

= ( 6,28 x 4 s−1 ¿2 x 1,5 10−4kg

= 0,094 N/m

3. Gelombang suara di udara mempunyai frekuensi 262 Hz dan merambat

dengan laju 330m/s . berapa jarak antara puncak gelombang (rapatan) ?

Jawab :

υ=λ . f

330 m/s = λ. 262 Hz

λ= 1,26 m

Jarak rapatan 1,26m/2 yaitu 0,61 m

4. Sebuah pendulum melakukan 36 kali getaran dalam 50s. Berapa

periodenya dan frekuensinya .

Jawab :

a) Periode

T = 5036

= 1,39 s

b) Frekuensi

f = 1T

= 1

1,39 =0,72 Hz

KINETIKA GAS

Hukum hukum gas dari Boyle, Charles dan Gay Lussac di dapat dengan bantuan

yang sangat berguna dari sains yaitu, menjaga satu atau lebih variabel tetap

konstan untuk melihat akibat dari perubahan satu variabel saja. Hukum –hukum

ini sekarang dapat digabungkan menjadi satu hubungan yang lebih umum antara

tekanan, volume, dan temperatur dari gas dengan jumlah tertentu :

Ρ V=n RT

Dimana n menyatakan jumlah mol dan R adalah konstanta pembanding. R disebut

konstanta gas universal karena nilainya secara eksperimen ternyata sama untuk

semua gas. Nilai R = 8, 315 J/(mol.K)

= 0, 0821 (L.atm)/(mol K)

= 1,99 kalori/(mol.K)+

Satu mol zat didefinisikan sebagai jumlah gram yang secara numberik sama

dengan massa atom atau molekul.

Bilangan Avogrado NA = 6,02 x 1023 ,adalah jumlah atom atau molekul dalam 1

mol zat murni apapun.

Hukum gas ideal dapat dituliskan dalan jumlah molekul N pada gas sebagai :

RV = NkT

Di mana k = R/N A = 1,38 x 10−23 J/K yang merupakan konstanta Boltzman.

Konsep bahwa zat terdiri dari atom yang bergerak acak terus menerus disebut

teori kinetik. Kita membuat asumsi berikut ini mengenai molekul di dalam gas.

Asumsi – asumsi ini menggambarkan pandangan yang sederhana mengenai gas.

Dengan kondisi ini, sifat – sifat akan cukup sesuai dengan gas hukum gas ideal,

dan memang gas seperti itu disebut sebagai gas ideal.

Asumsi – asumsi dasar teori kinetik, adalah:

1. Ada sejumlah besar molekul, N, masing – masing dengan massa m, yang

bergerak dengan arah yang acak dengan berbagai laju. Asumsi ini sesuai

dengan penelitian bahwa gas memenuhi tempatnya. Dalam kasus udara di

bumi, dijaga untuk tidak keluar hanya oleh gaya gravitasi.

2.     Rata – rata molekul – molekul berada jauh satu dari yang lainnya. Yaitu,

jarak rata – rata mereka jauh lebih besar dari diameter setiap molekul.

3. Molekul – molekul dianggap mengikuti hukum mekanika klasik dan

dianggap berinteraksi satu sama lain hanya ketika bertumbukan. Walaupun

molekul – molekul saling memberikan gaya tarik yang lemah di antara

tumbukan, energi potensial yang dihubungkan dengan gaya ini lebih kecil

jika dibandingkan dengan energi kinetik dan diabaikan.

4. Tumbukan dengan molekul yang lain atau dinding bejana dianggap lenting

sempurna.

Menurut teori kinetik gas, yang didasarkan pada gagasan bahwa gas

terbuat dari molekul yang bergerak dengan cepat dan acak, energi kinetik molekul

sebanding dengan temperatur Kelvin T :

EK = 12

m v2 =

32

k T

Persamaan ini memiliki arti bahwa : energi kinetik translasi rata rata dari molekul

dalam gas berbanding lurus dengan temperatur mutlak.

Di mana k adalah konstanta Botlzmann. Pada setiap saat, ada distribusi yang luas

dari laju molekul di dalam gas.

Soal

1. Temperatur ruangan seringkali ditentukan 680 F, berapa nilai temperatur

ini pada skala celcius ?

Jawab :

59

(680−320 ) C = 200C

2. Massa sebuah molekul nitrogen empat belas kali massa sebuah molekul

hidrogen. Pada suhu berapa molekul-molekul nitrogen memiliki laju rata-

rata yang sama dengan molekul-molekul hidrogen pada suhu 294 K?

3. 16 gram gas Oksigen (M = 32 gr/mol) berada pada tekanan 1 atm dan suhu

27oC. Tentukan volume gas nilai R = 8,314 J/mol.K

Jawab :

4. Gas bermassa 4 kg bersuhu 27oC berada dalam tabung yang berlubang.

Jika tabung dipanasi hingga suhu 127oC, dan pemuaian tabung diabaikan

tentukan (a) massa gas yang tersisa di tabung dan (b) massa gas yang

keluar dari tabung

Jawab :

a) massa gas yang tersisa di tabung

b) massa gas yang keluar dari tabung

FLUIDA

Tipe fase umum materi adalah padat, cair, dan gas. Cair dan gas secara

kolektif disebut fluida, yang berarti mereka memiliki kemampuan untuk mengalir.

Massa jenis materi didefinisikan sebagai massa per satuan volume. Gravitasi

khusus adalah perbandingan massa jenis materi terhadap massa jenis air (pada

40C).

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Tekanan pada

kedalaman h di dalam zat cair dinyatakan dengan

P = ρgh

Dimana ρ adalah massa jenis cairan dan g adalah percepatan gravitasi.

Prinsip Pascal menyatakan bahwa tekanan luar yang diberikan pada

fluida dalam suatu tempat akan menambah tekanan keselurahan dengan besar

yang sama.

Ϝ keluarϜ masuk

= A keluarA masuk

Tekanan diukur dengan menggunakan manometer atau jenis pengukuran lainnya.

Barometer digunakan untuk mengukur tekanan atmosfir. Tekanan atmosfir

standar (rata-rata pada permukaan laut) adalah 1, 013 x 105 N/m2. Tekanan terukur

adalah tekanan atmosfir

Archimedes

Benda-benda seperti kayu mengapung di permukaan air. Ini adalah contoh

pengapungan. Gaya gravitasi bekerja ke bawah tetapi sebagai tambahan, gaya

apung ke atas dilakukan oleh zat cair. Gaya apung terjadi karena tekanan pada

fluida bertambah terhadap kedalaman. Prinsip Archimedes menyatakan bahwa

sebuah benda yang dimasukkan seluruhnya atau sebagian ke dalam fluida

diangkat ke atas oleh gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan .

FB = F2- F1

= ρghA ¿

=ρgAh

Laju aliran fluida adalah massa atau volume fluida per satuan waktu.

Persamaan kontinuitas menyatakan bahwa untuk fluida yang tidak bisa ditekan

yang mengalir dalam tabung tertutup, hasil kali kecepatan aliran dan luas

penampang lintang tabung tetap konstan :

A1v1 = A2v2

Prinsip Bernoulli memberitahu kita bahwa dimana ada kecepatan

fluida tinggi, tekanannya rendah, dan dimana kecepatan rendah tekanannya tinggi.

Aliran fluida dapat dikarakterisikan sebagai lurus (kadang-kadang disebut

laminer), diamana lapisan lapisan fluida bergerak dengan mulus dan atau sebagai

turbelen, diamana aliran tidak begitun mulus dan reguler tetapi dicirikan dengan

pusaran-pusaran yang bentuknya tidak beraturan.

Teorema Torricelli Kelajuan fluida menyembur keluar dari lubang yang

terletak pada jarak h di bawah permukaan atas fluida dalam tangki sama seperti

kelajuan yang akan diperoleh sebuah benda yang jatuh bebas dari ketinggian h.

Persamaan ini disebut teorema Torricelli.

Misalkan sebuah tangki dengan luas penampang A1 disi fluida sampai

kedalaman h. Ruang di atas fluida berisi udara dengan tekanan p1. Pada alas

tangki terdapat suatu lubang kecil dengan luas A2 (dengan A2 jauh lebih kecil

daripada A1) dan fluida dapat menyembur keluar dari lubang ini. Persamaan yang

berlaku untuk kelajuan aliran menyembur keluar dari lubang dengan debitnya

adalah :

Kita tetapkan titik 1 di permukaan atas fluida dengan kelajuan aliran di

titik itu adalah v1, dan titik 2 berada di lubang pada dasar tangki dengan kelajuan

aliran di titik itu adalah v2. Tekanan pada titik 2, p2=p0, sebab titk 2 berhubungan

dengan atmosfer (udara luar). Ambil acuan ketinggian nol di dasar tangki (h2=0),

dan gunakan persamaan Bernoulli di titik 1 dan 2 sehingga kita peroleh :

Penerapan Hukum Bernoulli

Selain teorema Torricelli, persamaan Bernoulli juga bisa diterapkan pada kasus

khusus lain yakni ketika fluida mengalir dalam bagian pipa yang ketinggiannya

hampir sama (perbedaan ketinggian kecil). Untuk memahami penjelasan ini, amati

gambar di bawah

Pada gambar di atas tampak bahwa ketinggian pipa, baik bagian pipa yang

penampangnya besar maupun bagian pipa yang penampangnya kecil, hampir

sama sehingga diangap ketinggian alias h sama. Jika diterapkan pada kasus ini,

maka persamaan Bernoulli berubah menjadi :

Ketika fluida melewati bagian pipa yang penampangnya kecil (A2), maka laju

fluida bertambah (ingat persamaan kontinuitas). Menurut prinsip Bernoulli, jika

kelajuan fluida bertambah, maka tekanan fluida tersebut menjadi kecil. Jadi

tekanan fluida di bagian pipa yang sempit lebih kecil tetapi laju aliran fluida lebih

besar.

Ini dikenal dengan julukan efek Venturi dan menujukkan secara kuantitatif bahwa

jika laju aliran fluida tinggi, maka tekanan fluida menjadi kecil. Demikian pula

sebaliknya, jika laju aliran fluida rendah maka tekanan fluida menjadi besar.

Viskositas mengacu pada gesekan dalam fluida yang mencegah fluida

mengalir bebas dan pada dasarnya merupakan gaya gesekan antara lapisan-lapisan

fluida yang bersisian pada mereka bergerak melewati satu sama lain.

Soal:

1. Berapa perkiraan massa udara di ruang duduk 5,8 m x

3,8 m x 2,8 m?

Jawab :

Volume: 5,8 m x 3,8 m x 2,8 m

= 61,712 m3

ρ massa jenis udara = 1,29 kg /m3

m=ρ . v

= 1,29 kg /m3 x 61,712 m3

= 79,60 kg

2. Perkirakan tekanan yang diberikan kepada lantai oleh

model 50 kg yang berdiri sesaat pada satu hak sepatu

yang luasnya 0,05 cm2?

Jawab:

P = FA

= m. g

A

= 50 kg x9,8

m

s2

5. 10−6

= 490 kg

m

s2

5. 10−6

= 9,8. 107 N

m2

3. Berapa tekanan yang diberikan oleh gajah 1500 kg yang

berdiri pada satu kaki dengan luas 800 cm2?

Jawab :

P = FA

P = m. g

A

= 1500 kg .9,8

m

s2

0,8 m2

= 18375 N

m2

4. Seorang ahli geologi menemukan bahwa batu bulan

yang massa nya 8,20 kg memiliki massa semu 6,18 kg

ketika dimasukkan kedalam air, berapa massa jenis

batu?

Jawab :

ρ1

ρ0

= ww−w '

=(8,20 kg)g

(8,20 kg−6,18 kg ) g

= 8,20 kg2,02 kg

=4,05kg

m3