1 / 38

Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM

Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM. Andre Sugijopranoto SJ. Perkenalan. Nama : Andre Sugijopranoto SJ TTL : Tegal, 24 Februari 1965 Pendidikan Formal TK s.d. SMA : Pius, Tegal (1970- 1984) Jurusan T. Sipil, Fak. Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta (1984-1989) : Ir. (Insinyur)

nani
Download Presentation

Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fisika DasarSemester IITMI, TMK, TPM Andre Sugijopranoto SJ

  2. Perkenalan • Nama : Andre Sugijopranoto SJ • TTL : Tegal, 24 Februari 1965 • Pendidikan Formal • TK s.d. SMA : Pius, Tegal (1970- 1984) • Jurusan T. Sipil, Fak. Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta (1984-1989) : Ir. (Insinyur) • Jurusan Filsafat Sosial, Sekolah Tinggi Filsafat Driyarkara, Jakarta (1992-1995) : S.S. (Sarjana Sastra) • Fakultas Teologi Wedhabakti, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta (1997-1999) : BA (Bachelor of Art) • Project Management dan Organizational Leadership, Regis University, Denver, CO, USA (2007-2008) : M.Sc (Master of Science) • Alamat : ATMI, Jl. Mojo No. 1 Surakarta • E-mail : andre@atmi.ac.id • HP : 0815 670 6405

  3. Isi Kuliah • MOMENTUM , IMPULS DAN GERAK RELATIF (Pertemuan 1-2) • GERAK ROTASI (Pertemuan 3-4) • MEKANIKA FLUIDA (Pertemuan 5-7) • UJIAN TENGAH SEMESTER (Pertemuan 8) • HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHHOFF (Pertemuan 9-12) • TERMODINAMIKA (Pertemuan 13-16)

  4. Isi Kuliah • MOMENTUM , IMPULS DAN GERAK RELATIF (Pertemuan 1-2) • Momentum Linier • Hukum Kekekalan Momentum Linier • Tumbukan dan Impuls • Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan • Tumbukan dalam satu, dan dua dimensi • GERAK ROTASI (Pertemuan 3-4) • Pendahuluan • Kinematika Rotasi • Kelembaman Rotasi • Hukum- hukum Rotasi • Berbagai Gaya yang Menyebabkan Gerak Benda tegar • MEKANIKA FLUIDA (Pertemuan 5-7) • Massa jenis dan Berat Jenis • Tekanan Atmosfer dan Tekanan Ukur • Prinsip Pascal • Hukum Archimedes • Persamaan Bernoulli

  5. Isi Kuliah • UJIAN TENGAH SEMESTER (Pertemuan 8) • HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHHOFF (Pertemuan 9-12) • Sambungan Resistor Seri dan Parallel • Resistivity • Daya Listrik • Aturan nodal dan loop (Node and Loop Rules) • TERMODINAMIKA (Pertemuan 13-16) • Suhu, kalor, dan Energi Internal • Kalorimetri • Kalor Laten • Transfer Kalor: Konduksi, Konveksi, dan Radiasi Standar Kompetensi yang diharapkan: • Mahasiswa memahami persoalan-persoalan Fisika Dasar: momentum-impuls, gerak rotasi, mekanika fluida, listrik dasar, dan termodinamika. • Mahasiswa dapat melakukan analisa serta pemecahan persoalan-persoalan Fisika Dasar • Mahasiswa dapat menerapkan yang dipelajari di situasi aktual dalam proses permesinan • Mahasiswa dapat mempergunakan prinsip-prinsip Fisika pada mata kuliah lanjutan

  6. System / Metoda Perkuliahan • Perkuliahan di kelas • Ceramah / kuliah / tatap muka • Latihan soal • Diskusi kelompok • Tugas-tugas pribadi dikerjakan di rumah dan dikumpulkan/ dilaporkan • Evaluasi • Ulangan (tengah semester) • Ujian Akhir • Nilai Akhir (NA) diperoleh sebagai berikut :   NA = (Ujian Akhir x 2) + Tugas + Ulangan 4

  7. Referensi • Giancoli, D.C. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics 4th Edition, Prentice Hall Inc., 2009 • Walker, J. III, Resnick, R and Halliday, D., Fundamental of Physics 8th Edition,John Wiley & Sons, Inc., 2008 • Sears, F.W. and Friends, University Physics 12th Edition, Pearson Addison-Wesley, 2008 • White, H.E., Modern CollegePhysics 3rd Edition, New Jersey D. Van Nostrand Co. Inc., 1948 • Parelman, Y. , Physics for Entertainment, Foreign Languages Publishing House Moscow, 1942

  8. 1. MOMENTUM , IMPULS DAN GERAK RELATIF Bahan: • Momentum Linier • Hukum Kekekalan Momentum Linier • Tumbukan dan Impuls • Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan • Tumbukan dalam satu, dan dua dimensi

  9. 1.1. Momentum Linear • Momentum Linear (Momentum) : Hasil kali massabendadengankecepatannya. Semakinbesarmassanya  momentum semakinbesar Semakinbergerakcepat  momentum semakinbesar Karenakecepatanadalahsuatuvektor, maka momentum adalahsuatuvektor Arah momentum = arahkecepatan Satuan (SI) = kg. m/s Rumus Momentum dipakai untuk menganalisa situasi di mana gaya tidak diketahui dan arah gerak tidak beraturan • P = m.v

  10. 1.1. Momentum Linear Hukum Newton II : F = m. a ∑ F = m. = = = • Laju perubahan momentum sebuah benda sebanding dengan gaya total yang dikenakan padanya • Gaya diperlukanuntukmengubah momentum benda • Menambah / mengurangibesar momentum • Mengubaharahnya

  11. 1.1. Momentum Linear • Soal: Seorangpemaintenismelakukanservis. Bola yang beratnya 60 gram hanyamenempel 4 milidetikpada senarraket, danlangsungmelesatdengankecepatan 200 km/jam. Berapabesargaya yang dikenakanpada bola? Gaya gravitasi bola diabaikan. Sesaatsebelum bola mengenaisenarraket, kecepatan bola dianggap= 0  v1 = 0 v2 = 200 km/jam = 200x1000/3600 = 55,5556 m/s F = = = = 833,4 N Gaya sebesarinimampumengangkatorangdenganberatsekitar 80 kg

  12. 1.1. Momentum Linear Seorangmencucimobildenganmenggunakan air dariselang. Kecepatan air yang keluardariselangadalah 72 km/jam. Banyaknya air yang keluaradalah 1,5 kg /detik. Dianggaptidakada air yang berbalikdaribadanmobil. Berapakahgaya yang dikenakanpadabadanmobil? Setiapdetik, ada air seberat 1,5 kg keluardariselang. Kecepatan air keluar dari selang = 72 km/jam = 72x1000/3600 = 20 m/s Momentum = P = m.v = 1,5. 20 = 30 kg m/s Di dindingbadanmobil, air berhenti v2 = 0  P2 = 0 F = = = - 30 N

  13. 1.2. HukumKekekalan Momentum Momentum total sistem benda-benda yang terisolasi terus tetap. Apabila bola no. 8 dan no. 9 bertumbukan, meskipun Momentum masing-masing bola berubahsebagai hasiltumbukan, jumlah momentum tetapsama, baiksebelummaupunsesudahterjaditumbukan. Sebelumtumbukan, momentum bola 8 = m8.v8dan momentum bola 9 = m9.v9 Momentum total = m8.v8 + m9.v9 Setelahtumbukan, momentum bola 8 dan 9 berubah, tetapi momentum totalnyatetapsama.

  14. 1.2. HukumKekekalan Momentum • Sistem = sekumpulanbenda yang salingberinteraksisatusama lain. • Sistemterisolasi = gaya yang adaadalahgaya yang beradadiantarabendadalamsistem tidakadagayadariluar yang didesakan atau ∑F = 0 Dalamkehidupansehari-harikekekalan momentum terjadiapabilawaktuterjaditumbukannyasangatcepatdangaya-gaya yang adasangatbesardibandingkangayaluar (misalnyagravitasi) ContohSoal: Satukeretaseberat 10 ton berjalan dengankecepatan 90 km/jam. Keretaitumenabrakkereta lain yang beratnyasamadansedang berhenti. Setelahtabrakan, keduakeretamenempelmenjadisatu. Berapakecepatankeduakereta yang salingmenempelini?

  15. 1.2. HukumKekekalan Momentum m1 = m2 = 10.000 kg v1 = 25 m/s v2 = 0 Momentum total sebelumterjaditabrakan m1 v1 + m2 v2 = 10.000 x 25 + 10.000 x 0 = 250.000 kg m/s Setelahterjaditabrakan, kecepatankeduakeretasama = v’ Momentum total setelahterjaditabrakan (m1 + m2) v’ = 250.000 V’ = 12,5 m/s = 45 km/jam

  16. 1.2. HukumKekekalan Momentum Berapakahkecepatanmundursenapanapi yang mempunyaiberat 5 kg sesaatsetelahmenembak- kansebutirpelurudenganberat 50 gram yang melesatdengankecepatan 400 km/jam? Baiksenapanmaupunpelurusebelumtembakan, vs = vp = 0 msvs + mpvp = msv’s + mpv’p 5 x 0 + 0,05 x 0 = 5 x v’s+ 0,05 x 111,11 v’s= - 1,11 m/s = 4 km/jam

  17. 1.2. HukumKekekalan Momentum Sebuah peluru seberat 8 gram ditembakkan secara horisontal ke sebuah balok dengan berat 9 kg. Peluru berhenti dan bersarang pada balok tersebut yang mengakibatkan balok bergerak dengan kecepatan 40 cm/s. Berapa kecepatan awal peluru? Keadaan sebelum tumbukan peluru dan papan • Mp = 0,008 kg ; Mb = 9 kg ; Vb = 0 Keadaan sesudah tumbukan • V’b = V’p = 40 cm/s = 0,4 m/s mp vp + mb vb = mp v’p + mb v’b 0,008. vp + 9. 0 = 0,008. 0,4 + 9. 0,4 0,008. vp = 3,6032  vp = 450,4 m/s

  18. Pekerjaan Rumah • Peluru seberat 15 gram ditembakkan secara horisontal ke balok kayu yang digantungkan pada seutas tali. Berat balok kayu = 3000 kg. Balok kayu berayun 10 cm ke atas dari tempat asalnya. Berapakah kecepatan peluru? Diketahui: mp = 0,015 kg; mb = 3000 kg h= 0,1 m Ditanya: vp Hk kekekalan momentum (seb ditembakkan dan sesudah nya) Mp.vp + Mb.vb = Mp.vp‘+ Mb.vb‘ 0,015. vp + 0 = v’ (3000+0,015) 0,015 vp = 3000,015 v’ (persamaan 1)

  19. Pekerjaan Rumah Diketahui: mp = 0,015 kg; mb = 3000 kg h= 0,1 m Ditanya: vp Hk kekekalan momentum (seb ditembakkan dan sesudah nya) Mp.vp + Mb.vb = Mp.vp‘+ Mb.vb‘ 0,015. vp + 0 = v’ (3000+0,015) 0,015 vp = 3000,015 v’ (persamaan 1) Hk kekekalan energi (sesudah peluru ditembak & saat berayun 10cm) ½ m.v’2 + m.g.h = ½ m. v1’2 + m.g.h ½ . 3000,015. v’2 + 0 = 0 + 3000,015. 9,8. 0,1 1500,0075 v’2 = 2940,0147 v’2 =1,96  v’ = 1,4 m/s persamaan 1: 0,015 vp = 3000,015 v’ 0,015 vp = 3000,015. 1,4 vp = 280.001,4 m/s

  20. 1.3. TumbukandanImpuls • Padasaatterjaditumbukan 2 buahbenda, keduabendaberubahbentukkarenaterjadinyagaya-gaya yang besardalamwaktu yang relatifsangatpendek, yang diikutiolehhilangnyagaya-gayatersebut. Lajuperubahan momentum F =  F ∆t = ∆p Impuls = J = F ∆t BesarnyaImplus = perubahan momentum

  21. 1.3. TumbukandanImpuls Karenapadasaatterjaditumbukanterjadiperubahanbesargaya yang sangatcepat, makadipakaigayarata-rata yang bekerjaselamawaktu∆t  RumusImpulshanyadapatdipakaipadasaatterjaditumbukan, yaitukeadaandimanasuatubendamendapatkangayaluar yang sangatbesardalamwaktuamatsingkat.

  22. 1.3. TumbukandanImpuls ContohSoalSeorangmahasiswadenganberat 70kg melompatdarilantai II gedungkuliah yang tingginya 3 m. Hitungimpuls yang dialamisaatmahasiswajatuhditanahkeras. • Kecepatanmahasiswatepatsebelummenyentuhtanahkeras (1) (2)  (1) 3 m =  t = = = 0,782 detik (2) = 9,8 x 0,782 = 7,67 m/s Cara lain: mgh1+ = mgh2+  h1 = 3 m; v1 = 0; h2 = 0 • Impuls = perubahan momentum saatmahasiswamenjejaktanah.∆p =  = 0 (mahasiswasudahberhentidiatastanah) = - 70 x 7,67 = - 536,9 N.s (arahkeatas)

  23. 1.3. TumbukandanImpuls Berapakahgaya rata-rata yang didesakantanahketelapak kaki mahasiswaapabilatubuhdianggapberpindah 1 cm selamatumbukanterjadi? Untukberhenti total, tubuhdiperlambatdarikecepatan 7,67 m/s menjadi 0 dalamjarak 0,01 m.  Kecepatan rata-rata = = 3,84 m/s Waktutumbukan= = 2,6 10-3detik Gaya karenaimpuls J = F ∆t  536,9 = F. 2,6 10-3detik  F = 206.500 N (kebawah) Gaya karenagravitasi Fg = m.g = 70 x 9,8 = 686 N (kebawah) Gaya total = 206.500 + 686 = 207.186 N (kebawah) Gaya yang didesakantanah = Gaya total = 207.186 N (keatas)

  24. 1.3. TumbukandanImpuls Soal : Seorangmahasiswamemukulbatubata. Kecepatantangansaatmemukuladalah 10 m/s. Tanganberhentisejauh 1 cm setelahterjadibenturandenganbatubata, danberattelapaktangandanlengan = 1kg. Berapabesarimpulsdangaya rata-rata yang diberikanmahasiswaterhadapbatubata. Momentum ∆p = m.v = 1. 10 = 10 kg m/s Impuls = Perubahan momentum = 10 kg m/s Kecepatan rata-rata tangan = 5 m/s  ∆t = 0,01 m/5 = 0,002 detik J = F ∆t  10 kg m/s = F. 0,002 detik  F = 5,000 N

  25. 1.3. TumbukandanImpuls Soal : Sebuahmobildenganberat 2,2 ton berjalandengankecepatan 94 km/jam. Berapagaya rata-rata padamobilpadamasing-masingkeadaanberikut? • Sopirmenginjakremsecara normal, danmobilberhentidalamwaktu 21 detik. • Remdiinjakdengansangatkeras, danmobilberhentidalamwaktu 3,8 detik. • Mobil ditabrakankedinding, danmobilberhentidalamwaktu 0,22 detik.

  26. 1.3. TumbukandanImpuls Momentum awal = m.v = 2200 x 94 (1000/3600) = 57.444,44 Momentum akhir = m.v = 2200 x 0 = 0 ∆p = 0 - 57.444,44 = - 57.444,44 kg m/s Impuls = F ∆t = Perubahan momentum (= - 57.444,44 kg m/s) a) ∆t = 21  F = -57.444,44/21 = - 2.735,45 N b) ∆t = 3,8  F = -57.444,44/3,8 = -15.116,96 N c) ∆t = 0,22  F = -57.444,44/0,22 = -261.111,11 N

  27. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum & Energi dalam Tumbukan Dalamtumbukan: • Apabilabenda yang tumbukansangatkerasdanlenting, apabilatidakadapanas yang dihasilkandalamtumbukanmakajumlahEnergiKinetiktetapsama (Hk. KekekalanEnergi). • SituasiinidisebutTUMBUKAN LENTING (elastic collision). • Apabilasituasidiatastidakterjadi, situasinyadisebutTumbukan TIDAK lenting(inelastic collision). Jumlahenergitetapsama, akantetapiEnergikinetiksebagiandiubahmenjadienergi lain (misalpanas)

  28. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan • TumbukanLentingsatudimensi Tumbukansepusat, seluruhgerakanterletaksegaris Duapartikel A dan B bergerakdengankecepatanvAdanvBsepanjangsumbu x. Setelahtumbukan, kecepatanpartikelmenjadivA‘ danvB’ Hk. Kekekalan Momentum mAvA + mBvB = mAvA‘ + mBvB‘ (1) Karenatumbukanlenting, makajumlahenergikinetikkekal mAvA2 + mBvB2= mAvA’2 + mBvB’2 (2) • mA (vA-vA’) = mB (vB’-vB) • mA (vA2 -vA’ 2 ) = mB (vB’ 2 -vB2 )

  29. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan catatan : (a-b)(a+b) = a2-b2 (2) mA (vA– vA’) (vA+ vA’) = mB (vB’- vB) (vB’+ vB) • mAvA + mBvB = mAvA‘ + mBvB‘ (1) dan (2) : (vA+ vA’) = (vB’+ vB) (vA- vB) = (vB’- vA’) (vA- vB) = - (vA’ - vB’) kecepatanrelatifkeduapartikelsebelumdansetelahtumbukanbesarnyasama (tidakdipengaruhibesarnyamassa)

  30. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Soal: Bola biliarputihdenganmassa m dankecepatanvpmenumbuk bola biliarmerahdenganmassa yang samabesar m. Berapakecepatankedua bola biliarsetelahtumbukanapabila (a) bola merahbergerakdengankecepatanvmsearahgerak bola putih; (b) bola merahpadaawalnyadiam HkKekekalan Momentum: vm + vp = vm’+vp’ HkKekekalanEnergiKinetik: vm - vp = - (vm’ - vp’) vp’ = vm vm’ = vp (b) vm = 0 vp’ = 0

  31. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Soal: Sebuah proton bermassa 1,01  melintasdengankecepatan 3,6 104 m/s. Proton mengalamitumbukansepusatlentingdenganinti helium (He) yang diam, denganmassa 4 . Berapakecepatan proton daninti helium setelahtumbukan? 1  = 1,66 10-27 kg. Hk. Kekekalan Momentum: mp vp + mhvh = mp vp‘ + mhvh‘ vp= 3,6 104 m/s ; vh = 0 vp‘ =vp–(mh/mp.vh‘) vp‘= 3,6 104–(4/1.01 . vh‘) = 3,6 104 – 3,96 vh‘ (1) (vp- vh) = - (vp’ - vh’)  3,6104 – 0 = - (vp’ - vh’) vp’ = vh’- 3,6104 (2) (1) dan (2)  3,6 104 – 3,96 vh‘ = vh’- 3,6104 vh’= 7,2 104 /4,96 vh’= 14.516,13 m/s (2)  vp’ = -21.483,87 m/s

  32. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan • TumbukanLentingpadaduaataulebihdimensi Tumbukanlentingpada 2 ataulebihdimensi: keadaandimanatumbukantidaksepusat (benda / partikelsetelahtumbukanmasing-masingbergerakkearah yang berbeda-beda). Dalamsituasitumbukanlentingpada 2 ataulebihdimensi, hukumkekekalanenergikinetikdanhukumkekekalan momentum jugatetapberlaku. mAvA2 + mBvB2 = mAvA’2 + mBvB’2 mAvA2 = mAvA’2 + mBvB’2 (1)

  33. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan HukumKekekalan Momentum Karena momentum adalahsebuahvektor, makaperludihitungkomponen x dan y Komponen X: mAvA= mAvA’cosѲ’A+ mBvB’ cosѲ’B Komponen Y: 0= mAvA’sinѲ’A+ mBvB’ sin Ѳ’B ContohSoal: Bola biliard A bergerakdengankecepatan 3 m/s padaarahsumbu X. Bola A menumbuk bola B yang diamdanmempunyaimassa yang sama. Masing-masing bola bergeraksalingmenjauh : bola A denganarah 45okeatassumbu-X dan bola B denganarah 45okebawahsumbu-X. Berapakecepatankedua bola setelahtumbukan?

  34. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Kekekalan Momentum Sumbu-X mvA= mvA’cosѲ’A+ mvB’ cosѲ’B…(1) Kekekalan Momentum Sumbu-Y 0= mvA’sinѲ’A+ mvB’ sin Ѳ’B …(2) • vA= vA’cos (45)+ vB’ cos (-45)  vA= cos (45) (vA’+ vB’) • vA’sin (45)= - mvB’ sin (-45)  vA’sin 45= vB’ sin 45 vA’= vB’ (1) dan (2) vA= 2vA’ cos (45) 3 m/s = 1,4142 vA’ -- vA’ =2,1213 m/s

  35. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Soal: Di perempatan Fajar Indah, sebuah sedan C denganberat 1325 kg melajukearahutaradengankecepatan 100 km/jam. Sebuah sedan lain D denganberat 2165 kg melajukearahtimurdengankecepatan 40 km/jam. Keduamobilinibertabrakanmenjadisatu. Kearahmanakeduamobilituterpelantingsetelahbertabrakan? Berapakecepatannya?

  36. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Mobil C bergerakpadasumbu-Y, Mobil D padasumbu-X Besar momentum sebelumtumbukan: Px = m. v = 2165 x 40 (1000/3600) = 24.055,56 kg m/s Py = m. v = 1325 x 100 (1000/3600) = 36.805,56 kg m/s Besar momentum setelahtumbukan = sebelumtumbukan P’x = 24.055,56 kg m/s P’y = 36.805,56 kg m/s Momentum total setelahtumbukan = = = = 43.969,52 kg m/s Kecepatansetelahtumbukan = 43.969,52 : (2165+1325) V = 12,6 m/s = 45,36 km/jam tgθ = = 1,53 θ = 56,83o

  37. 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Ringkasan: • Momentum Linear P = m.v • LajuPerubahan Momentum F = • ImpulsJ = F ∆t - Impuls = Perubahan Momentum • Hk. Kekekalan Momentum mAvA + mBvB = mAvA‘ + mBvB‘ • Hk. KekekalanEnergiKinetikmAvA2 + mBvB2= mA vA’2 + mBvB’2 (tumbukanlentingsatudimensi) • TumbukanLentingpadaduaataulebihdimensi : momentum dibagimenurutsumbu X dan Y. Sumbu X: mAvA’cosѲ’A+ mBvB’ cosѲ’B Sumbu Y: mAvA’sinѲ’A+ mBvB’ sin Ѳ’B

More Related