RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK ( AC )

Nilai Effektif dan Maksimum

Pernahkah anda melihat osciloskop ? Pernahkah anda mengoperasikan osciloskop? Bagaimana cara membaca grafik gelombang yang dihasilkan dari osciloskop ? Dari mana asal sumber tegangan Bolak-balik tersebut ? Apa yang terjadi dengan arus dan tegangan listrik jika komponen resistor, induktor dan kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan AC ? Apa yang dimaksud dengan resonansi pada rangkaian R-L-C ? Anda akan bisa menjawab pertanyaan-pernyataan tersebut setelah mempelajari materi berikut ini yaitu :

    1. Nilai effektif dan Nilai maksimum
    2. Resistor dalam rangkaian AC
    3. Induktor dalam rangkaian AC
    4. Kapasitor dalam rangkaian AC
    5. Rangkaian seri Resistor dan Induktor
    6. Rangkaian seri Resistor dan Kapasitor
    7. Rangkaian seri Resistor, Induktor dan Kapasitor

Telah diurai pada materi sebelumnya ( Pada pembahasan Induksi elektromagnetik ) tentang generator , dan generator inilah yang merupakan sumber arus dari arus AC , atau yang disebut dengan generator arus bolak-balik. Generator arus bolak-balik terdiri atas sebuah kumparan persegi panjang yang diputar dalam medan magnet homogen. Gaya gerak listrik yang dihasilkan adalah:

atau

dengan :

Pada rangkaian tegangan bolak-balik selalu didapatkan beda tegangan ataupun arus listrik yang berubah secara periodik. Oleh karena dalam keperluan praktis diperlukan besaran listrik yang mempunyai harga tetap , maka dalam tegangan bolak-balik harga tersebut dinamakan dengan harga efektif. Harga efektif arus dan tegangan bolak-balik adalah kuat arus dan tegangan bolak-balik yang dianggap setara dengan arus atau tegangan searah yang menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu penghantar dalam waktu yang sama.

Misalkan ada sebuah penghantar yang mempunyai hambatan r dialiri arus bolak-balik dalam waktu setengah periode ( ½ T) maka:

Hubungan antara arus effektif dan arus maksimum dapat ditentukan dengan sebuah rumus :

Demikian juga dengan tegangannya maka terdapat nilai tegangan effektif dan nilai tegangan maksimum dengan persamaan :

Ada besaran-besaran lain yang penting yang terdapat pada pembahasan Arus dan Tegangan AC , yakni :

    1. Frekuensi f (Hz) arus bolak-balik, frekuensi sudut (rad/s) dan Periode T, dihubungkan oleh persamaan berikut :

      karena

    1. Fase, beda fase, terlambat dan mendahului Jika kuat arus i1 = 0 ketika t = 0 maka dapat ditulis . Arus lain . Kedua arus ini memiliki frekuensi sudut, , dan amplitudo, Im, yang sama, tetapi berbeda fase dan. Kedua arus ini berbeda fase sebesar (rad) dimana, i2 mendahului i1 dengan sudut , atau i1 terlambat terhadap i2 dengan sudut . Dua besaran bolak-balik yang berbeda, misalnya arus dan tegangan dapat juga berbeda fase ketika nilai keduanya berubah dengan frekuensi sama.
    2. Nilai rata-rata besaran arus dan tegangan pada AC mempunyai nilai sama dengan nol karena grafik fungsi sinus untuk besaran keduanya adalah simetris terhadap sumbu waktu. Karena arus dan tegangan rata-rata sama dengan nol , maka dalam AC nilai rata-rata tidak berarti. Arus atau tegangan AC yang diukur oleh alat ukur AC bukanlah harga rata-rata tetapi harga effektifya.
    3. Besaran-besaran yang ada di AC apabila diukur dengan menggunakan Amperemeter, voltmeter dan multitester menunjukkan nilai effektifnya. Sedangkan apabila diukur dengan menggunakan Osciloskop maka kita dapat memperoleh nilai maksimummya. Sebuah Osciloskop diatur skala penguat vertikalnya pada 4 V/cm dan waktu horizontalnya pada 10 milisekon/ cm. Ketika suatu sumber tegangan AC memberikan sinyal pada layar osciloskop seperti tampak pada gambar berikut :

Skala vertikal grafik = skala tegangan = 4 V / cm. Sedangkan skala horizontal = skala waktu = 10 ms/cm

  • Pada grafik tampak bahwa jarak antara puncak atas ke puncak bawah adalah 6 cm , berarti tegangan puncak ke puncak = 6 x 4 = 24 volt. Selanjutnya dapat juga dikatakan bahwa tegangan maksimum sumber tegangan adalah = 24 / 2 volt = 12 volt. Tagangan effektifnya adalah = = .
  • Perhatikan waktu untuk menempuh satu gelombang sama dengan periode gelombang. Pada grafik terlihat periodenya 8 cm yang berarti periode gelombang tersebut adalah     8 x 10 ms = 80 . 10-3 sekon. Maka frekuensi dapat dihitung = 1/80 . 10-3 sekon = 12,5 Hz

Gelombang Elektromagnetik

 

Gelombang Elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat  walau tidak ada medium. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude, kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbedabeda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

Ciri-ciri gelombang elektromagnetik :
Dari uraian tersebut diatas dapat disimpulkan beberapa ciri gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:

1.      Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki harga maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.

2.      Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

3.      Dari ciri no 2 diperoleh bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang transversal.

4.      Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, dan difraksi. Juga mengalami peristiwa polarisasi karena termasuk gelombang transversal.

5.      Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya.

Cahaya yang tampak oleh mata bukan semata jenis yang memungkinkan radiasi elektromagnetik. Pendapat James Clerk Maxwell menunjukkan bahwa gelombang elektromagnetik lain, berbeda dengan cahaya yang tampak oleh mata dalam dia punya panjang gelombang dan frekuensi, bisa saja ada. Kesimpulan teoritis ini secara mengagumkan diperkuat oleh Heinrich Hertz, yang sanggup menghasilkan dan menemui kedua gelombang yang tampak oleh mata yang diramalkan oleh Maxwell itu. Beberapa tahun kemudian Guglielmo Marconi memperagakan bahwa gelombang yang tak terlihat mata itu dapat digunakan buat komunikasi tanpa kawat sehingga menjelmalah apa yang namanya radio itu. Kini, kita gunakan juga buat televisi, sinar X, sinar gamma, sinar infra, sinar ultraviolet adalah contoh-contoh dari radiasi elektromagnetik. Semuanya bisa dipelajari lewat hasil pemikiran Maxwell.

 SUMBER GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

  1. Osilasi listrik.
  2. Sinar matahari  menghasilkan sinar infra merah.
  3. Lampu merkuri  menghasilkan ultra violet.
  4. Penembakan elektron dalam tabung hampa pada keping logam  menghasilkan sinar X (digunakan untuk rontgen).

Inti atom yang tidak stabil  menghasilkan sinar gamma.

SPEKTRUM GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Susunan semua bentuk gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya disebut spektrum elektromagnetik. Gambar spectrum elektromagnetik di bawah disusun berdasarkan panjang gelombang (diukur dalam satuan _m) mencakup kisaran energi yang sangat rendah, dengan panjang gelombang tinggi dan frekuensi rendah, seperti gelombang radio sampai ke energi yang sangat tinggi, dengan panjang gelombang rendah dan frekuensi tinggi seperti radiasi X-ray dan Gamma Ray.

 

Contoh spektrum elektromagnetik

 

Gelombang Radio

Gelombang radio dikelompokkan menurut panjang gelombang atau frekuensinya. Jika panjang gelombang tinggi, maka pasti frekuensinya rendah atau sebaliknya. Frekuensi gelombang radio mulai dari 30 kHz ke atas dan dikelompokkan berdasarkan lebar frekuensinya. Gelombang radio dihasilkan oleh muatan-muatan listrik yang dipercepat melalui kawat-kawat penghantar. Muatan-muatan ini dibangkitkan oleh rangkaian elektronika yang disebut osilator. Gelombang radio ini dipancarkan dari antena dan diterima oleh antena pula. Kamu tidak dapat mendengar radio secara langsung, tetapi penerima radio akan mengubah terlebih dahulu energi gelombang menjadi energi bunyi.

Gelombang mikro

Gelombang mikro (mikrowaves) adalah gelombang radio dengan frekuensi paling tinggi yaitu diatas 3 GHz. Jika gelombang mikro diserap oleh sebuah benda, maka akan muncul efek pemanasan pada benda itu. Jika makanan menyerap radiasi gelombang mikro, maka makanan menjadi panas dalam selang waktu yang sangat singkat. Proses inilah yang dimanfaatkan dalam microwave oven untuk memasak makanan dengan cepat dan ekonomis.

Gelombang mikro juga dimanfaatkan pada pesawat RADAR (Radio Detection and Ranging) RADAR berarti mencari dan menentukan jejak sebuah benda dengan menggunakan gelombang mikro. Pesawat radar memanfaatkan sifat pemantulan gelombang mikro. Karena cepat rambat glombang elektromagnetik c = 3 X 108 m/s, maka dengan mengamati selang waktu antara pemancaran dengan penerimaan.

Sinar Inframerah

Sinar inframerah meliputi daerah frekuensi 1011Hz sampai 1014 Hz atau daerah panjang gelombang 10-4 cm sampai 10-1 cm. jika kamu memeriksa spektrum yang dihasilkan oleh sebuah lampu pijar dengan detektor yang dihubungkan pada miliampermeter, maka jarum ampermeter sedikit diatas ujung spektrum merah. Sinar yang tidak dilihat tetapi dapat dideteksi di atas spektrum merah itu disebut radiasi inframerah.
Sinar infamerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang bergetar karena benda diipanaskan. Jadi setiap benda panas pasti memancarkan sinar inframerah. Jumlah sinar inframerah yang dipancarkan bergantung pada suhu dan warna benda.

Cahaya tampak

Cahaya tampak sebagai radiasi elektromagnetik yang paling dikenal oleh kita dapat didefinisikan sebagai bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dapat dideteksi oleh mata manusia. Panjang gelombang tampak nervariasi tergantung warnanya mulai dari panjang gelombang kira-kira 4 x 10-7 m untuk cahaya violet (ungu) sampai 7x 10-7 m untuk cahaya merah. Kegunaan cahaya salah satunya adlah penggunaan laser dalam serat optik pada bidang telekomunikasi dan kedokteran.

Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet mempunyai frekuensi dalam daerah 1015 Hz sampai 1016 Hz atau dalam daerah panjang gelombagn 10-8 m 10-7 m. gelombang ini dihasilkan oleh atom dan molekul dalam nyala listrik. Matahari adalah sumber utama yang memancarkan sinar ultraviolet dipermukaan bumi,lapisan ozon yang ada dalam lapisan atas atmosferlah yang berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan meneruskan sinar ultraviolet yang tidak membahayakan kehidupan makluk hidup di bumi.

Sinar X

Sinar X mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz . panjang gelombangnya sangat pendek yaitu 10 cm sampai 10 cm. meskipun seperti itu tapi sinar X mempunyai daya tembus kuat, dapat menembus buku tebal, kayu tebal beberapa sentimeter dan pelat aluminium setebal 1 cm.

Sinar Gamma

Sinar gamma mempunyai frekuensi antara 10 Hz sampai 10 Hz atau panjang gelombang antara 10 cm sampai 10 cm. Daya tembus paling besar, yang menyebabkan efek yang serius jika diserap oleh jaringan tubuh.

Contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-hari :

    1. Radio

Radio energi adalah bentuk level energi elektromagnetik terendah, dengan kisaran panjang gelombang dari ribuan kilometer sampai kurang dari satu meter. Penggunaan paling banyak adalah komunikasi, untuk meneliti luar angkasa dan sistem radar. Radar berguna untuk mempelajari pola cuaca, badai, membuat peta 3D permukaan bumi, mengukur curah hujan, pergerakan es di daerah kutub dan memonitor lingkungan. Panjang gelombang radar berkisar antara 0.8 – 100 cm.

    1. Microwave

Panjang gelombang radiasi microwave berkisar antara 0.3 – 300 cm. Penggunaannya terutama dalam bidang komunikasi dan pengiriman informasi melalui ruang terbuka, memasak, dan sistem PJ aktif. Pada sistem PJ aktif, pulsa microwave ditembakkan kepada sebuah target dan refleksinya diukur untuk mempelajari karakteristik target. Sebagai contoh aplikasi adalah Tropical Rainfall Measuring Mission’s (TRMM) Microwave Imager (TMI), yang mengukur radiasi microwave yang dipancarkan dari Spektrum elektromagnetik Energi elektromagnetik atmosfer bumi untuk mengukur penguapan, kandungan air di awan dan intensitas hujan.

    1. Infrared

Kondisi-kondisi kesehatan dapat didiagnosis dengan menyelidiki pancaran inframerah dari tubuh. Foto inframerah khusus disebut termogram digunakan untuk mendeteksi masalah sirkulasi darah, radang sendi dan kanker. Radiasi inframerah dapat juga digunakan dalam alarm pencuri. Seorang pencuri tanpa sepengetahuannya akan menghalangi sinar dan menyembunyikan alarm. Remote control berkomunikasi dengan TV melalui radiasi sinar inframerah yang dihasilkan oleh LED ( Light Emiting Diode ) yang terdapat dalam unit, sehingga kita dapat menyalakan TV dari jarak jauh dengan menggunakan remote control.

d.      Ultraviolet

Sinar UV diperlukan dalam asimilasi tumbuhan dan dapat membunuh kuman-kuman penyakit kulit.

e.      Sinar X

 

Sinar X ini biasa digunakan dalam bidang kedokteran untuk memotret kedudukan tulang dalam badan terutama untuk menentukan tulang yang patah. Akan tetapi penggunaan sinar X harus hati-hati sebab jaringan sel-sel manusia dapat rusak akibat penggunaan sinar X yang terlalu lama.

 

          III.      KESIMPULAN

Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa begitu besar peranan gelombang elektromagnetik yang bermanfaat dalam kehidupan kita sehari-hari, tanpa kita sadari keberadaannya.

Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan :

    * Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz

    * Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1µeV/GHz

    * Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 µeVm

Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (? = 0,5 mm). Istilah “spektrum optik” juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 – 700 nm)[1].

Dan beberapa contoh spektrum elektromagnetik seperti :

Radar

(Radio Detection And Ranging),digunakan sebagai pemancar dan penerima gelombang.

Infra Merah

Dihasilkan dari getaran atom dalam bahan dan dimanfaatkan untuk mempelajari struktur molekul

Sinar tampak

mempunyai panjang gelombang 3990 Aº – 7800 Aº.

Ultra ungu

dimanfaatkan untuk pengenalan unsur suatu bahan dengan teknik spektroskopi.

Gerak Harmonis Sederhana

Gerak (osilasi) harmonis sederhana dapat kita dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya getaran benda pada pegas dan getaran benda pada ayunan sederhana. Osilasi pada pegas terdapat dua macam, yaitu osilasi pada pegas yang dipasang secara horizontal dan osilasi pada pegas yang digantung secara vertikal. Berikut adalah contoh osilasi harmonis sederhana pada pegas yang digantung secara vertikal.

Osilasi pada pegas yang digantungkan secara vertikal

Pada dasarnya osilasi alias getaran dari pegas yang digantungkan secara vertikal sama dengan getaran pegas yang diletakan horisontal. Bedanya, pegas yang digantungkan secara vertikal lebih panjang karena pengaruh gravitasi yang bekerja pada benda.

gambar 1. Osilasi Harmonik

Pada pegas yang kita letakan horisontal (mendatar), posisi benda disesuaikan dengan panjang pegas alami. Pegas akan meregang atau mengerut jika diberikan gaya luar (ditarik atau ditekan). Nah, pada pegas yang digantungkan vertikal, gravitasi bekerja pada benda bermassa yang dikaitkan pada ujung pegas. Akibatnya, walaupun tidak ditarik ke bawah, pegas dengan sendirinya meregang sejauh x0. Pada keadaan ini benda yang digantungkan pada pegas berada pada posisi setimbang.

Berdasarkan hukum II Newton, benda berada dalam keadaan setimbang jika gaya total = 0. Gaya yang bekerja pada benda yang digantung adalah gaya pegas (F0 = -kx0) yang arahnya ke atas dan gaya berat (w = mg) yang arahnya ke bawah. Total kedua gaya ini sama dengan nol.

Jika kita meregangkan pegas (menarik pegas ke bawah) sejauh x, maka pada keadaan ini bekerja gaya pegas yang nilainya lebih besar dari pada gaya berat, sehingga benda tidak lagi berada pada keadaan setimbang (perhatikan gambar di bawah).

gambar 2. osilasi harmonik sederhana

Total kedua gaya ini tidak sama dengan nol karena terdapat pertambahan jarak sejauh x; sehingga gaya pegas bernilai lebih besar dari gaya berat. Karena terdapat gaya pegas (gaya pemulih) yang berarah ke atas maka benda akan bergerak ke atas menuju titik setimbang. (lihat gambar di bawah ya).

osilasi-harmonik-sederhana-12

Pada titik setimbang, besar gaya total = 0, tetapi laju gerak benda bernilai maksimum (v maks), sehingga benda bergerak terus ke atas sejauh -x. Laju gerak benda perlahan-lahan menurun, sedangkan besar gaya pemulih meningkat dan mencapai nilai maksimum pada jarak -x. Setelah mencapai jarak -x, gaya pemulih pegas menggerakan benda kembali lagi ke posisi setimbang (lihat gambar di bawah).

osilasi-harmonik-sederhana-13

Demikian seterusnya. Benda akan bergerak ke bawah dan ke atas secara periodik. Dalam kenyataannya, pada suatu saat tertentu pegas tersebut berhenti bergerak karena adanya gaya gesekan udara.Semua benda yang bergetar di mana gaya pemulih F berbanding lurus dengan negatif simpangan (F = -kx), maka benda tersebut dikatakan melakukan gerak harmonik sederhana (GHS) alias Osilator Harmonik Sederhana (OHS).

CONTOH SOAL

Sebuah sedan bermassa 1200 kg ditumpangi 3 orang yang memiliki massa total 200 kg. Pegas mobil tersebut tertekan sejauh 5 cm. Anggap saja percepatan gravitasi = 10 m/s2.

Hitunglah :

a) konstanta pegas mobil tersebut

b) berapa jauh pegas sedan tersebut tertekan jika sedan dinaiki 4 orang dan bagasinya dipenuhi dengan muatan sehingga total massa adalah 300 kg ?

JAWABAN :

Pegas sedan mulai tertekan ketika dimuati beban bermassa 200 kg. Dengan demikian massa sedan tidak disertakan dalam perhitungan, karena ketika sedan tidak dimuati beban, pegas sedan berada pada posisi setimbang.

a) konstanta pegas

k = F/x = (200 kg)(10 m/s2) / (5 x 10-2 m) = 40000 N/m

b) apabila sedan dimuati beban bermassa 300 kg, maka

x = F/k = (300 kg)(10 m/s2) / (4 x 104 N/m) = 7,5 x 10-2 m

sumber :  http://www.gurumuda.com/getaran-gerak-harmonik/

Momentum dan Impuls

Sebelumnya kami selaku Admin Blog Fisika dasar Memohon maaf, karena sudah Lebih dari seminggu blog kami tidak di update, karena ada satu dan lain hal, yang salah satunya adalah musim ujian teman-teman SMA dan SMK, nah sambil off kami kemarin merumuskan bagaimana kedepannya blog fisika dasar ini. nah akhirnya dengan berbagai sumber kami akan mengupdate blog ini sesuai dengan kurikulum SMA-SMK, Nah jika sudah selesai akan di sesuaikan navigasi-navigasinya sehingga bisa di manfaatkan oleh teman-teman di SMP maupun SMA/SMK, kemudian kami juga mengucapkan banyak-banyak terima kasih atas kritik dan sarannya, siapapun itu semoga Tuhan Yang Maha Kuasa Membalas amal kebaikannya.

Nah Untuk Sekarang Materi tentang Momentum dan Impuls, yang akan dimulai dengan Pengertian, bahasan selanjutnya akan hadir esok hari. kami ambil dari berbagai sumber, yang diantaranya isekolah, gurumuda, wikipedia, dan buku andalan, tulisan P.A. Tipler dengan D.H. resnick.

okeh kita mulai saja.
klik aja ya selanjutnya.

Setiap benda yang bergerak mempunyai momentum.
Momentum juga dinamakan jumlah gerak yang besarnya berbanding lurus dengan massa dan kecepatan benda.
Suatu benda yang bermassa m bekerja gaya F yang konstan, maka setelah waktu Δt benda tersebut bergerak dengan kecepatan :

vt = vo + a . Δt
vt = vo + . Δt
F . Δt = m . vt – m.vo

Besaran F. Δt disebut : IMPULS sedangkan besarnya m.v yaitu hasil kali massa dengan kecepatan disebut : MOMENTUM

m.vt = momentum benda pada saat kecepatan vt
m.vo = momentum benda pada saat kecepatan vo

Kesimpulan

Momentum ialah :
Hasil kali sebuah benda dengan kecepatan benda itu pada suatu saat.
Momentum merupakan besaran vector yang arahnya searah dengan
Kecepatannya.
ada juga yang mengatakan sebagai karakteristik suatu benda.

Satuan dari mementum adalah kg m/det atau gram cm/det

Impuls adalah :
Hasil kali gaya dengan waktu yang ditempuhnya. Impuls merupakan
Besaran vector yang arahnya se arah dengan arah gayanya.

Perubahan momentum adalah akibat adanya impuls dan nilainya sama dengan impuls.

IMPULS = PERUBAHAN MOMENTUM

Dinamika Gerak Rotasi

Pelajaran yang sedang dibicarakan di kelas kami saat ini adalah tentang dinamika gerak rotasi yang membicarakan hal-hal mengenai :

  1. Momen gaya
  2. Momen inersia
  3. Pusat massa benda (pusat kesetimbangan)
  4. Momentum sudut
  5. Usaha gerak rotasi
  6. Energi kinetik rotasi
  7. Menggelinding

Momen gaya berkaitan dengan penegasan gaya atau kuasa pada salah satu titik pangkal yang menggerakkan benda pada suatu titik poros sehingga terjadi gerak rotasi atau gerak melingkar. Misalnya : membuka pintu berengsel, membuka jendela berengsel, membuka ban kendaraan, membuka dan menutup baut dengan mur, memutar sekrup, menggunakan tuas engkol, mengaduk semen, mengaduk minuman dengan sendok, bermain yoyo, bermain gasing, memutar payung, dan banyak hal lain memainkan peranan gerak melingkar akibat gaya.

Momen inersia adalah penegasan terhadap kecenderungan gerak benda agar tetap atau berhenti dari suatu gerakan memutar. Seperti kecenderungan  berbelok,  menikung, kecondongan tubuh saat berbelok dengan kecepatan tinggi, akibat botol yang diputar-putar dalam gaya sentripetal, teknik berputar penari balet atau ice skating, teknik bersalto atau berjumpalitan, kestabilan baling-baling, kestabilan roda hingga pada gelindingan bola.

Karena geraknya benda akan memiliki momentum. Jika pada gerak lurus dinamakan momentum linier, maka pada gerak rotasi disebut momentum sudut. Besaran untuk menghentikan benda berhenti berputar atau mulai memutar benda. Apa beda dengan momen inersia? Momen inersia adalah nilai dasar yang menjadi acuan sifat massa benda yang akan memulai gerakan berputar mengenai kemungkinan semakin sukar berputar atau semakin mudah berputar.

Pusat massa benda berkaitan dengan perubahan letak titik poros saat terjadi gerak rotasi dalam benda. Termasuk perpindahan letak titik berat semu dari titik berat sejati karena benda berputar atau menggelinding. Hal ini juga terjadi dalam pembahasan kesetimbangan benda tegak dalam hal letak titik berat sejati.

Usaha gerak rotasi dan energi kinetik rotasi merupakan implikasi hukum kekekalan energi karena gerak rotasi. Selain itu dalam gerak rotasi juga terjadi pergeseran atau perpindahan kedudukan sambil melakukan gerak melingkar sehingga ada istilah yang disebut menggelinding atau rolling.

Demikian pengantar singkat mengenai dinamika gerak rotasi.

Saya terkesan dengan tayangan dari National Geographic Channel mengenai ular terbang atau flying snake yang berpindah atau melayang sambil berputar-putar di udara sehingga dapat berpindah dari pohon yang satu ke pohon yang lain tanpa merayap sebagaimana ular biasa. Gerakan rotasi itulah yang menginspirasi bahan diskusi di atas sebagai bentuk hayati gerak yang paling simpel dalam alam hidup kita.

Usaha dan Energi


Bentuk Energi dan Perubahannya
Energi (disebut juga tenaga) adalah kemampuan untuk melakukan usaha.

Bentuk-Bentuk Energi
a) Energi Mekanik
Benda yang bergerak atau memiliki kemampuan untuk bergerak, memiliki energi mekanik. Air terjun yang berada di puncak tebing memiliki energi mekanik yang cukup besar, demikian juga dengan angin.

b) Energi Bunyi
Energi bunyi adalaj energi yang dihasilkan oleh getaran partikel-partikel udara disekitar sebuah sumber bunyi. Contoh : Ketika radio atau televisi beroperasi, pengeras suara secara nyata menggerakkan udara didepannya. Caranya dengan menyebabkan partikel-partikel udara itu bergetar. Energi dari getaran partikel-partikel udara ini sampai ditelinga, sehingga kamu dapat mendengar.

c) Energi kalor
Energi kalor adalah energi yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat. Contoh : apabila kedua tanganmu digosok-gosokkan selam beberapa detik maka tanganmu akan terasa panas. Umumnya energi kalor dihasilkan dari gesekan. Energi kalor menyebabkan perubahan suhu dan perubahan wujud.

d) Energi Cahaya
Energi Cahaya adalah energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik

e) Energi Listrik

Energi Listrik adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui kabel.

f) Energi Nuklir
Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif. Ada dua jenis energi nuklir yaitu energi nuklir fisi dan fusi. Energi nuklir fisi terjadi pada reaktor atom PLTN. Ketika suatu inti berat (misal uranium) membelah (fisi), energi nuklir cukup besar dibebaskan dalam bentuk energi kalor dan energi cahaya. Energi nuklir juga dibebaskan ketika inti-inti ringan (misalnya hidrogen) bertumbukan pada kelajuan tinggi dan bergabung (fusi). Energi matahari dihasilkan dari suatu reaksi niklir fusi dimana inti-inti hidrogen bergabung membentuk inti helium.

Energi Mekanik
Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan untuk bergerak. Ada dua macam energi mekanik yaitu ; energi kinetik dan energi potensial.
a. Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau kelajuannya. Energi kinetik dirumuskan :

EK = energi kinetik (joule atau J), m = massa (kg), v = kelajuan

b. Energi Potensial
Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena posisinya. Energi potensial dapat dirumuskan:

EP = energi potensial gravitasi (joule atau J), m = massa (kg), g = percepatan gravitasi (m/s2), h = ketinggian benda dari acuan (m).

Konsep Energi dan Perubahannya dalam keseharian
a. Konversi energi
Konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Contoh

b. Konverter energi
Konverter energi adalah alat atau benda yang melakukan konversi energi. Beberapa konverter energi yaitu:
1. Setrika listrik mengubah energi listrik menjadi kalor
2. Ayunan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial …energi potensial menjadi energi kinetik
3. Rem mobil mengubah energi kinetik menjadi energi kalor.

ENERGI

Jika sebuah benda menempuh jarak sejauh S akibat gaya F yang bekerja pada benda tersebut maka dikatakan gaya itu melakukan usaha, dimana arah gaya F harus sejajar dengan arah jarak tempuh S.
USAHA adalah hasil kali (dot product) antara gaya den jarak yang ditempuh.

W = F S = |F| |S| cos q

q = sudut antara F dan arah gerak

Satuan usaha/energi : 1 Nm = 1 Joule = 107 erg

Dimensi usaha energi: 1W] = [El = ML2T-2

Kemampuan untuk melakukan usaha menimbulkan suatu ENERGI (TENAGA).

Energi dan usaha merupakan besaran skalar.

Beberapa jenis energi di antaranya adalah:

  1. ENERGI KINETIK (Ek)

    Ek trans = 1/2 m v2Ek rot = 1/2 I w2

    m = massa
    v = kecepatan
    I = momen inersia
    w = kecepatan sudut
  2. ENERGI POTENSIAL (Ep)

    Ep = m g h

    h = tinggi benda terhadap tanah
  3. ENERGI MEKANIK (EM)EM = Ek + EpNilai EM selalu tetap/sama pada setiap titik di dalam lintasan suatu benda.

Pemecahan soal fisika, khususnya dalam mekanika, pada umumnya didasarkan pada HUKUM KEKEKALAN ENERGI, yaitu energi selalu tetap tetapi bentuknya bisa berubah; artinya jika ada bentuk energi yang hilang harus ada energi bentuk lain yang timbul, yang besarnya sama dengan energi yang hilang tersebut.

Ek + Ep = EM = tetap

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

ENERGI POTENSIAL PEGAS (Ep)

Ep = 1/2 k D x2 = 1/2 Fp Dx

Fp = – k Dx

Dx = regangan pegas
k = konstanta pegas
Fp = gaya pegas

Tanda minus (-) menyatakan bahwa arah gaya Fp berlawanan arah dengan arah regangan x.

2 buah pegas dengan konstanta K1 dan K2 disusun secara seri dan paralel:

seri

paralel

1 =  1 +  1
Ktot K1 K2

Ktot = K1 + K2

Note: Energi potensial tergantung tinggi benda dari permukaan bumi. Bila jarak benda jauh lebih kecil dari jari-jari bumi, maka permukaan bumi sebagai acuan pengukuran. Bila jarak benda jauh lebih besar atau sama dengan jari-jari bumi, make pusat bumi sebagai acuan.

Energi Potensial Gravitasi

Energi potensial ini berpotensi untuk melakukan usaha dengan cara mengubah ketinggian. Semakin tinggi kedudukan suatu benda dari bidang acuan, semakinbesar pula energy potensial gravitasinya. Usaha untuk mengangkat benda setinggi h adalah

W = Fs = mgh

Dengan demikian, pada ketinggian h benda mamiliki energy potensial gravitasi, yaitu kemampuan untuk melakukan usaha sebesar W = mgh. Jadi, energy potensial gravitasi dapat dirumuskan sebagai

EP = mgh

Dengan,

EP = energy potensial gravitasi (Joule)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = ketinggian benda dari bidang acuan (m)

Kekekalan Energi

Bunyi hukum kekekalan energy, “ Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energy lain”.

Ebensin <!–[if gte msEquation 12]><![endif]–> Ekimia <!–[if gte msEquation 12]><![endif]–> Egerak

Emekanik = EK +EP

Emekanik = konstan (kekal), selama tidak ada gaya dari luar.

USAHA

Dalam fisika, usaha berkaitan dengan suatu perubahan. Seperti kita ketahui, gaya dapat menghasilkan perubahan. Apabila gaya bekerja pada benda yang diam , benda tersebut bisa berubah posisinya. Sedangkan bila gaya bekerja pada benda yang bergerak, benda tersebut bisa berubah kecepatannya.

Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya adalah hasil kali antara komponen gaya yang segaris dengan perpindahan dengan besarnya perpindahan. Usaha juga bisa didefinisikan sebagai suatu besaran scalar yang di akibatkan oleh gaya yang bekerja sepanjang lintasan.

Misalkan suatu gaya konstan F yang bekerja pada suatu benda menyebabkan benda berpindah sejauh s dan tidak searah dengan arah gaya F, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Komponen gaya yang segaris dengan perpindahan adalah Fx = F cos α.

W = Fx . s = (F cos α) . s = Fs cos α

dengan :

W = Usaha (joule = J)

F = gaya (N)

s = perpindahan (m)

α = sudut antara F dan s (derajat atau radian)

HUBUNGAN USAHA DAN ENERGI

Usaha dan Energi Kinetik

Usaha yang dilakukan suatu gaya dapat mengubah energy kinetik benda.

W = ∆EK = ½ mv²akhir – ½ mv²awal

Catatan : Benda bergerak pada bidang datar atau ketinggian benda tetap.

Pembuktian rumus di atas:

Jika gaya F selalu tetap, maka percepatan a akan tetap juga, sehingga untuk a yang tetap

W1–>2 = ∫1² F(s) . ds

= ∫1² m dv/dt . ds

= ∫1² mdv . ds/dt

= ∫1² mv . dv

= ∫1² mvdv

= ½ mv2 |12 –> menggunakan perhitungan integral

= ½ mv2akhir – ½ mv2awal

GERAK HARMONIK

Gerak harmonic adalah gerak periodic yang memiliki persamaan gerak sebagi fungsi waktu berbentuk sinusoidal. Gerak harmonic sederhana didefinisikan sebagai gerak harmonic yangdipengaruhi oleh gaya yang arahnya selalu menuju ke titik seimbang dan besarnya sebanding dengan simpangannya.

Periode dan Frekuensi

Periode menyatakan waktu yang diperlukan untuk melakukan satu siklus gerak harmonic, sedangkan frekuensi menyatakan jumlah siklus gerak harmonic yang terjadi tiap satuan waktu.

∑F = ma

ky = mw2y

k = mw2

mengingat bahwa w = 2π/T, maka

k = m (2π/T)2

T = 2π √m/k

Karena f = 1/T, maka diperoleh :

F = 1/2π √k/m

Dari persamaan di atas menyatakan bahwa periode dan frekuensi gerak harmonic pada pegas hanya bergantung pada massa benda dan konstanta gaya pegas.

Konsep Usaha dan Energi
Dalam fisika usaha yang dilakukan oleh sebuah gaya didefinisikan sebagai hasil kali gaya dengan perpindahan benda yang searah dengan gaya. Dapat dirumuskan :

Satuan usaha dalam SI adalah joule. Satu joule adalah besar usaha yang dilakukan oleh gaya satu newton untuk memindahkan suatu benda searah gaya sejauh satu meter.
Kaitan usaha dan energi yaitu besar usaha yang dilakukan oleh suatu gaya dalam proses apa saja adalah sama dengan besar energi yang dipindahkan.

Usaha oleh Beberapa Gaya
Apabila usaha yang dilakukan oleh orang pertama dan orang kedua untuk memindahkan suatu benda ke kanan sejauh s adalah

W1 = F1 s (*) dan W2 = F2 s (**)

Telah diketahui bahwa resultan dua gaya searah adalah F =F1 + F2, sehingga usaha total yang dilakukan oleh kedua benda tersebut adalah

W = F s, W = (F1 + F2) s

Dengan memasukkan F1 s = W1 (lihat *) dan F2 s =W2 (lihat **), maka diperoleh

W = W1 + W2

Secara umum dapat disimpulkan sebagai berikut :
”Usaha ynag dilakukan oleh resultan gaya-gaya searah dan berlawanan arah, yang menyebabkan benda berpindah sejauh s, sama dengan jumlah usaha oleh tiap-tiap gaya”