Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM Andre Sugijopranoto SJ.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM Andre Sugijopranoto SJ."— Transcript presentasi:

1 Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM Andre Sugijopranoto SJ

2 Perkenalan Nama: Andre Sugijopranoto SJ TTL: Tegal, 24 Februari 1965 Pendidikan Formal – TK s.d. SMA: Pius, Tegal ( ) – Jurusan T. Sipil, Fak. Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta ( ) : Ir. (Insinyur) – Jurusan Filsafat Sosial, Sekolah Tinggi Filsafat Driyarkara, Jakarta ( ) : S.S. (Sarjana Sastra) – Fakultas Teologi Wedhabakti, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta ( ) : BA (Bachelor of Art) – Project Management dan Organizational Leadership, Regis University, Denver, CO, USA ( ) : M.Sc (Master of Science) Alamat: ATMI, Jl. Mojo No. 1 Surakarta HP:

3 Isi Kuliah 1.MOMENTUM, IMPULS DAN GERAK RELATIF (Pertemuan 1-2) 2.GERAK ROTASI (Pertemuan 3-4) 3.MEKANIKA FLUIDA (Pertemuan 5-7) 4.UJIAN TENGAH SEMESTER (Pertemuan 8) 5.HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHHOFF (Pertemuan 9-12) 6.TERMODINAMIKA (Pertemuan 13-16)

4 Isi Kuliah 1.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 2.GERAK ROTASI (Pertemuan 3-4) Pendahuluan Kinematika Rotasi Kelembaman Rotasi Hukum- hukum Rotasi Berbagai Gaya yang Menyebabkan Gerak Benda tegar 3.MEKANIKA FLUIDA (Pertemuan 5-7) Massa jenis dan Berat Jenis Tekanan Atmosfer dan Tekanan Ukur Prinsip Pascal Hukum Archimedes Persamaan Bernoulli

5 Isi Kuliah 4.UJIAN TENGAH SEMESTER (Pertemuan 8) 5.HUKUM OHM DAN HUKUM KIRCHHOFF (Pertemuan 9-12) Sambungan Resistor Seri dan Parallel Resistivity Daya Listrik Aturan nodal dan loop (Node and Loop Rules) 6.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 4 th Edition, Prentice Hall Inc., 2009 Walker, J. III, Resnick, R and Halliday, D., Fundamental of Physics 8 th Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2008 Sears, F.W. and Friends, University Physics 12 th Edition, Pearson Addison-Wesley, 2008 White, H.E., Modern College Physics 3 rd Edition, New Jersey D. Van Nostrand Co. Inc., 1948 Parelman, Y., Physics for Entertainment, Foreign Languages Publishing House Moscow, 1942

8

9 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

10 1.1. Momentum Linear Momentum Linear (Momentum) : Hasil kali massa benda dengan kecepatannya. Semakin besar massanya  momentum semakin besar Semakin bergerak cepat  momentum semakin besar Karena kecepatan adalah suatu vektor, maka momentum adalah suatu vektor Arah momentum = arah kecepatan Satuan (SI) = kg. m/s Rumus Momentum dipakai untuk menganalisa situasi di mana gaya tidak diketahui dan arah gerak tidak beraturan P = m.v

11 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 diperlukan untuk mengubah momentum benda – Menambah / mengurangi besar momentum – Mengubah arahnya

12 1.1. Momentum Linear Soal: Seorang pemain tenis melakukan servis. Bola yang beratnya 60 gram hanya menempel 4 mili detik pada senar raket, dan langsung melesat dengan kecepatan 200 km/jam. Berapa besar gaya yang dikenakan pada bola? Gaya gravitasi bola diabaikan. Sesaat sebelum bola mengenai senar raket, kecepatan bola dianggap = 0  v 1 = 0 v 2 = 200 km/jam = 200x1000/3600 = 55,5556 m/s F = = = = 833,4 N Gaya sebesar ini mampu mengangkat orang dengan berat sekitar 80 kg

13 1.1. Momentum Linear Seorang mencuci mobil dengan menggunakan air dari selang. Kecepatan air yang keluar dari selang adalah 72 km/jam. Banyaknya air yang keluar adalah 1,5 kg /detik. Dianggap tidak ada air yang berbalik dari badan mobil. Berapakah gaya yang dikenakan pada badan mobil? Setiap detik, ada air seberat 1,5 kg keluar dari selang. 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 dinding badan mobil, air berhenti  v 2 = 0  P 2 = 0 F = = = - 30 N

14 1.2. Hukum Kekekalan Momentum Momentum total sistem benda-benda yang terisolasi terus tetap. Apabila bola no. 8 dan no. 9 bertumbukan, meskipun Momentum masing-masing bola berubah sebagai hasil tumbukan, jumlah momentum tetap sama, baik sebelum maupun sesudah terjadi tumbukan. Sebelum tumbukan, momentum bola 8 = m 8.v 8 dan momentum bola 9 = m 9.v 9 Momentum total = m 8.v 8 + m 9.v 9 Setelah tumbukan, momentum bola 8 dan 9 berubah, tetapi momentum totalnya tetap sama.

15 1.2. Hukum Kekekalan Momentum Sistem = sekumpulan benda yang saling berinteraksi satu sama lain. Sistem terisolasi = gaya yang ada adalah gaya yang berada di antara benda dalam sistem  tidak ada gaya dari luar yang didesakan atau ∑F = 0 Dalam kehidupan sehari-hari kekekalan momentum terjadi apabila waktu terjadi tumbukannya sangat cepat dan gaya-gaya yang ada sangat besar dibandingkan gaya luar (misalnya gravitasi) Contoh Soal: Satu kereta seberat 10 ton berjalan dengan kecepatan 90 km/jam. Kereta itu menabrak kereta lain yang beratnya sama dan sedang berhenti. Setelah tabrakan, kedua kereta menempel menjadi satu. Berapa kecepatan kedua kereta yang saling menempel ini?

16 1.2. Hukum Kekekalan Momentum m 1 = m 2 = kgv 1 = 25 m/sv 2 = 0 Momentum total sebelum terjadi tabrakan m 1 v 1 + m 2 v 2 = x x 0 = kg m/s Setelah terjadi tabrakan, kecepatan kedua kereta sama = v’ Momentum total setelah terjadi tabrakan (m 1 + m 2 ) v’ = V’ = 12,5 m/s = 45 km/jam

17 1.2. Hukum Kekekalan Momentum Berapakah kecepatan mundur senapan api yang mempunyai berat 5 kg sesaat setelah menembak- kan sebutir peluru dengan berat 50 gram yang melesat dengan kecepatan 400 km/jam? Baik senapan maupun peluru sebelum tembakan, v s = v p = 0 m s v s + m p v p = m s v’ s + m p v’ 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

18 1.2. Hukum Kekekalan 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 M p = 0,008 kg ; M b = 9 kg ; V b = 0 Keadaan sesudah tumbukan V’ b = V’ p = 40 cm/s = 0,4 m/s m p v p + m b v b = m p v’ p + m b v’ b 0,008. v p = 0,008. 0, ,4 0,008. v p = 3,6032  v p = 450,4 m/s

19 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: m p = 0,015 kg; m b = 3000 kg h= 0,1 m Ditanya:vp Hk kekekalan momentum (seb ditembakkan dan sesudah nya) M p.v p + M b.v b = M p.v p ‘+ M b.v b ‘ 0,015. v p + 0 = v’ (3000+0,015) 0,015 v p = 3000,015 v’ (persamaan 1)

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

21 1.3. Tumbukan dan Impuls Pada saat terjadi tumbukan 2 buah benda, kedua benda berubah bentuk karena terjadinya gaya-gaya yang besar dalam waktu yang relatif sangat pendek, yang diikuti oleh hilangnya gaya-gaya tersebut. Laju perubahan momentum F =  F ∆t = ∆p Impuls = J = F ∆t Besarnya Implus = perubahan momentum

22 1.3. Tumbukan dan Impuls Karena pada saat terjadi tumbukan terjadi perubahan besar gaya yang sangat cepat, maka dipakai gaya rata-rata yang bekerja selama waktu ∆t  Rumus Impuls hanya dapat dipakai pada saat terjadi tumbukan, yaitu keadaan di mana suatu benda mendapatkan gaya luar yang sangat besar dalam waktu amat singkat.

23 1.3. Tumbukan dan Impuls Contoh Soal Seorang mahasiswa dengan berat 70kg melompat dari lantai II gedung kuliah yang tinggi nya 3 m. Hitung impuls yang dialami saat mahasiswa jatuh di tanah keras. Kecepatan mahasiswa tepat sebelum menyentuh tanah keras (1) (2)  (1) 3 m =  t = = = 0,782 detik (2) = 9,8 x 0,782 = 7,67 m/s Cara lain: mgh 1 + = mgh 2 +  h 1 = 3 m; v 1 = 0; h 2 = 0 Impuls = perubahan momentum saat mahasiswa menjejak tanah. ∆p =  = 0 ( mahasiswa sudah berhenti di atas tanah) = - 70 x 7,67 = - 536,9 N.s (arah ke atas)

24 1.3. Tumbukan dan Impuls Berapakah gaya rata-rata yang didesakan tanah ke telapak kaki mahasiswa apabila tubuh dianggap berpindah 1 cm selama tumbukan terjadi? Untuk berhenti total, tubuh diperlambat dari kecepatan 7,67 m/s menjadi 0 dalam jarak 0,01 m.  Kecepatan rata-rata = = 3,84 m/s Waktu tumbukan = = 2, detik Gaya karena impuls J = F ∆t  536,9 = F. 2, detik  F = N (ke bawah) Gaya karena gravitasi F g = m.g = 70 x 9,8 = 686 N (ke bawah) Gaya total = = N (ke bawah) Gaya yang didesakan tanah = Gaya total = N (ke atas)

25 1.3. Tumbukan dan Impuls Soal : Seorang mahasiswa memukul batu bata. Kecepatan tangan saat memukul adalah 10 m/s. Tangan berhenti sejauh 1 cm setelah terjadi benturan dengan batu bata, dan berat telapak tangan dan lengan = 1kg. Berapa besar impuls dan gaya rata-rata yang diberikan mahasiswa terhadap batu bata. Momentum ∆p = m.v = = 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

26 1.3. Tumbukan dan Impuls Soal : Sebuah mobil dengan berat 2,2 ton berjalan dengan kecepatan 94 km/jam. Berapa gaya rata-rata pada mobil pada masing-masing keadaan berikut? a.Sopir menginjak rem secara normal, dan mobil berhenti dalam waktu 21 detik. b.Rem diinjak dengan sangat keras, dan mobil berhenti dalam waktu 3,8 detik. c.Mobil ditabrakan ke dinding, dan mobil berhenti dalam waktu 0,22 detik.

27 1.3. Tumbukan dan Impuls Momentum awal = m.v = 2200 x 94 (1000/3600) = ,44 Momentum akhir = m.v = 2200 x 0 = 0 ∆p = ,44 = ,44 kg m/s Impuls = F ∆t = Perubahan momentum (= ,44 kg m/s) a) ∆t = 21  F = ,44/21 = ,45 N b) ∆t = 3,8  F = ,44/3,8 = ,96 N c) ∆t = 0,22  F = ,44/0,22 = ,11 N

28 1.4. Hukum Kekekalan Momentum & Energi dalam Tumbukan Dalam tumbukan: Apabila benda yang tumbukan sangat keras dan lenting, apabila tidak ada panas yang dihasilkan dalam tumbukan maka jumlah Energi Kinetik tetap sama (Hk. Kekekalan Energi). Situasi ini disebut TUMBUKAN LENTING (elastic collision). Apabila situasi di atas tidak terjadi, situasinya disebut Tumbukan TIDAK lenting (inelastic collision). Jumlah energi tetap sama, akan tetapi Energi kinetik sebagian diubah menjadi energi lain (misal panas)

29 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan A.Tumbukan Lenting satu dimensi Tumbukan sepusat, seluruh gerakan terletak segaris Dua partikel A dan B bergerak dengan kecepatan v A dan v B sepanjang sumbu x. Setelah tumbukan, kecepatan partikel menjadi v A ‘ dan v B ’ Hk. Kekekalan Momentum m A v A + m B v B = m A v A ‘ + m B v B ‘ (1) Karena tumbukan lenting, maka jumlah energi kinetik kekal m A v A 2 + m B v B 2 = m A v A ’ 2 + m B v B ’ 2 (2) (1)m A (v A -v A ’) = m B (v B ’-v B ) (2)m A (v A 2 -v A ’ 2 ) = m B (v B ’ 2 -v B 2 )

30 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan catatan : (a-b)(a+b) = a 2 -b 2 (2)  m A (v A – v A ’) (v A + v A ’) = m B (v B ’ - v B ) (v B ’ + v B ) (1)m A v A + m B v B = m A v A ‘ + m B v B ‘ (1) dan (2) : (v A + v A ’) = (v B ’ + v B ) (v A - v B ) = (v B ’ - v A ’) (v A - v B ) = - (v A ’ - v B ’) kecepatan relatif kedua partikel sebelum dan setelah tumbukan besarnya sama (tidak dipengaruhi besarnya massa)

31 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Soal: Bola biliar putih dengan massa m dan kecepatan v p menumbuk bola biliar merah dengan massa yang sama besar m. Berapa kecepatan kedua bola biliar setelah tumbukan apabila (a) bola merah bergerak dengan kecepatan v m searah gerak bola putih ; (b) bola merah pada awalnya diam Hk Kekekalan Momentum: v m + v p = v m ’+v p ’ Hk Kekekalan Energi Kinetik: v m - v p = - (v m ’ - v p ’) v p ’ = v m  v m ’ = v p (b) v m = 0  v p ’ = 0

32 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Soal: Sebuah proton bermassa 1,01  melintas dengan kecepatan 3, m/s. Proton mengalami tumbukan sepusat lenting dengan inti helium (He) yang diam, dengan massa 4 . Berapa kecepatan proton dan inti helium setelah tumbukan? 1  = 1, kg. Hk. Kekekalan Momentum: m p v p + m h v h = m p v p ‘ + m h v h ‘ v p = 3, m/s ; v h = 0 v p ‘ =v p –(m h /m p.v h ‘)  v p ‘= 3, –(4 /1.01. v h ‘) = 3, – 3,96 v h ‘ (1) (v p - v h ) = - (v p ’ - v h ’)  3, – 0 = - (v p ’ - v h ’) v p ’ = v h ’- 3, (2) (1) dan (2)  3, – 3,96 v h ‘ = v h ’- 3,  v h ’= 7, /4,96 v h ’= ,13 m/s (2)  v p ’ = ,87 m/s

33 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan B.Tumbukan Lenting pada dua atau lebih dimensi Tumbukan lenting pada 2 atau lebih dimensi: keadaan di mana tumbukan tidak sepusat (benda / partikel setelah tumbukan masing- masing bergerak ke arah yang berbeda-beda). Dalam situasi tumbukan lenting pada 2 atau lebih dimensi, hukum kekekalan energi kinetik dan hukum kekekalan momentum juga tetap berlaku. m A v A 2 + m B v B 2 = m A v A ’ 2 + m B v B ’ 2 m A v A 2 = m A v A ’ 2 + m B v B ’ 2 (1)

34 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Hukum Kekekalan Momentum Karena momentum adalah sebuah vektor, maka perlu dihitung komponen x dan y Komponen X: m A v A = m A v A ’cos Ѳ’ A + m B v B ’ cos Ѳ’ B Komponen Y: 0 = m A v A ’sin Ѳ’ A + m B v B ’ sin Ѳ’ B Contoh Soal: Bola biliard A bergerak dengan kecepatan 3 m/s pada arah sumbu X. Bola A menumbuk bola B yang diam dan mempunyai massa yang sama. Masing-masing bola bergerak saling menjauh : bola A dengan arah 45 o ke atas sumbu-X dan bola B dengan arah 45 o ke bawah sumbu-X. Berapa kecepatan kedua bola setelah tumbukan?

35 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Kekekalan Momentum Sumbu-X m v A = m v A ’cos Ѳ’ A + m v B ’ cos Ѳ’ B …(1) Kekekalan Momentum Sumbu-Y 0 = m v A ’sin Ѳ’ A + m v B ’ sin Ѳ’ B …(2) (1)v A = v A ’cos (45) + v B ’ cos (-45)  v A = cos (45) (v A ’ + v B ’) (2)v A ’sin (45)= - m v B ’ sin (-45)  v A ’sin 45 = v B ’ sin 45  v A ’ = v B ’ (1) dan (2) v A = 2v A ’ cos (45) 3 m/s = 1,4142 v A ’ --  v A ’ =2,1213 m/s

36 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Soal: Di perempatan Fajar Indah, sebuah sedan C dengan berat 1325 kg melaju ke arah utara dengan kecepatan 100 km/jam. Sebuah sedan lain D dengan berat 2165 kg melaju ke arah timur dengan kecepatan 40 km/jam. Kedua mobil ini bertabrakan menjadi satu. Ke arah mana kedua mobil itu terpelanting setelah bertabrakan? Berapa kecepatan nya?

37 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Mobil C bergerak pada sumbu-Y, Mobil D pada sumbu-X Besar momentum sebelum tumbukan: Px = m. v = 2165 x 40 (1000/3600) = ,56 kg m/s Py = m. v = 1325 x 100 (1000/3600) = ,56 kg m/s Besar momentum setelah tumbukan = sebelum tumbukan P’x = ,56 kg m/s P’y = ,56 kg m/s Momentum total setelah tumbukan = = = ,52 kg m/s Kecepatan setelah tumbukan = ,52 : ( ) V = 12,6 m/s = 45,36 km/jam tg θ = = 1,53 θ = 56,83 o

38 1.4. Hukum Kekekalan Momentum dan Energi dalam Tumbukan Ringkasan: 1.Momentum Linear P = m.v 2.Laju Perubahan Momentum F = 3.Impuls J = F ∆t -  Impuls = Perubahan Momentum 4.Hk. Kekekalan Momentum m A v A + m B v B = m A v A ‘ + m B v B ‘ 5.Hk. Kekekalan Energi Kinetik m A v A 2 + m B v B 2 = m A v A ’ 2 + m B v B ’ 2 (tumbukan lenting satu dimensi) 6.Tumbukan Lenting pada dua atau lebih dimensi : momentum dibagi menurut sumbu X dan Y. Sumbu X: m A v A ’cos Ѳ’ A + m B v B ’ cos Ѳ’ B Sumbu Y: m A v A ’sin Ѳ’ A + m B v B ’ sin Ѳ’ B


Download ppt "Fisika Dasar Semester II TMI, TMK, TPM Andre Sugijopranoto SJ."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google