BESARAN DAN SISTEM SATUAN BAB 1 BESARAN DAN SISTEM SATUAN 1.1

1.1 PENDAHULUAN Fisika : Ilmu pengetahuan yang mempelajari benda-benda dialam, gejala-gejala, kejadian-kejadian alam serta interaksi dari benda-benda dialam . Fisika merupakan ilmu pengetahuan dasar yang mempelajari sifat-sifat dan interaksi antar materi dan radiasi. Fisika merupakan ilmu pengetahuan yang didasarkan pada pengamatan eksperimental dan pengukuran kuantitatif (Metode Ilmiah). 1.2

Dualisme Gelombang-Partikel Teori Relativitas Einsten Fisika Klasik Kuantum (sebelum 1920) (setelah 1920) Posisi dan Momentum partikel dapat ditetapkan secara tepat ruang dan waktu merupakan dua hal yang terpisah Ketidak pastian Posisi dan Momentum partikel ruang dan waktu merupakan satu kesatuan Hukum Newton Dualisme Gelombang-Partikel Teori Relativitas Einsten 1.3

Besaran : Mengukur : 1.2 BESARAN DAN SATUAN Sesuatu yang dapat diukur  dinyatakan dengan angka (kuantitatif) Contoh : panjang, massa, waktu, suhu, dll. Mengukur : Membandingkan sesuatu dengan sesuatu yang lain yang sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. contoh : panjang jalan 10 km Besaran Fisika baru terdefenisi jika : ada nilainya (besarnya) ada satuannya satuan nilai 1.4

Sistem satuan : ada 2 macam Ukuran dari suatu besaran ditetapkan sebagai satuan. Contoh : meter, kilometer  satuan panjang detik, menit, jam  satuan waktu gram, kilogram  satuan massa dll. Sistem satuan : ada 2 macam Sistem Metrik : a. mks (meter, kilogram, sekon) b. cgs (centimeter, gram, sekon) 2. Sistem Non metrik (sistem British) Sistem Internasional (SI) Sistem satuan mks yang telah disempurnakan  yang paling banyak dipakai sekarang ini. Dalam SI : Ada 7 besaran pokok berdimensi dan 2 besaran pokok tak berdimensi 1.5

Besaran Pokok Tak Berdimensi 7 Besaran Pokok dalam Sistem internasional (SI) NO Besaran Pokok   Satuan    Singkatan Dimensi    1 Panjang Meter m L 2 Massa Kilogram kg M 3 Waktu Sekon s T 4 Arus Listrik Ampere A I 5 Suhu Kelvin K θ 6 Intensitas Cahaya Candela cd j 7 Jumlah Zat Mole mol N Besaran Pokok Tak Berdimensi NO Besaran Pokok   Satuan    Singkatan Dimensi   1 Sudut Datar Radian rad - 2 Sudut Ruang Steradian sr 1.6

Dimensi Besaran Turunan Besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Cara besaran itu tersusun oleh besaran pokok. - Guna Dimensi : Untuk menurunkan satuan dari suatu besaran Untuk meneliti kebenaran suatu rumus atau persamaan - Metode penjabaran dimensi : Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri Setiap suku berdimensi sama Besaran Turunan Besaran yang diturunkan dari besaran pokok. 1.7

Contoh : a. Tidak menggunakan nama khusus NO Besaran    Satuan    1 Kecepatan meter/detik 2 Luas meter 2 b. Mempunyai nama khusus NO Besaran    Satuan    Lambang 1 Gaya Newton N 2 Energi Joule J 3 Daya Watt W 4 Frekuensi Hertz Hz 1.8

Besaran Turunan dan Dimensi NO Besaran Pokok   Rumus   Dimensi 1 Luas panjang x lebar [L]2   2 Volume panjang x lebar x tinggi [L]3   3 Massa Jenis [m] [L]-3  4 Kecepatan   [L] [T]-1   5 Percepatan [L] [T]-2 6 Gaya massa x percepatan [M] [L] [T]-2  7 Usaha dan Energi gaya x perpindahan [M] [L]2 [T]-2   8 Impuls dan Momentum gaya x waktu [M] [L] [T]-1   massa volume  perpindahan waktu kecepatan waktu 1.9

Faktor Penggali dalam SI NO Faktor  Nama   Simbol 1 10 -18 atto a  2 10 -15 femto f  3 10 -12 piko p 4 10 -9 nano n 5 10 -6 mikro μ 6 10 -3 mili m  7 10 3 kilo K 8 10 6 mega M 9  10 9 giga G 10 10 12 tera T 1.10

Contoh Soal 1. Tentukan dimensi dan satuannya dalam SI untuk besaran turunan berikut : a. Gaya b. Berat Jenis c. Tekanan d. Usaha e. Daya Jawab : b. Berat Jenis = = = = MLT-2 (L-3) = ML-2T-2 satuan kgm-2 berat volume Gaya Volume MLT -2 L3 a. Gaya = massa x percepatan = M x LT -2 = MLT -2 satuan kgms-2 c. Tekanan = = = MLT -2 satuan kgm-1s-1 gaya luas MLT -2 L2 d. Usaha = gaya x jarak = MLT -2 x L = ML 2 T -2 satuan kgm-2s-2 e. Daya = = = ML 2 T -1 satuan kgm-2s-1 usaha waktu ML 2 T -2 T 1.11

1.12 2. Buktikan besaran-besaran berikut adalah identik : a. Energi Potensial dan Energi Kinetik b. Usaha/Energi dan Kalor Jawab : a. Energi Potensial : Ep = mgh Energi potensial = massa x gravitasi x tinggi = M x LT-2 x L = ML2T-2 Energi Kinetik : Ek = ½ mv2 Energi Kinetik = ½ x massa x kecepatan2 = M x (LT-1) 2 = ML2T-2 Keduanya (Ep dan Ek) mempunyai dimensi yang sama  keduanya identik b. Usaha = ML2T-2 Energi = ML2T-2 Kalor = 0.24 x energi = ML2T-2 Ketiganya memiliki dimensi yang sama  identik 1.12

BAB 2 VEKTOR 2.1

Besaran Skalar Besaran Vektor z y x 2.1 BESARAN SKALAR DAN VEKTOR Sifat besaran fisis : Skalar Vektor Besaran Skalar Besaran yang cukup dinyatakan oleh besarnya saja (besar dinyatakan oleh bilangan dan satuan). Contoh : waktu, suhu, volume, laju, energi Catatan : skalar tidak tergantung sistem koordinat Besaran Vektor z x y Besaran yang dicirikan oleh besar dan arah. Contoh : kecepatan, percepatan, gaya Catatan : vektor tergantung sistem koordinat 2.2

Besar vektor A = A = |A| (pakai tanda mutlak) 2.2 PENGGAMBARAN DAN PENULISAN (NOTASI) VEKTOR Gambar : P Q Titik P : Titik pangkal vektor Titik Q : Ujung vektor Tanda panah : Arah vektor Panjang PQ = |PQ| : Besarnya (panjang) vektor Besar vektor A = A = |A| (pakai tanda mutlak) Notasi Vektor A Huruf tebal Pakai tanda panah di atas A Huruf miring Catatan : Untuk selanjutnya notasi vektor yang digunakan huruf tebal 2.3

Catatan : a. Dua vektor sama jika arah dan besarnya sama A B A = B b. Dua vektor dikatakan tidak sama jika : 1. Besar sama, arah berbeda B A A B 2. Besar tidak sama, arah sama A B A B 3. Besar dan arahnya berbeda A B A B 2.4

2.3 OPERASI MATEMATIK VEKTOR Operasi jumlah dan selisih vektor Operasi kali 2.3.1 JUMLAH DAN SELISIH VEKTOR Metode : Jajaran Genjang Segitiga Poligon Uraian 1. Jajaran Genjang + = A B -B R = A+B S = A-B R = A + B Besarnya vektor R = | R | = Besarnya vektor A+B = R = |R| = A + B + 2 AB cos θ 2 2 2.5 Besarnya vektor A-B = S = |S| = A + B - 2 AB cos θ 2 2

Jika vektor A dan B searah  θ = 0o : R = A + B Jika vektor A dan B berlawanan arah  θ = 180o : R = A - B Jika vektor A dan B Saling tegak lurus  θ = 90o : R = 0 Catatan : Untuk Selisih (-) arah Vektor di balik 2. Segitiga + = A+B A B 3. Poligon (Segi Banyak) + = A B C D A+B+C+D 2.6

Vektor diuraikan atas komponen-komponennya (sumbu x dan sumbu y) 4. Uraian Vektor diuraikan atas komponen-komponennya (sumbu x dan sumbu y) Y A = Ax.i + Ay.j ; B = Bx.i + By.j Ax = A cos θ ; Bx = B cos θ Ay = A sin θ ; By = B sin θ A Ay B By Ax Bx X Besar vektor A + B = |A+B| = |R| Rx = Ax + Bx Ry = Ay + By |R| = |A + B| = Arah Vektor R (terhadap sb.x positif) = tg θ = θ = arc tg 2.7

2.3.2 PERKALIAN VEKTOR 1. Perkalian Skalar dengan Vektor 2. Perkalian vektor dengan Vektor Perkalian Titik (Dot Product) Perkalian Silang (Cross Product) 1. Perkalian Skalar dengan Vektor Hasilnya vektor k : Skalar A : Vektor C = k A Vektor C merupakan hasil perkalian antara skalar k dengan vektor A Catatan : Jika k positif arah C searah dengan A Jika k negatif arah C berlawanan dengan A k = 3, A C = 3A 2.8

2. Perkalian Vektor dengan Vektor Perkalian Titik (Dot Product) Hasilnya skalar A  B = C C = skalar Besarnya : C = |A||B| Cos θ A = |A| = besar vektor A B = |B| = besar vektor B Θ = sudut antara vektor A dan B θ A B B cos θ A cos θ 2.9

Sifat-sifat Perkalian Titik (Dot Product) Komutatif : A  B = B  A Distributif : A  (B+C) = (A  B) + (A  C) Catatan : Jika A dan B saling tegak lurus  A  B = 0 Jika A dan B searah  A  B = A  B Jika A dan B berlawanan arah  A  B = - A  B 2.10

Perkalian Silang (Cross Product) Hasilnya vektor θ A B C = A x B C = B x A Catatan : Arah vektor C sesuai aturan tangan kanan Besarnya vektor C = A x B = A B sin θ Sifat-sifat : Tidak komunikatif  A x B B x A Jika A dan B saling tegak lurus  A x B = B x A Jika A dan B searah atau berlawan arah  A x B = 0 = 2.11

2.4 VEKTOR SATUAN Vektor yang besarnya satu satuan Notasi Besar Vektor Dalam koordinat Cartesian (koordinat tegak) Z A k Arah sumbu x : j Arah sumbu y : Y i Arah sumbu z : X 2.12

Sifat-sifat Perkalian Titik (Dot Product) Vektor Satuan = 1 i  j k Sifat-sifat Perkalian silang (Cross Product) Vektor Satuan i x i j x j k x k = i x j j x k k x i k j i i j k 2.13

Contoh Soal 1. Lima buah vektor digambarkan sebagai berikut : Besar dan arah vektor pada gambar di samping : X Y E A C D B Vektor Besar (m) Arah (o) A 19 B 15 45 C 16 135 D 11 207 E 22 270 Hitung : Besar dan arah vektor resultan. Jawab : Vektor Besar (m) Arah(0) Komponen X(m) Komponen Y (m) A B C D E 19 15 16 11 22 45 135 207 270 10.6 -11.3 -9.8 11.3 -5 -22 RX = 8.5 RY = -5.1 = R = 2 X R + 5 . 8 y ) 1 ( - 01 94. = 9.67 m Besar vektor R : Arah vektor R terhadap sumbu x positif : tg  = = - 0,6 5 . 8 1 - 2.14  = 329.030 (terhadap x berlawanan arah jarum jam )

2. Diketahui koordinat titik A adalah (2, -3, 4) 2. Diketahui koordinat titik A adalah (2, -3, 4). Tuliskan dalam bentuk vektor dan berapa besar vektornya ? Jawab : 3. Tentukanlah hasil perkalian titik dan perkalian silang dari dua buah vektor berikut ini : 2i – 2j + 4k A = i – 3j + 2k B Jawab : 2.15