FISIKA DASARSilabiTujuan Instruksional Umum (TIU)Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

TUJUAN UMUMMemberikan konsep-konsep dan prinsip-prinsip dasar fisika yang diperlukan untuk belajar fisika lebih lanjut atau ilmu pengetahuan lainnya.Memberikan ketrampilan dalam penyelesaian persoalan fisika dasar terutama dalam pemakaian kalkulus dasar sebagai alat bantu.

RENCANA KEGIATAN MINGGUANPENDAHULUAN FISIKA, PENGUKURAN DAN PENGENALAN VEKTORKINEMATIKA BENDA : KECEPATAN DAN PERCEPATAN BENDAGERAK 1 DIMENSI, GERAK LINEAR DAN GERAK ROTASIGERAK 2 DIMENSI, GERAK PELURU DAN GERAK MELINGKAR, GERAK RELATIFDINAMIKA BENDA : HUKUM NEWTONUSAHA DAN ENERGI, KEKEKALAN ENERGIMOMENTUM DAN IMPULS, KEKEKALAN MOMENTUM LINEARKINEMATIKA DAN DINAMIKA ROTASISTATIKA DAN DINAMIKA FLUIDA

BUKU ACUANSerway, Reymond A, Physics for Scientist and Engineers with Modern Physics, 2nd Ed.; Saunders, 1986Nolan, Peter J., 1993, Fundamentals of College Physics, Wm. C. Brown Publisher, Melbourne, Australia. Giancoli, Douglas C, Physics for Scientist and Engineers, 2nd Ed., Prentice Hall, 1988.Ohanian, Hans C., Physics, 2nd Ed, Norton, 1989.

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). Apakah Fisika Itu ?

RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

Definisi Ilmu Fisika : Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang tidak hidup serta interaksi dalam lingkup ruang dan waktu.Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos yang artinya alamiah.Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati perilakudan sifat materi dalambidang yang beragam,mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisikapartikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.

Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika karena banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis. Perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material.Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, misalnya : Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb.

Teori utama dalam ilmu Fisika1. Mekanika Klasik :Hukum Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum.2. Elektromagnetik :Elektrostatik, Listrik, Magnetik, dan Persamaan Maxwell.3. Mekanika Kuantum : Persamaan Schrodinger dan Teori medan kuantum.4. Relativitas : Relativitas khusus dan umum.

Bidang utama dalam Fisika1. Astrofisika : Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma, BigBang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal.2. Fisika atom, molekul dan optik3. Fisika partikel :Fisika Akselerator dan Fisika nuklir.4. Fisika benda kondensasi :Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer dsb.

Perilaku partikel di dalam ruang dari waktu ke waktu, termasuk bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain.Interaksi Gravitasi Elektromagnet Lemah KuatPERISITIWA ALAM

FisikaKlasikKuantum(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 partikelruang dan waktu merupakan satu kesatuan

Perangkat Keilmuan FisikaDiskripsi keadaan dan InteraksiModel InteraksiDiskripsi MakroskopikDiskripsi MikroskopikMekanikaTermodinamikaGelombangMekanika KuantumMekanika StatistikInteraksi gravitasiInteraksi elektromagnetikInteraksi kuatInteraksi lemahKajian Keilmuan FisikaStruktur materiGejala AlamSistem AlamSistem RekayasaSistem LainInteraksi FundamentalZat padatMolekulAtomIntiPartikel ElementerdllCahayaAkustikdll.BumiAtmosferKehidupan, dll.Reaktor nuklir, dll.Teknik-Teknik EksperimentaljalinanSTRUKTUR KEILMUAN FISIKA

Metode IlmiahPengamatan terhadapPeristiwa alamHipotesaEksperimenTidakCocokTeoriPrediksiHasil positifHasil negatif Perbaiki teoriUji prediksi

BESARAN FISIKA DANSISTEM SATUAN

ModelPengamatan Peristiwa AlamEksperimenPengukuranBesaran FisikaApakah yang diukur ?

PengukuranKuantitas(Hasil Pengukuran)Alat UkurPenyajianHargaSatuanStandar ukuranSistem satuanKalibrasiSistem MatrikSI

Besaran FisikaKonseptualMatematisBesaran PokokBesaran TurunanBesaran SkalarBesaran Vektor: besaran yang ditetapkan dengan suatu standar ukuran: Besaran yang dirumuskan dari besaran-besaran pokok: hanya memiliki nilai: memiliki nilai dan arah

Besaran Pokok (dalam SI)MassaPanjangWaktuArus listrikSuhuJumlah ZatIntensitasSatuan (dalam SI)kilogram (kg)meter (m)sekon (s)ampere (A)kelvin (K)mole (mol)kandela (cd)

SISTEM MATRIK DALAM SIFaktorAwalanSimbol1018exa-E1015peta-P1012tera-T109giga-G106mega-M103kilo-k102hekto-h101deka-daFaktorAwalanSimbol10-1desi-d10-2senti-c10-3mili-m10-6mikro-m10-9nano-n10-12piko-p10-15femto-f10-18ato-a

Definisi standar besaran pokokPanjang - meter :Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang hampa yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu 1/299,792,458 sekon.Massa - kilogram :Satu kilogram adalah massa silinder platinum iridium dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm.Waktu - sekonSatu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode (getaran) radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium-133 dalam transisi antara dua tingkat energi (hyperfine level) yang terdapat pada aras dasar (ground state).

Besaran TurunanContoh : Kecepatanpergeseran yang dilakukan persatuan waktusatuan : meter per sekon (ms-1) Percepatanperubahan kecepatan per satuan waktusatuan : meter per sekon kuadrat (ms-2) Gayamassa kali percepatansatuan : newton (N) = kg m s-2

DimensiDimensi menyatakan esensi dari suatu besaran fisika yang tidak bergantung pada satuan yang digunakan.Jarak antara dua tempat dapat dinyatakan dalam meter, mil, langkah,dll. Apapun satuannya jarak pada dasarnya adalah panjang.Besaran PokokSimbol DimensiMassaMPanjangLWaktuTArus listrikIBesaran PokokSimbol DimensiSuhuQJumlah ZatNIntensitasJ

Analisa DimensiSuatu besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan apabila memiliki dimensi yang sama.Setiap suku dalam persamaan fisika harus memiliki dimensi yang sama.

Contoh :Perioda ayunan sederhana T dinyatakan dengan rumusberikut ini :

yang mana l panjang tali dan g percepatan gravitasi dengan satuan panjang per kwadrat waktu. Tunjukkan bahwa per- samaan ini secara dimensional benar !Jawab :Dimensi perioda [T] :TDimensi panjang tali [l] :LDimensi percepatan gravitasi [g] :LT-2p : tak berdimensi

VEKTOR2.1

Sifat besaran fisis :SkalarVektor Besaran SkalarBesaran yang cukup dinyatakan oleh besarnya saja (besar dinyatakan oleh bilangan dan satuan).

Contoh: waktu, suhu, volume, laju, energiCatatan: skalar tidak tergantung sistem koordinat Besaran VektorBesaran yang dicirikan oleh besar dan arah.2.22.1BESARAN SKALAR DAN VEKTORContoh: kecepatan, percepatan, gayaCatatan: vektor tergantung sistem koordinat

Gambar:Titik P : Titik pangkal vektorTitik Q: Ujung vektorTanda panah: Arah vektorPanjang PQ = |PQ| : Besarnya (panjang) vektor2.3Catatan:Untuk selanjutnya notasi vektor yang digunakan huruf tebalNotasi VektorA Huruf tebalPakai tanda panah di atasA Huruf miringBesar vektor A = A = |A| (pakai tanda mutlak)2.2PENGGAMBARAN DAN PENULISAN (NOTASI) VEKTOR

a.Dua vektor sama jika arah dan besarnya samaA = Bb.Dua vektor dikatakan tidak sama jika:1.Besar sama, arah berbeda2.Besar tidak sama, arah sama3.Besar dan arahnya berbeda2.4

2.3OPERASI MATEMATIK VEKTOROperasi jumlah dan selisih vektorOperasi kali2.3.1 JUMLAH DAN SELISIH VEKTOR

Metode:

Jajaran GenjangSegitigaPoligonUraian1. Jajaran GenjangR = A + BBesarnya vektor R = | R | =2.5Besarnya vektor A+B = R = |R| =cos22ABBA++Besarnya vektor A-B = S = |S| =cos2ABBA-+222

2.62. Segitiga3. Poligon (Segi Banyak)

AyByAxBxABYXVektor diuraikan atas komponen-komponennya (sumbu x dan sumbu y)A = Ax.i + Ay.j ;B = Bx.i + By.jAx = A cos ;Bx = B cos Ay = A sin ;By = B sin Besar vektor A + B = |A+B| = |R||R| = |A + B| =Arah Vektor R (terhadap sb.x positif) = tg =2.74. Uraian =arc tg Ry = Ay + ByRx = Ax + Bx

1.Perkalian Skalar dengan Vektor2.Perkalian vektor dengan VektorPerkalian Titik (Dot Product)Perkalian Silang (Cross Product)1.Perkalian Skalar dengan Vektor Hasilnya vektorC = k Ak: SkalarA: VektorVektor C merupakan hasil perkalian antara skalar k dengan vektor ACatatan:Jika k positif arah C searah dengan AJika k negatif arah C berlawanan dengan A2.82.3.2 PERKALIAN VEKTOR

2.Perkalian Vektor dengan VektorPerkalian Titik (Dot Product)Hasilnya skalarA B= C C = skalar2.9Besarnya : C = |A||B| Cos A = |A| = besar vektor AB = |B| = besar vektor B = sudut antara vektor A dan B

2.10Catatan :

Jika A dan B saling tegak lurus A B = 0Jika A dan B searah A B = A BJika A dan B berlawanan arah A B = - A B

Perkalian Silang (Cross Product)Catatan : Arah vektor C sesuai aturan tangan kananBesarnya vektor C = A x B = A B sin 2.11Hasilnya vektorSifat-sifat : Tidak komutatif A x B B x AJika A dan B saling tegak lurus A x B = B x AJika A dan B searah atau berlawan arah A x B = 0

2.4VEKTOR SATUANVektor yang besarnya satu satuanDalam koordinat Cartesian (koordinat tegak)ZYXjkiAArah sumbu x:Arah sumbu y:Arah sumbu z:2.12 Notasi

2.13 Sifat-sifat Perkalian Titik (Dot Product) Vektor Satuan Sifat-sifat Perkalian silang (Cross Product) Vektor Satuan

1. Lima buah vektor digambarkan sebagai berikut :Jawab :Besar dan arah vektor pada gambar di samping :Contoh SoalHitung : Besar dan arah vektor resultan.

VektorBesar (m)Arah (o)A190B1545C16135D11207E22270

VektorBesar (m)Arah(0)Komponen X(m)Komponen Y (m)ABCDE19151611220451352072701910.6-11.3-9.80010.611.3-5-22RX = 8.5RY = -5.1

3. Tentukanlah hasil perkalian titik dan perkalian silang dari dua buah vektor berikut ini : Jawab :Perkalian titik : A . B = 2.1 + (-2)(-3) + 4.2 = 16

Besaran Vektor:Besaran yang memiliki besar (nilai/angka) dan arahBesaran Skalar:Besaran yang hanya memiliki besar (nilai/angka) sajaContoh besaran Vektor:Perpindahan, kecepatan, percepatan, gaya,dllGambar VektorBesar VektorArah VektorGaris kerja VektorGaris kerja VektorTitik tangkap/titik pangkal Vektor

Soal-soalPenjumlahan & Pengurangan VektorPENULISAN VEKTORAABAB=Vektor AVektor AB=PENJUMLAHAN & PENGURANGAN VEKTORVektor hasil penjumlahan & pengurangan = Vektor Resultan( R ) Cara Jajaran GenjangCara Poligon

Nilai dan Arah Resultan Dua Buah Vektor Yang Membentuk Sudut a. 90ABR = A + Ba. = 90ABR = A + B

Penguraian Vektor Menjadi Komponen- KomponennyaAyAxXYR????Dari Mana

Kesimpulan Dari Beberapa KasusBesar Resultan yang mungkin dari dari dua buah vektor A dan B adalah: A B R A + B 3 = 3 - 3 = 3 100 = 5 = - 100 = - 5 = Keterangan:Bila sebuah bilangan diberi tanda mutlak ( . ), maka diambil nilai yang positif 5 5 100 100

Di sini ditanyakan apa yang dimaksud dengan fisika. Fisika merupakan ilmu pengetahuan dasar yang mempelajari tentang gejala alam yang terjadi di jagad raya. Yang dimaksud dengan gejala alam tidak lain adalah sifat-sifat dan interaksi antar materi dan radiasi. Sifat-sifat dan interaksi antar materi antara lain ditunjukkan oleh adanya berbagai macam zat dalam berbagai fase. Terjadinya berbagai peristiwa alam, keadaan alam yang berwarna-warni, dll tidak lepas dari adanya interaksi antar materi dan radiasi. Ilmu fisika berkembang sesuai dengan hasil pengamatan eksperimental dan pengukuran kuantitatif (metode ilmiah). Untuk melakukan pengamatan diperlukan imajinasi. Dari imajinasi orang tentang peristiwa alam timbul inspirasi untuk menjelaskannya sehingga tercipta teori. Dengan demikian fisika adalah ilmu pengetahuan yang merupakan hasil kreativitas manusia. Sama-sama hasil kreasi manusia, apa bedanya fisika dengan karya seni atau karya sastra ?Hasil kreasi dalam ilmu pengetahuan perlu diuji dalam suatu eksperimen. Dalam melakukan eksperimen perlu adanya pengukuran untuk memperoleh data. Sedangkan pengakuan atas karya seni/sastra didasarkan atas kesan/perasaan orang lain terhadap hasil karya tersebut. Dengan demikian apakah yang dimaksud dengan metode ilmiah ?Metode Ilmiah adalah pemakaian cara berpikir yang logis untuk mendapatkan suatu model alam yang sesuai dengan hasil-hasil eksperimen. (Giancoli,1988, 1-1). Untuk menjelaskan peristiwa alam perlu idealisasi. Partikel merupakan idealisasi dari benda pejal. Partikel memiliki massa tetapi ukurannya sedemikian kecil sehingga secara geometris dapat dipandang sebagai sebuah titik.Ruang : menurut geometri Euclides terdiri atas tiga variabel bebas (tiga dimensi). Posisi partikel bisa maju atau mundur.Waktu : Besaran yang mencerminkan alur peristiwa. Alur peristiwa selalu maju.Interaksi : hubungan timbal balik antar partikel. Untuk menyatakan besarnya interaksi antar partikel digunakan besaran gaya.Interaksi gravitasi : hubungan timbal balik antar partikel bermassa. Interaksi ini dinyatakan dengan Hukum Newton.Interaksi Elektromagnetik : hubungan timbal balik antar partikel bermuatan. Interaksi ini dinyatakan dengan Hukum Coulomb.Interaksi Lemah : interaksi yang terjadi pada peluruhan beta.Interaksi Kuat : Interaksi yang menyatukan proton di dalam inti.Peristiwa fisika terjadi di panggung ruang tiga dimensi (dalam geometri Euclides) dan berubah dengan waktu. Di dalam fisika klasik pada suatu posisi tertentu kita dapat menentukan secara pasti berapa momentum partikel. Perkembangan fisika klasik didasari oleh Hukum Newton. Pada fisika Kuantum, jika kita hanya dapat menentukan kebolehjadian posisi dan momentum sebagaimana dinyatakan oleh prinsip Heisenberg. Perkembangannya didasarkan pada Dualisme Gelombang-Partikel. MekanikaCabang ilmu fisika yang membahas tentang gerakan benda (makroskopis)TermodinamikaCabang ilmu fisika yang membahas mengenai panas, suhu dan kelakuan partikel dalam jumlah yang cukup besarElektromegnetikCabang ilmu fisika yang membahas tentang teori kelistrikan, teori kemagnetan dan gelombang elektromagnetikMekanika kuantumCabang fisika yang membahas kelakuan partikel mikroskopis

Metode Ilmiah meliputi lima langkah berikut :Pengamatan : Pengambilan data, baik dari pengamatan langsung atau dari eksperimen.Hipotesa : penalaran sementara terhadap peristiwa yang diamati yang masih perlu diuji kebenarannya dengan eksperimen. Eksperimen : Suatu prosedur tertentu yang dilakukan untuk mendapatkan, menguji atau mendemonstrasikan suatu peristiwa. Jika hasilnya tidak sesuai dengan hipotesa, hipotesa tersebut perlu dimodifikasi. Hipotesa yang baru perlu diuji ulang dengan melakukan eksperimen lagi.Teori : Jika hipotesa cocok dengan hasil eksperimen (dalam batas-batas tertentu), hipotesa tersebut diterima sebagai teori Prediksi : Dengan teori dapat diprediksi berbagai hal yang mungkin terjadi. Prediksi tersebut perlu diuji dengan suatu eksperimen. Jika hasilnya positif ditingkatkan/diperluas prediksi. Jika hasil negatif, teori tersebut perlu disempurnakan. Mengingat tidak ada alat ukur yang sempurna, pengujian dengan eksperimen tidak dapat dituntut hasil yang tepat seperti yang diprediksikan. Di sini ditanyakan apa yang dimaksud dengan fisika. Dalam proses ilmiah dilakukan pengamatan terhadap peristiwa alam dan eksperimen. Untuk menyusun eksperimen diperlukan suatu model dari peristiwa nyata. Model : Imaginasi ilmuwan tentang peristiwa alam yang dibuat untuk menjelaskan peristiwa alam yang sesungguhnya dengan berdasar pada idealisasi dan asumsi-asumsi. Baik dalam pengamatan peristiwa alam ataupun eksperimen diperlukan pengukuran besaran fisika.

Pengukuran dilakukan untuk memperoleh Hasil Pengukuran. Untuk itu diperlukan Alat Ukur.Ada dua komponen penting dalam penyajian Hasil Pengukuran, yaitu Harga dan Satuan.Untuk menentukan Harga dan Satuan diperlukan Standar ukuran dan Sistem Satuan. (Terdapat berbagai sistem satuan, baik yang berlaku secara lokal/tradisional maupun internasional). Untuk membuat alat ukur perlu dilakukan Kalibrasi. Kalibrasi dilakukan berdasarkan standar ukuran (acuan) dan satuan yang dipakai.Dalam kehidupan sehari-hari terdapat berbagai macam sistem satuan dan sistem penyajian harga (angka).Dalam dunia keilmuan telah disepakati bahwa sistem satuan yang dipakai adalah Sistem Internasional atau SI (Le Systeme International dUnites) dan penyajian harga digunakan Sistem Matriks (desimal).Apakah besaran fisika ?Besaran fisika dapat dijelaskan secara konseptual maupun secara matematis.