(A)Tuliskan rumus fisika ‘kunci’ yang dapat digunakan untuk menjelaskan proses terjadinya gejala fisika alamiah berikut:01. TERJADINYA ANGIN

Angin adalah gerakan udara di permukaan Bumi, dimana arahnya adalah searah dengan arah gradien tekanan (tegak lurus terhadap garis isobar) dari garis isobar tekanan tinggi menuju garis isobar tekanan rendah

Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena adanya perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin.

Angin terjadi karena udara merupakan benda gas yang sangat mudah menyeimbangkan tekanan. Penyeimbangan ini terjadi karena perpindahan molekul-molekul udara sehingga terjadi keseimbangan tekanan. Angin bertiup karena perbedaan tekanan udara. Dimana udara bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah yang bertekanan rendah. (Taranggono, 1996: 110)

Pada kasus angin lembah berikut, yang terjadi pada siang hari terjadi pergerakan angin dari lembah naik menuju puncak gunung. Hal ini disebabkan pada siang hari tekanan udara di lembah lebih tinggi dibandingkan dengan di puncak. Begitu sebaliknya saat malam hari angin akan bergerak dari puncak turun menuju lembah karena tekanan udara di puncak saat malam hari lebih tinggi dibandingkan dengan di lembah. Di samping itu kita mengetahui faktor lain bahwa besarnya tekanan tersebut berbanding lurus dengan besarnya suhu. Sehingga pada kasus

terjadinya angin perbedaan suhu antara kedua tempat tersebut juga berpengaruh sangat penting.

Gambar 1. Angin lembah dan angin gunung (sumber: imam42imam.blogspot.com)

Dengan rumus fisika ‘kunci’ yang dapat menjelaskan gejala terjadinya angin ini adalah

EK=12

mv2

Sebagaimana diketahui menurut fisika klasik, energi kinetik dari sebuah benda dengan massa m dan kecepatan v adalah 0,5 m v2 dengan ketentuan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Rumus ini juga berlaku untuk angin, yang merupakan udara yang

1

bergerak. Dengan, EK : Energi kinetik (J); m : massa udara (kg); dan v : kecepatan angin (m/s).

Bilamana suatu ‘blok’ udara yang mempunyai penampang A m2 dan bergerak dengan kecepatan v m/s, maka jumlah massa, yang melewati suatu tempat adalah:

m=Avq ….( kgdet )

Dengan q : kepadatan udara (kg/m3) Dengan demikian, maka energi yang dapat dihasilkan per satuan waktu

adalah: P=E per satuan waktu

P=12

qA V 3 per satuanwaktu … (watt)

Penjelasan DosenAngin terjadi karena perbedaan tekanan, temperatur, dan massa jenis. Angin

termasuk peristiwa konveksi alami, konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. Konveksi alamiah terjadi akibat perbedaan massa jenis. Bagian fluida yang menerima kalor (dipanasi) memuai dan massa jenisnya menjadi lebih kecil sehingga bergerak ke atas. Tempatnya digantikan oleh bagian fluida dingin yang jatuh ke bawah karena massa jenisnya lebih besar.

Contoh lain angin adalah angin darat dan angin laut. Pada siang hari, tanah lebih cepat menjadi panas karena kalor jenis tanah lebih kecil cd<ca daripada laut sehingga udara di atas daratan lebih panas daripada udara di atas laut. Oleh karena itu, udara di atas daratan naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas laut, terjadilah angin laut.

Gambar 2. Angin laut dan angin darat (sumber: angin-geografi.blogspot.com)

ca=kalor jenisair laut= Q

m ∆ t o , Q=kalor , m=massa , dan ∆t o=bedasuhu

cd=kalor jenisdarat= Q

m ∆ t o

ca>cd, maka darat lebih cepat panas

2

Siang hari udara di atas laut lebih rapat sehingga tekanannya besar sedangkan partikel udara di atas daratan (tanah) renggang sehingga tekanannya kecil. Akibatnya, udara berpindah dari tekanan besar ke tekanan kecil yaitu terjadinya angin dari laut ke darat disebut angin laut. Seperti yang disebutkan di depan bahwa angin termasuk peristiwa konveksi dengan laju kalor konveksi dirumuskan:

Qt=H=hA ∆ T

Dimana, H : laju kalor konveksi (J/s); h: koefisien konveksi (Js-1m-2K-1); A: luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida (m2); ∆ T : beda suhu (K).

Pada malam hari, tanah lebih cepat dingin daripada laut sehingga udara di atas daratan lebih dingin daripada udara di atas laut. Oleh karena itu, udara di atas laut naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas daratan, terjadilah angin darat.

Seperti diuraikan di depan, darat cepat menerima dengan melepas panas daripada permukaan laut. Penyebabnya ialah:

a. Kalor jenis darat (tanah) lebih kecil sehingga lebih mudah menangkap panas.

b. Darat (tanah) terjadi dari zat padat yang lebih mudah menangkap panas daripada air.

c. Zat padat di darat itu diam, sehingga molekul batuan yang telah panas tetap pada tempat semuladan terus-menerus menerima panas; molekul air selalu bergerak, sehingga molekul yang telah panas dapat berpindah tempat digantikan molekul lain yang masih dingin.

d. Permukaan air yang mengkilat lebih banyak memantulkan sinar daripada permukaan darat yang pada umumnya kusam dan menyerap panas.

Berikut ini adalah proses terjadinya beberapa jenis angin, selain yang telah disebutkan di atas, yaitu:

Proses terjadinya angin passatAngin passat terjadi bila terjadi perbedaan densitas udara di daerah sekitar

lintang 30 derajat (baik lintang utara maupun selatan yang bertekanan maksimum dan sekitar lintang 10 derajat yang bertekanan minimum.

Proses terjadinya angin musonBenua (daratan) dan samudra (perairan) merupakan dua wilayah yang

memiliki sifat fisika berbeda dala hal menerima energi panas. Sebagai material padat, benua lebih cepat menyerap panas tetapi cepat pula melepaskannya. Sebaliknya, samudra atau wilayah perairan lebih lambat menerima dan melepaskan enegi panas. Perbedaan sifat fisik kedua wilayah ini tentunya mengakibatkan perbedaan kerapatan dan tekanan udara. Akibat adanyaperbedaan tekanan udara yang sangat mencolok antara wilayah benua dan samudra, mengalirlah massa udara yang disebut angin

3

muson (monsoon) dari kawasan benua ke samudra atau sebaliknya. Perubahan arah gerakan muson biasanya seiring dengan pergantian musim panas dan dingin.

02. TERJADINYA GUNTUR DAN PETIRSatu kilatan petir adalah cahaya terang yang terbentuk selama pelepasan listrik

di atmosfer saat hujan badai. Petir dapat terjadi ketika tegangan listrik pada dua titik terpisah di atmosfer – masih dalam satu awan, atau antara awan dan permukaan tanah, atau antara dua permukaan tanah – mencapai tingkat tinggi.

Gambar 3. Proses terjadinya petir (sumber: firiyaapriy.blogspot.com)

Kilat petir terjadi dalam bentuk setidaknya 2 sambaran. Pada sambaran pertama muatan negatif (-) mengalir dari awan ke permukaan tanah. Ini bukanlah kilatan yang sangat terang. Sejumlah kilat percabangan biasanya dapat terlihat menyebar keluar dari jalur kilat utama. Ketika sambaran pertama ini mencapai permukaan tanah, sebuah muatan berlawanan terbentuk pada titik yang akan disambarnya dan arus listrik kedua yang bermuatan positif terbentuk dalam jalur kilat utama tersebut langsung menuju awan. Dua kilat tersebut biasanya beradu sekitar 50 meter di atas permukaan tanah. Arus pendek terbentuk di titik pertemuan antara awan dan permukaan tanah tersebut, dan hasilnyasebuah arus listrik yang sangat kuat dan

4

terang mengalir dari dalam jalur kilat utama itu menuju awan. Perbedaan tekanan pada aliran listrik antara awan dan permukaan tanah ini melebihi beberapa juta volt.

Energi yang dilepaskan oleh satu sambaran petir lebih besar daripada yang dihasilkan oleh seluruh pusat pembangkit listrik di US. Suhu pada jalur di mana petir terbentuk dapat mencapai 10.000 oC. suhu petir adalah 1/70 dari suhu permukaan Matahari. Kilatan yang terbentuk turun sangat cepat ke Bumi dengan kecepatan 96.000 km/jam. Sambaran pertama mencapai titik pertemuan atau permukaan Bumi dalam waktu 20 ms, dan sambaran dengan arah berlawanan menuju awan dalam tempo 70 μs. Secara keseluruhan petir berlangsung dalam waktu hingga setengah detik. Suara guruh yang mengikutinya disebabkan oleh pemanasan mendadak dari udara di sekitar jalur petir. Akibatnya, udara tersebut memuai dengan kecepatan melebihi kecepatan suara, meskipun gelombang kejutnya kembali ke gelombang suara normal dalam rentang beberapa meter. Gelombang suara terbentuk mengikuti udara atmosfer dan bentuk permukaan setelahnya. Itulah alasan terjadinya guntur dan petir yang susul-menyusul.

Menurut batasan fisika, petir adalah lompatan bunga api raksasa antara dua massa dengan medan listrik berbeda. Prinsip dasarnya kira-kira sama dengan lompatan api pada busi.

E=F⃑/q dan F⃑= 14 π εo

q1 q2

r⃑2 r̂

E= 14 π εo

q1

r⃑2 r̂

Penjelasan DosenPada siang hari yang terik terjadi penguapan sebesar-besarny. Kemudian

muncul pergesekan udara. Udara yang bergesekan di atas menyebabkan polaritas muatan. Pada udara bergesekan, muatan yang mudah bergerak adalah elektron. Terbentuknya awan yang bagian atas bermuatan positif (berpotensial tinggi) dan bagian bawah negatif (berpotensial rendah). Elektron pada bagian bawah awan mencari pasangan agar netral. Jika elektron bergerak ke atas maka akan ada banyak potensial listrik yang harus di lawan. Gambar 3. Proses terjadinya petir

Pada saat elektron bergerak ke bawah menuju Bumi maka ia akan membelah udara dengan kecepatan yang melebihi kecepatan kritis sehingga muncul suara bergemuruh. Semakin banyak elektron yang meloncat ke Bumi maka udara akan lebih jauh terbelah (amplitudo menjadi dua kali) sehingga saat elektron sudah lewat maka udara kembali ke posisi awal dengan bergemuruh juga. Elektron ysng meloncat ke Bumi akan membakar udara yang dilaluinya sehingga akan muncul kilat. Gabungan kilat dan guntur disebut petir. Rumus kunci peristiwa terjadinya kilat dan guntur ini adalah:

I=FR

5

I=Qt

Dimana, I : kuat arus listrik (A); V : tegangan listrik (V); Q: muatan listrik (C); t : waktu (s); R : hambatan listrik (ohm)

Energi bunyi dari guntur:

Eb=2m π2 f 2 A2

Dimana, Eb: Energi bunyi (J); m: masa yang bergetar (kg); f : frekuensi sumber bunyi (Hz);dan A: amplitudo (m), yang mana bila Abesar maka bunyi akan terdengar nyaring.

Energi kilat merupakan energi cahaya:

E=hcλ

c ≫vbunyi=340 m/s

h: tetapan Planck ¿6,626 ×10−34Jsλ: panjang gelombang cahaya (m).Jika vbunyi>> 340 m/s maka artinya selang waktu terjadinya kilat dan guntur

makin cepat, tumbukan antara kedua muatan tersebut makin keras dan momentum tumbukannya akan makin besar.

03. TERJADINYA HUJANHujan terjadi melalui siklus hidrologis, di mana pada siang hari Matahari

menyinari Bumi dengan energi sebesar:E=hf

Dengan, E: energi radiasi (J); h: konstanta Planck ¿6.626 ×10−34(Js); dan f : frekuensi (Hz)

Karena panas dari sinar Matahari, air yang ada di danau, sunngai maupun yang di laut menguap lalu membentuk awan.

Q=m Lv

Dimana, Q: energi kalor (J); m: massa (kg); dan Lv: kalor uap (Jkg-1).Uap air yang naik mengalami pendinginan karena tekanan udara berkurang

sehingga mengalami pemuaian adiabatik dan suhu turun membentuk awan.

PV γ=C

V γ=CP

TV γ−1=C

T= C

V γ−1

Karena adanya angin maka awan bergerak dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah dengan energi kinetik:

E k=12

m v2

6

Di daerah yang bertekanan rendah inilah awan akan mengalami kondensasi maksimum (100%) sehingga tetes-tetes air jatuh dan terjadilah hujan.

Air hujan turun ke Bumi dengan kecepatan:

v=2 R2 g9 η

( ρ tetesair− ρudara )

Keterangan:R: jari-jari tetes air (m)g: percepatan gravitasi (m/s2)η: koefisien viskositas (Pa.s)ρtetes air: massa jenis tetes air hujan (kgm-3)ρudara: massa jenis udara(kgm-3)

Gambar 4. Proses terjadinya hujan (sumber: cintabahari.com)

Air hujan yang turun meresap ke dalam tanah dan sebagian lagi mengalir ke danau, sungai, dan laut. Kemudian, siklus hidrologis akan berulang kembali.

Penjelasan DosenPada siang hari yang panas terjadi penguapan pada air dengan laju penguapan:

u=13,7−(Pp−P v)v12

Dimana Pp: tekanan permukaan dan Pv: tekanan udaraAir sungai banyak menguap. Bila ada angin kencang maka uap air berpindah

tempat. Air yang menguap lalu uap naik ke atas membentuk awan. Udara di atas lebih dingin daripada tanah. Ini karena udara di atas adalah renggang sehingga suhunya dingin. Akibatnya di atas uap menjadi embun yaitu titik-titik air. Bila udara sangat dingin maka uap akan membeku dan turun menjadi salju.

Uap air yang mengembun sesuai rumus:

7

Q=m Le

Adapun air yang menguap di permukaan Bumi memenuhi persamaan

Q=m Lv

Bila ada angin maka uap air bergerak dengan kecepatan v dan memiliki energi sebesar:

U=32

kT=12

m v2, v>¿maka T akan meningkat

Akibatnya saat v besar maka terjadi perubahan wujud dari zat padat (butiran es) menjadi cair karena efek panas (energi dalam bertambah). Selain itu, ada juga gesekan dengan udara yang dilalui sehingga menyebabkan timbulnya panas tadi. Setelah wujud berubah menjadi cair maka turunlah air ke Bumi dalam bentuk tetes-tetes hujan.

04. TERJADINYA PELANGI Pelangi terjadi sebagai akibat dari

pembiasan, pemantulan sempurna, dan dispersi cahaya oleh tetes-tetes air hujan. Tetes-tetes air hujan tersebut semakin menyerupai prisma pada daerah yang makin dekat dengan permukaan Bumi karena pengaruh gravitasi yang makin besar.

GGambar 5. Proses terjadinya warna pelangi (sumber: pernikilmu.com)

Sinar Matahari (sinar polikromatik) yang jatuh pada permukaan tetesan air hujan dibiaskan, dipantulkan sempurna, kemudian didispersi ke luar ke arah kita (pengamat) dalam bentuk spektrum warna pelangi dari merah sampai ungu.

Pelangi merupakan spektrum cahaya Matahari yang diuraikan oleh titik-titik air hujan. Pelangi hanya dapat kita lihat jika kita membelakangi Matahari dan hujan terjadi di depan kita. Pelangi merupakan peristiwa dispersi cahaya yaitu peristiwa penguraian cahaya putih atas komponen-komponen warnanya (mejikuhibiniu). Dispersi cahaya disebabkan oleh perbedaan indeks bias tiap warna pada tetes air hujan. Lebar spektrum yang ditimbulkan air tergantung pada selisih deviasi antara warna ungu (Du) dengan deviasi warna merah (Dm). Selisih antarasudut deviasi untuk cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi:

ϕ=D u−Dm=(nu−nm)β

Dengan: ϕ: sudut dispersi; nu: indeks bias sinar ungu; dan nm: indeks bias sinar merah.

8

Pelangi tampak dari Bumi setengah lingkaran dan berseberangan dengan Matahari, sebab sinar merah yang meninggalkan tetesan air hujan membentuk sudut 42o terhadap sinar Matahari dan sampai ke pengamat dengan sudut yang sama terhadap horizon, sinar ungu membentuk sudut 40o, dan sinar-sinar lainnya membentuk sudut antara 40o-42o, serta terulang ke arah atas.

Gambar 6. Proses terjadinya warna pelangi (sumber: putrisaimima.blogspot.com)

Seperti tampak pada gambar, sinar Matahari mengenai titik hujan dibiaskan oleh bagian depan air dan keluar menuju udara yang juga mengalami pembiasan oleh permukaan depan. Sesuai persamaan Snellius:

n1 sin θ1=n2sin θ2

n1 : indeks bias mutlak medium 1;n2 : indeks bias mutlak medium 2;θ1 : sudut datang

dalam medium 1; danθ2 : sudut datang dalam medium 2.Sebagian sinar yang memasuki tetes air dipantulkan oleh bagian belakang

permukaan air sesuai dengan rumus hukum Pemantulan:sudut datang=sudut pantul atau i=rSinar pantul mengenai permukaan depan dan dibiaskan oleh permukaan depan

tersebut. Karena sinar pantul ini dibiaskan, maka sinar inipun diuraikan oleh spektrum-spektrum Matahari.

05. TERJADINYA EMBUNEmbun diartikan sebagai titik-titik air yang jatuh dari udara. Bintik-bintik air

inimenempel pada daun-daun dan rumput. Embun terbentuk ketika udara tidak dapat lagi menahan semua uap air. Kelebihan uap air itu kemudian berubah menjadi embun di atas benda-benda di dekat permukaan tanah. Setiap hari benda-benda menyerap panas dari Matahari dan pada malam hari benda-benda mengalami kehilangan panas melalui proses radiasi termal. Ketika benda-benda di dekat tanah menjadi dingin, suhu

9

udara di sekitarnya turut menjadi berkurang. Udara yang lebih dingin tidak dapat menahan uap air. Jika udara bertambah dingin, makaakan dicapai titik embun. Titik embun adalah suhu pada saat udara masih dapat menahan uap air sebanyak mungkin.

Bila udara bertambah dingin, sebagian uap air akan mengembun.Gambar 7. Embun di dedaunan (sumber: nira15blogspot.com)

Kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg uap menjadi cair pada titik didih normalnya dinamakan kalor laten embun (kalor embun). Hasil percobaan menunjukkan bahwa untuk zat yang sama, kalor didih=kalor embun. Dari kedua istilah ini yang umum digunakan adalah kalor didih (Lv). Jika banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengembunkan zat dengan massa m kg adalah Q joule, maka:

Lv=Qm

atau Q=m Lv

Gambar 8. Siklus perubahan wujud benda (sumber: rlasati.wordpress.com)

06. TERJADINYA GERAK SEMU BENDA-BENDA LANGITGerak semu adalah peredaran matahari jika dilihat dari bumi sepanjang tahun.

Pada tanggal 21 Juni, matahari akan terbit di koordinat 23,5 derajat, atau sejauh 23,5 derajat arah utara dari khatulistiwa. Sebaliknya di bulan Desember tanggal 22, matahari terbit di -23,5 derajat, atau sejauh 23,5 derajat arah selatan khatulistiwa.

Arah rotasi bumi adalah arah timur, artinya bumi berotasi dari barat ke timur. Rotasi bumi dari barat ke timur tidak dapat disaksikan, yang dapat disaksikan adalah peredaran semu karena sesungguhnya matahari dan benda-benda langit diam dan bumilah yang bergerak dari barat ke timur. Waktu yang diperlukan oleh bintang untuk

10

menempuh lintasan peredaran semunya adalah 23 jam 56 menit atau satu hari bintang. Periode peredaran semu matahari tepat 24 jam sedang satu hari bulan lebih lambat lagi yaitu 24 jam 50 menit. Matahari mempunyai periode semu harian yang berbeda akibat revolusi, sedangkan bulan sebagai satelit bumi memiliki peredaran bulan mengitari induknya, yaitu bumi.

Gambar 9. Gerak semu benda langit (sumber: Sumber: http://link-geo.blogspot.com)

Rumus Kunci: as=v2

r=ω2r

ω=2 πT

, v=ωr

07. TERJADINYA SIANG DAN MALAMSiang adalah situasi di bagian permukaan bumi yang mendapatkan cahaya dari

matahari akibat dari rotasi atau perputaran bumi pada porosnya. Sedangkan malam adalah situasi dimana sebagian permukaan bumi berada dibalik matahari sehingga tidak mendapatkan cahaya.

Adapun proses terjadinya siang dan malam adalah sebagai berikut:Matahari adalah sebuah bola gas yang berpijar dimana bentuknya tidak padat tapi berbentuk plasma yang terus bersinar dengan menukar zat hidrogen dengan zat helium melalui sebuah proses yang disebut dengan fusi nuklir. Sedangkan bumi adalah sebuah planet yang mempunyai massa sebesar 59.760 milyar ton dan berdiameter sebesr 12.756 km. Jarak bumi dengan matahari adalah 149.680.000 km atau dibulatkan 150 juta km.

11

Gambar 10. Ilustrasi terjadinya siang dan malam (sumber: http://sunsinelaras.wordpress.com )

Gambar 11. Proses terjadinya siang dan malam (Sumber: http://belajar.kemdiknas.go.id )

Berputarnya bumi pada porosnya yang menyebabkan terjadinya gelap dan terang di sebagian permukaan bumi yang dikenal dengan kata “siang dan malam”. Siang dan malam adalah sebutan untuk dua bagian dari permukaan bumi dimana pada saat-saat tertentu tersinari cahaya matahari dan pada saat yang lain tidak mendapatkan sinar kecuali hanya cahaya yang dipantulkan bulan. Sedangkan dua keadaan itu pasti terjadi akibat dari berputarnya bumi dalam perjalanannya mengitari matahari. Dengan kata lain, Terjadinya siang dan malam karena bumi berputar mengelilingi matahari dan juga berputar terhadap porosnya sendiri. Jadi, belahan bumi yang sedang menghadap matahari akan mengalami siang dan belahan bumi yang tidak menghadap matahari akan mengalami malam, tetapi masih bisa merasakan efek cahaya matahari yang terpantul pada bulan serta cahaya-cahaya bintang yang sesungguhnya adalah matahari.

Karena periode peredaran semu harian matahari 24 jam, maka panjang siang atau malam rata-rata 12 jam. Panjang periode siang atau malam hari di khatulistiwa hampir sama sepanjang tahun, yaitu berlangsung selama 12 jam. Kadang-kadang ada perbedaan sedikit yaitu panjang siang tidak sama dengan panjang malam. Suatu waktu panjang siang lebih besar dari 12 jam dan ini berarti panjang malam hari kurang dari 12 jam. Perbadaan ini menjadi lebih besar untuk tempat-tempat yang jauh dari khatulistiwa seperti di daerah lintang dan kutub.

Rumus kunci : as=v2

r=ω2r

08. TERJADINYA GERHANA BULAN

12

Gambar 12. Posisi benda langit ketika terjadi gerhana bulan (Sumber:http://pustakafisika.wordpress.com )

Gerhana merupakan proses tertutupnya bulan atau matahari secara tiba-tiba. Terdapat dua jenis gerhana yaitu gerhana bulan dan gerhana matahari. Gerhana disebabkan oleh bayangan yang dibentuk oleh bumi atau bulan terletak dalam satu garis dimana bayangan tersebut mempunyai dua bagian yaitu : a. Bayangan umbra atau bayangan inti, berbentuk kerucut yang semakin mengecil

begitu menjauh dari bumi atau bulan. Umbra bulan panjangnya kira-kira 370.000 km, sedangkan umbra bumi panjangnya kira-kira 1.376.000 km.

b. Daerah bayangan kabur (sebagian) dinamakan penumbra.

Bulan, bumi, dan matahari adalah benda luar angkasa yang ketiganya saling berkaitan dalam proses terjadinyagerhana bulan. Matahari merupakan bintang yang memiliki sumber energi atau cahaya yang besar. Bisa di katakan matahari menjadikan adanya siang di bumi. Sedangkan bumi adalah planet yang memiliki kehidupan di dalamnya. Adapun bulan adalah satelit bumi yang selalu mengikuti bumi dan bulan tidak memiliki sumber energi atau cahaya, namun bulan bisa memantulkan cahaya seperti cermin.

Gambar 13. Proses terjadinya gerhana bulan(Sumber:http://handrikartiwa.blogspot.com)

Gerhana bulan terjadi saat sebagian atau keseluruhan penampang bulan tertutup oleh bayangan bumi atau jika bulan memasuki bayangan bumi. Hal ini terjadi bila bumi berada di antara matahari dan bulan pada satu garis lurus yang sama sehingga sinar matahari tidak dapat mencapai bulan karena terhalangi oleh bumi dan bulan tidak terlihat oleh pengamat dibumi. Gerhana bulan hanya mungkin terjadi pada malam hari ketika bulan purnama. Dengan penjelasan lain, gerhana bulan muncul bila bulan sedang beroposisi dengan matahari. Tetapi karena kemiringan bidang orbit bulan terhadap bidang ekliptika, maka tidak setiap oposisi bulan dengan Matahari akan mengakibatkan terjadinya gerhana bulan. Perpotongan bidang orbit bulan dengan

13

bidang ekliptika akan memunculkan dua buah titik potong yang disebut node, yaitu titik di mana bulan memotong bidang ekliptika. Gerhana bulan ini akan terjadi saat bulan beroposisi pada node tersebut. Bulan membutuhkan waktu 29,53 hari untuk bergerak dari satu titik oposisi ke titik oposisi lainnya. Jadi, jika terjadi gerhana bulan maka seharusnya akan diikuti dengan gerhana matahari karena kedua node tersebut terletak pada garis yang menghubungkan antara matahari dengan bumi.

Sebenarnya, pada peristiwa gerhana bulan, seringkali bulan masih dapat terlihat. Ini dikarenakan masih adanya sinar matahari yang dibelokkan ke arah bulan oleh atmosfer bumi sehingga bagian gelap bumi mendapatkan cahaya dari pantulan bulan. Kebanyakan sinar yang dibelokkan ini memiliki spektrum cahaya merah. Hal inilah yang menyebabkan pada saat gerhana bulan, bulan akan tampak berwarna gelap, bisa berwarna merah tembaga, jingga, ataupun coklat. Gerhana bulan dapat diamati dengan mata telanjang dan tidak berbahaya sama sekali. Dengan terjadinya gerhana bulan, malam hari akan terasa nampak terang walaupun tak seterang siang hari.

Dalam proses terjadinya gerhana bulan, posisi matahari, bumi dan bulan sejajar dimana bumi berada di antara matahari dan bulan. Pada saat itu, cahaya matahari di pantulkan sinarnya oleh bulan ke bumi sehingga bagian gelap bumi mendapatkan cahaya dari pantulan bulan. Dengan terjadinya gerhana bulan, malam hari akan terasa nampak terang walaupun tak seterang siang hari dan malam hari menjadi indah.

Rumus kunci :

09. TERJADINYA GERHANA MATAHARI

Gambar 14. Posisi benda-benda langit pada saat terjadi gerhana matahari dan gerhana bulan (Sumber:

http://abangdani.wordpress.com )

Gerhana matahari terjadi ketika posisi bulan terletak di antara bumi dan matahari sehingga bulan menutup sebagian atau seluruh cahaya matahari. Dengan kata lain, gerhana matahari terjadi karena sinar matahari pada siang hari terhalang oleh bulan sehingga keadaan yang terang berangsur-angsur menjadi gelap. Jika terjadi gerhana matahari maka bayangan bulan akan mengenai bumi. Jika posisi bumi, bulan,

14

matahari tepat segaris, bayangan bulan dapat menutup sebagian daerah di bumi. Walaupun bulan lebih kecil, bayangan bulan mampu melindungi cahaya matahari sepenuhnya karena bulan yang berjarak rata-rata jarak 384.400 kilometer dari bumi lebih dekat dibandingkan matahari yang mempunyai jarak rata-rata 149.680.000 kilometer.

Gerhana matahari terjadi pada siang hari ketika bulan baru atau bulan mati. Gerhana matahari berlangsung lebih cepat (kurang lebih 6 menit) daripada gerhana bulan (sekitar 6 jam). Hal ini dikarenakan ukuran bulan lebih kecil dibandingkan ukuran bumi dan cepatnya peredaran Bumi mengitari matahari serta gerakan bayangan bulan yang cepat.

Gambar 15. Proses terjadinya gerhana matahari (Sumber: http://ifaniapuspita.blogspot.com)

Secara umum, tempat di bumi yang tertutup penumbra akan mengalami gerhana matahari sebagian (parsial) dimana hanya sebagian permukaan matahari yang ditutupi bulan. Sedangkan tempat yang ditutupi umbra mengalami gerhana matahari total dimana seluruh permukaan matahari tertutup bulan. Ukuran bulan sangat kecil sehingga bayangannya pun kecil. Oleh karena itu, daerah di bumi yang tertutup bayangan bulan hanya sebagian. Luas daerah yang tertutup penumbra memiliki garis tengah sekitar 3.000 km sedangkan daerah yang tertutup umbra memiliki garis tengah sekitar 269 km.

Rumus kunci :

15

a bGambar 16. (a) Gerhana matahari total (sumber: http://www.umm.ac.id), (b) Gerhana matahari tahun

1999 di Prancis (Sumber: http://id.wikipwedia.org)

10. TERJADINYA FATAMORGANAKeadaan jalan beraspal yang panas sehingga kelihatan seperti genangan air,

peristiwa ini akibat dari pemantulan sempurna. Fatamorgana sering terjadi dipadang pasir, ketika matahari terik lapisan udara paling dekat aspal jauh lebih panas dari pada lapisan diatasnya. Oleh karenanya jika kita melihat dengan sudut pandang yang lebih besar dari sudut keatasnya maka seolah-olah ada bayang-bayang air diatas aspal/pasir, ini yang disebut dengan peristiwa fatamorgana.

n=sin θi

sin θ r

Gambar 17. Ilustrasi keadaan fatamorgana (Sumber: http://fandyadam.blogspot.com)

11. BUNYI PADA MALAM HARI TERDENGAR LEBIH JELAS DARIPADA SIANG HARI

Pada malam hari, udara pada lapisan bawah lebih dingin daripada udara di lapisan atas dan pada malam hari cuaca terasa lebih  dingin daripada siang hari, dengan demikian kecapatan bunyi dibawah lebih lambat daripada di lapisan atas. Ini berarti, pada malam hari medium udara di atas tanah (lapisan bawah) lebih rapat. Berdasarkan hukum pembiasan, gelombang akan mengalami pembiasan mendekati garis normal jika melewati medium yang lebih rapat (lihat fenomena sedotan yang terlihat membengkok ketika di dalam air). Ingat! Medium air lebih rapat daripada medium udara, makanya bunyi terdengar lebih keras karena guntur lebih mendekat ke rumah Anda.

16

Gambar 18. Perbedaan indek bias medium (pembiasan) (Sumber: fisika79.wordpress.com)

Pada malam hari, semakin tinggi tempat dari permukaan bumi, maka suhu udara akan semakin tinggi sehingga kecepatan rambat bunyi makin besar sesuai rumus:

v=(331+0,67 T ) , v1n 1=v2 n2

v=√ γRTM

denganγ= konstanta gas (udara = 1,4)R = konstanta gas universal (8,134 J/mol K)T = suhu mutlak (K)M = massa jenis molar ( udara = 29x10-3 kg/mol)Lebih jelasnya yakni ketika sumber bunyi petir dekat dengan rumah Anda,

maka Anda dapat mendengar bunyi petir.Mengapa pada malam hari bunyi petir terdengar lebih keras daripada siang hari?

Gambar 19. Pembiasan gelombang bunyi (Sumber: fisika79.wordpress.com)

Pada siang hari, udara pada lapisan atas lebih dingin daripada lapisan bawah.Cepat rambat bunyi pada suhu dingin adalah lebih kecil daripada suhu panas.Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan udara atas lebih kecil daripada kecepatan bunyi pada lapisan udara bawah, karena medium pada lapisan ataslebih rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada siang hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah akan dibiaskanmenjauhi garis normal (Gambar a).

17

Pada malam hari, terjadi kondisi sebaliknya, udara pada lapisan bawah (dekat tanah) lebih dingin daripada udara pada lapisan atas.Dengan demikian, kecepatan bunyi pada lapisan bawah lebih kecil daripada lapisan atas, karena medium pada lapisan atas kurang rapat dari medium pada lapisan bawah. Jadi, pada malam hari, bunyi petir yang merambat dari lapisan udara atas menuju ke lapisan udara bawah (mediumnya lebih rapat) akan dibiaskan mendekati garis normal (Gambar b). Pembiasan bunyi petir mendekati garis normal pada malam hari inilah yang menyebabkan bunyi guntur lebih mendekat kerumah, dan sebagai akibatnya akan terdengar bunyi petir yang lebih keras.

Seperti halnya pada cahaya, pada bunyi pun terjadi interferensi.Untuk membuktikan adanya interferensi gelombang bunyi dapat Anda lihat pada bagian kegiatan ilmiah dari buku ini. Bunyi kuat terjadi ketika superposisi kedua gelombang bunyi pada suatu titik adalah sefase atau memiliki beda lintasan yang merupakan kelipatan bulat dari panjang gelombang bunyi.

Bunyikuat Δ s=n λ ;n=0 ,1 ,2 ,3 , . ..n = 0, n = 1, dan n = 2, berturut-turut untuk bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga.

Bunyi lemah terjadi ketika superposisi kedua gelombang bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga.Interferensi destruktifjika kedua gelombang yang bertemu pada suatu titik adalah berlawanan fase atau memiliki beda lintasan,

Bunyi lemah Δ s=nλ ;n=0 ,1 , 2 ,3 ,. . .n = 0, n = 1, n = 2, berturut-turut untuk bunyi kuat pertama, bunyi kuat kedua, dan bunyi kuat ketiga.

12. LANGIT KELIHATAN BERWARNA BIRU

Gambar 20. Langit berwarna biru pada saat hari cerah (Sumber: https://www.google.com)

Saat cuaca cerah di siang hari, kita akan lihat langit berwarna biru. Namun pada sore hari, langit akan berwarna kuning kemerahan. Mungkin banyak dari kita yang belum mengetahui penyebabnya.

Penyebab warna langit ternyata tidak lepas dari pengaruh atmosfir bumi kita ini. Molekul-molekul gas seperti  nitrogen, oksigen, argon dan uap air menyebabkan

18

cahaya matahari yang terdiri dari variasi panjang geleombang terabsorbsi. Cahaya yang terabsorbsi ini akan teradiasikan sehingga menghasilkan spektrum warna. Walaupun seluruh panjang gelombang dari cahaya matahari ini terabsorsi, namun warna biru yang memiliki panjang gelombang yang rendah akan terabsorsi lebih banyak dibandingkan warna merah sehingga warna biru ini dominan terlihat oleh mata. Proses ini dinamakan Rayleigh scattering.

Rayleigh menjelaskan bahwa cahaya yang memiliki panjang gelombang lebih kecil akan memiliki intensitas perpendaran yang lebih besar. Karena warna biru memiliki penjang gelombang yang kecil sehingga warna biru akan dominan di langit. Selain itu, perpendaran warna ini juga dipengaruhi oleh jarak sumber cahaya dengan pengamat sehingga pada saat sunset, jarak sumber cahaya akan lebih jauh dan menyebabkan perpendaran efek Rayleigh scattering oleh warna biru ini berkurang. Proses ini dapat terlihat jelas saat matahari terbenam, dimana warna merah akan dominan di garis horizon.

Gambar 21. Cahaya melewati medium yang berbeda (Sumber: https://www.google.com)

Rumus kunci : n= cv

n1 sin i=n2 sin r

13. AIR PADA KEDALAMAN LEBIH 10 m SUSAH DINAIKKAN

19

Gambar 22. Cara pemasangan pompa air (Sumber: http://www.google.com)

Karena gaya keluar air lebih kecil daripada gaya masuk air, sehingga air susah di naikkan dapat dinaikkan dengan bantuan alat seperti timba atau pompa air,contoh sumur.

Rumus kunci : Fkeluar

Fmasuk

=Akeluar

Amasuk

14. KOLAM YANG AIRNYA JERNIH KELIHATAN DANGKALDasar kolam yang airnya jernih terlihat lebih dangkal dari sebenarnya.

Peristiwa ini merupakan salah satu bentuk pembiasan cahaya yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Apabila cahaya merambat melalui dua zat yang kerapatannya berbeda, cahayatersebut akan dibelokkan. Peristiwa pembelokan arah rambatan cahaya setelah melewati medium rambatan yang berbeda disebut pembiasan. Apabila cahaya merambat dari zat yang kurang rapat ke zat yang lebih rapat, cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal. Misalnya cahaya merambat dari udara ke air. Sebaliknya, apabila cahaya merambat dari zat yang lebih rapat ke zat yang kurang rapat, cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Misalnya cahaya merambat dari air ke udara. Pembiasan cahaya sering kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya dasar kolam terlihat lebih dangkal daripada kedalaman sebenarnya. Gejala pembiasan juga dapat dilihat pada pensil yang dimasukkan ke dalam gelas yang berisi air.

Gambar 23.Pembiasan cahaya mempegaruhi hasil penglihatan posisi suatu benda (Sumber:

http://www.google.com)

Rumus kunci :n= cv

n1 sin i=n2 sin r

20

15. PANTAI TERASA LEBIH PANAS DARIPADA GUNUNGHal ini disebabkan terjadinya radiasi panas atmosfer terhadap ketinggian

udara yang diangkat dari tempat tinggi ke tempat rendah/sebelumnya oleh arus dan angin yang besar. Udara adalah isolator kalor yang cukup baik, sehinngga pengangkutan udara di tempat tempat dengan ketinggian berbeda ini dapat dilalui lewat proses adiabatik ketika udara naik tekanan udara berkurang sehingga mengalami pemuaian adiabatik.

Gambar 24. Sirkulasi udara di pantai dan pegunungan (Sumber: https://www.google.com)

Rumus kunci : Q=mc ∆ tp=nRTV

(B) Tuliskan rumus fisika ‘kunci’ yang dapat digunakan untuk menjelaskan proses terjadinya gejala fisika buatan berikut:

01. BANDUL YANG DIGANGGU KESETIMBANGANNYA AKAN BERAYUN

Gambar 25. Gerak harmonik sederhana (Sumber: http://www.google.com)

21

NFC

h

w sin θ

AB

Gaya penyebab bandul m bergerak adalah:F=−mg sin θ

Hukum II Newton: F=m a

Untuk ayunan sederhana harga sudut (θ) diambil sangat kecil yaitu 10°-15°.

Sehingga jarak simpanagan s menyerupai garis lurus dan harga sin θ=θ , tan θ= st

dimana

s=alg

Persamaan umum gerak harmonik sederhana yaitu:T=2 π (−sa )

12

T=2 π √ lg

atau g=4 π 2 lT2

02. TANGGA UMUMNYA DIBUAT MIRINGTangga dibuat miring supaya mengurangi gaya beratnya, gaya berat pada

keadaan normal adalah:w=mg

Gambar 26. Sistematika pemasangan tangga (sumber: dokumentasi pribadi)

Sedangkan gaya berat pada keadaan miring adalah w = mg sin θ. Akibatnya, orang akan lebih mudah(1/2 kali lebih ringan) ke atas ketika menggunakan tangga.

wBC=w . h=−mgh

w AC=F . sin θ = -w sin θ. h/sinθ = -mgh

F=w sin 30 °=12

w

Gambar 27. Benda pada bidang miring (Sumber: http://4.bp.blogspot)

22

KM= sh

F=K= wKM

=w .hs

Keterangan:KM =  keuntungan mekanisF     = gaya dorong (N)s     = panjang bidang miring (m)h    = ketinggian (m)w    = berat beban (N)

03. ANGIN BISA MENGHASILKAN ENERGI LISTRIKCara pemanfaatan angin sebagai penghasil energi listrik adalah dengan

memasang kincir angin. Dimana, pada kincir angin ini diperlukan sebuah penghantar tegangan dan penyimpan energi (baterai) karena kecepatan angin yang tidak stabil. Selain itu, pada keadaan angin tidak bertiup, untuk mencegah generator bekerja sebagai motor maka diperlukan pemutus otomatis.

Gambar 28. Cara pemanfaatan angin sebagai penghasil energi listrik (Sumber: https://www.google.com)

Rumus:E=12

m v2 dan P=Q A v2

04. AIR BISA MENGHASILKAN ENERGI LISTRIKEnergi air dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik dalam Pembangkit Listrik

Tenaga Air (PLTA). Energi listrik diperoleh dengan cara berikut : Air yang memiliki energi potensial dibendung pada waduk. Air yang jatuh disalurkan melalui pipa pusat

23

untuk diarahkan kesudut – sudut turbin sehingga energi kinetik air dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin. Turbin dihubungkan dengan generator melalui satu proses sehingga generator turut berputar dan menghasilkan listrik

E p=mgh

E k=½m v2

Gambar 29. Energi air dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik (Sumber: https://www.google.com)

05. CAHAYA BISA MENGHASILKAN ENERGI LISTRIKEnergi cahaya matahari dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik dalam

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Alat utama untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah Photovoltaic atau yang disebut secara umum Modul / Panel Solar Cell. Dengan alat tersebut sinar matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif didalam cell modul tersebut karena perbedaan elekstron.

Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfatkan untuk mengisi battery / aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan.

24

E=n h f

Gambar 30. Pemanfaatan cahaya sebagai energi listrik (Sumber: https://www.google.com)

06. KAPAL YANG TERBUAT DARI BESI BISA TERAPUNG

Gambar 31. Kapal selam yang terbuat dari besi dapat mengapung (Sumber: https://www.google.com)

Pembuatan kapal merupakan penerapan hukum Archimedes.

F A= ρf g V bt

dengan FA = gaya archimedesρf = massa jenis fluidaVbt= volume benda yang tercelup

Kapal yang terbuat dari besi dapat mengapung, ini karena keadaan kapal tersebut dibuat berongga, ini menyebabkan volume air laut yang dipindahkan kapal

25

menjadi sangat besar. Gaya apung sebanding dengan volume air yang dipindahkan , sehingga gaya apung menjadi sangat besar. Gaya apung mampu mengatasi berat total kapal sehingga kapal laut dapat mengapung.

07. PESAWAT TERBANG HARUS BERGERAK KENCANG TERLEBIH DAHULU BARU TERBANG

Gambar 32. Pesawat terbang lepas landas (Sumber: https://www.google.com)

Prinsip kerja:Pesawat terbang memiliki bentuk sayap mirip burung, yaitu melengkung dan lebih tebal di bagian depan daripada di bagian belakangnya. Bentuk sayap ini dinamakan aerofil. Tidak seperti sayap burung, sayap pesawat tidak dapat dikepak-kepakkan. Karena itu, udara harus dipertahankan mengalir melalui kedua sayap pesawat terbang. Ini dilakukan oleh mesin pesawat yang menggerakkan maju pesawat menyongsong udara.

Bentuk aerofil pesawat terbang menyebabkan garis arus. Garis arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawah yang berarti kelajuan alir udara pada sisi bagian-bagian atas pesawat (V 2) Lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap (V 1).

Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan bagian atas (P2) lebih kecil daripada sisi bagian

bawah (P1) karena kelajuan udaranya lebih besar. Beda tekanan p1−p2 menghasilkan gaya angkat sebesar

26

F1−F2=( p¿¿1−p¿¿2) A ¿¿atau

F1−F2=12

ρ (v22−v1

2 ) A

dengan A merupakan luas penampang total sayap.Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada

berat pesawat. Makin besar kecepatan udara, maka makin besar kecepatan udara, dan

ini berarti (v22−v1

2) bertambah besar sehingga gaya angkat F1−F2 makin besar.

Sehingga pesawat terbang lari kencang dulu agar pesawat dapat terbang.

08. EFEK RUMAH KACADengan cara yang mirip dengan rumah kaca, Bumi kita dihangati oleh sinar

Matahari sehingga proses penghangatan Bumi ini dinamakan efek rumah kaca (green house effect).

Gambar 33. Terjadinya efek rumah kaca (sumber: ridwanaz.com dan www.rafflesia.web.id)

Matahari memancarkan radiasi yang terdiri atas ultraviolet, cahaya tampak, dan infrared. Infrared yang memiliki panjang gelombang terpanjang (atau energi kalor terbesar) dengan mudah menembus atmosfer Bumi. Kalor radiasi infrared sampai ke permukaan Bumi sehingga permukaan Bumi menyerapnya dan menjadi hangat, dan dapat dianggap sebagai sumber panas yang dingin. Pada gilirannya, permukaan Bumi akan memancarkan kembali energi kalornya dalambentuk radiasi infrared dengan panjang gelombang yang lebih panjang, dinamakan radiasi membumi.

27

Radiasi membumi sebagian besar menembus atmosfer dan lolos ke angkasa luar, sedang sebagian kecil terperangkap oleh gas-gas rumah kaca yang terdapat di atmosfer, seperti halnya dinding kaca yang memerangkap kalor dalam sebuah rumah kaca. Bumi secara alamiah menghasilkan gas-gas rumah kaca seperi CO2, H2O, metanol, nitrogen, oksida, dll. Keseimbangan gas-gas rumah kaca ini menjaga suhu di Bumi tetap seimbang. Artinya, tanpa gas rumah kaca, suhu Bumi akan terlalu dingin, tetapi terlalu banyak gas rumah kaca akan mengakibatkan peningkatan suhu Bumi.

Gambar 34. Sebab dan akibat efek rumah kaca (sumber: imangeografi10.blogspot.com)

Pembakaran batu bara, minyak Bumi, dan gas di pabrik-pabrik dan pusat pembangkit tenaga listrik, penebangan liar, dan pembakaran hutan menyebabkan peningkatan jumlah gas rumah kaca di atmosfer. Hal ini mengakibatkan meningkatnya radiasi membumi yang terperangkap oleh gas-gas tersebut. Sebagai akibatnya terjadinya penghangatan Bumi, yaitu peningkatan suhu secara bertahap di seluruh Dunia. Hal ini menyebabkan perubahan iklim yan pada akhirnya mengancam masa depan planet Bumi.

Rumus kunci:

laju kalor reaksi=Qt=σA T 4l

28

Dimana: A: luas permukaan m2; σ : tetapan Stefan-Boltzman = 5,67x10-8 Wm-2K-4; dan T : suhu mutlak (K).

Efek rumah kaca pertama kali diusulkan oleh Jospeh Fourier (1824), merupakan proses pemanasan permukaan suatu benda langit (terutama planet dan satelit) yang disebabkan oleh komposisi dan keadaan atmosfernya.

Energi yang masuk ke Bumi:a. 25% dipantulkan oleh

awan atau partikel lain yang ada di atmosfer

b. 25% diserap awanc. 45% diserap

permukaan Bumid. 5% dipantulkan

kembali oleh permukaan Bumi.

Gambar 35. Proses pemanasan global

(sumber:

http://dinaseptiarini49.blogspot.com)

Energi yang dipantulkan dalam bentuk infrared tertahan oleh awan dan gas CO2 untuk dikembalikan ke permukaan Bumi. Dengan meningkatnya CO2 di atmosfer. Hal ini akan mengakibatkan suhu permukaan Bumi jadi meningkat.

Akibat yang merugikan dari efek rumah kaca adalah sbb:a. Meningkatnya cekaman panas pada binatang liar dan ternakb. Meningkatnya resiko kerusakan sejumlah tanaman oleh kekeringan dan

banjirc. Meningkatnya resiko banjir dan erosi

29

d. Meningkatnya kerusakan ekosistem pantai, dll.

Gambar 36. Dampak dari efek rumah kaca (sumber:http://bundertown.blogspot.com)

30

09. BAK PENAMPUNG WC BERKLOSET HARUS DIBERI LUBANG

Gambar 37. Sistem pembuangan air kotor (sumber: http://arsitekistn.blogspot.com)

Bak mampu mengalirkan kotoran ke I karena adanya perbedaan tekanan dan energi potensial

P=Ep

V=ρgh

Apabila bak terisi penuh, maka tekanan P nya besar, karenanya dibuat lubang untuk mengurangi tekanan.

P I=Po

P II=Po+ ρgh

∆ P=PI−PII=ρgh

Selisih tekanan inilah yang menyebabkan kotoran dapat turun, dimana gaya pendorongnya adalah

∆ F=∆ P ⋅ A=ρgh ⋅A

10. JALANAN ASPAL YANG MENIKUNG DIBUAT MIRINGMobil yang bergerak pada tikungan jalan yang dimiringkan, kemiringan

tersebut memang sengaja untuk menimbulkan gaya sentripetal pada mobil yang sedang berbelok. Hal ini dikarenakan pada saat kendaraan melaju dan melewati tikungan mempunyai gaya sentrifugal, yaitu gaya mendorong ke arah luar lingkaran. Secara tidak sadar saat menikung kita membuat gerak melingkar dan saat kita menikung ada gaya sentrifugal yang akan memaksa kendaraan untuk melaju ke arahl urus (slip) karena itulah perlu ada gaya yang berkebalikan (gaya sentripetal) untuk menjaga kendaraan tidak slip saat menikung salah satunya dengan cara jalanan ditikungan dibuat miring.

31

Gambar 38. Pengendara motor yang sedang menikung di jalanan beraspal (sumber: http://cousbravo.blogspot.com)

Gambar 39. Kemiringan jalan akan mengurangi gaya sentrifugal (sumber: http://cousbravo.blogspot.com)

Kelajuan maksimum mobil yang disarankan pada tikungan jalan yang dimiringkan agar tidak slip dengan asumsi jalan licin dapat diperoleh sebagai berikut:

Komponen gaya normal pada sumbu-X, N sin θ sebagai gaya sentripetal F s, maka:

F s=N sin θ=m vmax

2

r

Pada sumbu-Y berlaku:

∑ F y=N cosθ−w=0

N= mgcosθ

Gambar 40. Gaya-gaya yang bekerja pada saat mobil menikung di jalan yang dibuat miring (sumber: http://aenul.wordpress.com)

32

Maka,

mgcosθ

sinθ=¿m vmax

2

r¿

vmax2 =gr tan θ

vmax=√gr tan θ

Dari rumus ini tampak bahwa kelajuan maksimum mobil menikung dengan aman tanpa slip bergantung pada sudut kemiringan jalan, makin besar sudut kemiringan jalan, makin besar juga kelajuan maksimum yang diperbolehkan. Sehingga akan lebih aman jika jalan di buat miring.

11. SATELIT BUATAN

Gambar 41. Lintasan orbit satelit buatan (sumber: www.google.co.id)

Satelit bergerak mengitari planet Bumi dengan kelajuan v yang berlawanan arah jarum jam. Untuk tempat-tempat yang dekat permukaan Bumi, jari-jari orbit r ≈ R. Pada orbitnya satelit (bermassa m) ditarik Bumi dengan gaya gravitasi:

FG=GmM

r2 atau FG=GmM

R2

Gaya gravitasi ini berperan sebagai gaya sentripetal:

F s=m v2

RSehingga satelit dapat mengorbit Bumi, jadi:

F s=FG

mv2

R=G

mMR2

v2=GMR

atau v=√ GMR

Percepatan gravitasi tempat-tempat yang dekat dengan permukaan planet:

g=GM

R2 … GM=gR2

33

Maka,

v2=g R2/R atau v=√gRDimana g: percepatan gravitasi dekat permukaan planet, dan R: jari-jari

planet. Sebagai contoh satelit yang mengorbit Bumi memerlukan kelajuan 7,9 km/s. Satelit akan mengorbit mengitari Bumi dengan lintasan yang mengikuti kelengkungan permukaan Bumi dan satelit itu tidak pernah jatuh ke Bumi.

12. AIR LEBIH CEPAT MENDIDIH DI GUNUNG DARIPADA DI PANTAI

Gambar 42. Air lebih cepat mendidih di gunung daripada pantai (sumber: http://science-aroundus.blogspot.com)

Sesuai dengan rumus gas ideal:PV=nRT

P=nRTV

, P T

Dimana, apabila tekanan rendah maka titik didihnya juga akan rendah. Begitu pula sebaliknya, tekanan sebanding dengan temperatur. Di gunung tekanannya rendah daripada di pantai karena besarnya tekanan tersebut akan berkurang sesuai rumus:

P=Po e−ky, y: ketinggian

Semakin tinggi tempatnya, makin rendah tekanannya. Di gunung tekanannya rendah sehingga titik didih air nya juga rendah. Di gunung, pada suhu 80o C air sudah mendidih sedangkan di pantai 100o C baru mendidih.

13. TERASA LEBIH SEJUK MEMAKAI BAJU PUTIH DI SIANG HARIBaju berwarna putih lebih banyak memantulkan kalor radiasi yang

mengenainya, sekaligus juga pemancar kalor yang buruk. Berbeda dengan baju yang baerwarna hitam akan lebih banyak menyerap kalor. Oleh karena itu, memakai baju putih di siang hari akan terasa lebih sejuk. Hal ini sesuai dengan rumus Stefan Boltzman:

PA

=I=eσ T 4, dengan e=0 (warna putih)

34

Gambar 43. Memakai baju berwarna hitam akan terasa lebih panas dibandingkan pakaian berwarna putih (sumber: http://detektif-fisika-doni.blogspot.com)

14. UJUNG SELANG AIR YANG UJUNG TERJEPIT, AIRNYA AKAN TERPANCAR

Ujung selang air yang ujungnya terjepit berarti luas penampangnya berkurang sehingga kelajuan alirannya meningkat. Hal ini sesuai dengan persamaan kontinuitas:

A1 v1=A2 v2

v1

v2

=A2

A1

Kelajuan aliran fluida tak termampatkan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari penampang sesuai persamaan:

v1

v2

=A2

A1

=π r2

2

π r12 =

π D 22

4π D1

2

4

v1

v2

=( r2

r1)

2

=( D2

D1)

2

Gambar 44. Pipa dengan ujung-ujungnya memiliki luas penampang yang berbeda (sumber: http://deteksiphysics.wordpress.com)

35

Saat ujung selang dijepit berarti memperkecil luas penampangnya dan air terpancar keluar dengan kelajuan yang besar. Berdasarkan persamaan Bernoulli:

P1+12

ρ v12=P2+

12

ρ v22

P1−P2=12

ρ(v¿¿22−v12)¿

Karena v2>v1, maka P1>P2 di mana tempat yang kelajuannya alirannya besar, tekanannya kecil. Air terpancar keluar dengan kuat dari ujung selang sebab beda tekanan antara sumber dan ujung selang menjadi bertambah besar jika ujung selangnya di jepit.

15. MENAJAMKAN PISAU DENGAN CARA MENGASAHPisau yang tumpul harus diasah (dipersempit luas permukaannya) agar lebih

tajam. Dengan luas permukaan yang kecil tersebut maka untuk besar gaya yang sama yang diberikan ke pisau saat digunakan maka tekanan yang dihasilkan pisau akan lebih besar daripada pisau yang tumpul.

Gambar 45. Mengasah pisau (sumber: http://id.prmob.net)

Ini sesuai dengan persamaan:P= tekanan (Pa)F= gaya tekan (N)A= luas bidang tekan (m2)

16. PAKU YANG LEBIH RUNCING AKAN TERTANCAP LEBIH MUDAHPaku yang lebih runcing akan tertancap lebih mudah karena paku yang lebih

runcing memiliki luas penampang yang kecil, sehingga tekanan yang dihasilkan lebih besar dan paku akan lebih mudah tertancap. Hal ini sesuai dengan rumus :

36

P= FA

Gambar 46. Ilustrasi paku runcing yang ditancapkan (sumber: http://www.freewebs.com )

17. PAKAIAN BERWARNA GELAP LEBIH CEPAT KERINGPakaian warna gelap lebih cepat kering bila dibandingkan dengan pakaian

berwarna terang karena permukaan baju berwarna gelap tersebut akan menyerap energi dan memancarkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan baju yang berwarna terang, sehingga pakaian yang berwarna gelap akan lebih cepat kering.

Gambar 47. Pakaian Hitam yang sedang dijemur (Sumber: blog-qucluk.blogspot.com )

18. BAN SEPEDA DAPAT MELETUS JIKA DIJEMUR DITERIK MATAHARI Ban sepeda di terik matahari dapat meletus karena terik matahari menyebabkan

perubahan suhu pada gas dalam ban sepeda, sehingga gas di dalam ban sepeda akan mengalami pemuaian, udara terisi penuh dan menekan dinding ban. Dan saat terkena panas matahari, volume udara dalam ban bertambah, sehingga udara menekan dinding ban semakin kuat. Pemuaian terjadi karena suhu diluar ban pada saat itu tinggi. Sehingga, menyebabkan ban dalam sepeda tidak mampu menahan udara yang semakin meluas, akibat dari pertambahan tekana dan volume udara didalam ban. Sehingga ban meletus. Makin besar suhunya, maka tekanannya makin besar sehingga ban dapat meletus.

37

Rumus :

Qt=eσA T 4

Gambar 48. Sepeda yang sedang dipanaskan (Sumber: http://lianuraini.blogspot.com)

Hal ini sesuai dengan rumus :

19. SUSAH MELIHAT ORANG YANG ADA DALAM MOBIL BERKACA HITAM

Ketika seseorang berada di dalam mobil yang kacanya berwarna hitam, maka orang yang berada di luar mobil akan sulit melihat orang yang berada di dalam mobil. Hal ini disebabkan karena permukaan kaca berwarna hitam akan menyerap dan memancarkan energi lebih besar sehingga menyebabkan orang tidak dapat melihat sesuatu yang berada di dalam mobil yang berkaca warna hitam. Selain itu, warna hitam juga dapat membaurkan pemantulan cahaya ke mata sehingga sulit melihatnya.

Seperti yang diketahui, permukaan benda yang hitam bersifat sebagai penyerap dan pemancar kalor radiasi yang baik.

Rumus kunci : f = s s'

s+s '

Gambar 49. Kaca hitam pada mobil (Sumber: mobil.otomotifnet.com)

38

ΔV =γ V 0 ΔT

pV=n R T

20. GELAS YANG TEBAL MUDAH PECAH JIKA DIISI AIR PANASGelas yang tebal akan mengalami pemuaian yang luas jika diisi dengan air

panas. Pemuaian sendiri diartikan sebagai bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Dalam hal ini, air panas mengakibatkan perubahan suhu pada gelas sehingga membuat gelas menjadi memuai. Pemuaian terjadi ketika zat dipanaskan (menerima kalor) dimana partikel-partikel zat bergetar lebih cepat sehingga saling menjauh dan benda memuai. Sebaliknya, ketika zat didinginkan (melepas kalor) partikel-partikel zat bergetar lebih lemah sehingga saling mendekati dan benda menyusut.

Gambar 50. Gelas yang diisi air panas (Sumber: kopiluwakamstirdam.com)

Gelas kaca yang tebal akan lebih mudah pecah dibandingkan dengan gelas kaca yang tipis. Hal ini dikarenakan gelas kaca yang tebal lebih lambat menghantarkan panas dibandingkan dengan gelas kaca yang tipis sehingga akan lebih mudah pecah.

Retaknya gelas tebal ketika diisi air mendidih karena sisi dalam gelas memuai lebih dahulu daripada sisi luarnya. Dengan kata lain, gelas tiba-tiba pecah ketika diisi dengan air panas karena bagian dalam gelas sudah memuai sedangkan bagian luar gelas belum memuai. Jadi dapat dipahami bahwa dalam kasus ini, gelas mengalami pemuaian zat padat.

Salah satu cara untuk mengatasi agar gelas tidak pecah ketika diisi dengan air panas adalah dengan pembuatan gelas dari jenis pyrex yang tahan panas.

Pemuaian luas berbagai zat bergantung pada luas awal, koefisien muai luas, dan perubahan suhu sehingga menyebabkan gelas mudah pecah.

Rumus Kunci : pV=n R T ;Q=m c∆ T

p=12

ρ (V 2 )

∆ A=A0 β ∆ T

39

w

R

F

(C)Tuliskan rumus fisika ‘kunci’ yang dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja produk fisika terapan sederhana berikut:01. KATROL

Gambar 51. Sebuah Katrol (Sumber: Penulis)

Katrol adalah roda yang dapat berputar pada suatu sumbu pinggirnya beralur untuk tempat menyangkut tali. Dengan tali melalui pinggir katrol ini, sebuah benda dapat ditarik. Selain itu, dengan katrol arah suatu gaya dapat diubah dan digunakan untuk mengangkat suatu beban. Katrol dapat digunakan untuk mempermudah pekerjaan seseorang. Katrol digunakan untuk mengambil air atau mengangkat beban yang berat. Katrol merupakan pesawat sederhana yang dapat memudahkan melakukan usaha. Dengan kata lain, Katrol berfungsi untuk membelokkan gaya sehingga berat beban tetap sama dengan gaya kuasanya tetapi dapat dilakukan dengan mudah.

Katrol dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

a. Katrol tunggal statis/Katrol tunggal tetapSalah satu kegunaan dari katrol ini adalah memudahkan untuk mengangkat beban karena gaya yang dilakukan oleh seseorang searah dengan gaya gravitasi. Katrol tunggal tetap, artinya katrol hanya berotasi saja dimana posisinya tetap. Katrol tetap digunakan untuk menimba air.Misalnya, sebuah katrol beradius R dengan beban sebesar ω di: gambarkan sebagai berikut:Bagian-bagian katrol tetap diperlihatkan pada gambar berikut:

Gambar 52. Katrol tunggal statis (Sumber: Penulis)

40

w

R

F

F

w

Rumus kunci:

τ w=τ F

R w=R Fw=F

Jika w > F, maka orang yang melakukan gaya (anggap saja manusia) maka orang yang melakukan gaya akan ikut tertarik keatas. Sedangkan apabila F < w, maka benda akan tertarik keatas.Adapun keuntungan mekanik dari katrol adalah:

Km=wF

=RR

=1

b. Katrol tunggal bergerakKatrol tunggal bergerak, artinya katrol bertranslasi dimana posisinya berpindah. Prinsip katrol tunggal bergerak, yaitu titik beban berada di antara titik tumpu dan titik kuasa.

Gambar 53. Katrol tunggal bergerak (Sumber: Penulis)

Adapun rumus kunci yang menyebabkan katrol berotasi, yaitu:τ=R x Fτ w=τ F

R w=( R+R ) FR w=2 R F

F=12

w

Keuntungan mekanik ( jumlah tali yang mengantung beban) :Km=wF

=2 RR

=2

c. Sistem katrol atau katrol bergandaKatrol berganda adalah penggabungan beberapa katrol, sehingga mempunyai keuntungan mekanik yang berlipat ganda dan kerja yang dilakukan semakin mudah. Keuntungan Mekanik (KM) katrol ganda adalah sama dengan banyaknya katrol yang tersusun pada sistem katrol atau dapat juga ditentukan dari banyaknya tali katrol yang digunakan untuk mengangkat beban. Sebagai contoh Jika katrol menggunakan tali yang menahan beban berjumlah 6, maka keuntungan mekaniknya adalah 6 kali.  

Gambar 54. Sistem katrol (Sumber: Penulis)

41

Pada gambar diatas, keuntungan mekanik (Km ¿ = 2. Sama seperti gambar 51 yang juga memiliki nilai keuntungan mekanik sama dengan dua, tetapi untuk katrol yang disusun pada gambar 52 ini, diketahui bahwa usaha yang dilakukan pada gambar 52 lebih kecil daripada usaha yang dilakukan pada gambar 51 sehingga beban yang ditarik akan terasa lebih ringan.

Gambar 55. Katrol berganda (Sumber: Penulis)

02. DONGKRAK HIDROLIKDongkrak hidrolik terdiri dari bejana dengan dua kaki (kaki 1 dan kaki 2) yang

masing-masing diberi penghisap. Penghisap 1 memiliki lias penampang A1 (lebih kecil) dan penghisap A2 (lebih besar). Bejana diisi dengan cairan, jika penghisap 1 anda tekan dengan gaya F1 zat cair akan menekan penghisap 1 keatas dengan gaya PA1, sehingga terjadi keseimbangan pada penghisap 1 dan berlaku:

P A1=F1atau P=F1

A1

Sesuai hukum Pascal, bahwa tekanan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar kesegala arah, maka pada penghisap 2 bekerja gaya keatas PA2. Gaya yang seimbang dengan ini adalah gaya F2 yang bekerja pada penghisap 2 dengan arah kebawah.

P A2=F2 atau P=F2

A2

Sehingga:F2

A2

=F1

A1

42

Penghisap

Muka air sumur

FD

CB

P

h

O

F Fn

A

Gambar 56. Prinsip dongkrak hidrolik (Sumber: budisma.web.id)

03. POMPA AIR ISAP TEKAN

Gambar 57. Prinsip pompa air isap tekan (Sumber: Penulis)

Ujung A ditekan dengan gaya F, maka pada ujung B dihasilkan gaya angkat P berarti vertikal keatas. Tentu saja torsi yang dihasilkan gaya F dan gaya P terhadap poros O adalah P(BO) = F(AO) supaya penghisap dari posisi P terangkat sampai posisi C besar gaya minimal sama dengan jumlah gesekan F dengan gaya hidrostatis air sehingga h. Jadi P = F + Fn . Gaya hidrostatis Fn sama dengan tekanan hidrostatis air.

P=F+Pn A=F+( ρair gh ) A

04. POMPA VAKUMTelah kita ketahui bahwa pada lapisan atas zat cair bekerja tekanan atmosfer.

Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bum. Pada tiap bagian atmosfer

43

bekerja gaya tarik gravitasi. Gaya tarik gravitasi menyebabkan zat cair di dalam suatu wadah selalu tertarik ke bawah, makin tinggi zat cair dalam wadah.

Po=ρc g h

Gambar 58. Prinsip pompa vakum (Sumber: onnyapriyahanda.com)

05. ALAT PENYEMPROT

Gambar 59. Sistem alat penyemprot nyamuk (Sumber: genius.smpn1-mgl.sch.id)

Ketika tuas ditekan, udara dipaksa keluar dari wadah penampung cairan, termampatkan melalui lubang sempit di atas lubang silinder yang memanjang ke bawah sehingga memasuki cairan. Semprotan udara berkelajuan tinggi menghisap cairan sehingaa cairan keluar sebagai kabut halus/embun.

Rumus Kunci:

P= kV

(HukumBoyle)

P + ½ ρV2 + ρgh = k ( Hukum Bernoulli)

44

h

Jika V besar , P kecil cairan terhisap ke atas karena di botol P nya tinggi. Ketika tuas di tekan V kecil, P besar cairan tersemprot keluar.

06. SISTEM GEAR

Gambar 60. Prinsip sistem gear (Sumber: Penulis)

Hubungan sistem gear merupakan hubungan roda-roda bersinggungan. Jika arah putar kedua roda berlawanan maka kelajuan linear kedua roda adalah sama

Rumus Kunci : V1 = V2 atau ω1r1=ω2 r2

07. PANCI TEKANKetika panci dipanaskan, air menguap oleh karena panci ditutup rapat maka uap

hanya terperangkap di atas permukaan air dan menyebabkan tekanan di atas permukaan naik dan menyebabkan titik didih air berubah ( > 100°C). titik didih yang tinggi menyebabkan makanan lebih cepat matang. Untuk menjaga tekanan uap di atas permukaan air tidak melebihi nilai tekanan yang membahayakan, panic dilengkapi dengan suatu alat pengatur tekanan berupa tutup pengaman. Katup ini berupa pemberat yang diam di atas lubang di atas tutup panci. Ketika tekanan uap besar, katup terangkat sehingga sejumlah uap dapat lolos keluar.

Rumus kunci:

E k=32

kT12

mV 2=32

ktp=13

ρ V 2

p=nRTV

T= pVnR

Gambar 61. Panci tekan (Sumber: yellow-star-on-the-sky.blogspot.com)

45

Gambar 62. Sistem panci tekan (Sumber: Penulis)

08. BIMETAL

Bimetal adalah sensor suhu atau sensor temperatur yang sangat populer karena kesederhanaannya. Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah lempengan logam yang bgrebeda koefisien muainya α yang direkatkan menjadi satu.

Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian tergantung dari jenis logam dan temperatur kerja logam tersebut. Bila dua lempengan logam saling didekatkan dan dipanaskan, maka logam yang memiliki koefisien muai lebih tinggi akan memuai lebih panjang dan sebaliknya. Oleh karena perbedaan tersebut, bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefisien muainya lebih rendah.

Pada bimetal berlaku rumus:∆ L=l0α ∆ T

Gambar 63. Bimetal yang dipanaskan (Sumber: tentangkostku.blogspot.com )

09. SOLDER LISTRIKMerupakan perubahan energi listrik menjadi energi kalor (elemen pemanas) dan kawat

halus dari hambatan jenis besar (nikel). Kawat dililitkan seluruhnya ditutup lagi dengan isolator

tahan panas. Dimana prinsip kerjanya sama seperti bimetal: ∆ L=l0α ∆ T

Gambar 64. Bimetal yang dipanaskan (Sumber: boloanker.blogspot.com )

10. KOMPOR SURYA

46

Gambar 65. Sistem kompor surya (Sumber: www.ristizona.com)

Merupakan perangkat masak yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi. Dimana energi cahaya diubah menjadi energi panas, dengan cermin sebagai pemusat cahaya dan panas matahari ke area masak yang kecil.

η=μ0 I

P a

11. MOTOR KALORGagasan dasar dibalik penggunaan motor kalor adalah bahwa kalor bisa diubah

menjadi energi mekanik hanya jika kalor dibiarkan mengalir dari tempat bersuhu tinggi menuju tempat bersuhu rendah.

Gambar 66. Sistem motor kalor (Sumber: sigitsetya.wordpress.com )

Selama proses ini, sebagian kalor diubah menjadi energi mekanik (sebagian kalor digunakan untuk melakukan kerja), sebagian kalor dibuang pada tempat yang bersuhu rendah. Ketika mengalir dari tempat bersuhu tinggi menuju tempat bersuhu rendah, sebagian QT diubah menjadi energi mekanik (digunakan untuk melakukan kerja/W), sebagian lagi dibuang sebagai QR. Dengan demikian, berdasarkan kekekalan energi, bisa disimpulkan bahwa:

QT = W + QR

Dengan efisiensi mesin

47

η=1−QR

QT

12. KULKASPembuatan kulkas merupakan penerapan hukum II Termodinamika

∆Q = T.∆SFreon masuk kompresor dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur rendah,

keluar dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi kemudian masuk ke kondensor. Dari kondensor dalam bentuk cairan (temperatur dan tekanan tinggi) ke katup ekspansi tekanan turun (bentuk uap dan cairan) masuk ke evaporator. Dari evaporator keluar dalam bentuk uap dan masuk lagi kekompresor. Untuk merubah nya menjadi uap evaporator menyerap panas disekelilingnya, karena evaporator diletakan didalam kulkas maka kulkas pun menjadi dingin. Siklus ini terus berulang.

Gambar 67. Prinsip kerja kulkas (Sumber: teachintegration.wordpress.com)

13. GITARSebuah gitar menghasilkan suara dengan cara berikut :

a. Saat senar bervibrasi, getaran ditransmisikan ke saddle.b. Saddle mentransmit getaran ke soundboard.c. Soundboard dan badan gitar menguatkan suara yana dihasilkan.d. Suara keluar dari lubang (resonant cavity)

Resonansi ke n terjadi pada panjang kolom udaraL = (2n+1) ¼ λ

48

½ λ

Dan frekuensi gitar :f = 12 L √ F

ρA

Gambar 68. Gelombang pada senar gitar (Sumber: Penulis)

14. SERULING

Gambar 69. Gelombang pada senar gitar (Sumber: everything31.wordpress.com )

Prinsip Kerja:Resonansi terjadi pada kolom udara, jika seruling ditiup tentu akan terdengar bunyi tiupan itu menyebabkan udara dalam ruang/kolom udara bergetar.

Pada saat itu terjadi resonansi, panjang gelombang adalah 1

2λ

. Pada seruling bunyi merambat melalui 2 medium, yaitu udara dan zat padat. Rumus kunci :

v=√ βadρ

f = v❑=√ βad

ρ2l

Keterangan: βad = Modulus Bulk Adiabatik; dan ρ= Rapat massa udara di dalam suling

15. KACAMATA

49

Gambar 70. Kacamata (Sumber: paarif.com )

Prinsip Kerja kacamata:Cahaya yang datang akan diteruskan oleh kacamata sehingga bayangan jatuh tepat di retina.

Rumus yang digunakan:1s+ 1

s '=1

f

P=1f

16. MIKROSKOP

Gambar 71. Mikroskop elektron dan bagian-bagiannya (Sumber: https://www.google.com)

Mikroskop adalah alat optik untuk mengamati benda-benda yang sangat kecil. Mikroskop sederhana seperti gambar diatas terdiri dari dua buah lensa positif (cembung), lensa positif yang berdekatan dengan mata disebut lensa okuler. Lensa berfungsi sebagai lup, lensa positif yang berdekatan dengan benda disebut lensa objektif.

Benda yang di amati diletakkan di depan lensa objektif lebih kecil daripada jarak titik api lensa okuler. Benda yang di amati diletakkan di depan lensa objektif antara f ob dan 2 f ob (f ob< I<2 f ob¿. Bayangan yang dibentuk oleh lensa objektif adalah I 1

yang bersifat nyata, terbalik dan diperbesar I 1 ini dipandang sebagai benda oleh lensa

okuler, supaya… diperbesar, maka I 1 harus terletak di depan lensa okuler diantara titik

50

0 dan jarak fokus okuler f ok . Jadi, lensa okuler berfungsi sebagai lup. Bayangan akhir I 2 yang dibentuk oleh lensa okuler terletak di depan lensa okuler. Bersifat maya,

diperbesar dan terbalik terhadap arah benda semula diperbesar mikroskop adalah perbandingan sudut pandang melihat benda menggunakan mikroskop (β ) dengan sudut pandang melihat benda tanpa mikroskop (α ) jika benda ditempatkan di titik dekatnya.

Rumus perbesaran yang berlaku:

m=γ=βα

M ob=h 'ob

hob

=−S 'ob

Sob

M ok=Fn

Fok

+1, untuk mata berakomodasi maksimum

M ok=Fn

Fok

, untuk mata tidak berakomodasi

M=M ob × M ok, perbesaran total mikroskopd=f 'ob+ f ok, panjang mikroskop

17. KAMERA

Gambar 72. Kamera dan bagian-bagiannya (Sumber: https://www.google.com)

Kamera Film atau motion picture camera dipakai untuk memotret gambar satu persatu dengan kecepatan yang teratur. Pemotretan yang dimaksud mempunyai prosedural sama dengan cara yang dilakukan oleh kamera still foto. Perbedaannya

51

adalah pada hasil di mana foto dilihat sebagai barang cetakan tapi dalam bentuk proyeksi ke layar.

Pemotretan dengan kecepatan teratur diberdayakan untuk proyeksi. Misalnya gambar bergerak normal jika dipotret sebanyak 24 gambar per detik. Jika kurang atau lebih kecepatannya yang didapat adalah gerak tak normal.

Gambar yang diputar berurutan menghasilkan ilusi akibat kerja kamera yang pada prinsipnya berhubungan dengan persistence of vision dan intermittent movement.

Prinsip Kerja Prinsip kerja kamera film itu dibangun oleh mekanisme yang disebut intermittent movement. Sebelumnya perlu dijelaskan beberapa pengertian menyangkut bagian dari mekanisme agar lebih mudah mengetahui prinsip kerja kamera film.a. Shutter

Shutter kamera film berfungsi untuk menutup dan membuka lubang masuk cahaya ke film yang dihadapkan ke aperture atau camera gate. Karena fungsinya itu, shutter umumnya berbentuk busur berporos untuk melakukan rotasi. Karena itu disebut rotating disk dengan cut out 180 derajat.Pelaksanaan fungsi terjadi sewaktu berputar. Ketika membuka film dicahayai dan ketika menutup film berganti.Karena itu perlu dijelaskan fungsi komponen lain claw yang akan dijelaskan lebih lanjut.

b. Pull Down ClawClaw atau pull down claw berfungsi untuk menarik film dari dan ke camera gate. Proses kerjanya unik karena bekerja ketika shutter menutup sehingga film yang sudah dicahayai dan fil baru tidak terkena sinar.Film yang mendapat giliran dicahayai ditekan oleh pasak pengerat lalu mengendur ketika shutter menutup kemudian dikait oleh claw.Cara kerja pull down claw adalah mengait frame film pada sprocketnya seperti cara burung pelatuk.

c. BateraiSumber daya yang menggerakkan kamera film adalah listrik yang diubah menjadi arus searah. Fungsi itu diambil alih baterai karena lebih mudah membawanya.

Intermittent Movement Pengertian Intermittent Movement dibangun oleh diantaranyaseperti dijelaskan dalam prinsip kerja tadi, dan:a. Frame, Sifat intermittent movement berhubungan dengan framing yang dilakukan

oleh aperture. Setiap kamera membuat frame sesuai ukurannya. Frame motion picture yang umum adalah 35 mm dan 16 mm. Untuk pemakainan khusus ada yang berukuran 8 mm dan 70 mm.

b. Sprocket, Sprocket atau perforasi adalah lubang-lubang di tepi frame yang berguna untuk sangkutan claw ketika bekerja menarik film.

52

Gambar 73. Sprocket (Sumber: https://www.google.com)

c. Magazin, Magazin adalah tempat menyimpan film. Prinsipnya mengambil tugas darkroom. Film aman di dalamnya. Magazin memasok dan menyimpan film setelah dicahayai.

Gambar 74. Magazine (Sumber: https://www.google.com)

d. Loop, Bila kita memasang film di proyektor, dianjurkan membuat loop agar tarikan

film lentur. Nampaknya hal ini disebabkan ketika memasang film ke camera gate

dengan cara yang sama. Jadi agar film lentur ditarik dari magazin maka looping

mutlak berlakunya.

53

Gambar 75. Loop (Sumber: https://www.google.com)

e. Pilot Pin, Pilot Pin atau registration pin adalah alat yang bertugas mengarahkan film yang akan dicahayai dengan bekerjasama dengan claw.

Perlu diingat bahwa bila semua komponen yang disebut di atas dimiliki oleh semua jenis kamera, tapi untuk pilot pin hanya beberapa jenis saja yang menggunakannya. Pada dasarnya, tanpa pin, film akan bergerak menurut azas intermittent. Sayangnya bila ada kecerobohan ketika looping maka film tanpa pilot akan berputar terus sampai kusut.

Gambar 76. Pilot pin (Sumber: https://www.google.com)

Akhirnya pengertian terhadap persistence of vision dibangun oleh sifat motion picture atau bioskop. Maksudnya, seperti menonton film, adapun gambar yang sampai di mata adalah gambar yang sudah tergulung di rel karena sudah tinggal kesan akibat diilusikan oleh proyeksi.

54

Fenomena ini terjadi karena cepatnya frame berganti (1/50 detik) mengakibatnya memori lama yang tersimpan diotak belum hilang muncul memori baru sudah menggantikannya, sehingga persambungan frame tidak lagi dapat dilihat mata.

Rumus fisika sesungguhnya adalah “persistence of vision with regard no moving object” atau sering disebut ilusi.

Rumus kunci : P=−100PR

18. TEROPONG

Gambar 77. Teropong dan jalannya sinar yang masuk kedalamnya (Sumber: https://www.google.com)

Teropong atau teleskop adalah sebuah alat yang digunakan untuk melihat benda-benda yang jauh sehingga tampak lebih jelas dan lebih dekat. Secara umum teropong terdiri atas dua buah lensa positif. Satu lensa mengarah ke obyek dan disebut lensa obyektif dan satu lensa mengarah ke mata dan disebut lensa okuler.

Berdasarkan fungsinya teropong dibagi menjadi:teropong bintang, teropong bumi, dan teropong panggung

Prinsip utama pembentukan bayangan pada teropong adalah: lensa obyektif membentuk bayangan nyata dari sebuah obyek jauh dan lensa okuler berfungsi sebagai lup. Dengan demikian cara mengamati obyek apakah mau dengan cara berakomodasi maupun tidak berakomodasi tergantung dari posisi lensa okulernya. Oleh karena itu jarak antara obyektif dan okuler dapat diubah-ubah.Panjang teropong adalah jarak antara lensa obyektif dan lensa okulernya.

a. Teropong Bintang

55

Gambar 78. Teropong bintang (Sumber: https://www.google.com)

Teropong bintang digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang ada di langit (bintang).Teropong bintang terdiri dari sebuah lensa cembung yang berfungsi sebagai lensa obyektif dengan diameter dan jarak fokus besar, sedangkan okulernya adalah sebuah lensa cembung dengan jarak fokus pendek.

b. Teropong BumiTeropong bumi digunakan untuk mengamati obyek-obyek yang jauh

dipermukaan bumi. Teropong ini akan menghasilkan bayangan yang nampak lebih jelas, lebih dekat dan tidak terbalik. Teropong bumi terdiri dari tiga lensa positif dan salah satunya berfungsi sebagai pembalik bayangan.Pembentukan bayangan pada alat ini dapat dilihat dalam gambar berikut.

Panjang teropong bumi adalah panjang fokus lensa obyektif ditambah 2 kali jarak fokus lensa pembalik dan panjang fokus lensa okuler. Dengan rumus: d = fob + 4 fp + fok

Gambar 79. Jalannya sinar melalui lensa pada teropong (Sumber: https://www.google.com)

Untuk mengetahui berapa perbesaran teropong pada mata normal dapat menggunakan persamaan berikut:

56

M a=f ob

f ok 

c. Teropong PanggungTeropong panggung adalah teropong yang mengkombinasikan antara lensa

positif dan lensa negatif.Lensa negatif digunakan sebagai pembalik dan sekaligus sebagai okuler.Sifat bayangan yang terbentuk adalah maya, tegak, dan diperkecil. Perhatikan kegiatan berikut ini!

Gambar 80. Pembentukan bayangan pada teropong panggung (Sumber: https://www.google.com)

Prinsip kerja teropong panggung adalah sinar sejajar yang masuk ke lensa obyektif membentuk bayangan nyata tepat di titik fokus obyektif. Bayangan ini akan berfungsi sebagai benda maya bagi lensa okuler. Dan oleh lensa okuler akan dibentuk bayangan yang dapat dilihat oleh mata. Pada pengamatan tanpa berakomodasi maka panjang teropong adalah :

d = f (ob) – f (ok)

Dengan d=panjang teropong dalam meter, f (ob) = panjang fokus lensa obyektif dalam meter, dan f (ok) = panjang fokus lensa okuler dalam meter

19. PERISKOPPeriskop merupakan alat optik untuk mengamati suatu objek dari posisi

tersembunyi. Periskop sederhana dapat dibuat dengan menggunakan tabung yang diberikan cerminparalel yang saling berhadapan dengan sudut 45° pada setiap sisinya. Periskop sederhana sering digunakan sebagai alat untuk melihat ketika dihalangi kerumunan orang. Periskop yang canggih biasa ditemukan pada kendaraan tempur lapis baja dan kapal selam.

57

Gambar 81. Periskop (Sumber: https://www.google.com)

Prinsip dari periskop:A = Periskop menggunakan dua cermin datar.B = Periskop menggunakan dua prisma sama kaki.3-4 = Cermin datar.5-6 = prisma sama kaki.7-8 = mata pengamat.7-8 = Tabung periskop.H = Tinggi sudut optik periskop.

20. OHPOverhead projector biasanya terdiri dari sebuah kotak besar yang berisi lampu

sangat terang dan kipas untuk mendinginkannya. Di atas kotak adalah besar lensa fresnel yang collimates cahaya. Di atas kotak, biasanya pada lengan panjang, adalah cermin dan lensa yang memfokuskan cahaya dan meneruskan ke depan bukan ke atas.

58

Gambar 82. OHP dan bagian-bagiannya (Sumber: http://www.google.com)

Transparansi ditempatkan di atas lensa untuk ditampilkan. Cahaya dari lampu perjalanan melalui transparansi dan ke dalam cermin di mana ia bersinar maju ke layar untuk ditampilkan. Cermin memungkinkan baik presenter dan penonton untuk melihat gambar pada saat yang sama, presenter menatap transparansi seolah-olah menulis, penonton melihat ke depan di layar. Ketinggian cermin dapat disesuaikan, untuk fokus baik gambar dan membuat gambar lebih besar atau lebih kecil tergantung pada seberapa dekat proyektor ke layar.

Berkualitas lebih baik proyektor overhead menawarkan roda penyesuaian atau sekrup pada tubuh proyektor, untuk memindahkan lampu menuju atau menjauh dari lensa fresnel. Ketika cermin di atas lensa digerakkan terlalu tinggi atau terlalu rendah, akan bergerak keluar dari jarak fokus terbaik untuk gambar merata putih, menghasilkan gambar yang diproyeksikan dengan renda warna biru atau cokelat di sekitar tepi luar layar. Memutar roda penyesuaian bergerak lampu untuk memperbaiki jarak fokus dan mengembalikan citra serba putih yang diproyeksikan.

Teknologi lampu dari sebuah proyektor overhead biasanya sangat sederhana dibandingkan dengan LCD modern atau DLP proyektor video. Overhead Kebanyakan menggunakan sebuah lampu yang sangat tinggi daya halogen yang dapat mengkonsumsi sampai 750 watt namun menghasilkan gambar yang cukup redup,

59

menguning. A-tinggi aliran blower diperlukan untuk menjaga bola lampu dari mencair sendiri karena output panas. Selanjutnya, panas yang hebat biasanya menyebabkan lampu halogen untuk gagal cepat, sering berlangsung kurang dari 100 jam sebelum gagal dan membutuhkan pengganti. Sebuah LCD modern atau DLP menggunakan lampu busur yang memiliki tinggi keberhasilan bercahaya dan berlangsung selama ribuan jam. Sebuah negatif ke LCD / DLP teknologi adalah waktu pemanasan diperlukan untuk lampu busur.

Proyektor overhead yang lebih tua menggunakan tubuh lampu tabung kuarsa mengandung filamen saja, yang dipasang di atas reflektor berbentuk mangkuk dipoles. Namun karena lampu itu tergantung di atas dan di luar reflektor, sejumlah besar cahaya itu, ia dilemparkan ke samping di dalam tubuh proyektor yang terbuang dan membutuhkan lampu yang sangat besar untuk penerangan layar cukup. Proyektor yang lebih baru menggunakan lampu terintegrasi dan perakitan reflektor berbentuk kerucut yang memungkinkan lampu untuk ditempatkan jauh di dalam reflektor sehingga cahaya yang lebih difokuskan ke arah lensa fresnel, memungkinkan untuk lampu daya rendah.

21. SOLAR SEL

Gambar 83. Solar sel (Sumber: http://www.google.com)

Ketika cahaya bersentuhan dengan sel surya dan diserap oleh bahan semi-konduktor, terjadi pelepasan elektron. Apabila elektron tersebut bisa menempuh perjalanan menuju bahan semi-konduktor pada lapisan yang berbeda, terjadi perubahan sigma gaya-gaya pada bahan. Gaya tolakan antar bahan semi-konduktor inilah menyebabkan aliran medan listrik.

Parameter yang mempengaruhi jumlah listrik yang dihasilkan: Cuaca (iklim) daerah sekitarnya dan Intensitas (jumlah) cahaya pada sel fotovoltaik.

Rumus kunci :E = ∆m c2

60

22. CERMIN SPIONCermin spion pada mobil atau motor merupakan cermin cembung. Adapun

pembentukan bayangan pada cermin cembung/ spion adalah sebagai berikut:

Gambar 84. Pembentukan bayangan pada Kaca spion (Sumber: http://masthoyib.blogspot.com)

Spion menggunakan cermin cembung agar bayangan kendaraan lain yang dihasilkan terlihat tegak.

Rumus kunci:1f=1

s+ 1

s'

M=h'

h=−s '

sUntuk ukuran yang sama, cermin cembung memberikan medan penglihatan

yang lebih luas dibandingkan cermin datar. Oleh karena itu, cermin cembung digunakan pada kaca spion. Pengemudi dapat melihat dengan pandangan yang lebih luas pada keadaan jalan di belakangnya. Kerugian menggunakan cermin cembung adalah bayangan yang dihasilkan lebih kecil, sehingga memberi kesan pada pengendara seakan-akan mobil-mobil atau yang lain dibelakangnya lebih jauh daripada jarak sesungguhnya. Oleh karena itu, pengemudi dianjurkan berlatih memperkirakan jarak bayangan dengan jarak sesungguhnya.

23. BEL LISTRIKElektromagnet dalam bel listrik berupa inti besi yang berbentuk huruf U. inti

besi tersebut dililiti kumparan dengan arah belitan yang berbeda. Hal ini dilakukan

61

dengan maksud agar diperoleh kutub magnet yang berbeda jika kumparan tersebut dialiri arus listrik.

Gambar 85. Bel listrik (sumber: www.google.co.id)

Ketika saklar ditekan, terjadi aliran arus listrik. Akibatnya, inti besi lunak menjadi elektromagnet. Elektromagnet ini dapat menarik jangkar besi lunak. Saat jangkar besi tersebut menempel pada elektromagnet, pemukul akan mengenai bel sehingga terjadilah bunyi.

Selama jangkar besi menempel pada besi lunak, aliran arus listrik akan terputus. Hal ini menyebabkan sifat kemagnetan inti besi lunak hilang. Akibatnya, jangkar besi lunak kembali ke posisi semula. Demikianlah hal ini berlangsung berulang-ulang selama saklar bel ditekan. Alat untuk menyambung dan memutus arus listrik secara berulang-ulang secara otomatis disebut interuptor. Jadi, elektromagnet pada bel listrik memutus dan menyambung arus listrik dengan cepat secara otomatis.

Rumus kunci:

Hukum Biot-Savart: B=μo I

2 πa

F=k ∆ x, Eb=2π2 m f 2 A2

Ketika tombol ditekan, arus listrik dari baterai mengalir dari kutub (+) baterai menuju tombol tekan, lalu interuptor bilah pegas, hingga elektromagnetik kutub (-) baterai. Elektromagnetik yang dialiri arus listrik bersifat sebagai magnet kutub. Timbullah gaya Lorentz F=Bil dan timbul induksi magnetik sebesar B=μo∈¿. Ujung kanan elektromagnetik menarik bilah pegas yang mengandung pemukul. Pemukul itu

mengenai bel maka bel akan berbunyi dengan energi Eb=2m π2 f 2 A .

62

Begitu pemukul bergerak untuk memukul bel, kotak elektromagnetik ke baterai terputus. Elektromagnetik tak dialiri arus sehingga ia kehilangan sifat magnetnya dan tak mampu lagi menarik bilah pegas. Gaya lenting pegas F=−k ∆ x menyebabkan bilah pegas berikut pemukul kembali ke posisi semula.

Gambar 86. Bel listrik tampak sisi depan, bawah dan sisi samping (sumber: www.google.co.id)

24. MOTOR LISTRIKMotor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi putaran

(gerak). Motor listrik arus searah menggunakan sumber listrik arus searah. Elemen-elemen motor listrik sama dengan galvanometer, kecuali pegas ditiadakan agar kumparan dapat berputar terus. Susunan dasarnya adalah magnet permanen, penghantar berbentuk gelung, cincin belah (komutator) sikat, dan sumber arus searah.

Motor listrik bekerja berdasarkan momen kopel yang bekerja pada suatu simpal (gelung atau loop) dengan arah normal bidang tegak lurus terhadap arah induksi magnetik yang dihasilkan oleh magnet. Momen kopel yang bekerja pada proses simpul menyebabkan simpul berputar.

63

Gambar 87. Motor listrik (sumber: www.google.co.id)

Gelung hanya dapat berputar 180o. Supaya gelung dapat berputar terus maka pada ujung tiap gelung dipasang cincin belah. Pada tiap cincin belah ditempelkan grafit. Batang grafit inilah yang disebut sikat. Cincin belah akan berputar bersama dengan gelung, tetapi sikat-sikat akan tetap diam ditempatnya.

Misalkan kedudukan gelung seperti gambar di atas, arus listrik mengalir melalui S1→C1→ABCD→C2→S2→kutub baterai (-). Sisi gelung CD dekat kutub utara mengalami gaya ke atas dan sisi gelung AB mengalami gaya ke bawah. Akibatnya, gelung ABCD berputar searah jarum jam.

Setelah 180o, terjadi pertukaran persentuhan sikat dan cincin belah. Arus listrik mengalir dari kutub (+) baterai melalui S1→C2→DCBA→S2→C1→kembali ke kutub (-) baterai. Arus listrik yang melalui sisi gelung yang dekat dengan CD dan AB tidak berubah, sehingga ABCD akan terus berputar searah jarum jam. Jadi, setiap kali gelung berputar 180o terjadi pertukaran persentuhan sikat dengan cincin belah. Cincin belah berfungsi sebagai penukar arus (komutator).

Prinsip kerja motor listrik bergubungan erat dengan gaya Lorentz, yaitu gaya magnetik yang muncul ketika kawat berarus yang diletakkan memotong garis-garis medan magnetik yang dihasilkan oleh pasangan kutub utara-selatan suatu magnet tetap. Adapun besar gaya Lorentz dinyatakan oleh:

F=iLB sin θDengan L adalah panjang konduktor dan θ adalah sudut apit terkecil antara arus i dan arah induksi magnetik B.

64

Besar momen kopel yang dialami simpal (loop) penghantar berarus dalam medan magnetik:

μ=NiBA sinθDengan N adalah banyaknya lilitan, dan Aadalah luasan loop (m2).

Serta kaidah tangan kanan seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut

Gambar 88. Kaidah tangan kanan (sumber: www.google.co.id)

25. GENERATORPerubahan fluks magnetik yang melalui suatu kumparan penghantar

menginduksikan arus listrik dalam kumparan itu. Ini sesuai dengan hukum Faraday-Lenz. Inilah prinsip dasar generator yang dapat membangkitkan daya yang sangat besar.

Generator terdiri atas dua bagian utama. Stator atau bagian diam yang terdiri atas kumparan tembaga. Rotor yang terdiri atas magnet yang menghasilkan fluks magnetik. Rotor ini memiliki poros yang berputar melalui pusat stator. Jika rotor bergerak, fluks magnetik yang dilingkupi kumparan dalam stator berubah secara periodik terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini menimbulkan ggl induksi bolak-balik.a. Generator Arus Bolak-balik AC

Terminal generator berupa cincin C1 dan C2. Hubungan dengan beban terjadi melalui sifat tembaga lunak yang kontak dengan cincin terminal yang berputar. Suatu kumparan terdiri atas beberapa lilitan kawat diputar dalam medan magnet B⃗. Bila sudut antara medan magnet B⃗ dan arah normal n̂ (arah normal ialah arah yang tegak lurus bidang loop) adalah θ, maka perputaran kumparan mengubah besar sudut θ atau cosθ. Sebagai akibatnya, pada ujung loop timbul ggl induksi ε , yang dihitung berdasarkan persamaan:

ε=−NBAddt

¿

bila loop diputar dengan kecepatan sudut ω maka θ=ωt dan persamaan di atas dapat sebagai berikut:

65

ε=−NBAddt

¿

ε=nBAω sin ωt

Jika ggl induksi maksimum antara ujung-ujung sikat mata dengan ε m, maka:

ε=ε msin ωt=NBAωsin ωt

Dengan ggl maksimum:ε m=NBAω

Dengan ε=¿ ggl induksi sesaat, ε m=¿ ggl induksi maksimum, ω=¿ kecepatan sudut putar dari loop dan t=¿ lama loop telah diputar.

Gambar 89. Generator AC (sumber: www.google.co.id)

Nyatakanlah bahwa ggl induksi yang dihasilkan pada loop berubah

terhadap waktu setiap satu periode T=2 πω

.

b. Generator Arus Searah (DC)Dasar kerja generator arus searah (DC) hampir sama dengan generator

AC. Generator DC berbeda dengan generator Ac hanya dari bentuk cincin terminalnya saja. Pada generator DC cincin terminalnya hanya satu buah. Cincin ini terdiri atas setengah cincin C1 dan setengah cincin C2 yang dipisahkan oleh isolator. Cincin termal ini disebut cincin belah atau komutator. Karena bentuk cincin seperti ini maka ggl induksi yang timbul hanya mempunyai satu tanda. Arus yang dihasilkan disebut arus searah atau DC.

66

Gambar 90. Generator DC (sumber: www.google.co.id)

26. MICROFONGetaran pita suara seorang yang berbicara di depan mikrofon adalah getaran mekanik. Getaran mekanik menghasilkan suara yang bentuk gelombangnya seperti gambar. Tampak bahwa pada getaran mekanik, amplitodunya makin lama makin kecil dan akhirnya nol. Jadi, getaran mekanik tidak dapat mencapai jarak jauh. Setelah menempuh jarak 10 meter getaran ini sudah hilang. Supaya dapat mencapai jarak jauh, maka getaran harus diubah menjadi getaran listrik. Ini karena getaran listrik lebih mudah diangkut untukk menempuh jarak yang jauh.

Gambar 91. mikrofon (sumber: www.google.co.id)

Alat yang berfungsi untuk mengubah getaran mekanik menjadi getaran listrik adalah mikrofon. Ada berbagai macam mikrofon: mikrofon elektrodinamik, mikrofon kapasitor, mikrofon karbon, mikrofon kristal, mikrofon elektromagnetik, dan mikrofon pita. Ketika berbicara pada mikrofon, tiap tekanan suaramu menekan pelat atau diafragma alumanium ke dalam sehingga serbuk-serbuk karbon tertekan. Ketika serbuk-serbuk karbon tertekan, hambatan listriknya menjadi lebih kecil sehingga menyebabkan gelombang arus listrik mengalir melalui rangkaian. Jadi, begitu kamu

67

berbicara pada mikrofon, tekanan-tekanan suaramu diubah menjadi sederetan gelombang-gelombang arus listrik dalam rangkaian.

Rumus kunci:

Eb=12

mω2 A2

EL=VIt=I 2 Rt

Pesawat pengirim getaran gelombang bunyi. Mikrofon terdiri dari serbuk karbon (arang) dan diafragma yang berupa membran (selaput tipis). Alat ini berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi bunyi (suara).

Gambar 92. Prinsip kerja mikrofon (sumber: www.google.co.id)

Dasar kerja mikrofon adalah jika gelombang bunyi jatuh pada membran akan mengakibatkan serbuk karbon bergetar. Getaran ini mengakibatkan hambatan (R) berubah-ubah sehingga kuat arus (i) berubah pada saat serbuk karbon menekan, maka hambatannya mengecil, akibat kuat arus menjadi kecil dan perubahan kuat arus ini diteruskan ke pesawat penerima. Kemudian dirubah lagi menjadi suara.

Eb=2π2 m f 2 A2 .

27. LOUDSPEAKERKebanyakan loudspeaker bekerja berdasarkan prinsip bahwa suatu medan

magnetik akan mengerjakan sebuah gaya pada kawat berarus, disebut gaya Lorentz. Besar gaya Lorentz:

F=iLB sin θDengan L adalah panjang konduktor dan θ adalah sudut apit terkecil antara

arus idan arah induksi magnetik B⃗.

68

Berikut ini menunjukkan desain speaker yang memiliki tiga bagian dasar: basket kerucut, kumparan suara, dan magnet permanen.

Gambar 93. Konstruksi loudspeaker dan bagian-bagiannya (sumber: www.google.co.id)

Kerucut dipasang sedemikian rupa sehingga dapat bergetar maju dan mundur. Ketika bergetar, kerucut mendorong dan menarik molekul-molekul udara di depannya sehingga menciptakan gelombang bunyi. Pada puncak kerucut dipasang kumparan suara yang berbentuk silinder berongga, dimana kawat dililitkan mengitari silinder ini (selenoida). Kumparan suara dipasang menutupi salah satu kutub magnet permanen dan ia dapat bergerak secara bebas. Kedua ujung kawat kumparan suara dihubungkan ke terminal-terminal speaker yang terdapat pada panel belakang sebuah penerima.

Gambar 94. Penampang melintang loudspeaker (sumber: www.google.co.id)

Penerima bertindak sebagai sebuah generator AC yang mengirimkan arus bolak-balik ke kumparan suara. Arus AC berinteraksi dengan medan magnetik hingga dihasilkan gaya bolak-balik yang mendorong dan menarik kumparan suara berikut kerucutnya.

69

Untuk melihat bagaimana gaya magnetik muncul perhatikan gambar di atas yang merupakan penampang lintang dari sebuah kumparan suara dan magnet permanen. Arus listrik berarah masuk bidang kertas dalam setengah bagian atas kumparan suara dan keluar bidang kertas pada bagian bawah. Arah medan magnetik adalah tegak lurus terhadap arah arus, sehingga suatu gaya maksimum akan dikerjakan pada kawat. Aplikasi aturan telapak tangan kana untuk gaya Lorentz memberikan gaya magnetik F⃗ berarah ke kanan, dan ini menyebabkan kerucut dipercepat ke kanan. Setengah siklus AC berikutnya arus berbalik arah, sehingga gaya magnetiknya F⃗ juga berbalik arah, dan kerucut dipercepat ke kiri. Gaya magnetik bolak-balik akan menyebabkan kerucut bergerak maju mundur pada frekuensi tertentu yang sama, dan gelombang bunyi akhirnya dihasilkan. Jadi, yang berperan mengubah sinyal listrik AC dari penerima menjadi gelombang bunyi adalah gaya magnetik yang dialami oleh kawat berarus.

28. KAMERA TV

Bayangkan dari benda yang akan disiarkan difokuskan pada suatu permukaan sasaran tertentu dari suatu tabung petik (pick up) yang terdapat di dalam kamera. Permukaan ini dibagi menjadi kira-kira 367.000 elemen-elemen gambar mikroskopik (sangat kecil). Cahaya dari bayangan benda memberikan tiap elemen gambar suatu muatan listrik. Muatan listrik ini bervariasi sesuai dengan jumlah cahaya yang jatuh pada tiap elemen. Jadi, setiap elemen memiliki muatan listrik tertentu yang sama dengan sejumlah cahaya tertentu. pola dari elemen-elemen gambar ini di-scan (diperiksa secara terinci) oleh berkas elektron yang tebalnya kira-kira sama dengan diameter sebuah kepala peniti. Berkas elektron bergerak dari kiri ke kanan melintasi keseluruhan permukaan 525 kali untuk setiap gambar. Tiga puluh gambar di-scan setiap sekon. Elektron-elektron lewat melalui permukaan sasaran elektron ini menumbuk keping sinyal, suatu arus listrik dibangkitkan. Ini adalah sinyal listrik gambar (video) yang akan dipancarkan.

Jika Kita ingin menyiarkan gambar berwarna, Kita harus menggunakan kamera yang lebih kompleks. Televisi berwarna didasarkan pada prinsip bahwa campuran dengan komposisi berbeda antara sinar merah, kuning, dan biru (warna-warna primer) yang dapat menghasilkan setiap warna yang terdapat di alam.

70

Kamera video berwarna memiliki tiga buah tabung petik, masing-masing satu untuk merah, kuning, dan biru. Cahaya yang lewat melalui lensa kamera mengenai tiga buah cermin datar. Setiap cahaya yang dipantulkan cermin diarahkan ke tabung petik yang berbeda. Di depan tabung petik terdapat sebuah filter cahaya yang hanya meneruskan suatu warna. Tabung-tabung petik ini kemudian memproses bayangan persisi seperti tabung petik hitam-putih.

Gambar 95. Cara kerja kamera TV (sumber: www.google.co.id)

Kamera TV berfungsi mengambil gambar yang akan dipancarkan dan mengubah gelombang cahaya.

En=nhν=nhcλ

Elistrik=i2 Rt

Semakin banyak elektron yang terhambur, maka arus yang timbul akan semakin besar, sehingga energi listrik yang dihasilkan juga akan semakin besar.

29. TABUNG TVUntuk menghasilkan gambar, TV menggunakan berkas elektron yang bergerak.

Berkas elektron ini berasal dari pancaran elektron dalam tabung sinar katoda (CRT = Cathode Ray Tube). Cara kerja tabung sinar katoda dapat digambarkan sebagai berikut. Katoda diberi muatan negatif sehingga menjadi panas dan memancarkan elektron. Selanjutnya elektron ini ditarik oleh anoda yang bermuatan positif.

Pancaran elektron berkecepatan tinggi ini dihasilkan oleh bedil elektron yang difokuskan oleh lensa elektron. Kemudian, elektron diarahkan ke layar yang bertindak sebagai anoda bermuatan positif. Sisi bagian dalam layar dilapisi dengan serbuk yang mengandung flour atau fosfor. Flour atau fosfor akan memberikan sinar tampak pada saat terkena elektron berkecepatan tinggi.

71

Gambar 96. Tabung TV (sumber: www.google.co.id)

Untuk menampilkan jejak pada layar, berkas elektron harus dilenturkan secara horizontal dan vertikal dengan menggunakan dua elektroda paralel. Tabung gambar yang dipakai untuk telivisi sama dengan tabung sinar katoda, hanya bagian ujung tabung gambar telivisi lebih besar.

Pancaran telivisi sekaligus memancarkan informasi gambar dan suara. Gambar yang dipancarkan dihasilkan oleh kamera elektron pada lembaran peka cahaya yang selnjutnya dideteksi dengan cepat oleh berkas elektron. Untuk memproduksi gambar yang ditransmisikan stasiun TV digunakan CRT. Sistem lenturan (defleksi) pada CRT pesawat TV merupakan sistem lenturan elektromagnetik yang lebih cepatdibandingkan sistem lenturan elektrostatik.

Jika petak x dan y diberi tegangan maka elektron akan membelok ke arah pasangan pelat yang lebih tinggi tegangannya dan memenuhi rumus:

y= eE l2

2 m v2

Dimana: y=¿gerak penyimpangan elektron pada layare=¿muatan elektronE=¿pelat medan listrikl=¿jarak antara pelatm=¿massa elektronv=¿cepat rambat elektron

72

Gambar 97. Tabung TV (sumber: www.google.co.id)

Bintik yang bergerak menghasilkan 25 gambar diam secara terpisah setiap sekon, tetapi mata kita melihat sebagai sebuah gambar yang bergerak kontinu.

30. RADIO PENERIMA SEDERHANAPesawat penerima radio mengubah gelombang elektromagnetik yang

dipancarkan antena pemancar menjadi gelombang bunyi.

Eb=12

mω2 A2

Pesawat penerima radio terdiri 3 komponen utama, yakni antena penerima, rangkaian penerima, dan loudspeaker. Antena penerima berfungsi untuk mengubah gelombang elektromagnetik yang diterima antena menjadi sinyal listrik lalu memperkuatnya. Sinyal selanjutnya diubah menjadi bunyi oleh loudspeaker.

Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan antena pemancar ditangkap oleh antena penerima. Elektron dalam antena dipengaruhi oleh semua gelombang elektromagnetik yang berasal dari berbagai pemancar. Untuk memilih salah satu frekuensi dari banyak sekali frekuensi digunakan penala. Penala merupakan alat yang terdiri dari komparan dan kondensatorvariabel yang dapat berputar. Lingkaran getar mengadakan resonansi dengan salah satu pemancar sehingga gelombang elektromagnetik dari pemancar itu saja yang menggetarkan elektron di dalam antena.

73

Oleh karenanya getaran elekron terlalu lemah maka harus diperkuat dahulu dalam suatu rangkaian penerima.

Sinyal radio bermodulasi audio sebenarnya terdiri dari sinyal radio frekuensi tinggi dan sinyal audio frekuensi rendah. Agar bunyi dapat didengar, sinyal frekuensi rendah harus dipisahkan dari sinyal berfrekuensi tinggi. Untuk pemisahan tersebut dipakai detektor. Detektor tak lain merupakan alat pengarah.

Detektor meneruskan sinyal audio dan menahan sinyal frekuensi tinggi. Sinyal audio selanjutnya diperkuat dan dikirim ke loudspeaker. Detektor terbuat dari dioda atau transistor yang menghantarkan arus listrik hanya dalam satu arah.

Rumus kunci:

ψ=( E⃑ , H⃑ )d2ψdt2 = 1

μo εo

d2 ψd x2

ν=√ 1μo εo

ψ L=−ε sin(ωt−kx)ψm=−H sin (ωt−kx )ψb=A sin(ωt−kx)

f = 1

2 π √ LC

α=ik

iE

C=QV

EL=Vit=i2 RtEL=qV

B=μoiη

Eb=12

mω2 A2

74

Gambar 98. Diagram pesawat penerima radio (sumber: www.google.co.id)

(D) Tuliskan rumus fisika ‘kunci’ yang dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip kerja sistem instrumentasi dan kontrol sederhana berikut:01. TERMOMETER RAKSA

Alat untuk mengukur suhu dinamakan termometer. pengukuran oleh termometer ini merupakan pengukuran tidak langsung, yaitu pengukuran efek dari suhu yaitu pemuaian. Termometer memanfaatkan sifat termometrik zat untuk mengukur suhu. Sifat termometrik zat adalah sifat fisis zat yang berubah jika dipanaskan, misalnya volume zat cair, panjang logam, hambatan listrik seutas kawat platina, tekana gas pada volume tetap dan warna pijar kawat lampu.

Termometer yang paling umum digunakan untuk mengukur suhu dalam keseharian adalah termometer yang terbuat dari kaca dan diisi dengan zat cair. Sebagian besar termometer termasuk termometer raksa bergantung pada pemuaian materi terhadap naiknya temperatur. Termometer raksa bekerja berdasarkan prinsip bahwa raksa akan memuai (bertambahnya volume) jika dipanaskan sesuai rumus:

Pemuaian volume: ∆ V =γ V o ∆ T , dengan ∆ V =V−V o dan γ=3α .Selain itu, termometer bekerja berdasarkan penyerapan kalor dari benda yang

diukur suhunya sesuai rumus:Q=mc ∆ T

Pada termometer raksa, raksa memuai lebih banyak dari gelas ketika temperatur naik karena koefisien muai raksa lebih besar daripada kaca. Koefisien raksa adalah 1,82x10-3 /Co. sedangkan koefisien kaca dalah 9x10-6 /Co. Akibatnya ketinggian zat cair naik dalam tabung. Walaupun kaca juga memuai terhadap temperatur, namun umumnya terlalu kecil untuk diukur dengan akurat untuk perubahan temperatur biasa.

Penggunaan sebuah termometer untuk menunjukkan suhu suatu benda yang diukur, ditunjukkan dengan adanya skala pada termometer. Perubahan suhu pada

75

skala dapat dilihat dengan berubahnya atau naiknya zat cair pengisi termometer tersebut.

Termometer yang biasanya digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah termometer yang berisi alkohol atau raksa. Kelebihan-kelebihan raksa dibanding zat cair lain adalah:a. Raksa dapat dengan cepat menyerap kalor dari benda yang diukur, sehingga suhu

raksa segera sama dengan suhu benda yang diukur.b. Termometer yang diisi dengan raksa, memiliki jangkauan pengukuran yang besar,

karena titik beku raksa -39oC dan titik didihnya 357oC.c. Raksa tidak membasahidinding tabung, sehingga pengukurannya menjadi lebih

teliti.d. Pemuaian raksa adalah teratur (linear) terhadap kenaikan suhu.e. Raksa mengilat, sehingga mudah dilihat.

Kerugian menggunakan raksa sebagai zat termometrik, antara lain adalah:a. Raksa sangat mahal.b. Raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah (misalnya

suhu di kutub utara dan kutub selatan).c. Raksa termasuk zat beracun sehingga termometer raksa akan berbahaya jika

tabungnya pecah.Jika ada sebuah kalor diserap oleh sistem termometer maka kalor yang diserap

akan bergantung pada m , c , ∆ T . Akibatnya jika ada kenaikan suhu maka volume raksa akan memuai, kenaikan suhu sebanding dengan kenaikan panjang kolom raksa. Dengan membaca berapa kenaikannya maka dapat diprediksi kenaikan suhunya.

Gambar 99. Termometer raksa (sumber:spelayaran.blogspot.com)

Bila air raksa dipanaskan dengan menyentuhkan termometer pada benda yang lebih panas, air raksa lebih memuai daripada kaca, dan panjang kolom air raksa bertambah. Temperatur diukur dengan membandingkan ujung kolom air raksa dengan

76

tanda-tanda pada pipa kaca, dan panjang kolom air raksa kan bertambah. Tanda-tanda tersebut ditetapkan dengan cara berikut: termometer mula-mula diletakkan dalam es dan air yang berada dalam kesetimbangan pada tekanan 1 atm. Jika termometer mula-mula lebih panas daripada air es, panjag kolom air raksa akan berkurang, tetapi akhirnya akan berhenti berubah. Sekarang termometer dalam kesetimbangan termal dengan air es. Selanjutnya termometer diletakkan dalam air mendidih pada tekanan 1 atm, dan panjang kolom akan bertambah sampai berada dalam kesetimbangan termal dengan air mendidih. Posisi baru kolom itu ditandai sebagai temperatur titik uap.

02. BAROMETER RAKSAPada barometer raksa terdapat skala yang menunjukkan besarnya tekanan

udara. Tekanan udara ini dinyatakan dalam cmHg (cm raksa) dan disebut sikap barometer. Tekanan udara berkurang setiap kali kita naik ke angkasa. Tekanan udara sangat besar di permukaan laut, tetapi kecil di puncak gunung yang tinggi. Pengurangan tekanan udara adalah

P=hρgDengan ρ adalah massa jenis udara. Massa jenis udara dipermukaan laut kira-kira 1,3 kg/m3.

Pengurangan tekanan udara setiap 1 cmHg setara dengan kenaikan setiap 105 m. hal ini dapat ditentukan sebagai berikut:

1 cmHg=101300

N

m2

76=1333

Nm2

h=1333

N

m2

1,3kgm3 ×9,8

Nkg

=105m

Hasil penelitian menunjukkan bahwa setiap kenaikan 10 m dari permukaan laut, tekanan udara berkurang 1 mmHg.

h=76−x0,1

×10 m

Dengan h: ketinggian tempat di atas permukaan laut dan x: tekanan tempat di atas pemukaan laut (cmHg).

Salah satu bentuk barometer adalah barometer siphon. Barometer ini memiliki salah satu kaki yang lebih panjang dan tertutup, sedangkan kaki lainnya pendek dan terbuka. Sikap barometer sama dengan perbedaan tinggi permukaan raksa dalam kedua kaki barometer. Perubahan tekanan udara menyebabkan permukaan raksa yang atas naik, sedangkan permukaan raksa yang bawah turun. Demikian pula sebaliknya, oleh karena itu, pipa harus digeser naik atau turun dengan memutar sekrup di bawah, sehingga titik nol selalu dapat disesuaikan dengan permukaan raksa yang bawah.

77

Pengukuran tekanan umum yang lain adalah barometer raksa (mercury barometer). Terdiri atas sebuah tabung gelas yang panjang, tertutup pada salah satu ujungnya yang telah diisi raksa dan dibalikkan ke dalam wadah raksa. Ruang di atas kolom raksa hanya berisi uap raksa. Tekanannya dapat diabaikan, sehingga tekanan Popada bagian atas kolom raksa benar-benar nol. Diperoleh persamaan:

P=Po+ ρgh

Pa=P=0+ρg ( y2− y1)=ρgh

Jadi, barometer raksa membaca tekanan atmosfer Palangsung dari ketinggian kolom raksa.

Jika tabung cukup panjang, tinggi air raksa akan turun, meninggalkan ruang hampa di bagian atas tabung, karena tekanan atmosfer dapat menahan satu kolom air raksa yang tingginya hanya 76 cm sehingga kolom air raksa yang tingginya 76 cm memberikan tekanan yang sama seperti tekanan atmosfer.

Hal ini dapatdilihat dari rumus: P= ρgh dengan ρ=13,6×103kg/m3 untuk air raksa dan h=76cm:

P=1,013 × 105N/m¿1,00atm

Gambar 100. Barometer raksa (sumber: www.google.co.id)

Rumus kunci:

03. VENTURIMETER UTabung venturi adalah dasar dari venturimeter, yaitu alat yang dipasang di

dalam suatu pipa aliran untuk mengukur kelajuan cairan. Berikut ini adalah venturimeter dengan manometer.

78

Gambar 101. Venturimeter U (sumber: www.google.co.id)

Persamaan kontinuitas:A1 v1=A2 v2

v1=A2

A1

v2

Cairan yang diukur kelajuannya mengalir pada satu titik yang tidak memiliki perbedaan ketinggian (h1=h2) maka asas Benoulli berlaku:

P1−P2=12

ρ(v22−v1

2)

v22−v1

2=2(P¿¿1−P2)/ ρ ¿

v2=√2(P¿¿1−P2)/ ρ(1−( A2

A1)

2

)¿ …(1)

Beda tekanan antara titik 1 dan 2 sama dengan tekanan hidrostatik raksa setinggi h:

P1−P2= ρ' gh, maka:

v2=√2(ρ' gh)/ ρ(1−( A2

A1)

2

) …(2)

Dengan menyamakan ruas kanan (1) dan (2) kita peroleh:12

ρ v2= ρ' gh

v=√2 ρ ' gh/ ρ Teorema torricelli

04. TABUNG PITOTTabung pitot adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kelajuan gas.

Gas (misalnya udara) mengalir melalui lubang-lubangdi a. lubang-lubang ini sejajar dengan arah aliran yang dibuat cukup jauh di belakang sehingga kelajuan dan tekanan gas di luar tabung-tabung tersebut mempunyai nilai seperti halnya dengan aliran bebas. Jadi, va=v (kelajuan gas), dan tekanan pada kaki kiri manometer tabung pitot sama

dengan tekanan aliran gas (Pa).

79

Gambar 102. diagram penampang sebuah tabung pitot (sumber: www.google.co.id)

Lubang dari lengan kanan manometer tegak lurus terhadap aliran sehingga kelajuan gas berkurang sampai ke nol di b (vb=0). Pada titik ini gas berada dalam

keadaan diam. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan di b (Pb).

Beda ketinggian a dan b dapat diabaikan (ha=hb) sehingga penggunaan persamaan Bernoulli di a dan b menghasilkan:

Pa+12

ρ v a2=Pb+

12

ρ vb2

Pa+12

ρ v a2=Pb

Pb−Pa=12

ρ va2

…(*)

Dengan ρ adalah massa jenis gas.

Beda tekanan antara a dan b (Pb−Pa) sama dengan tekanan hidrostatis zat cair manometer setinggi h.

Pb−Pa=ρ ' gh …(**)ρ ' adalah massa jenis air manometer.

05. GALVANOMETERGalvanometerMerupakan alat ukur arus listrik yang sangat kecil sebagai

petunjuk ada tidaknya arus listrik dalam suatu rangkaian. Prinsip kerjanya: a. Dalam kumparan dialiri arus medan magnet baru dalam kumparanyang diperkuat

dengan adanya elektromagnet dan inti besib. Medan magnet baru dari kumparan yang sejenis dengan magnet tetap (U-S).

sehingga menjadikan keduanya tolak-menolak dan berakibat kumparan bergerak diiringi pergerakan jarum. Besarnya simpangan jarum sebanding dengan arus yang

80

lewat pada kumparan dan mengikuti arah gaya Lorentz. Besarnya gaya Lorentz dapat dirumuskan:

F = i ℓ B dimana σ=N i A B sinθc. Jika arus diputus, medan magnet pada kumparan hilang, sehingga jarum bergerak ke

posisi awal (normal) karena ditarik oleh pegas. Besarnya gaya tarik (momen gaya) yang diberikan pegas sebesar (σ = k Q)

Gambar 103. Bagian-bagian temometer raksa (sumber: as-satrahblogummat.blogspot.com )

06. LUXMETERLuxmeter merupakan alat untuk mengukur kuat peneranagan satuan lux sama

dengan kuat penerangan sebuah bidang seluas lm2 yang menerima fluks cahaya 1 lumen, jadi:

Lux= lumen

m2

Gambar 104. Luxmeter (Sumber: commons.wikimedia.org)

07. ANEMOMETERAnemometer merupakan sebuah alat untuk mengukur arah dan kecepatan

angin. Istilah ini berasal dari kata Yunani anemos, yang berarti angin. Deskripsi pertama yang diketahui dari sebuah alat pengukur jurusan angin diberikan oleh Leon Battista Alberti di sekitar tahun 1450.

E=12

m v2

81

m = A. v. GP = E persatuan waktu

P = 12

g A v3 persatuan waktu

Gambar 105. Anemometer (sumber: Sumber: kids.britannica.com)

08. NERACA PEGASNeraca pegas adalah alat yang digunakan untuk mengukur besar

massa dan berat suatu benda. Prinsip kerja : Jika suatu benda bermassa m digantungkan pada neraca pegas , maka gaya berat bendaw=mgakan menarik pegas sehingga pegas mulur. Kemuluran pegas menunjukkan ukuran beratnya yang ditunjukkan oleh neraca pegas

Persamaan matematis suatu neraca pegas dinyatakan dalam :k . x=m . g

Gambar 106. Neraca pegas (Sumber: http://www.google.com)

09. SPEEDOMETERSpeedometer; pencatat, alat ukur kecepatan, adalah alat yang dapat menghitung

nilai kecepatan berdasarkan satuan waktu. Nilai yang umum dipakai untuk kendaraan darat adalah kilometer per jam, atau mil per jam.

Speedometer yang terpasang di kendararaan bukan alat ukur kecepatan yang akurat, tetapi adalah alat ukur kecepatan yang berfungsi sebagai indikator keselamatan

82

Silinder dalamSilinder luar

Fluida terukur

h

ω

Pada kondisi jalan atau situasi tertentu disyaratkan kecepatan maksimal, karena hal tersebut, maka speedometer selalu menunjukkan kecepatan lebih tinggi dari kecepatan sesungguhnya, toleransi ke arah kecepatan lebih tinggi (akan menurunkan ongkos produksi karena tidak usah akurat, boleh meleset Max 10%) jadi jangan gunakan speedometer untuk mengukur kemampuan kecepatan sepedamotor.

Speedometer menghitung kecepatan sudut/anguler

ω=2 πt

Speedometer tidak memungkinkan diletakkan pada ujung luar ban,  untuk itu pengukuran dilakukan dengan menghitung berapa kecepatan linier, didapat kecepatan sudutnya sekian radian/detik. Biasanya dihitung satu putaran penuh dibutuhkan waktu berapa detik.

V=ω R

Gambar 107. Spedometer analog (jarum) (Sumber: http://www.google.com)

10. VULKANOMETERVulkanometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur visikositas

suatu fluida. Vulkanometer dibuat berdasarkan 2 standar, sistem Searle dimana silinder bagian dalam berputar dengan silinder bagian luar diam dan sistem Couette dimana bagian luar silinder yang diputar sedangkan bagian dalam silinder diam.Fluida yang akan diukur ditempatkan pada celah diantara kedua silinder.

Gambar 108. Vulkanometer dan bagian-bagiannya (Sumber: https://www.google.com)

83

Persamaan matematis untuk menghitung viskositas diturunkan dari hukum newton tentang aliran viskos.

Silinder dalam dengan jari – jari rd dan tinggi h berputar dengan kecepatan sudut konstan (ω). pada silinder luar dengan jari – jari rL. Gaya (F) yang bekerja terhadap fluida pada jarak r diantara kedua silinder menghasilkan tegangan geser (σ) pada fluida sebesar :

σ=FA

=

Tr

2 πrh=

T

2 π r2hT merupakan torsi yang bekerja pada fluidayang merupakan hasil kali antara

gaya (F) yang diberikan oleh putaran silinder dalam dengan jarak fluida dari pusat silinder (r). Kecepatan geser dapat dinyatakan sebagai

γ=−dudr

=−rdωdr

Hubungan antar kecepatan geser dengan tegangan geser mengahasilkan persamaanviskositas untuk fluida newtonian sebagai :

η= T4 π2 fh ( 1

rd2 − 1

rl2 )P . a . s

dimana :η: viskositas absolutf  : kecepatan rotasi silinder dalamh: tinggi silinderrd: diameter silinder dalamr l: diameter silinder luarT : torsi

(E) Tuliskan rumus fisika ‘kunci’ yang dapat digunakan untuk menjelaskan cara pengukuran tentang data-data berikut:01. JARI-JARI BUMI

84

Gambar 109.Menetukan jari-jari bumi (Sumber: https://www.google.com)

Seorang astronot berada dalam pesawat antariksa pada ketinggian h (terbaca pada pesawat) dari permukaan bumi, meneropong ke arah bumi dan memperoleh sudut

pemisah antara pinggir-pinggir bumi sebesar θ ehingga sudut α=θ2

. Jadi dengan

mengetahui atau mengukur h dan α, maka radius rata-rata bumi (R) dapat ditaksir, yaitu

: R=6,38 ×106 (m ) .

Rumus Kunci : R= h tan α1−tan α

02. MASSA BUMIJika sebuah benda yang massanya ditimbang dipermukaan bumi yang

percepatan gavitasinya (g), maka berat dan gaya gravitasi bumi pada benda tersebut harus memenuhi rumus di bawah ini. Jadi dengan mengukur atau mengetahui radius bumi (R), konstanta gravitasi umum G dan g, maka massa bumi dapat ditaksir, yaiu

M ≈ 6,0× 1024(kg)

Rumus Kunci :

F=GMm

R2

w=mg=F

M= gR2

G

R3

T 2 =GM4 π2

85

Gambar 110.Bagian-bagian bumi (Sumber: https://www.google.com)

03. MASSA MATAHARI

Gambar 111. Struktur matahari (Sumber: iwandahnial.wordpress.com)

Matahari adalah suatu bola gas panas.Piringan matahari yang menyilaukan, tempat asala cahaya dan bahang memancar, disebut Fotosfer.Disekeliling Fotosfer adalah lapisan gas merah cemerlang yang disebut Kromosfer.Untain hidrogen merah menyala terlempar sejauh ratusan ribu kilometer ke antariksa dari Kromosfer.Untaian ini disebuah Prominensa. Sekeliling kromosfer terdapat lapisan gas lain yang disebut Korona. Permukaan matahari ditandai bercak-bercak suram yang disebut bintik matahari.Ini dapat dilihat dengan teleskop khusus.

Matahari bergaris tengah 1392000 km, atau sekitar 109 kali garis tengah Bumi.Massa atau berat totalnya 331950 kali Bumi.Suhu permukaannya 60000 K; dan suhu dipusat 150000000 K.

Rumus Kunci :M=4 π2 r3

GT 2

04. JARAK BUMI MATAHARI

Hukum III Kepler menunjukkan hubungan antara periode dengan jarak rata-rata planet ke matahari. Jika r adalah jarak rata-rata antarplanet dan matahari, sedangkan ΔT adalah periode revolusi planet, maka secara matematis hukum III Kepler dapat ditulis sebagai berikut.

Dengan C adalah konstan, sehingga untuk dua buah planet berlaku:

Keterangan :T1 : periode planet ke-1T2 : periode planet ke-2r1 : jarak rata-rata planet ke-1 dengan matahari

86

r2 : jarak rata-rata planet ke-2 dengan matahari.

Gambar 112. Struktur matahari (Sumber: sites.google.com)

Setelah mengetahui jarak Bumi dan Matahari, maka bisa kita hitung massa matahari dengan menggunakan

Keterangan :F : gaya tarik gravitasi (N)m1 : massa benda 1 (kg)m2 : massa benda 2 (kg)r : jarak antara kedua benda (cm)G : konstanta gravitasi umum (6,67 x 10-11 Nm2/kg2)

05. MASSA ELEKTRONPercobaan tentang pengukuran massa dan muatan elektron merupakan

percobaan yang dilakukan pertama kaliol eh J.J Thomson dan Milikan. Percobaan Thomson menggunakan tabung sinar katoda. Berdasarkan percobaannya diketahui bahwa kecepatan partikel keluar katoda v dapat dihitung dari fakta bahwa energi potensial listrik yang diterima partikel bermuatan e dari beda potensial V yaitu Ep=eV ,

diubah menjadi energi kinetik elektron keluar dari katoda, yaitu E k=12

m v2.

87

Gambar 113. Percobaan Thomson(a) Tabung sinar katoda yang digunakan Thomson untuk menghitung e/m sebuah electron, (b) diagram dari (a). Elektromagnet telah digerakkan di depan untuk menunjukkan keeping-keping pembelok. Ketika tabung digunakan, electromagnet dan keeping-keping

pembelok secara nyata terletak pada satu bidang.(sumber: www.google.com)

Ep listrik=Ek

eV =12

m v2

em

=( EB

)2

2V

em

= E2

2 V B2 =1,758803 ×1011 C /kg

Gambar 114. Diagram peralatan percobaan tetes minyak Millikan(sumber: www.google.com)

Qe=4 π rm

3( ρm−ρu)3 E

=1,6021× 10−19C ≡e

Dari kedua percobaan ini maka dapat diperoleh massa elektron:em

=1,758803 × 1011 C/kg

m= 1,6021 ×10−19C1,758803 ×1011 C /kg

=9,11×10−31 kg

88

89