HUKUM FISIKA DAN APLIKASINYAA. Hukum NewtonHukum I Newton : Setiap benda tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak dengan laju tetap sepanjang garis lurus (percepatan nol),kecuali terdapat gaya total pada benda tersebut .Secara matematis hukum Newton I dapat dinyatakan sebagai berikut :F = 0Kecenderungan suatu benda untuk tetap bergerak atau mempertahankan keadaan diam dinamakan inersia. Karenanya, hukum I Newton dikenal juga dengan julukan Hukum Inersia alias Hukum Kelembaman.

Sifat lembam ini dapat kita amati, misalnya ketika mengeluarkan saus tomat dari botol dengan mengguncangnya. Pertama, kita memulai dengan menggerakan botol ke bawah; pada saat kita mendorong botol ke atas, saus akan tetap bergerak ke bawah dan jatuh pada makanan. Kecenderungan sebuah benda yang diam untuk tetap diam juga diakibatkan oleh inersia alias kelembaman. Misalnya ketika kita menarik selembar kertas yang ditindih oleh tumpukan buku tebal dan berat. Jika lembar kertas tadi ditarik dengan cepat, maka tumpukan buku tersebut tidak bergerak.

Contoh lain yang sering kita alami adalah ketika berada di dalam mobil. Apabila mobil bergerak majusecara tibatiba, maka tubuh kita akan sempoyongan ke belakang, demikian juga ketika mobil tibatiba direm, tubuh kita akan sempoyongan ke depan. Hal ini diakibatkan karena tubuh kita memiliki kecenderungan untuk tetap diam jika kita diam dan juga memiliki kecenderungan untuk terus bergerak jika kita telah bergerak.

Hukum Pertama Newton telah dibuktikan oleh para astronout pada saat berada di luar angkasa. Ketika seorang astronout mendorong sebuah pensil (pensil mengambang karena tidak ada gayagravitasi),pensil tersebut bergerak lurus dengan laju tetap dan baru berhenti setelah menabrak dinding pesawat luar angkasa. Hal ini disebabkan karena di luar angkasa tidak ada udara, sehingga tidak ada gaya gesek yang menghambat gerak pensil tersebut.

Diagram BendaBebas (DBB)

Hukum II Newton : Jika gaya-gaya luar yang bekerja pada benda resultannya tidak sama dengan nol (F 0) maka benda akan memperoleh percepatan sebanding dengan resultan gaya dan berbanding terbalik dengan massa benda F = m aKeterangan :F = gaya total (kg m/s2)m = massa (kg),a = percepatan (m/s2)Berdasarkan persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa semakin besar gaya, semakin besar percepatan. Sebaliknya semakin besar massa, semakin kecil percepatan. Hubungan antara gaya, massa dan percepatan lebih dipahami setelah anda melakukan percobaan berkaitan dengan hal ini. Salah satu percobaan yang bisa dilakukan adalah percobaan mempercepat kereta dinamika di atas rel menggunakan beban bermassa yang jatuh bebas. Gunakan ticker timer untuk mengetahui besar percepatan kereta.Hukum III Newton : Aksi = Reaksi jika benda 1 memberikan gaya pada benda 2 maka pada saat yang sama benda 2 memberikan gaya pada benda 1. Besar kedua gaya sama tetapi arah kedua gaya berlawanan. Salah satu gaya disebut aksi, gaya lain disebut reaksi.Faksi = FreaksiTanda negatif pada persamaan menjelaskan arah gaya.Jika anda mempunyai papan luncur, doronglah tembok sambil berdiri di atas papan luncur. Setelah mendorong tembok, papan luncur bergerak ke belakang. Arah dorongan anda ke depan, sedangkan arah gerakan papan luncur ke belakang. Hal ini menunjukan bahwa tembok juga mendorong anda. Ketika anda mendorong tembok, pada saat yang sama, tembok juga mendorong anda. Gaya dorong anda bekerja pada tembok sedangkan gaya dorong tembok bekerja pada anda. Besar kedua gaya sama tetapi berlawanan arah. Anda bisa menyebut salah satu gaya sebagai aksi dan gaya lain sebagai reaksi.

B. Hukum KeplerHukum Kepler ILintasan setiap planet ketika mengelilingi matahari, berbentuk elips, di mana matahari terletak pada salah satu fokusnya.

Hukum Kepler IIGaris khayal yang menghubungkan matahari dengan planet, menyapu luasan yang besarnya sama, selama selang waktu yang sama.

Dimana adalah "areal velocity".Hukum Kepler IIIPerbandingan kuadrat periode terhadap pangkat tiga jarak rata-rata planet dengan matahari (T2/r3) adalah konstan dan nilainya sama untuk semua planet.P2 a3P : perioda orbit planeta : sumbu semimajor orbitnya

C. Hukum Bernoulli Semakin cepat kecepatan suatu fluida atau suatu bagian dari suatu benda maka akan semakin kecil tekanan yang diberikan ke fluida atau ke bagian benda tersebut, dan juga sebaliknya semakin kecil kecepatan suatu fluida atau suatu baguan dari suatu benda maka akan semakin besar tekanan yang didapat oleh benda tersebut.Asas BernoulliPada pipa mendatar (horizontal), tekanan fluida paling besar adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling kecil, dan tekanan paling kecil adalah pada bagian yang kelajuan alirnya paling besar.Prinsip BernoulliPrinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama ilmuwan Belanda/Swiss yang bernama Daniel Bernoulli.Dalam bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran tak-termampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida termampatkan (compressible flow).Aliran Tak-termampatkanAliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:p + gh + = konstandi mana:v = kecepatan fluidag = percepatan gravitasi bumih = ketinggian relatif terhadap suatu referensip = tekanan fluida= densitas fluidaPersamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut: Aliran bersifat tunak (steady state) Tidak terdapat gesekan (inviscid)Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai berikut:P1 + gh1 + P2 + gh2 +Aliran TermampatkanAliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:

di mana:= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan maka w= entalpi fluida per satuan massaw = +di mana adalah energi termodinamika per satuan massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.Aplikasi Hukum Bernoulli1. Pesawat terbang

Gambar. Bentuk Aerofoil Pesawat terbangGambar diatas adalah bentuk penampang sayap pesawat yang disebut Aerofoil,bagian atas sayap pesawat dibuat sedikit melengkung dari pada bagian bawah yang datar.Hal ini menyebabkan kecepatan udara di bagian atas sayap (v2) bervariasi,sehingga kecepatan udara di atas sayap lebih besar daripada kecepatan udara di bawah pesawat yang relatif konstanJadi konsep Hukum Bernoulli dipergunakan dalam setiap proses penerbangan sebuah pesawat, besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan luas permukaan sayap ,kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat.Jadi untuk pesawat terbang engine berfungsi memberikan gaya dorong agar pesawat dapat bergerak maju.Kemudian dorongan engine tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara di bawah dan di atas sayap pesawat terbang.Kecepatan udara di atas sayap pesawat akan lebih besar dari bawah sayap dikarenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari jarak tempuh di bawah sayap,waktu tempuh lapisan udara yang melalui di atas sayap sama dengan di bawah sayap.Menurut Hukum Bernoulli kecepatan udara yang besar menimbulkan tekanan udara yang kecil, sehingga tekanan udara di bawah sayap menjadi lebih besar dari sayap bagian atas pesawat.sehingga akan menimbulkan gaya angkat (Lift) yang menjadikan pesawat menjadi terbang.F1 F2 = ( ) ADimana : : massa jenis udara di sekitar pesawatA : Luas penampang sayap pesawat

2. VenturimeterUntuk venturimeter tanpa manometer, dengan titik 1 adalah bagian yang lebar dan titik 2 adalahbagian yang menyempit, h adalah selisih ketinggian cairan dalam tabung 1 dan 2; berlaku persamaan berikut:p1-p2 = 1/2()v2 = (A1/A2)v1p1-p2 = ghv1 =S[(2gh) / (A1/A2)2-1]Untuk venturimeter dengan manometer dimana cairan manometer umumnya raksa denganmassa jenis , berlaku persamaan:p1-p2 = 1/2()v2 = (A1/A2)v1p1-p2 = gh3. Tabung pitotAdalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur kelajuan air gas. Jika massa jenis cairandalam tabung adalah , beda ketinggian cairan dalam kedua kaki adalah h, massa jenis gas ,dan laju alir gas v, maka berlaku: v2 = gh4. Karburator

D. Hukum ArchimedesBunyi Hukum Archimedes: Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.

Fa = f.vbf.gDimana :Fa = gaya Archimedes atau gaya tekan ke atas (N)f = massa jenis fluida (kg/m3)vbf = volume benda yang tercelup ke dalam fluidag = gaya gravitasi (m/s2)Mengapung, Tenggelam, dan MelayangKonsep mengapung dan melayang adalah sama, yaitu berat benda sama dengan gaya ke atas. Perbedaannya adalah pada volum benda yang tercelup dalam fluida. Pada kasus mengapung, hanya sebagian benda yang tercelup. Pada kasus melayang, semua benda tercelup dalam fliuda.

Syarat mengapung: b rata-rata f Syarat melayang: b rata-rata = f Syarat melayang: b rata-rata > f

Dapat dirumuskan denganw = F.ab.vb.g = f.vbf.g

Penerapan Hukum Archemedes pada Masalah Fisika Sehari-hari1. HidrometerHidrometer adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa jenis cairan. Nilai massa jeniscairan dapat diketahui dengan membaca skala pada hidrometer yang ditempatkan mengapungpada zat cair.Dasar matematis prinsip kerja hidrometer adalah sebagai berikut:hbf = m/A.fDimana :A : Luas permukaan tangkai m : Massa hidrometer2. Balon UdaraSeperti halnya zat cair, udara (termasuk fluida) juga melakukan gaya apung pada benda. Gaya apung yang dilakukan udara pada benda sama dengan berat udara yang dipindahkan oleh benda. Dalam hal ini f adalah massa jenis udara.

Alat-alat lain yang bekerja berdasarkan pada hukum archimedes antara lain kapal laut, kapalselam, dan galangan kapal.E. Hukum Pascal

Tekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segalaarah.Untuk dua penghisap yang kedudukannya sama berlaku:F2:A2 = F1:A1F2 = (A2:A1)F1F2 = (D2:D1)2.F1Dimana :A : Luas penampang penghisapD : Diameter penghisap

Jika suatu zat cair dikenakan tekanan, maka tekanan itu akan merambat ke segala arah dengan tidak bertambah atau berkurang kekuatannya.Hukum fisika yang berlaku disini adalah hukum pascal. Yang membuat air memancar keluar lubang adalah tekanan hidrostatis air yang berbanding lurus dengan ketinggian permukaan air (pada wadah) dari lubang tempat air memancar. Makin tinggi permukaan air dari lubang, makin besar pula tekanan hidrostatis pada lubang, sehingga air yang memancar semakin jauh. Kalau begitu seharusnya lubang paling dekat dengan alas/dasar wadahlah yang memancarkan air paling jauh

F. Hukum Ohm Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-selaras dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi.Hukum Kirchoff 1 : Jumlah aljabar dari arus listrik pada suatu titik percabangan selalu sama dengan nol tentang arus (current law), yang menyatakan bahwa arus masuk pada satu titik percabangan akan sama dengan arus yang keluar melalui titik yang sama.Hukum Kirchoff 2 : Di dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar antara gaya gerak listrik (ggl) dengan kerugian-kerugian tegangan selalu sama dengan nol Menyatakan bahwa jumlah tegangan-tegangan didalam satu rangkaian tertutup sama dengan 0 (nol).

G. Hukum Induksi Faraday

Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa tegangan gerak elektrik imbas di dalam sebuah rangkaian adalah sama (kecuali tanda negatifnya) dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut.Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan di dalam weber/sekon, maka tegangan gerak elektrik akan dinyatakan di dalam volt.

Hukum Faraday menyatakan bahwa Sebuah kawat lurus sepanjang l yangbergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnet B akan mendapatkan ggl induksi antara kedua ujungnya sebesar :

Bunyi Hukum Faraday apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet yang berubah-ubah, maka di dalam kawat tersebut akan terbentuk GGL induksi. Apabila sepotong kawat penghantar listrik digerak-gerakkan dalam medan magnet, maka dalam kawat penghantar tersebut akan terbentuk GGL induksi.H. Hukum Lenz Arah dari arus GGL induksi ialah sedemikian rupa sehingga melawan arus yang menimbulkannya Arus induksi yang timbul arahnya sedemikian sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang melawan arah perubahan medan magnet

I. Hukum Lorentz Bila penghantar berarus di letakkan di dalam medan magnet , maka pada penghantar akan timbul gaya Jadi gaya lorentz adalah gaya yang dialami kawat berarus listrik di dalam medan magnet Bagaimana gaya lorentz berfungsi, maka lakukan percobaan dengan mengamati bentuk medan magnet atau garis gaya magnet selama percobaan.Bila pengamatan dilakukan dengan benar maka akan diperoleh :(a) Makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar pula gaya yang bekerja dan makincepatbatangpenghantarbergulir.(b) Bila polaritas sumbu dirubah, maka penghantar akan bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerak sebelumnya.

J. Hukum AvogadroJika dua macam gas atau lebih sama volumenya, maka gas-gas tersebut sama banyak pula jumlah molekul-molekulnya masing-masing, asal temperatur dan tekanannya sama pula.K. Hukum BoyleJika suatu kwantitas dari suatu gas ideal (yakni kwantitas menurut beratnya) mempunyai temperatur konstan, maka hasil kali volume dan tekanannya juga merupakan bilangan konstan.Robert Boyle menyatakan tentang sifat gas bahwamassa gas (jumlah mol) dan temperatur suatu gas dijagakonstan, sementara volume gas diubah ternyata tekananyang dikeluarkan gas juga berubah sedemikian hingga perkalian antara tekanan (P) dan volume (V) , selalu mendekati konstan. Dengan demikian suatu kondisi bahwa gas tersebut adalah gas sempurna (ideal).Kemudian hukum ini dikenal dengan Hukum Boyle dengan persamaan :P1V1 = selalu konstanAtau , jika P1 dan V1 adalah tekanan awal dan volume awal,sedangkan P2 dan V2 adalah tekanan dan volume akhir, maka :P1.V1 = P2.V2 = konstanDengan gabungan dari hukum Boyle dan Gay Lussac,maka dengan keadaan massa gas konstan, berlaku :

Dimana P1,V1 dan T1 adalah tekanan, volume dan temperatur pada keadaan awal dan P2, V2 dan T2 adalah tekanan, volume dan temperatur pada gas dimana sistem pada keadaan akhir.Syarat berlakunya hukum Boyle adalah bila gas berada dalam keadaan ideal (gas sempurna), yaitu gas yang terdiri dari satu atau lebih atom-atom dan dianggap identik satu sama lain. Setiap molekul tersebut tersebut bergerak secara acak, bebas dan merata serta memenuhi persamaan gerak Newton. Yang dimaksud gas sempurna(ideal) dapat didefinisikan bahwa gas yangperbangdingannya PV/nT nya dapat idefinisikan sama denganR pada setiap besar tekanan. Dengan kata lain, gas sempurna pada tiap besar tekanan bertabiat sama seperti gas sejati pada tekanan rendah.Persaman gas sempurna :P.V = n.R.TKeterangan : P : tekanan gasV : volume gasn : jumlah mol gasT : temperatur mutlak ( Kelvin)R : konstanta gas universal(0,082liter.atm.mol-1.K-1)