kelas 3 sma fisika dudi indrajat

PUSAT PERBUKUANPUSAT PERBUKUAN

Departemen Pendidikan NasionalDepartemen Pendidikan Nasional

Mudah dan Aktif Belajar Fisikauntuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas/Madrasah AliyahProgram Ilmu Pengetahuan Alam

Penulis : Dudi IndrajitPenyunting : Ahmad SaripudinPewajah Isi : Neni YuliatiIlustrator : S. RiyadiPewajah Sampul : A. Purnama

Ukuran Buku : 21 x 29,7cm

Hak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasionaldari Penerbit Setia Purna Inves, PT

Diterbitkan oleh Pusat PerbukuanDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2009

Diperbanyak oleh ....

Hak Cipta Pada Departemen Pendidikan Nasionaldilindungi oleh Undang-Undang

530.07DUD DUDI Indrajit

m Mudah dan Aktif Belajar Fisika 3 :untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas /Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam / penulis, Dudi Indrajit,; penyunting, Ahmad Saripudin, ; illustrator, S. Riyadi. — Jakarta :Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.

vi, 306 hlm, : ilus. ; 30 cm

Bibliografi : hlm. 306IndeksISBN 978-979-068-816-2 (No. Jil Lengkap)ISBN 978-979-068-931-2

1. Fisika-Studi dan Pengajaran I. JudulII. Ahmad Saripudin III. S. Riyadi

iii

Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmatdan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, DepartemenPendidikan Nasional, pada tahun 2009, telah membeli hak ciptabuku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskankepada masyarakat melalui situs internet (website) JaringanPendidikan Nasional.

Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan StandarNasional Pendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku tekspelajaran yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakandalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri PendidikanNasional Nomor 22 Tahun 2007 tanggal 25 Juni 2007.

Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginyakepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkanhak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasionaluntuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruhIndonesia.

Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanyakepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh(down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopioleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yang bersifatkomersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yangditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku tekspelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan gurudi seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada diluar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.

Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini.Kepada para siswa kami ucapkan selamat belajar danmanfaatkanlah buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwabuku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, sarandan kritik sangat kami harapkan.

Jakarta, Juni 2009Kepala Pusat Perbukuan

Kata Pengantar

Fisika adalah salah satu rumpun ilmu sains yang mempelajari alam semesta.Ruang lingkup ilmu Fisika sangat luas, mulai dari atom yang berdimensinanometer hingga jagat raya yang berdimensi tahunan cahaya. Dalamkehidupan sehari-hari, banyak ditemukan aplikasi ilmu Fisika, baik berupafenomena-fenomena di alam atau rekayasa teknologi. Oleh karena itu, Fisikamemiliki tingkat urgensitas yang tinggi karena merupakan dasar untukpenguasaan teknologi di masa depan.

Sesuai dengan misi penerbit untuk memberikan kontribusi yang nyata bagikemajuan ilmu pengetahuan maka penulis dan penerbit merealisasikan tanggungjawab tersebut dengan menyediakan buku bahan ajar Fisika yang berkualitas,sesuai dengan tuntutan kurikulum yang berlaku saat ini.

Buku ini disusun dengan mengutamakan pendekatan secara inkuiri(eksperimen) dan disajikan secara sistematis, komunikatif, dan integratif, sertaadanya keruntutan rangkaian (bab dengan subbab, antarsubbab dalam bab,antaralenia dalam subbab). Sebelum mempelajari materi, sebaiknya Andaterlebih dahulu membaca bagian Advanced Organizer yang terdapat padahalaman awal setiap bab agar Anda dapat mengetahui isi bab secara umum.Pada awal setiap bab, disajikan pula Tes Kompetensi Awal sebagai evaluasimateri prasyarat untuk mempelajari bab yang bersangkutan.

Di akhir setiap bab, terdapat Rangkuman, Peta Konsep, dan Refleksi yangbertujuan lebih meningkatkan pemahaman Anda tentang materi yang telahdipelajari dengan memunculkan umpan balik untuk evaluasi diri. Buku ini di-lengkapi juga dengan beberapa materi, tugas, dan soal pengayaan, di antaranyaInformasi untuk Anda (Information for You), Tantangan untuk Anda, MariMencari Tahu, Tugas Anda, Pembahasan Soal, dan Tokoh yang dapatmemperluas pengetahuan materi Fisika yang sedang dipelajari.

Untuk menguji pemahaman Anda terhadap materi yang telah dipelajaridiberikan Tes Kompentensi Subbab pada setiap akhir subbab, Tes KompetensiBab pada setiap akhir bab, dan Tes Kompetensi Fisika Semester pada setiapakhir semester. Selain itu, pada akhir buku juga diberikan Tes Kompetensi Akhiruntuk menguji pemahaman materi Fisika selama satu tahun ajaran. Semua teskompetensi tersebut merupakan sarana mengevaluasi pemahaman danmelatih kemampuan menerapkan konsep/prinsip Fisika yang berkaitan denganmateri yang telah dipelajari. Adapun Kunci Jawaban (nomor ganjil) kami sajikanuntuk memudahkan Anda dalam mengevaluasi hasil jawaban.

Untuk menumbuhkan daya kreativitas, kemampuan psikomotorik, dan caraberpikir ilmiah, kami sajikan Aktivitas Fisika dan Proyek Semester yangmenuntut peran aktif Anda dalam melakukan kegiatan tersebut.

Demikianlah persembahan kami untuk dunia pendidikan.

Bandung, Mei 2007

Penerbit

Kata Pengantar

v

Materi-materi pembelajaran pada buku ini berdasarkan kurikulum yang berlaku saat ini dan disajikan secarasistematis, komunikatif, dan integratif. Di setiap awal bab, dilengkapi gambar pembuka pelajaran, bertujuanmemberikan gambaran materi pembelajaran yang akan dibahas, dan mengajarkan siswa konsep berpikir kontekstualsekaligus merangsang cara berpikir kontekstual. Selain itu, buku ini juga ditata dengan format yang menarik dandidukung dengan foto dan ilustrasi yang representatif. Penggunaan bahasa yang sederhana, sesuai dengan tingkatankognitif siswa sehingga membuat pembaca lebih mudah memahaminya.

Buku Fisika untuk SMA Kelas XII ini terdiri atas sepuluh bab, yaitu Gejala Gelombang, Gelombang Cahaya,Gelombang Bunyi, Medan Listrik, Potensial Listrik, dan Kapasitor, Medan Magnetik, Induksi Elektromagnetik, RadiasiBenda Hitam, Fisika Atom, Teori Relativitas Khusus, serta Fisika Inti dan Radioaktivitas. Untuk lebih jelasnya,perhatikan petunjuk untuk pembaca berikut.

(1) Judul Bab, disesuaikan dengan tema materi dalam bab.(2) Hasil yang harus Anda capai, tujuan umum yang harus Andacapai pada bab yang Anda pelajari.(3) Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu, kemampuanyang harus Anda kuasai setelah mempelajari bab.(4) Gambar Pembuka Bab, disajikan untuk mengetahui contohmanfaat dari materi yang akan dipelajari.(5) Advanced Organizer, uraian singkat tentang isi bab untukmenumbuhkan motivasi belajar dan mengarahkan Anda agar lebihfokus terhadap isi bab.(6) Tes Kompetensi Awal, merupakan soal prasyarat yang harusAnda pahami sebelum memasuki materi pembelajaran.(7) Materi Pembelajaran, disajikan secara sistematis, komunikatif,integratif, dan sesuai dengan perkembangan ilmu dan teknologiterkini (up to date).(8) Gambar dan Ilustrasi, sesuai dengan materi dalam bab yangdisajikan secara proporsional dan harmonis.(9) Contoh Soal, berisi contoh dan penyelesaian soal.(10) Tugas Anda, berisi tugas atau latihan soal yang berkaitandengan materi tersebut.(11) Pembahasan Soal, berisi contoh soal yang berasal dariEbtanas, UAN, UMPTN, atau SPMB.(12) Mari Mencari Tahu, tugas mencari informasi yang bertujuanmenumbuhkan rasa ingin tahu dan mendorong siswa untukmencari informasi lebih jauh.(13) Aktivitas Fisika, kegiatan yang dilakukan secara berkelompokuntuk mengembangkan kecakapan hidup Anda.(14) Ingatlah, catatan atau hal-hal penting yang perlu Anda ketahui.(15) Informasi untuk Anda (Information for You), berisi pengayaanmengenai informasi dan aplikasi materi, disajikan dalam 2 bahasa(bilingual).(16) Tantangan untuk Anda, berisi soal-soal yang disajikandengan tingkat kesulitan lebih tinggi.(17) Kata Kunci(18) Tokoh, berisi tokoh Fisika penggagas ide baru dan pekerjakeras sehingga akan menumbuhkan semangat inovatif/kreatif, etoskerja, dan mengembangkan kecakapan hidup Anda.(19) Tes Kompetensi Subbab, berisi soal-soal untuk mengevaluasipenguasaan materi subbab.(20) Rangkuman(21) Peta Konsep(22) Refleksi, sebagai umpan balik bagi siswa setelahmempelajari materi di akhir pembelajaran tiap bab.(23) Tes Kompetensi Bab, berisi soal-soal untuk mengevaluasipenguasaan materi bab.(24) Proyek Semester, kegiatan percobaan untuk meningkatkanpemahaman konsep Fisika dan memotivasi Anda untuk menggaliinformasi, memanfaatkan informasi, dan menyelesaikan masalah.(25) Tes Kompetensi Fisika Semester, berisi soal-soal untukmengevaluasi penguasaan materi selama satu semester.(26) Tes Kompetensi Akhir, berisi soal-soal untuk mengevaluasipenguasaan materi selama satu tahun ajaran.

Panduan untuk Pembaca

14

15

16

17

11

9

12

13

10

6

7

8

12

3

5

4

24

22

21

23

18

19

20

25

26

vi

Kata Sambutan • iiiKata Pengantar • ivPanduan untuk Pembaca • v

Bab 1Gejala Gelombang • 1A. Pemahaman Gelombang • 2B. Gelombang Berjalan dan Gelombang

Stasioner • 7C. Sifat-Sifat Gelombang • 19Rangkuman • 26Peta Konsep • 27Refleksi • 27Tes Kompetensi Bab 1 • 28

Bab 2Gelombang Cahaya • 31A. Interferensi Cahaya • 32B. Difraksi Cahaya • 37C. Polarisasi Cahaya • 42Rangkuman • 46Peta Konsep • 46Refleksi • 46Tes Kompetensi Bab 2 • 47

Bab 3Gelombang Bunyi • 49A. Sifat Dasar Gelombang Bunyi • 50B. Cepat Rambat Bunyi • 51C. Unsur Bunyi dan Pemanfaatan

Gelombang Bunyi • 53D. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi • 55E. Dawai dan Pipa Organa sebagai

Sumber Bunyi • 58F. Energi Gelombang Bunyi • 66Rangkuman • 70Peta Konsep • 71Refleksi • 71Tes Kompetensi Bab 3 • 72

Bab 4Medan Listrik, PotensialListrik, dan Kapasitor • 75A. Muatan Listrik • 76B. Medan Listrik • 80C. Energi Potensial Listrik dan

Potensial Listrik • 87D. Kapasitor • 92Rangkuman • 100Peta Konsep • 101Refleksi • 101Tes Kompetensi Bab 4 • 102

Bab 5Medan Magnetik • 105A. Medan Magnetik • 106B. Gaya Magnetik • 114C. Aplikasi Gaya Magnetik • 120D. Sifat Magnet Bahan • 122Rangkuman • 124Peta Konsep • 125Refleksi • 125Tes Kompetensi Bab 5 • 126

Daftar Isi

vii

Bab 9Teori Relativitas Khusus • 229A. Semua Gerak Bersifat Relatif • 230B. Teori Relativitas Einstein • 235Rangkuman • 252Peta Konsep • 253Refleksi • 253Tes Kompetensi Bab 9 • 254

Bab 10Fisika Intidan Radioaktivitas • 257A. Inti Atom • 258B. Radioaktivitas • 264C. Reaksi Inti • 272D. Reaktor Nuklir, Bom Nuklir, dan

Radioisotop • 277Rangkuman • 283Peta Konsep • 284Refleksi • 284Tes Kompetensi Bab 10 • 285Proyek Semester 2 • 287Tes Kompetensi Fisika Semester 2 • 288

Bab 6InduksiElektromagnetik • 131A. Gejala Induksi

Elektromagnetik • 132B. Aplikasi Induksi Elektromagnetik

Faraday • 142C. Arus dan Tegangan Listrik Bolak-

Balik • 147Rangkuman • 165Peta Konsep • 166Refleksi • 166Tes Kompetensi Bab 6 • 167Proyek Semester 1 • 169Tes Kompetensi Fisika Semester 1 • 171

Bab 7Radiasi Benda Hitam • 175A. Pengertian Radiasi Benda

Hitam • 176B. Dualisme Gelombang Partikel • 183Rangkuman • 192Peta Konsep • 193Refleksi • 193Tes Kompetensi Bab 7 • 194

Bab 8Fisika Atom • 197A. Evolusi Model Atom • 198B. Atom Berelektron Banyak • 210Rangkuman • 224Peta Konsep • 225Refleksi • 225Tes Kompetensi Bab 8 • 226

Tes Kompetensi Akhir • 291Kunci Jawaban • 295Apendiks • 300Senarai • 303Indeks • 304Daftar Pustaka • 306

Gejala Gelombang 11

Riak pada air kolam terjadi karena perambatan getaran akibatjatuhnya batu pada air kolam tersebut.

Bab

1Sumber: Science Encyclopedia, 2001

mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum.

Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:

menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikanmasalah.

Hasil yang harus Anda capai:

Gejala Gelombang

A. PemahamanGelombang

B. GelombangBerjalan danGelombangStasioner

C. Sifat-SifatGelombang

Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII2

A. Pemahaman Gelombang

Tes Kompetensi Awal

Aktivitas Fisika 1.1

Jenis Gelombang Berdasarkan Arah GetarannyaTujuan PercobaanMengamati gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

Alat-Alat PercobaanSebuah slinki (pegas plastik) yang panjangnya 3 meter.

Langkah-Langkah Percobaan1. Pegang kuat-kuat salah satu ujung slinki oleh teman Anda atau diikatkan

pada tiang.2. Rentangkan sesuai panjangnya dan getarkan ujung yang satu dengan

satu kali hentakan naik turun dari posisi setimbang dan kembali ke posisisetimbang (posisi saat tangan Anda diam).

3. Ulangi langkah 2, dan getarkan ujung slinki tersebut terus menerus naikturun, kemudian amati perambatan gelombang sepanjang slinki.

Tokoh

Frank Oppenheimer(1912–1985)

Frank Oppenheimer lahir di New Yorkpada tahun 1912. Di Exploratoriumdia mendemonstrasikan pengamatan-nya bahwa gerakan pendulum biladiproyeksikan pada sabuk kertasbergerak membentuk lintasan grafiksinusoidal.

Sumber: Conceptual Physics, 1998

Gejala Gelombang 3

Gambar 1.1Berdasarkan arah getarnya,gelombang mekanikdikelompokkan menjadi:(a) Gelombang transversal;(b) Gelombang logitudinal.

Tarah rambat

arah getar

Tugas Anda 1.1Selain dalam medium slinki,dapatkah Anda mencari medium lainuntuk menggambarkan gelombanglongitudinal?

Gambar 1.2Gelombang pada tali.

4. Letakkan slinki di atas lantai licin, kemudian dengan bantuan teman Andapegang salah satu ujungnya.

5. Hentakkan salah satu ujung pegas dengan satu kali dorongan dan satu kalitarikan ke posisi semula. Amati rapatan dan regangan yang merambat sepan-jang slinki.

6. Ulangi langkah 5, namun dorongan dan tarikannya dilakukan secara terus-menerus. Amati perambatan dan regangan sepanjang slinki.

arah rambat

T

arahgetar


1. Panjang, Frekuensi, Periode, dan Cepat Rambat Gelombang

2. Persamaan Umum Gelombang

Gambar 1.3(a) Panjang gelombang pada

gelombang transversal.(b) Panjang gelombang pada

gelombang longitudinal.

panjang gelombang

panjang gelombang

rapatan renggangan

puncak

lembah

Gambar 1.4Panjang gelombang ( ) padagrafik simpangan (y) terhadap

arah rambat (x).

Contoh 1.1

2 = 36 m

A B'C E

D

F' G

FB

H

y

x

lembahgelombang

bukitgelombang

Gejala Gelombang 5

3. Energi Gelombang

Contoh 1.2

m xGambar 1.5Gerakan tangan dirambatkanoleh tali dalam bentukgelombang.

1,5

Pembahasan Soal

Gelombang air laut menyebabkanpermukaan air naik turun denganperiode 2 s. Jika jarak antara duapuncak gelombang 5 m,gelombang akan mencapai jarak10 m dalam waktu ....a. 1 sb. 2 sc. 3 sd. 4 se. 5 s

UMPTN 2001

Pembahasan:T = 2 s

jarak antara dua puncak = satugelombang

v = 5 m

2 sT = 2,5 m/s

s = vt10 m = (2,5 m/s)t

t = 10 m

2,5 m/s = 4 s

Jawaban: d

5 m

Tugas Anda 1.2Embusan angin kencang membuatSears Building di Chicago goyangdan selanjutnya bergetar denganfrekuensi sebesar 0,1 Hz. Berapaperiode getarannya?


P1

P1

t1

t1 + t

v t

Gambar 1.6(a) Pada waktu t

1, gelombang tali

mencapai titik P1 dan memiliki

energi karena gerak harmonikelemen-elemennya.

(b) Pada saat waktu bertambahsebesar t , gelombang tali

menjalar sejauh v t .

Contoh 1.3

Tantanganuntuk Anda

Grafik simpangan terhadap waktusebuah gelombang yang memilikikecepatan 0,05 m/s seperti padagambar berikut.

Berdasarkan gambar tersebut,tentukan:a. amplitudo (A);b. periode (T);c. frekuensi gelombang (f).

t(s)

y(cm)

10

150 cm

x

x

Gejala Gelombang 7

Kata Kunci• gelombang mekanik• gelombang elektromagnetik• gelombang transversal• gelombang longitudinal• panjang gelombang• periode gelombang• frekuensi gelombang• simpul• laju energi gelombang• daya gelombang• cepat rambat gelombang• rapat massa linear• energi total gelombang

B. Gelombang Berjalan dan GelombangStasioner

1

2

Tes Kompetensi Subbab A


1. Gelombang Berjalan

Gambar 1.7Gelombang merambat

ke arah sumbu-x positif.

O P

y

v

x

y = sinA t kx+A = awal getaran gelombang ke

atas–A = awal getaran gelombang ke

bawah+k = gelombang merambat ke

kiri–k = gelombang merambat ke

kanan

Ingatlah

Gejala Gelombang 9

a. Sudut Fase, Fase, dan Beda Fase

Tugas Anda 1.3Gelombang air laut merupakangelombang berjalan. Energigelombang air laut ini dapatdigunakan untuk menggerakkangenerator listrik. Bukan hal yangmustahil teknologi ini suatu saatditerapkan di Indonesia. MenurutAnda, kira-kira di daerah lautmanakah teknologi ini dapatditerapkan? Coba Anda diskusikanalasannya bersama teman-teman.

Gambar 1.8Titik A yang berjarak x

1 dan titik

B yang berjarak x2 dari O. Kedua

titik memiliki beda fase .

y

x

B

x1

x2

A

O

Mari Mencari Tahu


Tantanganuntuk Anda

Sebuah gelombang merambat darisumber S ke kanan dengan laju8 m/s, frekuensi 16 Hz, danamplitudo 4 cm. Gelombangtersebut melalui titik P yang

berjarak 1

92

m dari S. Jika S telah

bergetar 1

14

S dan arah gerak

pertamanya ke atas, hitunglahsimpangan titik P pada saat itu.

Contoh 1.5

Satuan frekuensi adalah hertz (Hz),diambil dari nama Heinrich Hertz,orang yang pertama kalimendemonstrasikan gelombangradio pada 1886. Satu getaran persekon disebut 1 hertz; dua getaranper sekon dinamakan 2 hertz, danselanjutnya.

The unit of frequency is called thehertz (Hz), after Heinrich Hertz, whodemonstrated radio in 1886. Onevibration per second is 1 hertz; twovibrations per second is 2 hertz,and so on.

Informasiuntuk Anda

Information for You

t kx

Contoh 1.4

Gejala Gelombang 11

2. Gelombang Stasioner

Gambar 1.10Gelombang pantul dari seutastali yang terikat.

gelombangdatang

Gambar 1.9Gelombang pantul dari seutastali yang bergerak bebas (tidakada perubahan fase).

gelombangpantul

perut

simpul

gelombang pantul

gelombangdatang

gelombangpantul

O

PA

x

Gambar 1.11Simpangan gelombang datangy

1 dan simpangan gelombang

pantul y2 pada ujung bebas tidak

mengalami beda fase.

y1

y2

x

a. Gelombang Stasioner pada Tali dengan Ujung Bebas


yp

=

Gejala Gelombang 13

b. Gelombang Stasioner pada Tali dengan Ujung Terikat

Gambar 1.12Simpangan gelombang datangy

1 dan simpangan gelombang

pantul y2 pada ujung terikat

memiliki beda fase 180°.

A

gelombangpantul

gelombangdatang

xP y

1

y2 O


Tantanganuntuk Anda

Gelombang stasioner dapat terjadikarena superposisi gelombangdatang dan gelombang pantuloleh ujung bebas. Titik simpul yangkesepuluh berjarak 1,52 m dariujung bebasnya. Jika frekuensigelombang itu 50 Hz, berapakahcepat rambat gelombangnya?

Tugas Anda 1.4Rumus syarat terbentuknya simpuldan perut dapat juga ditulis sepertiberikut.

x = (2n – 1)14 untuk simpul dan

x = n12 untuk perut.

Coba Anda diskusikan dengan teman,bagaimanakah penurunannya?

x n

Gejala Gelombang 15

Jawab:

Contoh 1.6 Kata Kunci• bilangan gelombang• amplitudo• frekuensi• kecepatan sudut getar• sudut fase• fase• beda fase• cepat rambat gelombang• simpul gelombang• perut gelombang

Contoh 1.7

2,4 m

PO

Q

4 m


3. Kecepatan Gelombang Stasioner


Percobaan MeldeTujuan PercobaanMengamati gelombang stasioner.

Alat-Alat Percobaan1. Kawat tipis (2 buah) yang berbeda massanya2. Beban3. Pembangkit getaran (vibrator)

4. Katrol

Langkah-Langkah Percobaan1. Susunlah alat-alat seperti pada gambar berikut.

vibratorgelombang

bebanP S P S

2. Hidupkan pembangkit getaran dengan menghubungkannya ke sumbertegangan sehingga pada tali terbentuk gelombang seperti pada gambar.

3. Jika belum terbentuk gelombang stasioner, ubahlah berat beban yangtergantung pada ujung katrol sehingga pada suatu saat terbentuk gelom-bang stasioner.

4. Amatilah dengan saksama gelombang yang terjadi dan tulislah kesimpulanAnda dari kegiatan tersebut.

5. Lakukan langkah 1 sampai 4 untuk kawat kedua yang berbeda massanya.

Pembahasan Soal

Tali yang panjangnya 5 m ber-tegangan 2 N digetarkan sehinggaterbentuk gelombang stasioner.Jika massa tali 625 × 10–3 kg, makacepat rambat gelombang taliadalah ....a. 2 m/sb. 5 m/sc. 6 m/sd. 10 m/se. 40 m/s

UMPTN 1996

Pembahasan:Diketahui:

= 5 m; F = 2 N; m = 625 × 10–3 kg.Menurut Melde kecepatan rambatgelombang tali adalah

v = F

= Fm

= -32 N 5 m

6,25 10 kg= 40 m/s

Jawaban: e

Gejala Gelombang 17

Contoh 1.9

Contoh 1.10

Tantanganuntuk Anda

Kawat untuk saluran transmisi listrikyang massanya 40 kg diikat antaradua menara tegangan tinggi yangjaraknya 200 m. Salah satu ujungkawat dipukul oleh teknisi yangberada di salah satu menara,sehingga timbul gelombang yangmerambat ke menara yang lain. Jikagelombang pantul terdeteksisetelah 10 s, berapa tegangan kawat?

Tugas Anda 1.5Gelombang stasioner terbentukjika superposisi terjadi dari duagelombang yang frekuensi danamplitudo sama tapi fasenyaberlawanan. Jika frekuensi danamplitudo dibuat tidak sama,gelombang apa yang terjadi?


Tes Kompetensi Subbab B

1,5 m

Gejala Gelombang 19

C. Sifat-Sifat Gelombang1. Pemantulan

1

2

a. Pemantulan Gelombang Lingkaran oleh Bidang Datar

Gambar 1.13Pemantulan gelombang pada tali:(a) ujung terikat; dan (b) ujung bebas.

Gambar 1.14Hukum pemantulan

Gambar 1.15Pemantulan gelombanglingkaran oleh bidang datar.

Sumber: Physics for ‘O’ Level, 1999


Pemantulan GelombangTujuan PercobaanMengamati pemantulan gelombang pada tangki riak.

Alat-Alat Percobaan1. Wadah bak air 4. Lampu atau OHP2. Papan 5. Air

3. Kaca

Langkah-Langkah Percobaan1. Buatlah semacam bak air (tangki riak) dengan kaca sebagai alasnya.2. Letakkan bak tersebut di bawah sinar lampu OHP, kemudian letakkan sebuah

kertas putih di bawah bak.3. Buatlah riak kecil dengan cara mencelupkan salah satu jari Anda di tengah-

tengah bak. Perhatikan yang terjadi.4. Masukkan papan tersebut di ujung bak, lalu gerakkan secara perlahan dalam

arah horizontal sehingga terbentuk riak.5. Jelaskan hasil yang diperoleh dan sebutkan perbedaan kedua riak tersebut.

Kemudian, jelaskan pula bagaimana dengan pemantulan gelombang padadinding.

i

rnormal

gelombangdatang

sinargelombang

datang sinargelombang

pantul

muka gelombang pantul

1

2

Gambar 1.16Tangki riak yang ditempatkandi atas OHP.


O A


Gambar 1.17Pembiasan pada tangki riak yang

kedalamannya berbeda.

Gambar 1.18(a) Pembiasan terjadi pada

bolpoin yang dicelupkan kedalam air; (b) Skema perjalanan

sinar pada proses pembiasan.

Sumber: Dokumentasi Penerbit

2. Pembiasan Gelombang

gelombang datang

batas

tempat dangkal

keping gelas tebal meja kaca tangki riak

gelombang setelahdibiaskan

1

2

12

sinardatang

1

2

sinarbias

n2 > n

1

n1

n2

Gejala Gelombang 21

Gambar 1.19Pembiasan sinar bergantungpada indeks bias medium.

1

sinardatang

2

garis normal

n1

n2 sinar

bias

n2 = n

1

sinardatang

n1

n2

sinarbias

n2 > n

1

sinardatang

n1

n2 sinar

bias

n2 < n

1

garis normal garis normal

1

2

1

2

Contoh 1.8

Tugas Anda 1.6Menurut Anda, mengapagelombang air laut yang begitubesar ketika sampai di pantaimenjadi kecil? Apakah terjadi halyang sama untuk laut yangberbatasan dengan daratan yangbertebing karang curam?


3. Polarisasi

gelombangterpolarisasi

celah

Gambar 1.20Gelombang tali yang

terpolarisasi.

Gambar 1.21Polarisasi gelombang tali.

gelombangterpolarisasi

gelombangtidak

terpolarisasi

37°

53°

medium 1

medium 2

Gejala Gelombang 23

Gambar 1.22Cahaya tak terpolarisasidilewatkan pada sebuah kristal.

4. Interferensi Gelombang

Gambar 1.23Interferensi gelombang air

interferensi konstruktif

Sumber: www.physics.umd.eduinterferensi destruktif

5. Difraksi Gelombang

Gambar 1.24Interferensi dua gelombang(a) interferensi konstruktif(menguatkan) dan(b) interferensi destruktif(menghilangkan).

+ +

= =

getaran horizontaldiserap sempurnaoleh polaroid

cahaya alamiyang datang

getaran vertikaldiserap sebagian

cahaya diteruskanterpolarisasi linear


6. Efek Doppler

Gambar 1.26Sumber gelombang yang

bergerak pada permukaan airmenyebabkan panjang

gelombang lebih pendeksesuai arah gerak.

12345sP

vp v

s

s5 4 3 2 1

Gambar 1.25Difraksi pada gelombang air

gelombang air setelahmelewati celah

gelombang air

celah

Sumber: Physics for Scientist & Engineerswith Modern Physics, 2000

Gejala Gelombang 25

Contoh 1.11

Tokoh

Christian JohannDoppler

(1803–1853)

Christian Johann Doppler adalahfisikawan yang lahir di Salzburg,Austria. Dia belajar di Vienna danmenjadi seorang profesor Fisika(1851). Dia terkenal denganpengamatannya tentang variasifrekuensi gelombang suara dangelombang cahaya karena pengaruhkecepatan gerak relatif antarasumber dan pengamat.

Sumber: www. allbiographic.com


Tes Kompetensi Subbab C

Rangkuman

Contoh 1.12Kata Kunci• refleksi• tangki riak• sudut datang• sudut pantul• garis normal• refraksi• fatamorgana• indeks bias• sudut bias• polarisasi• interferensi• interferensi konstruktif• interferensi destruktif• efek Doppler

Gejala Gelombang 27

Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu telahmengetahui jenis-jenis gelombang serta sifat-sifatnya.Dari materi bab ini, bagian mana yang Anda anggap sulit?Coba diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.

Refleksi

Selain itu, coba Anda sebutkan manfaat lainnya yangAnda peroleh setelah mempelajari materi bab ini.


P

Q

RS

T

U

V

Tes Kompetensi Bab 1

Gejala Gelombang 29


A

B

CD

E

F

HG I

Gelombang Cahaya 31

A. InterferensiCahaya

B. Difraksi Cahaya

C. Polarisasi Cahaya

• mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang cahaya;• menerapkan konsep dan prinsip gelombang cahaya dalam teknologi.


menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikan masalah.


31

Gelombang Cahaya

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang banyakdigunakan untuk kepentingan teknologi komunikasi.

Bab

2Sumber: Physics Today, 1995


A B C

gelombangdatang

S2

S1

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

terang

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

gelap

S0

Gambar 2.1Interferensi pada celah

ganda Young

A. Interferensi Cahaya

1. Percobaan Young dan Fresnella. Percobaan Celah Ganda Young

b. Percobaan Fresnell

Gambar 2.2Percobaan Fresnell untuk

menunjukkan interferensi cahaya.

C1

S1

O

PC

2

S2

S

Tokoh

Augustine Fresnell(1788–1827)

Augustine Fresnell (1788–1827)adalah fisikawan Prancis yangmengembangkan teori gelombangtransversal cahaya berdasarkan hasilpenemuannya tentang lensa daninterferensi. Fresnellmemperlihatkan bahwa cahayamatahari terdiri atas bermacam-macam warna cahaya, yang setiapwarna memiliki sudut bias tertentu.Ia juga menemukan sebuah bentuklensa yang pada keduapermukaannya berbentuk cembung.Bentuk lensa ini dikenal sebagailensa cembung. Lensa ini memilikisifat mengumpulkan cahaya.

Sumber: Science Encyclopedia, 1998

Tes Kompetensi Awal

Gelombang Cahaya 33

CB

P

r2

S2

S1

r1

d

y

D

b

r2

S2 r

1

S1

Gambar 2.3(a) Sinar gelombang dari celah S

1

dan S2

berinterferensi di titik P.(b) Untuk D d, r

1 dan r

2 dianggap

sejajar dan membentuk sudut terhadap sumbu tengah.

b

L

Pembahasan Soal

Seberkas cahaya monokromatisdijatuhkan pada dua celah sempitvertikal berdekatan dengan jarakd = 0,01 mm. Pola interferensiyang terjadi ditangkap layar padajarak 20 cm dari celah. Diketahuibahwa jarak antara garis gelappertama sebelah kiri ke garis gelapsebelah kanan adalah 7,2 mm.Panjang gelombang cahayatersebut adalah ....a. 180 nm d. 720 nmb. 270 nm e. 1.800 nmc. 360 nm

SPMB 2003Pembahasan:Jarak pola gelap ke-1 ke pusatadalah

337,2 10 m 3,6 10 m

2y

Dari soal diketahui:m = 1; d = 10–5 m; D = 0,2 msehingga

12

ydm

D

12

yd

D m

3 53,6 10 m 10 m10,2 m2

3 53,6 10 m 10 m10,2 m2

73,6 10 m = 360 nm

Jawaban: c


2. Menentukan Jarak Pita Terang ke-m atau Pita Gelap ke-mdari Terang Pusat

Tantanganuntuk Anda

Seberkas cahaya monokromatisdijatuhkan pada dua celah sempitvertikal berdekatan dengan jarakd = 0,01 mm. Pola interferensi yangterjadi ditangkap pada jarak 20 cmdari celah. Diketahui bahwa jarakantara garis gelap pertama disebelah kiri ke garis gelap pertamadi sebelah kanan adalah 7,2 mm.Hitunglah panjang gelombangberkas cahaya tersebut.

Gelombang Cahaya 35

k

Contoh 2.1

Contoh 2.2

3. Interferensi oleh Lapisan Tipis

Gambar 2.4Interferensi oleh lapisan tipis.

P

D

A

B

C

i

d

n

r

lensa

lapisantipis

(1)

(2)


Gambar 2.7Interferensi oleh lapisan minyak

yang tipis.

Sumber: www.instckphoto.com

Gambar 2.6Interferensi oleh lapisan

busa sabun yang tipis.

Sumber: www.funsci.com

Contoh 2.3

Gambar 2.5Interferensi oleh busa sabun.

Sumber: www.designprodygzone.com

Gelombang Cahaya 37

Tugas Anda 2.1Coba Anda perhatikan kembaliGambar 2.5. Gelembung tersebutsebenarnya berwarna-warni.Mengapa demikian? Anda dapatmencari jawabannya dari bukureferensi atau internet.

Contoh 2.4

Kata Kunci• interferensi• sinar monokromatis• interferensi maksimum• interferensi minimum


B. Difraksi Cahaya


1. Difraksi Celah Tunggal

Gambar 2.9Maksimum utama terjadi

untuk k = 0 atau = 0.

maksimumutama

Contoh 2.5

Gambar 2.8Difraksi cahaya pada celah tunggal.

d

5

4

32

12d

2d

sin2d

Gelombang Cahaya 39

garis gelap

terang

d

pusat

Q

P

Pembahasan Soal

Suatu berkas sinar sejajar mengenaicelah yang lebarnya 0,4 mm secarategak lurus. Di belakang celah diberilensa positif dengan jarak titik api40 cm. Garis terang pusat (orde nol)dengan garis gelap pertama padalayar di bidang titik api lensaberjarak 0,56 mm. Panjanggelombang sinar adalah ....a. 6,4 × 10–7 mb. 6,0 × 10–7 mc. 5,2 × 10–7 md. 5,6 × 10–7 me. 0,4 × 10–7 m

PPI 1983Pembahasan:

Jarak titik api = jarak celah kelayar = = 40 cm.Gelap pertama m = 1

dpm

3 30,4 10 m 0,5 10 m1

0,4 m= 5,6 × 10–7 m

Jawaban: d

Contoh 2.6

2. Difraksi pada Kisi

Gambar 2.10Difraksi pada kisi

BB

1

A

d

CD

GFE

T

M

P

K


Gambar 2.12Difraksi minimum kedua

untuk N banyak celah.

Gambar 2.13Difraksi cahaya putih akan

menghasilkan pola berupapita-pita spektrum.

cahayaputih

kisidifraksi

mer

ah

merah

merah

merah

biru

biru

biru

biru

spektrumorde ke 2

spektrumorde ke-1

spektrumorde ke-0

(putih)

spektrumorde ke-1

spektrumorde ke-2

Contoh 2.7

Mari Mencari Tahu

Gambar 2.11Difraksi minimum kedua

untuk N = 2 celah.

m = 2m = 1

2

113

213

sind

m = –1 m = 0 m = 1 m = 2

0

sind

2

Tantanganuntuk Anda

Tentukan daya urai sebuah celahdengan diameter 2 mm, jarak celahke layar 1 meter dengan panjanggelombang cahayanya 590 nm.

intensitas

Gelombang Cahaya 41

3. Daya Urai Optik

Gambar 2.14Bayangan dari optik fisis dua bendayang berdekatan karena (a) beririsandan (b) terpisah dengan baik.

Gambar 2.15Lukisan sinar dari sumber cahayadari sebuah celah bulat.

D

celah bulat pola difraksi

r

cahaya sumber datang 2

s1

s2

L

D

Contoh 2.8

Merak jantan dengan bulu-buluekornya yang berwarna-warni danberukuran lebar menyebabkanlebih kelihatan menarik dibandingmerak betina. Keindahan bulumerak tersebut merupakan contohefek difraksi gelombang cahayaoleh bulu merak.

Male with the largest or most colorfuladornments are often the mostattractive to females. The extraordinaryfeathers of a peacock’s tail are anexample of diffraction effect ofpeacock’s tail light wakes.

Sumber: Biology Concepts & Connections,2006

Informasiuntuk Anda

Information for You



C. Polarisasi Cahaya1. Polarisasi pada Kristal

Kata Kunci• difraksi gelombang• kisi difraksi• sudut simpang (deviasi)• difraksi maksimum• difraksi celah tunggal• difraksi pada kisi• daya urai optik• apertur

Gambar 2.16Cahaya tak terpolarisasi

dilewatkan pada sebuah kristal.

getaranhorizontaldiserapsempurnaoleh polaroid

cahaya alamiyang datang

getaran vertikaldiserap

sebagian

cahaya diteruskanterpolarisasi linear

Gelombang Cahaya 43

Gambar 2.17(a) Polarisator dan analisator dipasangsejajar sehingga cahaya yangditeruskan di belakang analisator akanterpolarisasi linear.(b) Polarisator dan analisator dipasangtegak lurus sehingga cahaya tidakditeruskan oleh analisator.

polarisator analisatorsumbercahaya

sumbercahaya polarisator analisator

tidak adacahaya

cahaya yangditeruskan

terpolarisasi

Contoh 2.9

2. Polarisasi pada Pemantulan dan Pembiasan

Gambar 2.18Polarisasi pada (a) pemantulan dan(b) pembiasan.

terpolarisasi

cermin

ip

n1

n2

ip

r

terpolarisasi


3. Polarisasi pada Pembiasan Ganda

4. Polarisasi karena Hamburan

5. Pemutaran Bidang Polarisasi

Gambar 2.20Polarisasi karena hamburan.

partikel-partikelgas

gelombang datangtak terpolarisasi

gelombang hamburanterpolarisasi

Gambar 2.21Pemutaran bidang polarisasi.

cahaya alamitak terpolarisasi

cahayaterpolarisasi

sumbuanalisator

sumbupolarisator

E0

0 cosE

normal

n1

n2

(1)

(2)

Gambar 2.19Polarisasi pembiasan ganda.

Gelombang Cahaya 45

Contoh 2.10

Contoh 2.11

Kata Kunci• bidang polarisasi• dichroic• polarisator• analisator• sudut polarisasi/sudut Brewster• hamburan• polarimeter• larutan optik aktif• sacharimeter



Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda menjaditahu bahwa cahaya merupakan gelombang elektro-magnetik yang dapat mengalami proses interferensi,difraksi, dan polarisasi. Dari semua materi pada bab ini,

Refleksi

bagian mana yang menurut Anda sulit dipahami? CobaAnda diskusikan bersama teman atau guru Fisika Anda.Selain itu, coba Anda sebutkan manfaat yang Andaperoleh setelah mempelajari materi bab ini.

Rangkuman

Peta Konsep

Gelombang Cahaya 47


Gelombang Bunyi 49

Gelombang Bunyi

• mendeskripsikan gejala dan ciri-ciri gelombang bunyi;• menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dalam teknologi.


menerapkan konsep dan prinsip gejala gelombang dalam menyelesaikanmasalah.


49

A. Sifat DasarGelombang Bunyi

B. Cepat Rambat Bunyi

C. Unsur Bunyi danPemanfaatanGelombang Bunyi

D. Sifat-SifatGelombang Bunyi

E. Dawai dan PipaOrgana sebagaiSumber Bunyi

F. Energi GelombangBunyi

Kelelawar ladam kuda (horseshoe bat) dapat memancarkan gelombang bunyiultrasonik yang berfungsi sebagai pengindra ketika terbang pada malam hari.

Bab

3Sumber: Fundamental of Physics, 2001


A. Sifat Dasar Gelombang Bunyi

Gambar 3.1Gelombang bunyi dari

lonceng yang bergetarmerambat melalui media

udara sampai ke telinga.

Gambar 3.2Getaran dari membran bas

drum membuat partikel udaramerapat dan merenggang.

Tes Kompetensi Awal

rapatan

renggangan

x

tekananudara

Sumber: Physics, 1995

Gelombang Bunyi 51


Kata Kunci• gelombang bunyi• gelombang longitudinal• gelombang infrasonik• gelombang audiosonik• nada• desah• pelayangan bunyi• ruang vakum

Gelombang longitudinal adalahgelombang yang arah getarnyasearah dengan arah rambatannya

Ingatlah


B. Cepat Rambat Bunyi

Tugas Anda 3.1Apakah bunyi termasuk gelombangelektromagnetik? Sebutkan alasan-alasan yang mendasari jawaban Andatersebut.

Bunyi dalam Ruang VakumTujuan PercobaanMenyelidiki apakah bunyi dapat merambat melaluiruang hampa.Alat-Alat Percobaan1. Jam weker2. Tabung hampa udara (vakum)Langkah-Langkah Percobaan1. Bunyikan jam weker tanpa ditutup oleh tabung

vakum.2. Tutup jam weker dengan tabung vakum. Amati

yang terdengar dari jam weker tersebut.3. Gunakan sebuah pengisap untuk mengisap udara

dalam tabung vakum secara perlahan-lahan.4. Amati perubahan intensitas bunyi jam weker tersebut.


Contoh 3.1

Cepat rambat bunyi di udarabergantung pada suhu udara.

Ingatlah

Tugas Anda 3.2Bandingkan nilai cepat rambat bunyidi udara yang Anda dapatkan daripercobaan dan dari buku referensi.Jika ada perbedaan, berikan analisisAnda mengenai hal tersebut.

Iskandar mendengarkan kembalisuaranya sebagai gema dari sebuahtebing setelah waktu 4 detik. Jika

adalah perbandingan panas jenisudara pada tekanan dan suhukonstan, serta Iskandar mengetahuibahwa suhu saat itu T kelvin danmassa molekul relatif udara M,Iskandar dapat menentukan jaraktebing menurut persamaan ....

a.RTM

d. 6RTM

b. 2RTM

e. 8RTM

c. 4RTM

UMPTN 1996

Pembahasan:

d = 2vt v =

RTM

d = 2

RTt

M = 4

2

RTM

Pembahasan Soal

Contoh 3.2

= 2RTM

Jawaban: b

Gelombang Bunyi 53

Kata Kunci• cepat rambat bunyi• konstanta Laplace• modulus Young• modulus Bulk


C. Unsur Bunyi dan Pemanfaatan GelombangBunyi

1. Tinggi Nada Bunyi

2. Kuat Bunyi

3. Warna Bunyi

Gambar 3.3Lidi dipegang oleh seorang anakdan ditempelkan pada jerujiroda yang berputar.

Gambar 3.4Percobaan kuat bunyi yangdihasilkan oleh getaran senar gitardengan (a) simpangan yang kecildan (b) simpangan yang besar.


4. Batas Pendengaran

5. Pemanfaatan Gelombang Bunyi

Gambar 3.6Teknologi 3D USG terbaru sekarang

dapat melihat organ-organ tubuhbayi dalam kandungan.

Sumber: www.mediajakartaselatan.com

Gambar 3.5Sonar dapat digunakan untukmendeteksi kedalaman laut.

pemancar penerima

gelombangultrasonik

Contoh 3.3

Kata Kunci• tinggi nada• kuat bunyi• audiosonik• infrasonik• ultrasonik• resonansi• sonar• ultrasonografi

1

2 3

4

5

Gelombang Bunyi 55


D. Sifat-Sifat Gelombang Bunyi

1. Pemantulan Gelombang Bunyi

Tugas Anda 3.3Gelombang bunyi merupakangelombang longitudinal sehinggatidak dapat mengalami dispersi danpolarisasi. Diskusikanlah bersamateman Anda, mengapa hal tersebutbisa terjadi? Berikanlah penjelasanilmiah mengenai hal tersebut.


Pemantulan BunyiTujuan percobaanMembuktikan peristiwa pemantulan bunyi.Alat-Alat Percobaan1. Weker 4. Dua buah pipa berdiameter 1 inci2. Papan pemantul 5. Busur derajat3. Meja 6. Kertas karton putihLangkah-Langkah Percobaan1. Susunlah alat seperti tampak pada gambar.2. Letakkan jam weker di salah satu ujung pipa paralon.3. Atur pipa paralon yang lain agar Anda dapat mendengar bunyi jam weker yang

paling jelas.4. Gambarlah susunan pipa tersebut pada kertas karton putih yang Anda

letakkan di bawahnya. Ukurlah besar sudut datang dan sudut pantulnya.5. Ulangi langkah percobaan ke-3 dan ke-4 dengan sudut yang berbeda.


Gambar 3.8(a) Pada siang hari, arah rambat

bunyi melengkung ke atas.(b) Pada malam hari, arah rambat

bunyi melengkung ke bawah.

Gambar 3.7Proses pemantulan bunyi.

2. Pembiasan Gelombang Bunyi

3. Difraksi Gelombang Bunyi

A N C

ri

Pelayangan bunyi terjadi karenaadanya interferensi dua gelombangyang frekuensinya berbeda sedikit.

Ingatlah

Gelombang Bunyi 57

4. Interferensi Gelombang Bunyi

5. Pelayangan Bunyi

f

Kata Kunci• dispersi• refraksi• refleksi• difraksi• interferensi• polarisasi• superposisi

sin A + sin B = 2 cos 12 (A–B) sin 1

2(A+B)

Ingatlah


E. Dawai dan Pipa Organa sebagai Sumber Bunyi1. Frekuensi Gelombang pada Dawai

Tes Kompetensi Subbab D

Hz

Contoh 3.4

f f fp ( )1 2

Dua buah dawai baja yang identikmemberikan nada dasar denganfrekuensi 400 Hz. Bila tegangandalam salah satu dawai ditambah2%, frekuensi pelayangan yangterjadi adalah ....a. 0 Hz d. 6 Hzb. 2 Hz e. 8 Hzc. 4 Hz

Tes ITB 1975

Pembahasan:Diketahui:f

0 = 400 Hz

Tegangan ditambah 2%p’ = F + 2% F = 1,02 Fmaka

0 1,02’ 1,01f FFf F F

sehingga frekuensi layangannyaadalahf

p= (f

2 – f

1)

= (1,01 f0 – f

0)

= 0,01 f0

= 0,01 · 400 Hz= 4 Hz

Jawaban: c

Pembahasan Soal

Gelombang Bunyi 59

Gambar 3.9(a) Nada dasar f

0;

(b) Nada atas pertama f1;

(c) Nada atas kedua f2;

(d) Nada atas ketiga f3.

0

1

2 1 222

3

2

Echolocation adalah bentuk sensoryang digunakan oleh binatangseperti kelelawar, paus, dan lumba-lumba. Binatang tersebutmemancarkan gelombang suara(gelombang longitudinal), kemudiandipantulkan oleh objek. Gelombangpantul kemudian dideteksi olehbinatang tersebut. Gelombangecholocation yang dipancarkan olehkelelawar memiliki frekuensi sekitar175.000 Hz.

Echolocation is a form of sensoryperception used by animals such asbats, toothed whales, and porpoises.The animal emits a pulse of sound (alongitudinal wave) which is reflectedfrom objects. The reflected pulse isdetected by the animal. Echolocationwave emitted by bats havefrequencies of about 175.000 Hz.

Informasiuntuk Anda

Information for You


2. Pipa Organa dan Pola Gelombangnya

a. Pipa Organa Terbuka

Gambar 3.10Seruling merupakan pipa

organa terbuka.

Contoh 3.5

Gelombang Bunyi 61

Gambar 3.11Pola gelombang resonansisuatu pipa organa terbuka.

nada dasar atauharmonik pertama

nada atas pertama atauharmonik kedua

nada atas ketiga atauharmonik ketiga

0

1

2

1

3

2

Contoh 3.61

40cm2

Contoh 3.7


b. Pipa Organa Tertutup

Gambar 3.12Pola gelombang resonansi pada

suatu pipa organa tertutup.

harmonik kedua

1

3

4

harmonik ketiga

2

5

4

harmonik pertama

0

1

4

Gelombang Bunyi 63

Contoh 3.8

Contoh 3.9

Pipa organa terbuka A dan pipaorgana tertutup sebelah B memilikipanjang yang sama. Perbandinganfrekuensi nada atas pertama antarapipa organa A dengan pipa organa Badalah ....a. 1 : 1 d. 3 : 2b. 2 : 1 e. 4 : 3c. 2 : 3

UMPTN 1995

Pembahasan:Pipa organa terbuka:

31 , , , ....2 2A

Pada nada atas pertama:

A AA

v vfx

Pipa organa tertutup:3 51 , , , ....

4 4 4B

Pada nada atas pertama:3 44 3B B

3 44

3

BB

B

v v vf

Untuk A B , diperoleh

43 3 4

A A

B

B

vff v

Jawaban: e

Pembahasan Soal

3. Resonansi

a. Resonansi pada Garputala

Gambar 3.13Dua garputala yang memilikifrekuensi yang sama akanberesonansi.



gelasairmineral

paralon

garputala

selangplastik

gabus

neon

Cepat Rambat BunyiTujuan PercobaanMengukur cepat rambat bunyi di udara.

Alat-Alat Percobaan1. Garputala2. Lampu neon yang sudah tidak terpakai3. Botol air mineral 100 m4. Selang plastik berdiameter 1,5 cm dan panjang 2 m5. Pipa paralon berdiameter 3 cm dan panjang 1 m6. Penjepit7. Penggaris8. Gabus sebagai sumbat

Langkah-Langkah Percobaan1. Rangkailah alat-alat tersebut seperti pada gambar.2. Isilah lampu neon dengan air sampai ketinggian

kolom udara 5 cm.3. Getarkanlah garputala di atas lampu neon yang

terbuka.4. Lakukan pemompaan terhadap air dari lampu neon

agar air keluar melalui selang dengan botol air mineral secara perlahan-lahan.

b. Resonansi pada Kolom Udara

Gambar 3.14Sebuah kolom udara di atas

permukaan air digetarkan olehsebuah garputala.

Gelombang Bunyi 65

1 0

Nilai frekuensi setiap garputalasudah diketahui. Analoginyaseperti nilai fokus dari lensa.

Ingatlah

5. Berhentilah memompa air pada saat terdengar bunyi mendengung. Ukurpanjang kolom saat itu dan catat sebagai l

1 (resonansi pertama) pada tabel

pengamatan seperti berikut.

6. Turunkan permukaan air dalam lampu neon sampai terdengar bunyimendengung lagi. Ukur panjang kolom saat itu dan catat sebagai l

2

(resonansi kedua) pada tabel pengamatan.7. Ulangi langkah tersebut sampai didapatkan l

3, l

4, dan seterusnya.

Data Pengamatan Resonansi Udara untuk Percobaan Cepat Rambat Udara

Resonansi ke–n Panjang Kolom Udara ( )

1.2.3.

....

....

....

Contoh 3.10


F. Energi Gelombang Bunyi

Tes Kompetensi Subbab E

Kata Kunci• resonansi• Hukum Mersenne• pipa organa• Hukum I Bernoulli• Hukum II Bernoulli

m

Gelombang Bunyi 67

Gambar 3.15Sumber bunyi berupa titik.Semakin jauh dari sumber bunyi,luas permukaan semakin besar.

P r1

r2

1. Intensitas Gelombang Bunyi

2. Taraf Intensitas (TI)

1 bel (B) = 10 desibel (dB)

Ingatlah

Tugas Anda 3.4Berapakah rasio intensitas bunyi 90dB terhadap intensitas bunyi 60 dB?


Suatu gelombang gempa terasa diMalang dengan intensitas 6 × 105 W/m2.Sumber gempa berasal dari suatutempat yang berjarak 300 km dariMalang. Jika jarak antara Malang danSurabaya sebesar 100 km dan ketigatempat itu membentuk segitigasiku-siku dengan sudut siku-siku diMalang, maka intensitas gempa yangterasa di Surabaya adalah ....a. 2 × 105 W/m2

b. 3 × 105 W/m2

c. 4,5 × 105 W/m2

d. 5,4 × 105 W/m2

e. 7,5 × 105 W/m2

UMPTN 1996

Pembahasan:2 2

2 1 12 1

1 2 2

I r rI I

I r r2

52 5

3006 10

10I

= 5,4 × 105 W/m2

Jawaban: d

Surabaya

Malangsumber gempa

300 km

100 km

Contoh 3.11

Pembahasan Soal

Sumber: College Physics, 1980

Gelombang Bunyi 69

Contoh 3.12

Kata Kunci• energi gelombang bunyi• intensitas gelombang• taraf intensitas• batas ambang pendengaran

Tes Kompetensi Subbab F


Rangkuman

Gelombang Bunyi 71

Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu dapatmengetahui sifat-sifat dasar gelombang bunyi danklasifikasi gelombang bunyi serta dapat menjelaskanperistiwa resonansi pada pipa organa. Dari materi babini, bagian manakah yang Anda anggap sulit? Cobadiskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.

Refleksi

Pada bab ini pula, Anda telah mempelajari manfaatdari gelombang bunyi, seperti untuk mengukurkedalaman laut. Coba Anda sebutkan manfaat lain yangAnda rasakan setelah mempelajari bab ini.


S

S2

r1

r2

P

40 mA

B

9 m

D


Gelombang Bunyi 73

1,2 m

f = 340 Hz

W

Medan Listrik, Potensial Listrik, dan Kapasitor 75

Medan Listrik, PotensialListrik, dan Kapasitor

A. Muatan Listrik

B. Medan Listrik

C. Energi PotensialListrik danPotensial Listrik

D. Kapasitor

memformulasikan gaya listrik, kuat medan listrik, fluks, potensial listrik, energipotensial listrik, serta penerapannya pada keping sejajar.


menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaianmasalah dan produk teknologi.


75

Berbagai jenis kapasitor yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik.

Bab

4Sumber: Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, 2000


A. Muatan Listrik

1. Interaksi Elektrostatis antara Dua Muatan Listrik

Gambar 4.1Mesin fotokopi

Gambar 4.2Setelah batang karet digosok kainwol dan batang kaca digosok kain

sutra kedua batang tersebut tarik-menarik.

batang karet batang karet


Tes Kompetensi Awal

batang karet batang kaca

Gambar 4.3Setelah kedua batang karet digosok

kain wol dan didekatkan, keduabatang karet tolak-menolak.

Gambar 4.4Pada atom hidrogen terdapatsatu proton dan satu elektron.


r

Gambar 4.5Interaksi muatan listrik berlainanjenis akan tarik-menarik

Gambar 4.6Interaksi muatan listrik sejenisakan tolak-menolak

Contoh 4.1

F Fq

2q

1

r

F Fq

2q

1

r

F Fq

2q

1

Tugas Anda 4.1Anda masih ingat alat yangdinamakan dengan elektroskop?Apakah fungsi alat tersebut?Bagaimanakah cara kerjanya? CobaAnda cari informasi dari internetatau buku-buku referensi.


2. Resultan Gaya Coulomb

Gambar 4.7Resultan gaya Coulomb

Contoh 4.2

r12

= 10 cm

q1

F12 q

2

F23 q

3

r23

= 10 cm

F12

q2

q1

F23

F21

F32

q3

r1

r2

Tokoh

Charles Coulomb(1736– 1806)

Coulomb adalah ahli Fisikakelahiran Angouleme, Prancis. Diamerupakan orang pertama yangmenunjukkan perilaku bahwamuatan listrik saling tolak satu samalain. Namanya kemudian digunakansebagai satuan muatan listrik.

Sumber: Jendela IPTEK, 1995


Nm / C C

m

2 2

Contoh 4.3

T30°

T sin 30°

T cos 30°

F

w

Kata Kunci• proton• elektron• neutron• atom netral• gaya Coulomb

T60°

30 cmqq

T

Perhatikan gambar berikut.

Hitunglah resultan gaya F yangbekerja pada muatan q.

q

rr

– q + q

Tantanganuntuk Anda


B. Medan Listrik

90 cm

+ q+ q

74°T

T

q q'

15 cm


q1

q2

q3

a aB

A C


1. Garis-Garis Gaya

Gambar 4.8(a) Garis-garis gaya listrik untukpartikel bermuatan positif;(b) Garis-garis gaya listrik untukpartikel bermuatan negatif;(c) Garis-garis gaya untuk duamuatan yang sejenis;(d) Garis-garis gaya untuk duamuatan yang berbeda jenis.

elektron

Contoh 4.4

q

EF

w

Contoh 4.5

E

v


2. Resultan Kuat Medan Listrik

Gambar 4.9Titik p dipengaruhi oleh muatan

q1 dan q

2.

q1

q2p E

1E

2

r1

r2

Contoh 4.6

5 cm 5 cm

0,2 C 0,05 C

P


D

CB

AEAD

EBD E

AB

q1

r1 = 5 cm

0,2 C 0,05 C

P q2E

2E1

r1 = 5 cm

Contoh 4.7

Pembahasan Soal

Pada titik-titik sudut B dan Dsebuah bujur sangkar ABCDmasing-masing diletakkan sebuahpartikel bermuatan +q. Agar kuatmedan listrik di titik A = nol, makadi titik C harus diletakkan sebuahpartikel bermuatan sebesar ....a. – qb. + q

c. 2q

d. 2q

e. 2 2qUMPTN 1991

Pembahasan:

B(+q)

EAD

EBD

EAB

A

CD(+q)

EAB

= EAD

= 2

kq

q = E

EBD

= 2 2AB ADE E = 22E

EBD

= 2

2 2kq

Eq

EAC

= EBD

2 22Ck q kq

qAC

2 22

2

Cq q

qq

2 22

2Cq q

q q

qC = 2 2q

Jawaban: e


3. Hukum Gauss

Gambar 4.10Garis-garis gaya yang

menembus bidang permukaan.

Gambar 4.11Garis gaya yang menembus

suatu permukaanmembentuk sudut .

n

E

E

nn

E37°

Luas = A

E

n

E

Contoh 4.8


4. Perhitungan Medan Listrik dengan Menggunakan HukumGauss

a. Medan Listrik pada Keping Sejajar

Gambar 4.12Medan listrik antara dua kepingsejajar dengan rapatmuatan dan .

Gambar 4.13Perhitungan kuat medan listrikE pada pelat konduktormenggunakan permukaantertutup (silinder) berdasarkanHukum Gauss.

E1

A1

E2

A2

E3

A3

E

Kata Kunci• medan listrik• garis-garis gaya• fluks• fluks listrik• keping sejajar• bola konduktor• permukaan Gauss


b. Kuat Medan Listrik pada Bola Konduktor Berongga

Gambar 4.14Bola konduktor berongga

yang memiliki jari-jari R.r = jarak titik ke pusat bola.

Gambar 4.15Grafik E terhadap r untuk

bola konduktor berongga.

Ra

E

0 r = R r

E = 0


permukaan Gauss IIpermukaan Gauss I

2

qk

rE =

2

qk

RE =

R

r>R

r<R

14 cm

–24q–4q

20 cm

4 C 4 C

4 C 4 C

dFE


0

C. Energi Potensial Listrik dan Potensial Listrik1. Energi Potensial Listrik

+ ––q

2q

1q

1Fc

F

(2) (1)r

1

r2

Gambar 4.16Interaksi antara muatan q

1 dan q

2.

r


2. Potensial Listrik

3. Hubungan Usaha dan Beda Potensial Listrik

Gambar 4.17Potensial listrik oleh 3 muatan,

q1, q

2, q

3 di titik P.

P r3 +

q3

–q

2

+q

1

r2

r1

Gambar 4.18Muatan q, bergerak dari titik 1 ke

titik 2 dipengaruhi muatan Q.

r2

r1

2

1

Contoh 4.9

Q

q


Tantanganuntuk Anda

Hitunglah usaha yang diperlukanuntuk memindahkan muatan positifyang besarnya 10 C dari suatu titikyang potensialnya 10 V ke suatu titikyang potensialnya 60 V.

Contoh 4.10

A B

C

D

10 cm6 cm

4 cm 4 cm

4. Hukum Kekekalan Energi Mekanik dalam Medan Listrik

Hukum kekekalan energi mekanikpartikel dalam medan listrik berlakujika pada partikel tersebut tidak adagaya lain yang bekerja selain gayaCoulomb.

Ingatlah


V

A B

5. Potensial di antara Dua Keping Sejajar

Gambar 4.19Dua buah keping sejajar dan

terpisah sejauh d diberimuatan yang sama.

Contoh 4.11Kata Kunci• energi potensial listrik• potensial listrik• volt

A B

d

E

V



r = 50 × 10–10 m

q

Contoh 4.12

q

d

x

V12

d

q4

q3

q1 q

2

E

x = ?

y = 1 cmV

Tantanganuntuk Anda

Sebuah elektron dengan massa9,11 × 10–31 kg dan muatan listrik–1,6 × 10–19 C, lepas dari katodemenuju anode yang jaraknya 2 cm.Jika kecepatan awal elektron = 0 danbeda potensial antara anode dankatode = 200 V, hitunglah kecepatanelektron ketika sampai di anode.


D. Kapasitor1. Muatan pada Kapasitor

e–

– +

Gambar 4.20Proses pengisian muatan

pada kapasitor.

kepingkonduktor

isolator

kepingkonduktor

E

Gambar 4.21(a) Jenis kapasitor;

(b) Skema kapasitor.

2. Kapasitas Kapasitor


Gambar 4.22(a) Kapasitor kertas;(b) Kapasitor variabel;(c) Kapasitor elektrolit.

kertas

lempeng logam

kepingbergerak

keping tetap kapasitor elektrolit

3. Kapasitor Keping Sejajar

Contoh 4.13

Tugas Anda 4.2Berdasarkan kepolarannya, dikenaldua jenis kapasitor, yaitu kapasitorpolar dan kapasitor non-polar. CobaAnda cari informasi mengenaiperbedaan di antara keduanya.


Gambar 4.24Kapasitor keping sejajar

dihubungkan dengansumber tegangan V.

Gambar 4.23(a) Baterai B menyebabkan

perbedaan potensial yang samapada setiap kapasitor; kapasitor

dengan bahan dielektrik memilikimuatan yang lebih banyak.

(b) Kedua kapasitor mengangkutmuatan yang sama. Kapasitor

dengan bahan dielektrik memilikiperbedaan potensial lebih rendah,

seperti ditunjukkan olehpembacaan alat ukur.

bahan dielektrik

udara

E– q+ q

V

A

d

Sumber: Fundamental of Physics, 2001


4. Dielektrik pada Kapasitor

Contoh 4.14

Jika permitivitas dielektrikdisisipkan di antara keping kapasitor,kapasitas dan beda potensialnyaberubah, tetapi muatannya (q) tetap.

Ingatlah

Tugas Anda 4.3Mengapa dielektrik tidakmenggunakan bahan konduktor?Coba tanya pada guru Anda atau cariinformasi dari internet.


5. Kapasitor Bentuk Bola

6. Susunan Kapasitora. Susunan Seri

Gambar 4.25Kapasitor bola konsentris

dengan V2 dibumikan

R1

R2

bola 2

bola 1

Generator Van de Graaff adalah alatuntuk mengumpulkan danmenyimpan muatan listrik statikdalam jumlah yang sangat besar.Rambut wanita ini akan saling tolak-menolak setelah memeganggenerator Van de Graaff dan ujung-ujungnya berdiri karena termuatioleh muatan yang sama.

Van de Graff is a tool to collect andstore statics electric chargeenormously in quantity. The woman’shair could be repulsive each otherafter held the Van de Graff generatorand a hair would be repulsivescaused by loading the commoncharges.

Informasiuntuk Anda

Sumber: Physics for You, 2001

Information for You


Gambar 4.26Susunan seri kapasitor

C1

C2

C3

V1

V2

V3

V

+ – + – + –

Contoh 4.15

• Kapasitas total dua buah kapasitorseri adalah

1 2

1 2S

C CC

C C

• Perbandingan potensial padakapasitas seri adalah

1 2 31 2 3

1 1 1 1: : : ... : : : : ... :nn

V V V VC C C C

Ingatlah

Tugas Anda 4.4Ketika Anda sedang merangkaiperalatan elektronik, kadang-kadangsulit menemukan nilai kapasitaskapasitor yang tepat dengankebutuhan, maka teknik penyusunankapasitor bermanfaat sekali dalamhal ini. Jika Anda hanya memilikikapasitor bernilai besar, susunankapasitor apakah yang akan Andagunakan untuk mendapatkankapasitor bernilai kecil?

b. Susunan Paralel


7. Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor

Contoh 4.16

Tantanganuntuk Anda

Perhatikan gambar rangkaiankapasitor berikut.

Tentukan:a. kapasitas pengganti antara titik

x dan titik y,b. beda potensial antara titik x dan

y jika muatan pada kapasitor5 F adalah 60 C.

y

x

C2

C1

3 F

3 F4 F

4 F

4 F

5 F

3 F

Gambar 4.28Grafik perubahan potensial (V)

sebagai fungsi perubahan muatanselama proses pengisian

berlangsung.

V (V)

q(C)

qV

C

Gambar 4.27Susunan paralel kapasitor

C1

C2 C

3

V1 V

2 V3

V +

–

+

–

+

–

+

–

dq Q


Contoh 4.17

Mari Mencari Tahu

Kata Kunci• kapasitas kapasitor• kapasitor kertas• kapasitor variabel• kapasitor elektrolit• farad• kondensator• isolator• dielektrik• katode• anode


5 mm

10 cm

2 4 V

a

b

4 F24 F

6 F2 F

a

b

3 F

2 F 4 F

2 F

a b

5 F

12 F 4 F

24 F


Rangkuman


Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu menjadipaham tentang listrik statis, medan listrik, potensial listrik,energi potensial listrik, kapasitor dan jenis-jenisnya, sertabagaimana cara kapasitor bekerja. Dari semua materipada bab ini, bagian mana yang menurut Anda sulit untukdipahami? Coba Anda diskusikan dengan teman atauguru Fisika Anda.

Refleksi

Pemasangan kapasitor pada sakelar-sakelar listrikyang memiliki daya tinggi dapat menghilangkanterjadinya percikan bunga api. Pemanfaatan ini bergunasekali untuk keamanan. Coba Anda tuliskan manfaat lainpenggunaan kapasitor.

Peta Konsep



F

r

F

r

F

r

F

r

r

d

A B

F


F

A B

O+2q – q

a b

C1

C2

F

F

C3

F


3 F

A B

6 cm 8 cm

O4 C 3 C

a

b

r

s

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

B A

v

VB – V

A = 200 volt

15 cm

A B

C C

C C C

A B

C C

CC

CC

A B40 F

12 F

13 F

6 F

6 F

28 F

16 F

12 F

d=10 cm

Medan Magnetik 105

Medan Magnetik

A. Medan Magnetik

B. Gaya Magnetik

C. Aplikasi GayaMagnetik

D. Sifat MagnetBahan

menerapkan induksi magnetik dan gaya magnetik pada beberapa produk teknologi.


menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagaipenyelesaian masalah dan produk teknologi.


105

Jarum pada kompas menyimpang mengikuti arah medan magnetik yangditimbulkan oleh kawat berarus.

Bab

5Sumber: Physics For Scientists and Engineers, 2000


A. Medan Magnetik1. Medan Magnetik di Sekitar Magnet Permanen

Gambar 5.2Pola garis gaya magnetik pada

(a) magnet U dan(b) magnet batang.

Gambar 5.1Pola garis gaya magnetik

Tes Kompetensi Awal

Gambar 5.3(a) Garis gaya magnetik tegak lurus

menembus bidang A (fluksmagnetik);

(b) Medan magnetik B menembusbidang A dengan membentuk

sudut terhadap garis normal.

B

A

garis normal0

B

garis normal

A

n


tarik-menarik

tolak-menolak

Medan Magnetik 107

2. Medan Magnetik di Sekitar Arus Listrik

Gambar 5.4Garis-garis gaya magnetik yangterbentuk oleh serbuk besiketika ditempatkan di tempatyang dipengaruhi oleh kawatberarus listrik.

Contoh 5.1

I

I

Baru-baru ini di dalam tengkorakburung merpati ditemukan sejenissensor magnet yang tersusun darimagnet-magnet elementer. Tiapmagnet tersebut terhubung denganotak melalui saraf. Sensor tersebutdapat menentukan posisi arahmelintang sepanjang magnet Bumi,selain itu juga dapat menentukanketinggian posisinya dari permukaanBumi.

Pigeons have recently been found tohave multiple-domain magnetitemagnets within their skulls. That areconnected with a large number ofnerves to the pigeon’s brain. Pigeonshave a magnetic sense, and not onlycan they discern longitudinaldirections along the earth’s magneticfield, but they can also detect latitudeby the dip of the earth’s field.

Informasiuntuk Anda

Information for You



Medan Magnetik di Sekitar Kawat BerarusTujuan PercobaanMengamati medan magnetik yang disebabkan oleh kawat berarus listrik.

Alat-alat Percobaan1. Sebuah baterai 4. Kawat penghantar2. Kabel 5. Kompas kecil3. Sebuah saklar


Gambar 5.7(a) Kaidah tangan kanan; (b) Jika arus

menuju pengamat, arah medanmagnetik berputar ke kiri; (c)

Jika arah arus menjauhipengamat, arah medan

magnetik berputar ke kanan.

Gambar 5.5(a) Penghantar tidak dilalui arus listrik;

(b) Penghantar dialiri arus listrikdari utara; (c) Penghantar dialiri

arus listrik dari arah selatan.Perhatikan arah simpangan

jarumnya.

Gambar 5.6Pola garis medan magnetik yang

dibentuk oleh serbuk besi di sekitarkawat lurus berarus listrik.


S

U

U U U

U U

SS S

S S

B

B

B B

Langkah-langkah Percobaan1. Susunlah peralatan sehingga terlihat seperti Gambar (a). Dalam keadaan

sakelar S terbuka, letakkan kawat penghantar di atas kompas dengan arahmemanjang sejajar dengan jarum kompas.

2. Perhatikan arah penunjukan jarum kompas.3. Kemudian, tutuplah sakelar S seperti pada Gambar (b). Amati jarum kompas,

apa yang terjadi?4. Baliklah polaritas baterai seperti pada Gambar (c). Lakukanlah pengamatan

seperti langkah 2 dan 4. Amati yang terjadi dengan jarum kompas.

5. Apakah kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

S S S

I I I

I

Medan Magnetik 109

3. Hukum Biot-Savart

4. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Lurus

Gambar 5.8Kawat d yang dialiri arus listrik.

i

d BP

r

d

d

Gambar 5.9Induksi magnetik akibat kawatlurus berarus di sebuah titikyang berjarak a dari kawatlurus tersebut.

d B

P

d

I

0

r

a


Gambar 5.10Arah induksi magnetik di

sekitar kawat lurus berarus.(a) Arah arus ke bawah;

(b) Arah arus ke atas.

Tugas Anda 5.1Coba Anda cari informasi apakah disekitar kawat lurus berarus timbulmedan magnetik juga jika arus yangmengalir arus bolak-balik.

i

i

BB

Contoh 5.2

Tantanganuntuk Anda

Jika pada kumparan yang dialiri aruslistrik ditambahkan inti besi lunak,medan magnetik yangditimbulkannya semakin besar.Mengapa demikian?

I

0rP

d

Medan Magnetik 111

5. Induksi Magnetik di Sekitar Kawat Melingkar

Gambar 5.11Induksi magnetik di pusat kawatmelingkar berarus.

z

0

x y

Ir

a

r

Id

Ia

P

2 I 2 I

Pa

I

I

Contoh 5.3

Tantanganuntuk Anda

Perhatikan gambar berikut.

Penghantar berbentuk duasetengah lingkaran konsentris,memiliki jari-jari a

1 = 2 cm dan

a2 = 4 cm. Penghantar dialiri oleh

arus listrik I = 2 A.Tentukanlah besarinduksi magnetik total yang timbuldi titik pusat A.

AI

I

a2 a

1


6. Induksi Magnetik di Pusat dan Ujung Solenoida

P

dD

x

a

P C

A

F

r

Gambar 5.12(a) Solenoida yang dialiri

arus listrik; (b) Penampang irisanmembujur solenoida.

Contoh 5.4

Tokoh

Hans Oersted(1777–1851)

Hans Oersted adalah seorang ahliFisika berkebangsaan Denmark. Padatahun 1819 ia menemukanhubungan mendasar antarakemagnetan dan kelistrikan.Percobaannya menunjukkanterjadinya pembelokan pada jarumkompas ketika didekatkan dengankawat berarus. Fenomena ini dikenaldengan elektromagnetisme.

Sumber: www.allautobiographies.com

Medan Magnetik 113

P

P P

I II


x– x+

Az

B

I

y+

y –

6 I

2 I a 2 a

3a

9 I

P

2aI

P

Kata Kunci• medan magnetik• garis gaya magnetik• fluks magnet• kaidah tangan kanan• hukum Biot-Savart• solenoida• toroida• induksi magnetik

a

lingkaran arus

B

Gambar 5.13Toroida yang dialiri arus listrik.

6. Induksi Magnetik di Sumbu Toroida

2 a


B. Gaya Magnetik

1. Menentukan Arah Gaya Magnetik

Gambar 5.14Seutas kawat berarus I berada diruang yang dipengaruhi medan

magnetik B sehingga timbulgaya magnetik (F) pada kawat

tersebut.

I

F

Gambar 5.15Penghantar panjang berarus

listrik I di dalam medanmagnetik homogen B.

I

B


Gaya MagnetikTujuan PercobaanMengamati gaya magnetik

Alat-Alat Percobaan1. Aluminium foil 4. Sebuah sakelar2. Sebuah magnet U 5. Dua buah penjepit3. Sebuah baterai

Langkah-Langkah Percobaan

1. Susunlah peralatan tersebut, seperti pada gambar berikut.

pitaaluminium

penjepit

sakelar

– +

sebelumsakelar ditutup,pita aluminiumdalam keadaan

mendatar

FP

sakelar

Q– +

Medan Magnetik 115

2. Tutuplah sakelar agar arus listrik mengalir melalui pita aluminium.3. Apakah yang terjadi dengan pita aluminium tersebut?4. Ubahlah polaritas dari baterai, kemudian amati yang terjadi pada pita

aluminium.5. Balikkan posisi kutub magnet U, kemudian amati yang terjadi pada pita

aluminium.6. Apakah kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

F

BF

I

Gambar 5.17Arah gaya magnetik sesuai dengankaidah tangan kanan.

Gambar 5.16Gaya magnetik yang dialami kawatpenghantar berarus listrik.

SUB

Ion bermuatan dari Mataharimendekati Bumi dan masuk keatmosfer menuju daerah kutubpada umumnya dikatakan adanyapengaruh medan magnetik Bumi.Kadang-kadang kejadian inimenimbulkan fenomena yangdisebut aurora borealis atau cahayautara di daerah lintang utara.

Charged ions approach the Earth fromthe Sun and enter the atmospheremainly near the poles, sometimescausing a phenomenon called theaurora borealis or northern lights innorthern latitudes.

Informasiuntuk Anda

Information for You

P F

Q

B

Contoh 5.5

2. Gaya Magnetik pada Muatan yang Bergerak

Sumber: Physics for Scientist and Engineers


=

B

Gambar 5.18Gaya yang dialami muatan

bergerak dalam medanmagnetik.

R F v

A

Gambar 5.19Pengukuran massa ion

menggunakan spektroskop massa.

x

r

+ q

S

–

+

B

V

Medan Magnetik 117

Contoh 5.6

Tantanganuntuk Anda

Suatu partikel bermuatan 0,04 Cbergerak sejajar dengan kawatberarus listrik 10 A. Jika jarak antarapartikel dan kawat 5 cm, hitunglahberapa gaya yang dialami partikeltersebut?


3. Gaya Magnetik antara Dua Kawat Sejajar

Gambar 5.20Dua buah penghantar lurus

sejajar dialiri oleh arus listrik.(a) I

1 searah dengan I

2.

(b) I1 berlawanan arah dengan I

2.

garis medankarena I

1 I2

garis medankarena I

2

PQ

B1

B2

F1

F2

a

garis medankarena I

2

garis medankarena I

1I

1I

2

B1

B2

Q PF1 F

2

a

I1

Contoh 5.7

B

B

I

Medan Magnetik 119

Kata Kunci• gaya magnetik• kaidah tangan kanan

Contoh 5.8



C. Aplikasi Gaya Magnetik

1. Motor Listrik

I

I

poros

arah putaran

F

B

CB

D

F

A

komutator

sikat karbon

Gambar 5.21Skema motor listrik

Gambar 5.22Skema galvanometer

F

a

F

b

I

Ipivot

U S

2. Galvanometer

Tugas Anda 5.2Anda mengenal kipas angin, mesincuci, dan motor penggerak mesinjahit. Alat-alat tersebut dihubungkandengan listrik arus AC. Carilah carakerjanya. Apakah cara kerjanya samadengan motor listrik yang dibahasberdasarkan Gambar 5.21?

Medan Magnetik 121

3. Pengeras Suara (Loudspeaker)

4. Kereta Api Terbang

Sumber: Science Discovery 1, 2004

Gambar 5.23Kereta api terbang mampumelaju dengan kecepatanlebih dari 400 km/jam.


D. Sifat Magnet Bahan

1. Bahan Ferromagnetik

2. Bahan Paramagnetik

3. Bahan Diamagnetik

Gambar 5.24(a) Gerak melingkar elektron

mengelilingi inti; (b) Spin elektrontidak berpasangan; (c) Spin elektron

berpasangan.

SS

U UU

S

Gambar 5.25Bahan ferromagnetik dalam

solenoida

Gambar 5.26Bahan paramagnetik dalam

solenoida

Gambar 5.27Bahan diamagnetik

dalam solenoida

S U

S U

Medan Magnetik 123

bel

pegas baja

interuptor(pemutar

arus)

sakelar

besi U

kumparan

Gambar 5.28Skema rangkaianrelai magnetik

engsel

rangkaian kedua

solenoida

sakelar

armatur(lempengan)

inti besi

Gambar 5.29Skema rangkaianbel listrik

4. Suhu Curie

5. Penerapan Bahan Ferromagnetika. Relai Magnetik (Penghubung)

b. Bel Listrik

Sumber: Physics for Scientists andEngineers, 3rd Edition, 2000


Rangkuman

I

B

Medan Magnetik 125

Peta Konsep

Setelah Anda mempelajari materi bab ini, Anda tentudapat memahami bahwa medan magnetik dihasilkandari magnet permanen dan kawat berarus. Anda tentumemahami juga pengaruh medan magnetik pada kawatberarus serta pemanfaatan fenomena tersebut dalam

Refleksi

teknologi. Dari materi yang ada pada bab ini, bagianmanakah yang menurut Anda sulit dipahami? Coba Andadiskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda. Selainitu, coba Anda cari manfaat dan aplikasi lain dari materi-materi bab ini.



I1

a

B

P

I1

I2

4d 3

4d

C

A B

IA

= 5A IB

= 5A

ai

x

P

r

Medan Magnetik 127

II

I2

I1

P

O

P

a

I


1

81

4

1

2

S

B

U

I

10 cm

1 cm

Q

I1

I2

a b

d c

20 cm

P

h

DC

AI

B

I

Medan Magnetik 129

I

P

IQ

RI

P

ba

Ia = 10 A

Ib = 5 A10 cm

Q

P

R4 cm

4 cmO

P R

A B

I1 = 5 A I

2 = 5 A

8 cmb10 cma


P

Q

Induksi Elektromagnetik 131

memformulasikan konsep induksi Faraday dan arus bolak-balik, keterkaitannya,serta aplikasinya.


menerapkan konsep kelistrikan dan kemagnetan dalam berbagai penyelesaianmasalah dan produk teknologi.


InduksiElektromagnetik

A. Gejala InduksiElektromagnetik

B. Aplikasi InduksiElektromagnetikFaraday

C. Arus dan TeganganListrik Bolak-balik

131

Generator listrik mampu mengubah energi kinetik menjadi energi listrikmelalui proses induksi elektromagnetik.

Bab

6Sumber: Physics Today, 1989


Tes Kompetensi Awal

A. Gejala Induksi Elektromagnetik1. Pengertian Induksi Elektromagnetik

Gambar 6.1Induksi elektromagnetik

(a) ketika magnet diam, jarumgalvanometer juga diam, (b) ketika

magnet dimasukkan ke dalamkumparan, jarum galvanometer

bergerak ke kanan, dan (c) ketikamagnet dikeluarkan dari dalamkumparan, jarum galvanometer

bergerak ke kiri. Aktivitas Fisika 6.1

Induksi ElektromagnetikTujuan PercobaanMengamati arus induksi

Alat-Alat Percobaan

1. Kumparan2. Galvanometer3. Magnet batang

Langkah-Langkah Percobaan

1. Susunlah peralatan seperti gambar berikut.

kumparanmagnet

galvanometer


2. Hukum Faraday

2. Siapkan magnet batang, kemudian dekatkan pada kumparan, dan diamkan.Catat hasil pengamatan Anda.

3. Gerakkan magnet mendekati kumparan atau masukkan ke dalam kumparan.Amati jarum galvanometer dan catat hasil pengamatannya.

4. Diamkan magnet batang di dalam kumparan. Amati jarum galvanometer dancatat hasil pengamatannya.

5. Gerakkan magnet batang dengan arah menjauhi kumparan atau keluarkumparan, amati jarum galvanometer, dan catat hasil pengamatannya.

6. Balikkan polaritas magnet batang, lakukan lagi percobaan langkah 2 danlangkah 5. Catat hasil pengamatannya.

7. Tulis kesimpulan Anda tentang kegiatan ini.

Gambar 6.2Garis-garis gaya magnetik yangmembentuk sudut terhadapgaris normal.

Tokoh

Michael Faraday(1791–1867)

Michael Faraday adalah seorang ahliFisika, ahli Kimia, dan ahli Filsafatberkebangsaan Inggris, tepatnyalahir di Newington Butts, Surey, padatahun 1971. Ia bersama-sama denganJoseph Henry menemukanfenomena induksi elektromagnetik.Penemuan ini merupakan kebalikandari penemuan Oersted, yaitu darimedan listrik dapat menghasilkanarus listrik.

Sumber: www.allbiographies.com

B

A

garisnormal

I


Tantanganuntuk Anda

Bagaimana pengaruh perubahanlilitan terhadap ggl induksi?

Contoh 6.1

3. Ggl Induksi karena Perubahan Luas Bidang Kumparan

Gambar 6.3Penghantar PQ digerakkan

dengan kecepatan v di dalammedan magnet homogen B.

B

R

P

Q

v

x

I

Gambar 6.4Gerak elektron dalam batang

konduktor bergerak di atasmedan magnet.

v

F

ve


Para teknisi ini sedang memasanggenerator pada instalasi pembangkitlistrik di Meksiko. Bagian yangterlihat di sini adalah stator, yangtidak bergerak. Selanjutnya, ke dalamstator itu dimasukkan rotor. Rotormerupakan sebuah elektromagnetikkuat yang dapat berputar dengankecepatan tinggi. Akibat perputaranrotor, terjadi perubahan medanmagnetik dan membangkitkan aruslistrik pada kumparan di dalam stator.

The pisture have shown thetechnician placing generator onelectrical instalation in Mexico. Youcan see a part, called stator. The rotoris put inside it. Rotor is a strongelectromagnetic device that can spinwith cause the velocity. That spin iswhat cause the change of magneticfield and generate electrical elementon coil inside stator.

Sumber: The Oxford Children’s Book ofScience, 1995

Informasiuntuk Anda

Information for You

Contoh 6.2

Q

P

B

F

vw = mg

0,25R

20 cm


Tantanganuntuk Anda

Sebuah penghantar berbentuk Uterletak di dalam daerah berinduksimagnetik homogen B = 4 × 10–3 Tberarah menembus bidang kertas.Penghantar PQ sepanjang 40 cmmenempel pada penghantar U dandigerakkan ke kanan dengankecepatan tetap v = 10 m/s. Hitungggl induksi antara ujung-ujung PQ.

arah telapak tangan

arah jari lainarah ibu jari

F

B

I

4. Induktansi Diri

Induktor adalah sebuahelektromagnet, yaitu sebuahkumparan kawat dengan atau tanpainti magnetik yang menghasilkanmagnetisme jika arus mengalirmelewatinya.

Inductor is an electromagnet, made ofwire coil with or without magneticcore which can produce magnetismwhen electric current through.

Sumber: Jendela Iptek, 1997

Informasiuntuk Anda

Sumber: www.linearmagnetics.com

Information for You


Gambar 6.5Sebuah rangkaian tertutup (a) saklar sditutup, lampu menyala dan (b) saklar sdibuka, lampu masih menyala beberapasaat kemudian padam.

S

S

IL

L

P

P

Contoh 6.3

Pembahasan Soal

Kuat arus listrik dalam suaturangkaian tiba-tiba turun dari 10 Amenjadi 2 A dalam waktu 0,1 s.Selama peristiwa ini terjadi, timbulggl induksi sebesar 32 V dalamrangkaian. Induktansi rangkaianadalah ....a. 0,32 Hb. 0,40 Hc. 2,5 Hd. 32 He. 40 H

UMPTN 1993

Pembahasan:Diketahui:

I = 10 A – 2 A = 8 A

ind = 32 V

ind

dIL

d

32 V = 3,2 V

8 As

L = 3,2

8 sV

A = 0,4 H

Jawaban: e


Gambar 6.6Sebuah kawat induktoryang dialiri arus listrik.

Ia b

Contoh 6.4

5. Energi yang Tersimpan dalam Induktor


6. Rapat Energi dalam Bentuk Medan Magnetik

Contoh 6.5 Tantanganuntuk Anda

Sebuah kumparan (solenoida)memiliki induktansi 500 mH.Hitunglah besar induksi ggl yangdibangkitkan dalam kumparan itujika ada perubahan arus listrik dari100 mA menjadi 40 mA dalam waktu0,01 s secara beraturan.


Kata Kunci• gaya gelak listrik (ggl)• induksi elektromagnetik• Hukum Faraday• fluks medan magnetik• Hukum Lenz• gaya Lorentz• ggl induksi diri• kumparan primer• kumparan sekunder• induktansi silang

Gambar 6.8Perubahan arus pada kumparan1 akan memengaruhi arus pada

kumparan 2.

I

8. Induktansi Silang

Gambar 6.7Induktor silang antara

dua buah kumparan.

R

P S

G


Contoh 6.6

2


Q

P

R = 0,5

v = 20 m/s

B


sikatkarbon

cincinluncurarah putaran

kumparan

B. Aplikasi Induksi Elektromagnetik Faraday

1. Generator

a. Generator Arus Bolak-Balik

b. Generator Arus Searah

2. Transformator (Trafo)

Gambar 6.9Skema generator arus bolak-balik

Gambar 6.10Skema generator arus searah

kumparan

komutator

sikat karbon

arah putaran


a. Transformator Step-up

b. Transformator Step-down

Gambar 6.11Transformator

Gambar 6.12Bagan transformator step-up

primer

Np

sekunder

Ns

Gambar 6.13Bagan transformator step-down

Sumber: PHYWE, 1989

primer

Np

sekunder

Ns



Membuat TransformatorTujuan PercobaanMembuat transformator step-up.

Alat-Alat Percobaan

1. Kawat tembaga kira-kira 1 m2. Sumber tegangan 12 V (AC)

Langkah-Langkah Percobaan1. Susunlah peralatan seperti gambar berikut.2. Lilitkan 10 lilitan kawat pada bagian kiri inti besi, sebagai kumparan primer.

Kemudian, sebanyak 20 lilitan pada bagian karena inti besi yang lain, sebagaikumparan sekunder. Hubungkan dengan sumber tegangan.

3. Catat besar tegangan yang terbaca pada voltmeter.4. Teruskan menambah 10 lilitan pada kumparan sekunder hingga menjadi 50

lilitan. Amati dan catat besar tegangan yang terbaca pada voltmeter.5. Masukkan data hasil pengamatan Anda pada tabel. Kemudian, buatlah grafik

tegangan sekunder terhadap jumlah lilitan sekunder.

6. Berikan kesimpulan Anda dari kegiatan ini.

kumparan

inti besivoltmeter

No

1.2.3.4.

Jumlah Lilitan Sekunder

20304050

Data Percobaan

Besar Tegangan Sekunder

....

....

....

....

Contoh 6.7

Tantanganuntuk Anda

Anda memiliki walkman yangmenggunakan baterai 3 V.Bagaimana caranya agarwalkman tersebut dapatmenggunakan listrik dari PLNyang besarnya 220 V?


Contoh 6.8

Tidak ada transformator yangefisiensinya 100% karena sebagianenergi listrik berubah menjadibentuk energi lain.

Ingatlah

c. Arus Pusar pada Transformator

Gambar 6.14(a) Trafo dengan inti besi.(b) Trafo dengan inti besiberupa lempengan yangterpisahkan oleh laker.

arus pusar inti besi

kumparan


3. Transmisi Daya Listrik Jarak Jauh

Gambar 6.15Bagan transmisi daya listrik

jarak jauh

transmisi tegangan tinggi

generator

transformator transformator gardu listrik

rumah

pabrik

tiang listrik

pusatpembangkit

listrik

Contoh 6.9

Kata Kunci• generator• Alternating Current• komutator• transformator/trafo• transformator step-up• transformator step-down• efisiensi transformator• arus pusar (arus eddy)

Sumber: Jendela IPTEK, 1995


20


C. Arus dan Tegangan Listrik Bolak-balik

1. Sumber Tegangan Bolak-Balik (AC)


Gambar 6.18Pengukuran arus listrik dengan

menggunakan volmeter.

2. Alat Ukur Tegangan dan Arus Bolak-Balik

Gambar 6.16Grafik tegangan dan arus listrik

bolak-balik terhadap waktu.

V Vm V = V

msin t

T 2T

I Im I = I

m sin t

T 2T

bagian atas yangberlogam

bagian tengahyang transparan

lampu

logam

Gambar 6.17Cara pengukuran dengan testpen


Gambar 6.19Pengukuran tegangan padasebuah rangkaian

resistor

voltmeter

Contoh 6.10

Gambar 6.20kWh meter yang ada di rumahdigunakan untuk mengukurdaya listrik yang terpakai.

3. Nilai Efektif Tegangan dan Kuat Arus AC

Gambar 6.21(a) Sebuah rangkaian denganhambatan R;(b) Grafik hubungan I dengan t.

A B I

Im

Ief

t

1

2t

sinm t

R


Contoh 6.11

Tantanganuntuk Anda

Apakah yang menyebabkansengatan listrik, arus listrik, atautegangan listrik?


Gambar 6.22Grafik hubungan I dan tI

maks = kuat arus maksimum

Ir = kuat arus rata-rata.

I

Imaks

Ir

t

Contoh 6.12

1

2t

4. Harga Kuat Arus dan Tegangan Rata-Rata


Tugas AndaArus listrik bolak-balik dapatdiamati menggunakan osiloskop.Bersama kelompok belajar Anda,gunakan osiloskop yang ada dilaboratorium sekolah Anda untukmempelajari penggunaanosiloskop tersebut. Catatlah hal-hal yang Anda anggap penting.Mintalah bimbingan guru FisikaAnda untuk melakukan tugas ini.

Contoh 6.13

5. Diagram Fasor

6. Resistor pada Rangkaian Arus Bolak-Balik

Gambar 6.23Grafik fasor I dan V

Im

Vm

t

Gambar 6.24Rangkaian arus AC dengan

hambatan murni R.

a b

I

V = Vm

sin t

R


tI

maksV

maks

Gambar 6.26Diagram fasor arus I dantegangan V memiliki arahyang sama.

Gambar 6.27Rangkaian arus bolak-balikdipasang seri dengan sebuahinduktor murni.

Gambar 6.25Grafik kuat arus I dan tegangan Vpada rangkaian hambatan murni,arus I, dan tegangan V sefase.

rotasi Vm

im

V = Vm

sin t

i = im

sin t

23

2

5

2

2 3t

Mari Mencari Tahu

a bL

I = Im

sin t

7. Induktor Murni pada Rangkaian Arus Bolak-Balik

Gambar 6.28Grafik kuat arus I dan tegangan Vpada rangkaian induktif murni.Tegangan V mendahului arus Isekitar 90°.

I = Im

sin tVm

im

22

t

V = Vm

sin ( t )


Gambar 6.29Diagram fasor arus I dan

tegangan V. Teganganmendahului 90°.

VL

I90°

Contoh 6.14


8. Kapasitor pada Rangkaian Arus Bolak-Balik

Gambar 6.32Diagram fasor I dan V padakapasitor.

Gambar 6.31Grafik I dan V pada kapasitordalam rangkaian AC.

Gambar 6.30Rangkaian kapasitor

a bC

V = Vm

sin t

Vi

V = Vm

sin2

t

i = im

sin t

V

I

90°


Tantanganuntuk Anda

Sebuah kapasitor 100 Fdihubungkan dengan sumbertegangan bolak-balik. Arus yangmengalir melalui rangkaianmemenuhi persamaanI = 4 sin 200t A. Tuliskanpersamaan tegangankapasitor itu.

Contoh 6.15

V = Vm

sin t

200c F


9. R, L, dan C Dipasang Seri dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik

Gambar 6.33Resonansi rangkaianR–L–C seri

Gambar 6.35Diagram fasor Z, R, X

L, dan X

C.

Gambar 6.34Diagram fasor V, V

R, V

L, dan V

C.

Z

XL – X

C

XL

RX

C

R L C

v

I = Im

sin t

i

LV – CV

LVV

RVCV


R = 30 XL = 40I

VL

VR

V = Vm

sin t

10. R dan L Dipasang Seri dalam Rangkaian Arus Bolak-Balika bR L

I = Im

sin t

Gambar 6.36Rangkaian R dan L dipasang seri

Gambar 6.37Diagram fasor V

L dan V

R

VL V

ab

VR I

)

V

Gambar 6.38Diagram fasor V

L dan V

R

XL Z

R

)

Gambar 6.39Grafik tegangan mendahului arus

dengan beda fase 0< <90°.

Vab

t

Iab

Contoh 6.16V/i


Contoh 6.17

11. R dan C Dipasang Seri dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik

Gambar 6.40Rangkaian seri R-C dalamrangkaian arus AC.

a bR C

V

I = Im

sin t


Gambar 6.42Diagram fasor vektor

hambatan R terhadap Xc.

VR

Iab

VabV

C

XC

R

Z

Gambar 6.43Grafik tegangan V

ab terhadap arus

iV

ab

t

V = Vm

sin t

I

Contoh 6.18

250C F

30R

Gambar 6.41Diagram fasor tegangan

Vab

terhadap Vc.

V = Vm

sin t

R = 80

I

Contoh 6.19

60C F

V/i


12. L dan C Dipasang Seri dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik

Gambar 6.44Rangkaian seri L dan C

aL C

b

I = Im

sin t

Gambar 6.45Diagram fasor I, V

L, dan V

C

VL

V

VC

I


Gambar 6.46Grafik kurva impedansi Z dan

grafik linear R.

R

Z

R/Z

fr

Gambar 6.47Ketika frekuensi resonansi

terjadi, harga arus mencapaimaksimum.

I

Im

13. Resonansi pada Rangkaian R–L–C

14. Daya pada Arus Listrik Bolak-Balik

f


Contoh 6.20

V = 300sin100t

R = 30

L = 0,6 H

500C F

Kata Kunci• arus bolak-balik• tegangan bolak-balik• arus listrik efektif• tegangan efektif• osiloskop• diagram fasor• voltmeter• impedansi• resonansi• daya



Rangkuman


Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu dapatmemahami konsep induksi elektromagnetik yang dapatmenghasilkan arus induksi dan ggl induksi. Anda jugatentu memahami rangkaian impedansi dalam arus bolak-balik. Dari keseluruhan materi pada bab ini, bagian manayang menurut Anda sulit dipahami? Coba Andadiskusikan bersama teman atau guru Fisika Anda.

Refleksi

Penala pada radio merupakan pemanfaatanrangkaian impedansi. Coba Anda cari manfaat atauaplikasi konsep Fisika yang ada pada bab ini dan cobaAnda diskusikan cara kerjanya bersama teman Anda.

169

Proyek Semester 1

Generator Listrik Sederhana 1 cm4 cm

4 cm

lubang poros9 cm

1 cm4 cm

lubang porosroda pemutar

12 cm

5 cm

pegangan rodapemutar

5 cm

1,5 cm

roda pemutarroda poros roda tampak muka


3 cm

8 cm

7 cm 7 cm

6 cm6 cm

U

S

magnet

papantiang poros

roda pemutar

karet penghubung

roda poros

papan tiang poroskumparan

papan tiang roda pemutar

LED

LED

porosporos

ujung kabel 1

LED

ujung kabel 2

171

Tes Kompetensi FisikaSemester 1


SU

I

Tes Kompetensi Fisika Semester 1 173

a

a

a

A

B

C

B

I

I

B

I B

• • • • • • • •• • • • • • • •

BI

B

U S

Radiasi Benda Hitam 175

menganalisis secara kualitatif gejala kuantum yang mencakup hakikat dan sifat-sifat radiasi benda hitam, serta penerapannya.


menganalisis berbagai besaran fisis dan gejala kuantum dan batas-batasberlakunya relativitas Einstein dalam paradigma Fisika Modern.


Radiasi Benda Hitam

A. Pengertian RadiasiBenda Hitam

B. DualismeGelombangPartikel

175

Matahari merupakan sumber energi yang utama bagi Bumi. Mataharimemberikan energi melalui radiasi gelombang yang dipancarkannya.

Bab

7Sumber: CD Image


A. Pengertian Radiasi Benda Hitam1. Radiasi Benda Hitam

Gambar 7.1Cahaya yang masuk ke dalamkotak yang dianggap sebagaibenda hitam sempurna, akan

dipantulkan terus-menerus olehdinding kotak.

Tes Kompetensi Awal


Contoh 7.1

Contoh 7.2

Dalam kehidupan sehari-hari tidakada benda yang dapat menyerapseluruh radiasi yang mengenainya.

Ingatlah

Dalam SI, suhu menggunakan satuanderajat Kelvin.

Ingatlah


2. Spektrum Radiasi Benda Hitam

Gambar 7.3Spektrum warna pijar suatu bendapanas berubah terhadap suhunya.

Gambar 7.2Percobaan untuk mengamati

spektrum radiasi benda hitam.

Warna

1.500

1.400

1.300

1.200

1.100

1.000

900

800

700

600

500

putih

kuning muda

kuning

oranye

merah-oranye

merah ceri

merah tua

baru tampak

T ºC

I (Wb/m2)

(m)

T2 > T

1

T1

benda hitam

prisma

celah

spektrumgelombang

detektor

Gambar 7.4Grafik pergeseran panjang

gelombang maksimum padasaat suhu berubah dari T1 ke T2.




Contoh 7.3

I

T1

T2

T3

Contoh 7.4

3. Pendekatan Teori Rayleigh–Jeans

Tokoh

Max Planck(1858 – 1947)

Max Planck dilahirkan di Kiel,Jerman. Ia belajar di Munich danBerlin. Seperti banyak ahli fisikalainnya, ia seorang pemain musikyang pandai. Pada tahun 1900 M,setelah 6 tahun belajar di UniversitasBerlin, ia menyatakan bahwa kuncipemahaman radiasi benda hitamadalah anggapan bahwa pemancarandan penyerapan radiasi terjadi dalamkuantum energi hf. Penemuan yangmenghasilkan hadiah Nobel 1918 inisekarang dianggap sebagai tonggakdari fisika modern. Walaupun selamaHitler berkuasa, ia tetap tinggal diJerman. Ia memprotes perlakuanNazi kepada ilmuwan Yahudi dansebagai akibatnya ia harusmelepaskan kedudukannya sebagaipresiden Institut Kaiser Wilhelm.Setelah perang dunia kedua, instituttersebut diberi nama Institut Planckdan ia kembali menjabat sebagaipresiden sampai akhir hayatnya.

Sumber: Fundamental Of Physics, 2001

1m 2m 3m


4. Teori Planck

v

n (v)

Gambar 7.5Sebaran jumlah partikel yang

memiliki kecepatan (v).

Teori Rayleigh - Jeans

Teori Wien

Intensitas

Panjang gelombang

Teori Planck

Gambar 7.6Perbandingan teori Wien, danteori Rayleigh-Jeans denganteori Planck yang memenuhi

data percobaan.

Tugas Anda 7.1Carilah dari buku-buku tentangformula yang digunakan Rayleigh-Jeans untuk menjelaskan intensitasradiasi benda hitam.


E n

0

1

2

3

4

ke n =

0

1hf

2hf

3hf

4hf

Gambar 7.7Tingkat-tingkat energi yangdiperkenankan untuk satumolekul yang frekuensinya f.

Contoh 7.5

Tantanganuntuk Anda

Perumusan Rayleigh-Jeans tidakcocok diterapkan untuk radiasibenda hitam pada daerah panjanggelombang pendek. Dapatkah Andamenduga, apa implikasi daripersamaan Rayleigh-Jeans padadaerah panjang gelombang pendekuntuk kehidupan di Bumi?


5. Aplikasi Radiasi Benda Hitam untuk Mengukur SuhuMatahari

Gambar 7.8Grafik intensitas radiasi

Matahari yang diukur di luarangkasa.

I(W/m2)

710 m

Mari Mencari Tahu

1 Å = 10–10 m

Ingatlah

Tantanganuntuk Anda

Grafik pada Gambar 7.8menunjukkan intensitas radiasiMatahari yang diukur di luar angkasa.Apakah Anda bisa mendugabagaimana grafik intensitas radiasiMatahari jika diukur di permukaanBumi? Apakah di seluruh tempat dipermukaan Bumi intensitas radiasiMatahari selalu sama? Jelaskanjawaban Anda dengan bahasa yangmudah dipahami dan diskusikanlahbersama teman sekelas.

Kata Kunci• benda hitam• radiasi benda hitam• emisivitas benda• intensitas• daya radiasi• spektrum• energi radiasi• radiasi termal


Gambar 7.9(a) Cahaya sebagai gelombang;(b) Cahaya sebagai paket-paket

energi.


B. Dualisme Gelombang Partikel1. Sifat Partikel yang Dimiliki Gelombang

a. Efek Fotolistrik

Gambar 7.10Skema eksperimen efek fotolistrik.

ruang vakum

cahaya

saklar geser

tutuptabung

C

T

i

i

+– +–

V

A


Gambar 7.11(a) Apabila energi kinetik elektron

melebihi energi potensialpenghalang, elektron akan dapat

mendaki bukit potensial; (b) Energikinetik elektron tidak bergantung

pada intensitas cahaya; (c) Setiappermukaan memiliki frekuensi (f

0)

berbeda.

Ek

v

Sumber: Fisika untuk Sains dan Teknik Tipler

2

3

20 4 6 8

f0 f

0f

0

Ce

Na

K

1014 Hz

energi potensialgelombang (eV)

–V0

V

I

intensitastinggi

intensitasrendah

1


Keterangan:

1 eV = 1,6 × 10–19 J

Ingatlah

Efek fotolistrik selain memilikiperanan penting dalam teori fotonpada cahaya, juga memiliki banyaksekali aplikasi dalam kehidupansehari-hari. Sebagai contoh adalahalarm pencuri dan pembukaotomatis yang juga menggunakansirkuit fotolistrik. Ketika seseorangmenghalangi sinar yang dipancarkan,penurunan arus listrik dapatmengaktifkan saklar sehingga belberbunyi atau pintu terbuka.Biasanya sinar yang digunakan adalahsinar ultraviolet dan inframerahkarena kedua sinar ini tidak terlihat.

The photoelectric effect, besidesplaying an important historical rolein confirming the photon theory oflight, also has many practicalapplications. Burglar alarms andautomatic door openers often makeuse of the photocell circuit. When aperson interrupts the beam of light, thesudden drop in current in the circuitactivates a switch which operates abell or opens the door. UV or IR light issometimes used in burglar alarmsbecause of its invisibility.

Sumber: Physics for Scientist & Engineers

Informasiuntuk Anda

Information for You

Contoh 7.6



b. Efek Compton

Contoh 7.7

Foton merupakan paket-paketenergi pada cahaya. Konsep inimerupakan kelanjutan dari asumsicahaya merupakan partikel.

Ingatlah

Tugas Anda 7.2Proses terjadinya sinar-Xmerupakan kebalikan dari prosesfotolistrik. Carilah informasi dariberbagai sumber tentang sinar-Xdan diskusikanlah bersama temansekelas Anda.


Keterangan:

’

Gambar 7.12Tumbukan foton dan elektron(a) sebelum tumbukan(b) sesudah tumbukan

foton dengan , p

', p'foton terhambur

elektronterdorong

pe

v

Tokoh

Arthur Compton (Holly)(1892–1962)

Arthur Compton adalah seorang ahliFisika yang dilahirkan di Wooster,Ohio, USA. Dia belajar di UniversitasPrincetion dan lulus menjadiprofesor Fisika di Chicago (1923). Diameneliti dan menjelaskan EfekCompton, penambahan panjanggelombang sinar-X yangdihamburkan ketika bertumbukandengan elektron. Untuk sumbanganpemikirannya tersebut, diamendapat penghargaan Nobel Fisikapada 1927.


elektron diam


Ek (eV)

f (Hz)

0,2

3,7

f0

’

2. Sifat Gelombang pada Partikel

a. Panjang Gelombang de Broglie

Contoh 7.8

Pembahasan Soal

Grafik di atas menunjukkanhubungan antara energi kinetikmaksimum elektron terhadapfrekuensi foton pada efekfotolistrik. Jika h = 6,6 × 10–34 Js dan1 eV = 1,6 × 10–19 J, besar f adalah ....

a. 48 × 1014 Hzb. 21 × 1014 Hzc. 14 × 1014 Hzd. 9,5 × 1014 Hze. 8,9 × 1014 Hz

UMPTN 1996

PembahasanMenurut persamaan efek fotolistrikE

k = hf – W

maka

f = kE Wh

Dari grafik, nilai Ek = 0,2 eV = 0,2 (1,6 ×10–19) JPada saat f = 0, berlakuE

k = – W atau W = –E

k

Dari grafik, saat f = 0, nilai Ek = –37 eV,

maka W = 3,7 eV = 3,7 (1,6 × 10–19) JJadi,

f = Ek Wh =

19

34

0,2 3,7 1,6 10 J

6,6 10 Js= 9,5 × 1014 Hz

Jawaban: d


Contoh 7.10

Tokoh

Louis Victor de Broglie(1892–1987)

Louis Victor De Broglie (1892–1987) lahir di Dieppe, Prancis, danbersekolah di Sorbonne. Iamelanjutkan kuliahnya di UniversitasParis tahun 1926. Pada 1929, iamenerima hadiah Nobel dalambidang Fisika atas teorinya mengenaisifat gelombang pada partikel. Teoriini menjadi dasar dari mekanikakuantum, cabang dari ilmu Fisika.Pada awal 1800, para fisikawanpercaya bahwa cahaya terdiri atasgelombang energi. Pada 1900, MaxPlanck menunjukkan bahwa cahayadapat bersifat partikel. Pada 1924, deBroglie menyatakan bahwa elektrondapat bersifat sebagai partikel dangelombang.

Sumber: Conceptual of Physics, 2000

Tantanganuntuk Anda

Efek Compton diaplikasikan dalamdunia kedokteran untuk mendeteksikepadatan tulang. Dengan bahasaAnda sendiri, dapatkah Andamenjelaskan cara kerjanya?

Contoh 7.9


b. Eksperimen Davisson-Germer

berkaselektron

kristalnikel

detektor

filamen

Gambar 7.13Skema alat percobaan Davisson-

Germer. Berkas elektrondijatuhkan pada kristal tunggalnikel. Interferensi yang terjadi

pada sudut diamati pada detektor.

Gambar 7.14Gambaran mengenai

hamburan elektron olehbidang kristal.

a

dd

a

d

a2

2 2

sinar datang


c. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

Gambar 7.15Tumbukan foton dan elektronketika mengamati elektron.

Kata Kunci• gelombang partikel• efek fotolistrik• foton• fungsi kerja• efek Compton• panjang gelombang de Broglie• jarak antara bidang• prinsip ketidakpastian

Heisenberg

pengamat

momentumelektron semula

foton datang

momentumelektron akhir

pengamat pengamat

elektronbertumbukan

Sumber: Konsep Fisika Modern, 1983



Rangkuman


Peta Konsep

Setelah mempelajari materi pada bab ini, Anda tentudapat memahami mengenai benda hitam. Anda jugapaham bahwa cahaya juga dapat bersifat seperti partikeldan partikel bisa bersifat seperti gelombang. Darikeseluruhan materi yang ada pada bab ini, bagian

Refleksi

manakah yang Anda anggap sulit untuk dipahami? CobaAnda diskusikan dengan teman atau guru Fisika Anda.Coba Anda tuliskan juga manfaat mempelajari bab ini.Diskusikan konsep yang ada di dalamnya bersama temanAnda.


Ek

I

Ek

I

Ek

I

Ek

I

Ek

I

Ek (eV)

0, 2

3,7

f0 f

f (Hz)

54f (×1014Hz)

Ek (J)

p

D

C

fA f

B

Ek (J)

f (Hz)

I

V

a

b

0


TA

TB

I

T

Fisika Atom 197197

membuat ulasan tentang perkembangan teori atom


menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan batas-batasberlakunya relativitas Einstein dalam paradigma Fisika Modern.


Fisika Atom

A. Evolusi ModelAtom

B. Atom BerelektronBanyak

Bab

8Sumber: Chemistry: Matter and Its Changes, 2003

Atom terdiri atas proton dan neutron yang terletak pada intiserta elektron yang mengorbit pada kulit.


A. Evolusi Model Atom

1. Model Atom Demokritus

2. Model Atom Dalton

Tes Kompetensi Awal

Tokoh

John Dalton(1766–1844)

John Dalton adalah seorangilmuwan Inggris. Dia orang pertamayang mengemukakan tentang teoriatom berdasarkan hasil eksperimenyang dilakukan Joseph Proust. Daltonmenyatakan bahwa atom adalahbagian terkecil dari benda yang tidakdapat dibagi-bagi lagi.


Fisika Atom 199

3. Model Atom Thomson

Tokoh

Sir J.J. Thomson(1856–1940)

Thomson adalah seorang ahli Fisikayang lahir di Checham Hill, GreaterManchester, Inggris. Dia belajar diCambridge dan meraih gelarprofesor pada 1884. Dia meraihhadiah Nobel Fisika tahun 1906.Eksperimennya yang terkenaltentang tabung sinar katode. Darieksperimennya, dia menemukannilai nisbah e/m.



Gambar 8.1Percobaan Thomson

katode anode

layar fluoresensi

+

–

U

S

A

B

C

BF

v

Jika ada elektron yang bergerakdengan kecepatan v dalam suatumedan magnet B, arah gayaLorentznya mengikuti kaidah tangankanan.

Ingatlah

Fisika Atom 201

pengamatmikroskopis

minyak disemprot

lubang kecil

radiasi sinar-X

pelat negatif

tetes minyakSumber: Chemistry, 2001

Gambar 8.2Model Atom Thomson

Gambar 8.3Percobaan tetes minyak Millikan

–

–

–

–

–

–

–

muatan negatif


FS

FA

mg

Gambar 8.4Gaya berat, gaya Archimedes, dangaya stokes bekerja pada tetesanminyak pada percobaan Millikan.

Gambar 8.5Tetesan minyak berada dalam

kesetimbangan karena adanyagaya berat, gaya Archimedes, dan

gaya elektrostatis.

Felektrostatis

FA

mg

Tugas Anda 8.1Dengan menggunakan logika danpemahaman Anda tentang konsepgerak lurus, apakah Anda dapatmenduga bagaimana Millikanmengukur kecepatan (v) daritetesan minyak tersebut? Jelaskandengan alasan-alasan ilmiahmenurut pendapat Anda.

Fisika Atom 203

4. Model Atom Rutherford

sumber partikel alfa

beberapa partikelalfa dipantulkan kembali

keping tipis emas

pancaranalfa

sebagian partikelalfa dibelokkan

sebagian partikel alfamenembus keping logam

layar detektor

Gambar 8.6Percobaan Rutherford

Tokoh

Ernest Rutherford(1871–1937)

Ernest Rutherford lahir di NewZealand pada 1871. Ia mendapatbeasiswa di Universitas Cambridge,Inggris pada 1894. Di sana, ia mulaimelakukan penelitian tentang radiasielektromagnetik, tetapi kemudianperhatiannya beralih ke sinar-X danradioaktivitas. Ia menunjukkan bahwaada perbedaan tipe radioaktivitas,yang ia namakan radiasi alfa, beta, dangamma. Ia mendapat hadiah Nobeluntuk bidang kimia pada 1908. Pada1911, Rutherford menjadi seorangprofesor di Universitas Manchester, iamenemukan bahwa hampir seluruhmassa atom berkumpul di inti atom.



partikel alfa

intiatom

menembus

dibelokkan

dipantulkan

5. Spektrum Atom Hidrogen

inti atom

elektron

Gambar 8.7Skema penyimpangan sinar alfa.

Gambar 8.8Model atom Rutherford

Fisika Atom 205

Keterangan:

Keterangan:

warna

frekuensi (Hz)

merah biru ungu

4 × 1014 5 × 1014 6 × 1014 7 × 1014 8 × 1014

Gambar 8.9Spektrum hidrogen pada daerahtampak

Tantanganuntuk Anda

Diskusikanlah bersama teman Anda,apakah Anda dan teman Anda dapatmenduga mengapa dalameksperimennya Rutherfordmenggunakan sinar dan lempengemas?

Tantanganuntuk Anda

Hitunglah panjang gelombangterpendek dan terpanjang untukderet Balmer, deret Lyman, deretPascha, deret Bracket, dan deretPfund.



Contoh 8.1

6. Model Atom Bohr

Gambar 8.10Model atom Bohr (Z = 1) untuk

hidrogen

m

v

F

r

inti

elektron

+Ze

Fisika Atom 207

a. Jari-Jari Lintasan Stasioner

Tokoh

Niels Bohr(1885–1962)

Pada awal 1900-an, struktur atommenjadi lebih jelas, namun hukumFisika pada saat itu tidak dapatmenjelaskan mengapa elektrontidak cepat menghasilkan spiralmenuju inti. Niels Bohr, muridRutherford, membantu memecah-kan misteri itu dengan menunjukkanbahwa elektron-elektron hanyadiberi energi tertentu. Iamenemukan bahwa elektron-elektron yang memiliki energiterendah mengorbit paling dekat keinti, dan elektron dengan energitinggi mengorbit paling jauh. Pada1913, Niels Bohr juga menjelaskanhubungan antara materi dan cahaya.Ia menunjukkan bahwa jika elektronberpindah dari satu tingkat energike tingkat energi lainnya, elektron-elektron itu mengeluarkan ataumenyerap paket radiasi dalambentuk cahaya. Paket ini dinamakanfoton.

Sumber: Jendela Iptek, 1997


b. Energi Elektron Berdasarkan Teori Bohr

Gambar 8.11Tingkat-tingkat energi atom

hidrogen.

n

n = 4n = 3

n = 2

E = –0,8 eVE = –1,5 eV

E = –3,4 eV

n = 1 E = –13,6 eV

E = 0

Pembahasan Soal

Dalam model atom Bohr, energiyang dibutuhkan oleh elektronhidrogen untuk pindah dari orbitdengan bilangan kuantum 1 ke 3adalah ....a. 1,50 eVb. 1,90 eVc. 2,35 eVd. 12,10 eVe. 13,60 eV

UMPTN 1992Pembahasan:Energi yang dibutuhkan

E = E3 – E

1

Diketahui bahwa energi dasar = E1

= –13,6 eVMaks,

E3 = 1

2

E

n

= 2

13,6 eV

3

Jadi,

E = 13,6 eV

9 – (– 13,6 eV)

= 12,10 eV

Jawaban: d

Fisika Atom 209

Contoh 8.2 Kata Kunci• model atom Demokritus• model atom Dalton• Hukum Perbandingan Tetap• Hukum Lavoisier• model atom Thomson• tetes minyak Millikan• model atom Rutherford• model atom Bohr• jari-jari Bohr• orbit stasioner• energi elektron terkuantisasi

Tantanganuntuk Anda

Jika sebuah atom terdiri atasbeberapa atom, apakah ada gayaelektrostatik antarelektrontersebut? Kemudian, bagaimanalintasan orbit elektron tersebut?

Contoh 8.3

Contoh 8.4


B. Atom Berelektron Banyak1. Kelemahan Teori Atom Bohr


Fisika Atom 211

2. Bilangan Kuantum

a. Bilangan Kuantum Utama (n)


Gambar 8.12Bentuk-bentuk orbital

(a) Orbital s merupakan sebuah bola;(b) Orbital p memiliki bentuk

seperti balon yang terpilin dua;(c) Orbital d memiliki bentuk

seperti empat buah balon yangterpilin.

Contoh 8.5

b. Bilangan Kuantum Orbital ( )

Contoh 8.6

Atom adalah partikel yang sangatkecil sehingga tidak dapat diamatidengan cahaya tampak.Menggambarkan struktur atommerupakan pekerjaan yang sangatmenarik. Untuk mempelajari atom,para ahli mempelajarinya dari cahayayang diesensikan oleh atom-atomdari unsur murni. Spektrum cahayatersebut mengandung informasitentang struktur, atom, energiionisasi, dan lain-lain.

Atom are tiny, and not observableusing visible light. Trying to figure outthe structure of atoms is a facinatingtask. A major source of informationabout atoms comes from a study ofthe light emitted by the atoms of apure material. The spectrum of thelight give information about atomstructure, ionization energy, etc.

Informasiuntuk Anda

Information for You

Fisika Atom 213

c. Bilangan Kuantum Magnetik (m )

2

0

–2

–

m = 2

m = 1m = 0

m = 1

m = 2

= 2

Lz

Gambar 8.13Arah dan besar momentum sudutLz untuk = 2


Gambar 8.14Arah momentum sudut-

sudut orbital s, p, dan d(a) orbital hanya memiliki 1

kemungkinan arah;(b) orbital p memiliki 3

kemungkinan; dan(c) orbital d memiliki 5

kemungkinan.

zz z

Z 0

0

Z 2h

Z 2h

1 2Z

h

Z 2h

Z 0 Z 0

Z 2h

Zh

Gambar 8.15Elektron dalam subkulit s, p, dan d.

Gambar 8.16Arah perputaran dan vektor

momentum sudut S.

dxy

dxz

dyz

dx

2y

2 dx

2y

2

s

px

py

pz

12

12

Z 4hSp

Z 4hSp

S

Contoh 8.7

d. Bilangan Kuantum Spin (ms)

Fisika Atom 215

Gambar 8.17Gerak elektron dalam medanmagnet B.

Tantanganuntuk Anda

Tentukan besar momentum sudutuntuk subkulit:a. f;b. g;c h.

LZ

Gambar 8.18Arah momentum sudut elektron.

Lz = m

e

ZL


Gambar 8.19Terpecahnya garis spektrum

akibat medan magnet.

Fisika Atom 217

3. Sifat Atom

Contoh 8.8

Gambar 8.21(a) Atom Mn menerima elektrondari atom Na.(b) Atom Na yang tidak stabil.

elektron dilepas

Na Na

Gambar 8.20(a) Atom Na, kulit terluarnya terisisatu elektron.(b) Atom Na yang stabil setelahmelepas elektron terluarnya.

e

NaMn


4. Sistem Periodik

a. Aturan Aufbau

Tantanganuntuk Anda

Jelaskan sifat-sifat yang dimiliki atomberikut ini.

1. 4020 Ca

2. 3031 Ga

3. 8035 Br

Gambar 8.22Pengisian elektron menurut

aturan Aufbau.

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

3d

4d

5d

6d

4f

Fisika Atom 219

c. Aturan Hund

c. Asas Larangan Pauli


Gambar 8.24Proses untuk menghasilkan

spektrum emisi

5. Spektrum Emisi dan Spektrum Absorpsi

a. Spektrum Emisi

benar salah

Gambar 8.23Berdasarkan asas larangan Pauli,

satu orbital maksimum ditempatidua elektron dengan spin yang

berlawanan.

sumber celah

kisi

spektrum

Fisika Atom 221

b. Spektrum Absorpsi


energi ionisasi semakin besar

ener

gi

ion

isas

i se

mak

in b

esar

6. Energi Ionisasi, Afinitas Elektron, dan Elektron Valensi

a. Energi Ionisasi

Gambar 8.25Proses untuk menghasilkan

spektrum absorpsi

cahayaputih celah

kisi

spektrum

atom-atomgas

Gambar 8.26Perulangan sifat pada sistem

periodik

Fisika Atom 223

b. Afinitas Elektron

c. Elektron Valensi

Mari Mencari Tahu

• teori atom Bohr• bilangan kuantum utama• bilangan kuantum orbital• bilangan kuantum magnetik• bilangan kuantum spin• prinsip Pauli• aturan Aufbau• kaidah Hund• spektrum emisi• spektrum absorsi• garis-garis Praunhoffer• energi ionisasi• afinitas elektron• elektron valensi

Sumber: General Chemistry, 1990

Kata Kunci



Rangkuman

Fisika Atom 225

Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda telahmemahami bagaimana perkembangan model atomsampai terakhir digunakan model atom Bohr. Anda jugatentu telah paham bagaimana kedudukan dan sifatelektron dalam bab inti. Dari semua materi yang adadalam bab ini, bagian manakah yang menurut Anda sulitdipahami? Coba Anda diskusikan bersama teman atauguru Fisika Anda.

Refleksi

Sekarang Anda menjadi tahu bahwa rekayasa atomuntuk dimanfaatkan dalam kehidupan bergantung sekalipada elektron valensi atom. Coba Anda cari manfaat lainyang diperoleh setelah mempelajari bab ini, kemudiandiskusikan konsep Fisika apa yang terkandung di dalamnyabersama teman Anda.

Fisika Atom 227

Teori Relativitas Khusus 229229

memformulasikan teori relativitas khusus untuk waktu, panjang, dan massa, sertakesetaraan massa dengan energi yang diterapkan dalam teknologi


menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan batas-batasberlakunya relativitas Einstein dalam paradigma Fisika Modern.


Teori Relativitas Khusus

A. Semua GerakBersifat Relatif

B. Teori RelativitasEinstein

Pesawat ruang angkasa Starship Enterprise dalam serial televisi Star Trekseringkali berjalan dengan kecepatan cahaya.

Bab

9Sumber: Jendela IPTEK, Energi


Gambar 9.1Menurut pengamat di luar keretaapi, penumpang sedang bergerak

dengan kecepatan yang samadengan kecepatan kereta api.

A. Semua Gerak Bersifat Relatif

1. Transformasi Galileo

YS'

O' X' = X

V t

Z

Y'Sx

P

O

Z'

x

Y'

S'

Z

O' t = 0X

v

Z

Y

S

XO t = 0

Tes Kompetensi Awal

Gambar 9.2(a) Kerangka acuan S dalam

keadaan diam;(b) Kerangka acuan S' dalam

kecepatan konstan v;(c) Setelah selang waktu t, berada

jauh vt dari titik koordinat S'.


Tantanganuntuk Anda

Berilah contoh ilustrasi transformasiGalileo yang ada di sekitar Anda.


Contoh 9.1

2. Percobaan Michelson–Morley

Gambar 9.3Gerak perahu bolak-balik yang

tegak lurus aliran sungai.

Gambar 9.4Diagram arah kecepatan perahu

dan aliran sungai.

Nv

c

M

N

v

aliran sungai

c

M

2 2’v c v


v

c + v

c – v

M O

aliran sungai

Gambar 9.5Gerak perahu yang searah danberlawanan dengan aliran sungai.

v’ c v2 2

a2 – b2 = (a + b)(a – b)

Ingatlah


Tantanganuntuk Anda

Agar Anda lebih memahami tentangderet binomial. Kerjakan contoh-contoh berikut.1. (1 – x2)3

2. (1 + 2x)3

Gambar 9.6Skema percobaan Michelson-

Morley.

cermin 2

cermin 1

perjalanan A

aliran eter

layarpengamat

kacasetengah

cermin

sinardatang


B. Teori Relativitas Einstein


Kata Kunci• transformasi Galileo• kerangka acuan• eter• kecepatan cahaya


Gambar 9.7Dua kerangka acuan S dan S',

dengan S' memiliki kecepatan(v) relatif terhadap S.

1. Transformasi Lorentz

z'z

P

X

vt

X'

y'y

v

x = x'

S S'


Tokoh

H.A. Lorentz(1853–1928)

Hendrik Antoon Lorentz (1853–1928) adalah seorang fisikawanBelanda yang kali pertama me-ngemukakan tentang pemantulandan pembiasan cahaya, ditinjau dariteori bahwa cahaya termasukgelombang elektromagnetik. Teoriini dikembangkan oleh James ClerkMaxwell yang menyatakan bahwacahaya terdiri atas gelombang listrikdan gelombang magnetik dengansudut yang berbeda. Lorentz jugamemprediksi keberadaan elektron.Beliau menerima hadiah Nobeltahun 1902 dalam bidang fisika ataspenelitiannya mengenai medanmagnet. Dalam bab teori relativitas,Lorentz berjasa dalam teorinyamengenai "Transformasi Lorentz".



2. Transformasi Kecepatan dari Lorentz

Tantanganuntuk Anda

Dengan cara yang sama seperti padaPersamaan (9–21), turunkanpersamaan transformasi kecepatanrelativistik sehingga didapatkanhasil seperti Persamaan (9–22).


Tantanganuntuk Anda

Dengan menggunakan transformasiLorentz, buktikan bahwa kecepatancahaya untuk pengamat yang diamdan pengamat yang bergerakdengan kecepatan v adalah sama.


Gambar 9.8Sebuah meteran yang bergerak

sebesar 87% dari kecepatancahaya, panjangnya hanya terlihatsetengahnya oleh pengamat yang

diam.

3. Akibat Prinsip Relativitas Khususa. Kontraksi Lorentz

Contoh 9.2


Gambar 9.9Semakin besar kecepatan bola,ukuran bola akan semakinmengecil.

v = 0 v = 0,995 c

v = 0,999 cv = 0,87 c

v = c

Tantanganuntuk Anda

Perhatikan kembali Persamaan(9–26) dan Persamaan (9–29).Diskusikan dengan teman sekelasAnda tentang pengertian fisispersamaan-persamaan tersebut.Kemudian, carilah analogi tentangkejadian pada persamaan tersebutdalam kehidupan sehari-hari.


Gambar 9.10(a) Sebuah bangunan yang dilihat

oleh pengamat yang diam;(b) Bangunan yang dilihat oleh

pengamat yang bergeraksangat cepat;

(c) Diagram yang memperlihatkanbagaimana bagian sisi dinding

dapat terlihat.

b. Dilatasi Waktu

Contoh 9.3

Contoh 9.4

AB

C

CC’ D

v

BB’ A

O


t t

Gambar 9.11(a) Kelip cahaya pulang balikdipancarkan di O dipandang olehpengamat di S'; (b) Kelip cahaya diS' dipandang dari S.

cermin

cermin

Dt0

D tv Dt

c

d

d

waktu

waktu

waktu 1 waktu 2

pengamat

O O'

O = O'


5. Momentum dan Massa Relativistik

Contoh 9.5

Mari Mencari Tahu


Contoh 9.6


6. Kesetaraan Massa dan Energi

Tantanganuntuk Anda

Dapatkah Anda menduga, apakahada partikel yang bergerak dengankecepatan 0,95 c dan memilikienergi sebesar E tetapi tidakmemiliki massa?


Contoh 9.7

Perumusan integral parsial adalah:

x dy xy y dx

Ingatlah

Pembahasan Soal

Agar energi kinetik bendabernilai 25% dari energi diamnyadan c adalah kelajuan cahayaruang hampa, benda harusbergerak dengan kelajuan ....

a. 4c d. 3

4c

b. 2c e.

45c

c.35c

UMPTN 1998Pembahasan:Energi kinetik relativitas adalah

Ek = m

0c2 2

2

1 11 v

c

Dengan menggunakan Ek =

14 m

0c2 = m

0c2 2

2

1 11 v

c

Jadi,

2

2

1 11 v

c

= 14

; atau

2

2

1

1 vc

= 54

2

21 vc

= 1625 v2 =

925 c2

v = 35 c

Jawaban: c


m01

m02

v2

v1m

0

Gambar 9.12(a) Sebuah benda yang memiliki

massa diam m0;(b) Benda tersebut pecah menjadi

dua bagian.

7. Hukum Kekekalan Energi dan Momentum Relativistik


c

8. Aplikasi Kesetaraan Massa dan Energi pada Reaksi Fisi danFusi Nuklir


Gambar 9.13Tumbukan foton dan elektron

(a) sebelum tumbukan;(b) sesudah tumbukan.

foton dengan , p

', p'foton terhambur

elektron

pe

v

Menurut Planck, energi pada fotonadalah E = hf. Jadi, hf = pc

P = hfc =

h

Ingatlah

9. Penerapan Prinsip Relativitas dalam Efek Comptonelektron diam


sin2 + cos 2 = 1

Ingatlah



Kata Kunci• relativitas khusus• transformasi Lorentz• kontraksi Lorentz• dilatasi Lorentz• dilatasi waktu• momentum relativitas• massa diam• kesetaraan massa dan energi• reaksi fusi• reaksi fisi

Rangkuman


Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda telahmemahami bahwa gerak bersifat relatif. Anda juga tentutelah memahami teori relativitas Einstein dan pengaruh-nya terhadap besaran panjang, waktu, kecepatan danmassa benda. Dari keseluruhan materi yang ada padabab ini, bagian manakah yang menurut Anda sulit

Refleksi

dipahami? Coba Anda diskusikan bersama teman atauguru Fisika Anda.

Selain Anda mengetahui teori relativitas khusus,coba Anda cari manfaat lain mempelajari materi bab ini.Kemudian, diskusikan hasilnya bersama teman Anda.

Fisika Inti dan Radioaktivitas 257257

• menganalisis karakteristik inti atom dan radioaktivitas;• mendeskripsikan pemanfaatan radiokativitas dalam kehidupan sehari-hari

dan teknologi untuk kesejahteraan manusia.


menunjukkan penerapan konsep Fisika inti dan radioaktivitas dalam teknologi dankehidupan sehari-hari.


Fisika Inti danRadioaktivitas

A. Inti Atom

B. Radioaktivitas

C. Reaksi Inti

D. Reaktor Nuklir, BomNuklir, danRadioisotop

Pembangunan PLTN merupakan salah satu solusi timbulnya krisis energi yangsuatu saat akan dialami penduduk Bumi.

Bab

10Sumber: Energy: Technology and Development, 1995


A. Inti Atom

1. Hipotesis Proton Elektron

Tes Kompetensi Awal


2. Hipotesis Proton-Neutron

3. Partikel Penyusun Inti

Contoh 10.1

Eksperimen Rutherford menyatakanbahwa inti atom memiliki diametersekitar 10–15 sampai 10–14 m. Dariteori kinetik dan khususnya analisisEinstein tentang gerak Browman,diameter atom memiliki ukuransekitar 10–10 m. Itu artinya elektronakan terlihat berjarak sekitar 10.000sampai 100.000 kali lipat ukuran intidiukur dari inti atom tersebut (jikainti diibaratkan bola baseball, atomakan memiliki diameter seukurankota yang berdiameter beberapakilometer). Jadi, sebuah atomsebagian besar berupa ruangkosong.

Rutherford’s experiments suggestedthat the nucleus must have a radiusof about 10–5 to 10–14 m. From kinetictheory, and especially Einstein’sanalysis of Browman movement, theradius of atoms was estimated to beabout 10–10 m. Thus the electronswould seem to be at a distance fromthe nucleus of about 10,000 to 100,000times the radius of the nucleus itself(if the nucleus were the size of abaseball, the atom would have thediameter of a big city severalkilometers across). So an atom wouldbe mostly empty space.

Informasiuntuk Anda

Information for You


4. Stabilitas Inti

Gambar 10.1Isotop hidrogen

Gambar 10.2Diagram kestabilan inti (N-Z)

Z = N

hidrogenbiasa

deuterium tritium

protonneutronelektron

140130120

10090807060

5040302010

09080706050403020100

Nomor proton (Z)

Nomor neutron (N)



5. Energi Ikat Inti

Gambar 10.3Tingkat energi beberapa isotop

mantap mantaptidak

mantapE

mantap mantap

neutronproton

105B 11

5B 125B

126 C 13

6 C

E



Contoh 10.2


Sumber: Physics for Scientist and Engineers, 2000



6. Gaya IntiGambar 10.4Grafik energi ikat per nukleonterhadap nomor massa berbagaiinti.

Kata Kunci• isotop• hipotesis proton-elektron• hipotesis proton-neutron• nomor atom• nomor massa• nuklida• defek massa• energi ikat inti


B/A, MeVper nukleon

nomor massa A2001000

5

10

2H

6Li

9Be11B

14N19F

75As 125Te4He

12C

20Ne35Cl

56Fe89Y 110Cd

141Pr

160Dy197Au

180Hf 209Bi

238U


B. Radioaktivitas1. Sejarah Penemuan Radioaktif

2. Jenis-Jenis Radioaktif

a. Pemancaran Sinar Alfa ( )Gambar 10.6

Dalam medan magnet, hanya sinar yang tidak dibelokkan.

sumberradioaktifradium

sumber

magnet kuat

ratemeter

P

Q

Gambar 10.5Pengujian pembiasan sinar

dalam medan magnet.




b. Pemancaran Sinar Beta ( )

c. Pemancaran Sinar Gamma ( )

– –

1,015 MeV

0,834 MeV

Gambar 10.7Pemancaran dan dalam

peluruhan 2712Mg dan 27

13Al .

Carilah informasi mengenaipemanfaatan sinar , , dan .

Tugas Anda 10.1

sumber radioaktif

kertas

aluminium

timbal

Gambar 10.8Daya tembus partikel , , dan .

2712 Al*

2712 Al*




3. Pelemahan Intensitas Sinar Radioaktif

Contoh 10.3

4. Peluruhan Radioaktif (Desintegrasi)

Gambar 10.9Pelemahan intensitas oleh bahan

dengan ketebalan X.

X

Tokoh

Marie Curie(1867–1934)

Marie Curie dilahirkan di Warsawa,Polandia. Nama aslinya adalah MarieSklodowska. Ia belajar Matematika,Fisika, dan Kimia di Paris. Mariebersuamikan Pierre Curie seorang ahlifisika juga. Mereka bekerja sama dalammeneliti radiasi yang dihasilkan olehbahan radioaktif dan mereka berhasilmenemukan unsur thorium yangbersifat radioaktif. Pada 1898, merekamenemukan dua unsur radioaktif baru,yaitu polonium dan radium. Untukkeberhasilan ini, Marie dan Pierre Curieserta Henri Becquerel mendapathadiah Nobel untuk bidang Fisika pada1903. Pada 1910, Marie berhasilmemisahkan radium murni danmempelajari sifat-sifat kimianya. Untukhasil kerja kerasnya ini, Marie kembalimendapatkan hadiah Nobel yang keduadalam bidang kimia pada 1911. Mariemeninggal tahun 1934 akibat kanker,yang mungkin disebabkan ia terlalulama berinteraksi dengan bahan-bahan radioaktif.



a. Waktu Paruh

Gambar 10.10Peluruhan inti atom

Gambar 10.11Peluruhan unsur 23Na dengan T 1

2= jam.

N = N0

12 N

0

NN

0

14 N

0

18 N

0

116 N

0

T 2T 3T 4T 5T

0t

15 30 45 60 75 90

2

4

6

8

10

12

14

16

Aktivitas(103 C/menit)


Contoh 10.4


Gambar 10.12Lima jenis peluruhan radioaktif

= +

+ =

+ =

Contoh 10.5

Gambar 10.13Deret uranium

4. Deret Radioaktif



5. Pengertian Dosis Serapan

Contoh 10.6

Gambar 10.14Energi radiasi yang diserap materi

bermassa m.

sinar radioaktif

m

Kata Kunci• radioaktivitas• fluorisensi• eksitasi• daya tembus• peluruhan• waktu paruh• aktivitas• dosis serap



6. Pengukuran Radioaktivitas

a. Emulsi Film Potret

b. Pencacah Geiger-Muller

c. Kamar Kabut Wilson

Gambar 10.15Pencacah Geiger-Muller

Gambar 10.16Bagian-bagian alatpencacah Geiger-Muller

103 V

–

+

jendela tipis

gas

kawat elektrode(anode)

tabung darilogam (katode)

isolator

–+

Gambar 10.17Kamar kabut Wilson

uap

jejak ionsumber

radioaktif (R)

cahaya

kepinggelas

pengisap (P)


Sumber: Physics for Scientist andEngineers, 2000


d. Sintilator (Detektor Sintilasi)

Gambar 10.18Diagram sintilator yang dilengkapi

dengan fotomultiplier

partikel datang

foton

kristal sintilasi

pulsa keluaranfotomultiplier

fotokatode

+400 V

+800 V

+1200 V

+1600 V

+200 V

+600 V

+1000 V

+1400 V


C. Reaksi Inti



Pada setiap reaksi inti selalu berlaku hukum kekekalan berikut ini.

11P

12D

1. Energi yang Dihasilkan dari Reaksi Inti

Contoh 10.7

Contoh 10.8

Kata Kunci• energi reaksi inti• reaksi eksotermik• reaksi endotermik• reaksi berantai• reaksi fisi• reaksi fusi

Tokoh

Enrico Fermi(1901–1954)

Fermi adalah seorang fisikawankelahiran Itali. Setelah tahun 1939, iapergi ke Amerika Serikat untukbekerja dan hidup disana. Ia dikenalkarena menggunakan neutron untukmenembak atom yang dapatmenghasilkan isotop. Enrico Fermimendapat hadiah Nobel pada 1938.Pada 2 Desember 1942, reaksi rantainuklir pertama dihasilkan olehsebuah tim ilmuwan yangdipimpinnya. Percobaan yang suksesini bertempat di lapangan SquashUniversitas Chicago, Amerika Serikat.Reaksi rantai bekerja menyerupaipenyalaan korek api. Panas yangdihasilkan oleh gesekan pada waktumematik korek api menyebabkansebagian atom terbakar danmelepaskan lebih banyak panassehingga menyebabkan reaksi terus-menerus berlangsung.



2. Pembuatan Isotop Radioaktif dari Reaksi Inti

3. Reaksi Berantai

4. Reaksi Fisi

U

n

inti bulatan

Gambar 10.19Diagram reaksi berantai

Gambar 10.20Pada reaksi pembelahan inti,

jumlah neutron bertambahpada setiap tingkatan.

inti U-235

reaksi fisi U-235memunculkan

2 neutron

neutronpertama

reaksi fisi keduamenghasilkan 4 neutron



5. Reaksi Fusi

Gambar 10.21Penggabungan empat inti hidrogenmembentuk inti helium disertaipelepasan energi.

H11

H11

H11

H11

H11

H11

H11

H21

H21

Hc32

Hc32

Hc42

H11

H–2(deuterium)

H–3(tritium)

reaksi fusi

helium

neutron

+

+

++

++

Gambar 10.22Reaksi fusi di Matahari

Gambar 10.23Tokamak

ruang vakumtoroid

arus listrikluar

medanmagnetik

totalplasma

arusplasma

medanmagnetik

poloid

medanmagnetik

toroid



Contoh 10.9



D. Reaktor Nuklir, Bom Nuklir, dan Radioisotop1. Reaktor nuklir

Gambar 10.24Perancangan dasar reaktor Nuklirair-tekan.

Gambar 10.25Reaktor nuklir denganmoderator air

sistem utama sistem kedua

bahan bakar danmoderator

pelindung

kondensor

pompa

uap air

batangpengendali

air panasturbin uap

generator

Informasiuntuk Anda

Beberapa jenis limbah reaktor nuklirbersifat radioaktif. Limbah ini meng-hasilkan radiasi nuklir mematikanyang merusak sel-sel hidup. Beberapajenis limbah radioaktif dapatbertahan ribuan tahun. Oleh karenaitu, limbah yang disimpan rapatdalam peti kemas tertutup harusdipendam di bawah tanah. Untukmenangani limbah nuklir makaorang harus menggunakan pakaianseperti terlihat pada gambar berikut.

Some kind of the nuclear reactorwaste is radioactive material. Thiswaste produce deadly nuclearradiation that damage living cells.Some kind of radioactive waste canlast for thousand years. So, nuclearreactor waste placed in shielded boxmust be buried underground.Overcoming nuclear waste, peoplemust wear suit like you have seen thispicture.

Information for You



Gambar 10.26Komponen-komponen dasar

sebuah reaktor atom: (1) terasreaktor; (2) elemen bahan bakar;

(3) moderator; (4) batang kendali;(5) shielding; (6) pendingin.

aliran panas

aliran dingin

uap ke turbin

air dingin

pompa

(1) (2)

(4)(5)

(3)

(6)

Sebuah reaktor nuklir tidak dapatmeledak seperti bom atom. Akantetapi, suatu kecelakaan pada pusattenaga nuklir dapat menimbulkanakibat yang merusak sejumlah besarwilayah sekitarnya. Pada 1986, terjadikecelakaan nuklir terbesar di pusattenaga nuklir Chernobyl di Ukraina.Kecelakaan ini melepaskan zatradioaktif ke dalam atmosfer danmengakibatkan gangguan kesehatanyang hebat pada penduduk di sekitarChernobyl. Penduduk di Eropa punmendapatkan dampak yang tidakkecil.

A nuclear reactor can not explode likeatom bomb. But, an accident in centreof the nuclear power can cause alarge destruction. In 1986, the biggestnuclear accident happened in theChernobyl nuclear power plant,Ukraine. This accident releasedradioactive material to theatmosphere and caused severe healthdisorder to civilians near by someEuropean also got the serious effect.

Informasiuntuk Anda

Information for You



a. PLTN dengan Sistem PWR

b. PLTN dengan Sistem BWR

Tokoh

Otto Hann

Otto Hahn lahir di Frankfurt, Jerman. Iamendapatkan gelar Ph.D dariUniversitas Marburg pada 1901. Hahnmempelajari beberapa unsur radioaktif,termasuk aktinium dan thorium. Pada1917, ia dan Lise Meitner berbagipenghargaan atas penemuan logamradioaktif yang diberi nama protak-tinium. Pada 1944, Hahn mendapatkanhadiah Nobel bidang kimia untukkeberhasilannya dalam penemuanpembelahan inti. Proses pembelahaninti itu disebut fisi nuklir. Para ilmuwandi Amerika Serikat menggunakan hasilpenemuan Hahn ini untuk membuatbom atom pada awal 1940-an. Sejak saatitu penggunaan fisi nuklir untuk tujuandamai pun dikembangkan.


Gambar 10.27Bagan PLTN dengan sistem PWR


reaktor PWR

generatorpembangkit

uappipa uap

generator

kondensator

pompa

pompa


2. Bom Nuklir

3. Radioisotopa. Pembuatan Radioisotop

Gambar 10.28Bagan PLTN dengan sistem BWR

Tantanganuntuk Anda

Mengapa molekul dari uranium(U–235) lebih cepat bergerakdaripada molekul U–238 padasuhu yang sama?

Tugas Anda 10.2Apakah Anda pernah mendengartragedi Chernobyl? Chernobylmerupakan pembangkit listriktenaga nuklir di Ukraina yangmengalami kebocoran. Carilahinformasi dari berbagai sumber,mengapa kebocoran ini bisa terjadi?

Kata Kunci• reaktor nuklir• reaktor daya• reaktor produksi isotop• reaktor penelitian• sistem PWR• sistem BWR


reaktor

air mendidih uap

turbin generatorpemindahpanas

pompa

kondensator

transformator

jaringan distribusitenaga listrik


b. Penggunaan Radioisotop

Kedua tangan ini memegangsebongkah uranium–235. Isotop dariuranium yang digunakan sebagaibahan dalam reaktor nuklir. Uraniummerupakan salah satu logam berat,sebongkah kecil uranium inimassanya 4,5 kg dan harganya lebihdari 200.000 dolar. Sebelummemegang uranium, tangan harusdilindungi dengan sarung tangankhusus.

This two hand hold a slab ofUranium-235. It is uranium isotopused as material in nuclear reactor.Uranium is one of the heavy metal,that small uranium slab weights 4,5kg and the price is more than 200.000dollars. Before holding uranium,hands must be covered by a specialhandgloves.

Informasiuntuk Anda

Tugas Anda 10.3Carilah foto-foto tentang kondisikota dan warga Hiroshima danNagasaki setelah pengeboman olehAmerika Serikat. Diskusikanlahbersama teman sekelas Andatentang dampak negatif bom atom.Diskusikan juga apakah ada dampakpositif dari bom atom.

Information for You


Gambar 10.29Magnetic Resonance Imaging

Gambar 10.30Karbon dapat digunakanuntuk menentukan usia

sebuah gulungan perkamenyang ditemukan di sebuah

gua di Laut Mati.

Mari Mencari Tahu

Tantanganuntuk Anda

Apakah radioisotop yangdisuntikkan ke dalam tubuh pasienuntuk mendiagnosis penyakit,membahayakan pasien itu sendiri?





Rangkuman


Peta Konsep

Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda telahmemahami bagian-bagian penyusunan inti danbagaimana pengaruh rekayasa penyusun inti tersebut.Anda juga tentu telah memahami mengenairadioaktivitas dan peluruhan serta perhitungan-perhitungan yang ada di dalamnya. Dari keseluruhanmateri yang ada pada bab ini, bagian mana yang menurut

Refleksi

Anda sulit dipahami? Coba Anda diskusikan denganteman atau guru Fisika Anda.

Banyak sekali manfaat mempelajari Fisika Inti danRadioaktivitas. Salah satunya adalah dibangunnya PLTNyang hemat bahan bakar. Coba Anda cari manfaat lainmempelajari bab ini. Diskusikan hasilnya bersama teman-teman Anda.



N

N0

1

2 N0

0 20 30 40

t

menit

287

Proyek Semester 2

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir


Tes Kompetensi FisikaSemester 2

Tes Kompetensi Fisika Semester 2 289


1

61

8

23492

23492

50

100

10t (hari)

N (gram)

291

Tes Kompetensi Akhir


C1

C2

C3

C4

C5

P

S

Q

R

A

B

50 cm

Tes Kompetensi Akhir 293

295

Bab 1 Gejala GelombangTes Kompetensi Awal




Tes Kompetensi Bab 1A. Pilihan Ganda

B. Soal uraian

Bab 2 Gelombang ElektromagnetikTes Kompetensi Awal





B. Soal uraian

Bab 3 Gelombang BunyiTes Kompetensi Awal




Kunci Jawaban



Tes Kompetensi Subbab E

Tes Kompetensi Subbab F


B. Soal uraian

Bab 4 Medan Listrik, Potensial Listrik, danKapasitor

Tes Kompetensi Awal






B. Soal uraian

Bab 5 Medan MagnetikTes Kompetensi Awal




B. Soal uraian

Kunci Jawaban 297

Bab 6 Induksi ElektromagnetikTes Kompetensi Awal





B. Soal uraian

Tes Kompetensi Fisika Semester 1A. Pilihan Ganda

B. Soal uraian

Bab 7 Radiasi Benda HitamTes Kompetensi Awal




A. Pilihan Ganda

B. Soal uraian

Bab 8 Fisika AtomTes Kompetensi Awal



A. Pilihan Ganda

B. Soal Uraian

Bab 9 Teori Relativitas KhususTes Kompetensi Awal


Kunci Jawaban 299


A. Pilihan Ganda

B. Soal Uraian


A. Pilihan Ganda

B. Soal Uraian

Tes Kompetensi Fisika Semester 2A. Pilihan Ganda

B. Soal Uraian

Tes Kompetensi AkhirA. Pilihan Ganda

B. Soal Uraian

Bab 10 Fisika Inti dan RadioaktivitasTes Kompetensi Awal





ApendiksSimbol-Simbol Matematika

Rumus Trigonometri

Turunan Fungsi-Fungsi Tertentu

Rumus-Rumus Integrasi

Apendiks 301

Satuan-Satuan Dasar

Satuan-Satuan Turunan

Data Terrestrial

Data Astronomi


Konstanta Fisika

Faktor-Faktor Konversi

303

SenaraiA

B

D

E

F

G

I

K

M

N

P

R

S

T

U

W


Indeks

Indeks 305


Daftar Pustaka

Allonso, M. dan Finn. 1980. Fundamental Physics, Vol 1and 2. New York: Addision-Wesley Publishing Company Inc.

Beiser, Arthur. 1983. Konsep Fisika Modern, Edisi Ketiga. Jakarta Pusat: Erlangga.

Biryam, M. 1992. Hukum-Hukum Kekekalan dalam Mekanika. Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Bueche, Fredrick. 1982. Introduction to Physics for Scientist and Insights. New York: Grow Hill Book Company Inc.

Dorling Kindsley. 1995. Jendela IPTEK, seri 1–4. Jakarta: Balai Pustaka.

Giancoli, Douglas C. 2000. Physics, 3th Edition. USA: PrenticeHall International.

Grolier International Inc. 1995. Oxford Ensiklopedi Pelajar. Jakarta: Widyadara.

Haliday, D, R. Resnick, J. Waker. 2001. Fundamental of Physics Sixth Edition. USA: John Willey and Sons Inc.

Harsanto. 1980. Motor Bakar. Jakarta: Djambatan.

Hermawan Edi. 2004. Radar Atmosfer Khatulistiwa. Surakarta: Pabelan.

Hewwit, Paul G. 1993. Conceptual Physics, 6th Edition. USA: Harper Collins College Publisher.

Hewwit, Paul G. 1998. Conceptual Physics, 8th Edition. USA: Addison-Wesley Publishing Company Inc.

Jones, Edwin R. dan Richard L. Childers. 1993. Contemporary College Physics. USA: Addison-Wesley Publishing

Company, Inc.

Sears, F.W. et.al. 1993. University Physics. USA: Addison-Wesley Publishing Company Inc.

Tipler, Paul. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 1 (alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi). Jakarta: Erlangga.

Tipler, Paul. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik, Jilid 2 (alih bahasa: Bambang Soegijono). Jakarta: Erlangga.

Warlijo, Liek. 2003. Kamus Fisika, Cetakan Kedua. Jakarta: Balai Pustaka.

ISBN 978-979-068-816-2 (No. Jilid lengkap)ISBN 978-979-068-931-2

Harga Eceran Tertinggi (HET) Rp.19.502,-

PUSAT PERBUKUAN

Departemen Pendidikan Nasional

kelas 3 sma fisika dudi indrajat

Documents