FISIKAKode Matakuliah Beban Kuliah Pengampu

: PNU-122: 2-0 SKS:Agus Yanto

Besaran dan Pengukuran FISIKA adalah ilmu yang mempelajari penomena alam yang

kesimpulannya dinyatakan dalam bentuk hukum-hukum fisika.

Untuk menyatakan hukum-hukum fisika tersebut dibutuhkan besaran-besaran fisis. Contohnya, panjang, massa, waktu, densitas, kecepatan, percepatan, gaya, resistivitas, temperatur, intensitas cahaya dll.

Agar mengungkapkan hukum fisika mudah dan sederhana, maka besaran-besaran fisis dinyatakan dalam bentuk simbol (huruf tunggal), contohnya (panjang simbolnya s), Massa (simbolnya m) dan masih banyak lainnya.

Setelah besaran-besaran fisis ditentukan, kemudian ditetapkapkan satuan dan cara memilih standar satuan tersebut

Standar satuan hanya hanya dilakukan pada besaran-besaran pokok saja

PENDAHULUANPENDAHULUAN

Standar satuan hanya hanya dilakukan pada besaran-besaran pokok saja

Berikut ke “tujuh besaran pokok” hasil konferensi tahun 1971, tentang “berat dan ukuran”

“Besaran turunan” didefinisikan dari besaran-besaran Pokok yang terkait, contoh;

atau disimbolkan

“Satuan turunan” yaitu satuan baru yang didefinisikan dari satuan-satuan besaran pokok yang terkait. Salah satu contoh adalah satuan gaya yang disebut newton (N) didefinisikan

Berikut sebagian besaran turunan dan beberapa satuan turunan yang baru yang dibentuk dari besaran pokok dalam sistem Satuan Iinternasional

Besaran fisika seringkali dihadapkan dengan bilangan yang sangat kecil (jarak antar atom) dan bilangan sangat besar (jarak antara bintang) untuk itu digunakan satuan yang mengacu ke Sistem Internasioanal, seperti tabel di bawah

Besaran Standar Panjang

1 meter didefinisikan sebagai 1650763,73 kali panjang gelombang cahaya radiasi oranye-merah oleh isotop Kr86 di dalam Vakum.

Massa1 kg adalah berat dari sebuah selinder platinum-iridium yang di simpan di lembaga Berat dan Ukuran.Standar lain mempunyai ketelian lebih tinggi adalah massa atom C12, hubungannya 1 = 1,6610-27 kg

Waktu1 sekon didefinisikan sebagai 1/86.400 hari (mata-hari rata-rata)

Latihan Soal1. Dengan menggunakan faktor konversi berikut; 1 mil =

5280 kaki, 1 kaki = 12 inci, 1 inci = 2,54 cm, 1 meter = 100 cm, dan 1 km = 1000 meter.a. Sebuah kendaran yang telah menempuh jarak 2 mil. jika dinyatakan dalam kilometer adalah ...!b. Sebuah roket mencapai ketinggian 300km jikadinyatakan dalam mil !

2. Dengan menganggap rapat massa (massa/volume) air tepat 1 gram tiap centimeter-kubik;a. tentukan dalam kilogram per-liter !b. Jika untuk mengosongkan wadah berisi 1 liter air dibutuhkan waktu 10 jam, tentukan laju aliran air tersebut dalam kilogram persekon !.

3. Berikut data laju maksimum beberapa macam binatang dalam satuan mil/jam adalah: (a) siput 310-2; (b) laba-laba 1,2; (c) tupai 12; (e) kelinci 35; (f) rubah 42; (g) singa 50; dan cheetah 70. Nyatakanlah data ini dalam satuan meter/detik

4. Sebuah tandon air berat kosong 10 kg dan mem-punyai daya tampung sebanyak 500 liter air, ditempatkan di atas menara air.

a. Jika rapat massa air adalah 1 grm/cm3 dan gravitasi bumi 10 m/s2, maka tentukan massa dan berat tandon jika diisi penuh !

b. Jika luas penampang alas tandon 1,5 m2, hitung tekanan yang diterima alas menara air

MEKANIKA Membahas gerak benda Membahas gerak benda

beserta penyebabnyabeserta penyebabnya Besaran pokok yang Besaran pokok yang

terkait dalam mekanika, terkait dalam mekanika, panjang, waktu, dan massapanjang, waktu, dan massa

Galileo Galilei dan Isaac Newton adalah dua orang ilmuwan yang pertama kali mendeskripsikan tentang gerak benda

Sebuah benda dikatakan bergerak jika benda tersebut mengalami perubahan posisi terhadap suatu kerangka acuan

Amati gerak segerombolan ikan barakuda. Apakah ikan P bergerak ?

Kerangka Acuan

Letak kedudukan suatu benda ditentukan oleh posisi acuan mana benda tersebut dipandang.Gerak

Posisi sebuah benda di setiap tempat merupakan fungsi dari waktu. Misalkan seekor lalat yang terbang dalam ruang (x, y, z), dinyatakan dengan sebuah vektor

Vektor Posisi

Posisi lalat pada detik ke t1 dinyatakan:

Posisi lalat pada detik ke t2 dinyatakan:

Contoh soal:

Jawab

Laju Rata-Rata & Kecepatan Rata-rata Laju atau kecepatan merupakan ukuran yang

menyatakan seberapa cepat/lambat sebuah benda bergerak.

Laju rata-rata didefinisikan sebagai “jarak yang ditempuh sepanjang lintasannya dibagi waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut”

Kecepatan rata-rata didefinisikan sebagai “perpindahan benda dibagi waktu yang diperlukan untuk perpindahan tersebut”

Untuk memahami pengertian laju dan keceratan, perhatikan lintasan seekor lalat yang terbang pada t1 sampai t3. Laju dan kecepatan lalat yang terbang dari t2 ke t3 dinyatakan:

Dalam ruang 1-D penulisan vektor posisi dapat diabaikan, dengan demikian definisi kecepatannya menjadi:

Secara matematis kecepatan rata-rata dapat dinyatakan sebagai:

Kecepatan sesaat adalah kecepatan rata-rata dalam selang waktu yang sangat kecil (t0), sehingga:

Interval waktu dibuat kecil, sehingga jarak dua titik sangat dekat (berada pada titik bersangkutan)

Sehingga kecepatan sesaat sebagai garis singgung lintasan lalat

Dari persamaan matematik di atas, perhatikan kembali contoh lalat yang terbang. Ditinjau dari suatu sumbu koordinat sembarang

dalam 1-D

Contoh SoalPada saat seperti pada gambar (t1) mobil no 43 menambah kecepatannya.

Kapan dan dimana, ban belakang mobil 43 akan sejajar dengan mobil no 8?

Karena besaran a maka dikenal 2 macam gerak, yaitu:

1. Gerak lurus berubah beraturan (GLBB)2. Gerak lurus beraturan (GLB)

GERAK LURUS BERATURAN

Dalam kenyataan, setiap benda jarang untuk mempertahankan geraknya (dipercepat atau diperlambat).

Gerak yang kecepatan mengalami perubahan di sebut gerak dipercepat/diperlambat yang dituliskan:

Percepatan rata-rataPercepatan sesaat

1-D

3-D

Pada GLBB besaran a konstan, maka posisi dan kecepatan benda yang bergerak pada detik ke t dapat dinyatakan sebagai:

Pada GLB besaran a = 0, sehingga dari persamaan di atas dapat ditentukan bahwa posisi dan kecepatan benda bergerak pada detik ke t adalah:

Contoh Soal

1. Pada sebuah balapan dayung, dari keadaan diam sebuah perahu bergerak dipercepat sepanjang garis lurus. Bilama pada detik ke 5, peruhu mencapai kecepatan 75 km/jam.

2. Sebuah mobil bergerak sepanjang jalan bebas hambatan yang lurus dan si pengemudi penginjak rem. Jika kecepatan awal v1 = 15 m/s dan diperlukan waktu 5 sekon untuk memperlambat kecepatan sampai v2 = 5 m/s. Berapakah percepatan rata-rata mobil tersebut?

Tentukan percepatan rata-ratanya?

4. Seorang pelempar bola baseball melempar bola cepat dengan laju 44 m/s. Perkirakan percepatan rata-rata bola tersebut selama gerak pelempar. Si pelempar dalam mempercepat harus mundur sekitar 3,5 m dari belakang badan (posisi 1) ke titik dimana bola dilepaskan (posisi 2)?

3.

a. perlambatan sepeda motor tersebut danb. waktu mulai di rem sampai berhenti

Seorang pengendara sepeda motor melaju dengan kecepatan sebesar 20 m/s. Pada jarak 25 meter dihadapanya seorang anak akan menyebrang jalan. Agar sepeda motor tepat berhenti 5 meter dari pusat garis zebracross. Tentukan;

Beberapa Gerak Khusus Lainnya

Gerak Peluru Gerak Jatuh

Bebas

Kedua gerak ini merupakan variasi antara GLBB dan GLB

Gerak PeluruWaktu yang dibutuhkan sampai ketinggian maksimum

Jangkauan tertinggi peluru

Jangkauan terjauh peluru

Gerak Vertikal

Jatuh Bebas

Waktu yang dibutuhkan sampai menyentuh lantai adalah

Gerak Melawan Gravitasi

o Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai ketinggian maximum

o Ketinggian maximumKedua besaran hanya ditentukan oleh Vo

Contoh Soal

1.

2.

Seekor macan meloncat dari atas sebuah tebing yang tingginya 5 meter.

Jika kaki macan menyentuh bidang harizontal tanah sejauh 10 m. Seberapa cepat macan meloncat dari dari tebing

jika gravitasi besarnya 10 m/s2.

Robin Hood mengarahkan panah pada musuh yang jaraknya 50 m. Jika diketahui gravitasi bumi g = 10 m/s2, tentukan;a. sudut elevasi maksimum arah panah!b. laju anak panah saat terlepas dari busur!

DINAMIKA Besaran gerak dalam kinematika dinyatakan dengan

kecepatan dan percepatan, sedangkan di dalam dinamika gerak dihubungkan dengan faktor penyebabnya, dalam hal ini adalah gaya.

Perhatikan gaya-gaya berikut

Dari keempat contoh diatas dapat diambil kesimpulan bahwa ada “gaya yang perlu persentuhan” (a) gerobak bergerak karena adanya persentuhan dengan orang yang mendorong dan ada pula “gaya yang tidak perlu persentuhan” (b) gaya kerena medan gravitasi bumi (c) gaya karena medan listrik dan (d) gaya karena medan magnet.

Gaya biasanya dinyatakan dengan sebuah vektor (untuk meng-gambarkan besar dan arahnya), dan digunakan simbol F(force).

Menjumlahkan atau mengalikan gaya, sama digunakan aturan operasi vektor.

Hukum Newton

Hukum Newton Pertama“Sebuah benda akan tetap diam atau bergerak lurus beraturan, bilamana tidak ada gaya yang bekerja pada benda tersebut”

Hukum Newton Tentang Gerak:

disebut juga sebagai hukum kelembaman

ciri dari sifat malas benda

Hukum Newton Kedua“Sebuah benda akan bergerak dipercepat, jika ada gaya yang bekerja padanya”

Percepatan gerak benda ditentukan oleh massa

artinya dengan F yang sama, jika

Hukum Newton Ketiga“Jika sebuah benda melakukan gaya pada benda yang lain, maka pada saat bersaman benda kedua akan memberikan gaya yang sama pada benda pertama dengan arah berlawanan”

disebut juga sebagai hukum

AKSI = REKASI

SOAL

1. Perkirakan gaya total yang dibutuhkan untuk mempercepat mobil dengan massa 1000 kg sebesar ½ g!

2. Berapakah besar gaya total yang dibutuhkan untuk menghentikan mobil dengan massa 1500 kg dari laju 100 km/jam dalam jarak 55 meter!

3. Sebuah selinder digantung dengan neraca pegas. Berat selinder adalah 98 newton. Ketika neraca pegas ditarik keatas ternyata berat benda terbaca menjadi 100 newton, maka tentukan percepatan sistem bergerak keatas!

4. Sebuah kantong plastik hanya kuat terhadap beban yang massanya 5 kg. Kantong tersebut akan diisi dengan sebuah barang. Pegangan kantong diikat dengan seutas tali yang kemudian ditarik keatas dengan percepatan ½ percepatan gravitasi bumi. Tentungkan massa maksimum barang agar kantong tidak ambrol

USAHA DAN ENERGIUSAHA DAN ENERGI

Usaha atau kerja didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada sebuah benda, yang menyebabkan benda tersebut bergerak (berpindah tempat)

hanya komponen gaya yang searah perpindahannya saja yang menghasilkan nilai usaha (satu garis kerja).

usaha yang dilakukan oleh gaya kosntan dinyatakan secara matematis

Energi Kinetik

pada benda yang sedang bergerak, usaha merupakan bentuk perubahan energi kinetik

W = ΔEK = EK(2) – EK(1)

EK(1) dan EK(2) masing-masing menyatakan energi kinetik gerak benda pada detik ke 1 dan ke 2. Energi kinetik dinyatakan sebagaiEK = ½ mv2maka

W = ½ mv22 – ½ mv1

2

Energi Potensial

benda yang berada pada posisi h relatif terhadap posisi lain di bawahnya, dikatakan memiliki energi potensial dalam kasus ini, usaha merupakan merupakan bentuk dari beda energi potensial

Persamaan energi potensial adalah maka

dengan demikian usaha benda diam karena perbedaan posisinya dinyatakan sebagai:

Energi Mekanik

Dengan demikian aktivitas benda yang melibatkan perubahan energi kinetik dan potensial, usahanya merupakan jumlah total perubahan energi kinetik dan perubahan energi potensial

dimana disebut sebagai energi mekanik (energi total)

dengan demikian

atau

perubahan energi mekanik

Hukum Kekekalan Energi Sebuah benda yang bergerak di bawah pengaruh gaya

konservatif (tidak dipengaruhi oleh lintasan), perubahan energi mekaniknya nol.

Dengan demikian energi mekanik benda disetiap tempat adalah konstan.

Untuk itu berlaku hubungan

atau

atau Bentuk dari hukum kekekalan energi mekanik

Contoh dari gaya konservatif, adalah gaya yang dipengaruhi medan konservatif (medan gravitasi, medan listrik, dan medan magnet).

1. Seorang anak menarik mainan dengan seutas tali. Gaya tarik tali konstan sebesar 0,8 N. Hitung usaha yang dilakukan anak, bila lintasannya pada;a. 1 meter pertama, tali sejajar dengan lintasannya!b. 1 meter kedua, tali membuat sudut 30o terhadap

lintasannya!c. 1 meter ketiga, tali membuat sudut 60o terhadap

lintasannya!d. 1 meter terakhir, tali membuat sudut 90o terhadap

lintasannya!2. Dengan menggunakan tali sebongkah batu yang massanya

50 kg berbentuk kubus ditarik dengan gaya yang sejajar dengan perpindahannya. Koefisien gesek kinetik dan gravitasi ditempat itu masing-masing 0,5 dan 10 m/s2, maka tentukan usahanya bila;a. Pada jarak 16 meter dari tempat semula lajunya 8 m/s !b. Pada jarak 16 meter berikutnya lajunya tetap 8 m/s!

SOAL

3. Dalam peratandingan sepak bola, seorang kiper mampu menangkap bola yang bergerak linier dengan laju 30 m/s. Berapakan energi kinetik bola ketika tertangkap oleh kiper bila berat bola 450 grm ?

4. Untuk menghentikan laju kendaraannya, seorang sopir menginjak rem dengan gaya 4,05104 newton. Bila berat kendaraan 5000 kg dan kendaraan berhenti 5 meter setelah pengereman, maka tentukan laju dan energi kinetik saat di rem !

5. Berapakah besar energi potensial sebuah kipasw angin yang massanya 7,5 kg ditempatkan pada dinding yang tingginya 3 kg ?

6. Sebuah bandul beratnyab 500 kg berada pada ketinggian 3,05 meter. Tepat di bawahnya sebuah paku tertancap tegak lurus pada sebuah papan dengan 5 cm bagian paku masih berada di atas permukaan papan. Bila sebuah bandul jatuh mengenai paku, menyebabkan 1 cm bagian paku menembus papan. Berapakah gaya bandul menimpa paku ?

7. Sebuah sumur kedalamannya 12 meter. Dengan sebuah ember yang berat kosongnya 500 grm dan isi volume dalamnya 10 liter. Anggap g = 10 m/s2.a. Berapakah energi potensial untuk mengangkat air ke permukaan ?b. Berapa pula energi potensial, untuk mengangkat air ke lantai dua yang tingginya 4 meter ?c. Hitung usaha yang dibituhkan untuk mengangkat air dari dalam sumur sampai ke lantai dua ?

8. Sebuah drum beratnya 25 kg jatuh dari atap sebuah gedung yang tingginya 100meter. Berapakah kecepatan drum saat menyentuh tanah

Contoh Soal

9. Tentukan (a) kecepatan dan (b) waktu, dari sebuah bola logam yang dijatuhkan dari atas sebuah bidang miring, seperti diperlihatkan pada gambar

10. Seorang pemanjat tebing harus memanjat dinding batu-batuan yang tingginya 60 meter dan mempunyai sudut kecuraman 120o. Berat tubuh atlet tersebut 60 kg dan percepatan gravitasi dianggap 10 m/s2. Bila atlet tersebut bergerak tetap teratur, tentukan usaha yang dilakukannya, bila;a. tanpa tali pengaman !b. Dengan tali pengaman !

11. Untuk mengangat air dari sebuah sungai yang memiliki kedalaman 10 meter, digunakan sebuah katrol. Bilaman berat ember beserta isinya 5 kg, gravitasi setempat 9,8 m/s2.a. Berapakah besar kerja yang diperlukan agar ember bergerak teratur ?b. Berapakah besar kerja yang dilakukan agar ember

bergerak dipercepat 0,2 m/s2 ?

12. Berapakah gaya dan kerja yang harus dilakukan untuk memasang sebuah patok beton di tanah basah, sehingga 0,2 bagian di atas permukaan tanah ? Bilamana diketahui panjang patok 1 meter massa 5 kg, gravitasi bumi 9,8 m/s2 dan gaya gesek rata-rata antara permukaan patok dengan tanah 50 N ?

13. Bila sebuah kacang gude berdiameter rata-rata 5 mm, ditempatkan pada suatu permukaan datar. Di atas kacang gude tersebut dibebani dengan sejumlah lempeng besi.

a. Tentukan kekerasan kacang gude bila beban lempenbg besi 10 kg pada saat kacang hancur !

b. Berapakah usaha yang dilakukan pada proses tersebut ?

14. Seorang binaragawan angkat berat, harus mengangkat barbell yang massanya 90 kg. Jika g = 10 m/s2, maka tentukan;

a. kecepatan mula-mula barbell terangkat agar dicapai posisi seperti pada gambar!

b. gaya minimum yang dibutuhkan untuk mengangkat barbell!

DayaBesaran yang menyatakan laju perubahan kerja dari sebuah benda yang bergerak persatuan waktu

Daya didefinisikan sebagai:

atau

Dalam interval waktu yang sangat kecil, daya dituliskan sebagai daya sesaat.

Usaha Oleh Gaya Tak Konstan Contoh gaya tak kosnstan

- Gaya pegas

- Gaya llistrik

gaya fungsi posisi

gaya fungsi posisi

Usaha yang dilakukan oleh gaya tak konstan

- Usaha oleh gaya pegas

- Usaha oleh gaya listrik

Soal 1. A. Berapa usaha yang harus dilakukan untuk memampatkan pegas

sejauh 45 cm, bila diketahui konstanta pegas 310 N/m ?

B. Berapa gaya yang dikenakan pada pegas tersebut ?

2. Untuk membuat neraca statis dapat digunakan sebuah pegas yang salah satu ujungnya terikat kuat pada dudukan tetap, sedangkan ujung lainnya dibiarkan tergantung bebas. Sebuah kaitan logam massanya 0,2 kg diikatkan pada ujung pegas yang bebas, ternyata pegas mulur sejauh 2 cm.

A. Hitung harga konstanta pegas !

B. Bila beban lain ditempatkan pada kaitan, membuat pegas mulur 12 cm. Tentukan massa benda tersebut !

C. Hitung gaya dan usaha pada pegas !

3. Untuk membuka mata pisau sebuah gunting pemotong rumput, seseorang harus menekan per yang berada pada pegangannya sejauh 3 cm.

A. bila konstanta pegas besarnya 24 N/m, berapakah gaya untuk membuka mata pisau gunting tersebut ?

B. berapakah usaha yang harus dilakukan ?

Satuan daya: 1 J/s = 1 watt = 1 W1 kW = 103 W1 hp = 746 W = 0,746 kW

Satuan lain usaha: 1hp.hr = 1 daya kuda.jam1 hp.hr = 7463600 J

Hubungan daya dengan kecepatan dan gaya:

Dalam selang waktu yang sangat kecil

Dalam bentuk vektor

Soal 1. Mesin alat pertanian beratnya 2000 kg harus diangkat vertikal

setinggi 10 meter dalam waktu 3 detik. Berapakah daya.kudqa untuk mengakat mesin tersebut ?

2. Dengan tarip rp. 150/kWh, berapakah biaya mengoperasikan mesin pertanian 10 hp selama 8 jam ?

3. Mesin sebuah alat perontok padi memberikan daya 49 hp kepda baling-baling perontok padi sewaktu mesin digerakkan dengan kecepatan 20 m/s. Berapakah besar tegangan dalam sebuah tali, bila tali tersebut menghubungkan mesin dengan baling-baling ?

4. Dua orang olahragawan angkat berat mempunyai tinggi angkatan masing-masing 1,7 meter dan 1,5 meter. Untuk mengangkat barbell yang beratnya 2 detik. Bilamana gravitasi bumi dingagap 10 m/s2, tentukan;a. Usaha yang harus dilakukan oleh masing-masing atlet tersebut !b. Selisih usaha kedua olahragawan tersebut !c. Bagaimana usaha yang dilakukan bila waktu yang disediakan 4 detik !d. Bagamana pula usaha yang dilakukan bila waktu yang disediakan 1 detik !

1

2

3

4

Sebutkan perbedaan dan persamaan !

MEKANIKA FLUIDAMEKANIKA FLUIDA

MEKANIKA FLUIDABagian dari mekanika khususnya mekanika yang membahas sifat, kondisi dan perilaku fisik zata yang dapat mengalir (fluida). Contohnya zat cair dan gasSifat yang membedakan zat cair dan zata padat (benda tegar) adalah; zat cair tidak kuat terhadap gaya luar. Bentuk fisik zat cair mudah berubah, sesuai dengan wadahnya

Bila hukium-hukum mekanika dikenakan pada zat cair, maka besaran-besaran yang ada disesuaikan dengan kondisi zat cair.misal m (massa) ρ (rapat massa) =

F (gaya) p (tekanan) =

Keterangan

1 N/m2 = 1 pascal1 atm = 1,01105 N/m2

gaya normal (Fn)

luas permukaan zat cair yang kenai gaya normal

Soal 1. Sebuah papan kayu berukuran

panjang 2m, lebar 30 cm, ketebalan 5 cm, rapat massa 32 kg/m3 dan g = 9,8 m/s2.a. Bila papan tersebut diletakan di atas permukaan air, berapakah

tekanan yang diterima cair?b. Bila sebuah logam yang massanya 4 kg diletakan di atas papan ter- sebut, berapakah tekanan yang diterima zat cair?

2. Sebuah pelat berukuran 10cm5cm dan massa diabaikan, diletak-kan di atas permukaan air. Bila pada pelat tersebut diberikan gaya sebesar 2 newton yang membentuk sudut 60o terhadap permukaan air. Tertukan tekanan yang diderita air !

Hukum Pascal Pada suatu zat cair statik,

tekanan yang di alami setiap bagian dalam zat cair adalah sama termasuk tekanan yang diterima oleh dinding wadahnya.

Bilamana salah satu bagian zat cair tekanannya berubah, maka perubahan tersebut akan diteruskan ke seluruh bagian air.

Berdasarkan hukum Newton Io Selimut selinder

o Tutup selinder

∑Fi = 0

∑Fj = 0

F1 – F2 = 0 F1 = F2

Soal

1. Dua buah selinder berdiameter penampang permukaan masing-masing D1 = 1,5 m dan D2 = 80 cm, dibentuk hurup U (seperti gambar). Kedua permukaan selinder dilengkapi dengan piston yang mudah bergerak.a. Bila pada penampang kecil diberikan gaya 500

newton, maka tentukan gaya yang dilakukan air pada piston besar !

b. Bila pada piston besar ditempatkan sebuah beban, berapakah massa yang dapat terangkat oleh piston tersebut ?

Pengaruh Gravitasi Terhadap Tekanan Zat Cair Tekanan zat cair merupakan fungsi dari kedalamannya.

Perhatikan gambar berikut

Dari gambar, hukum Newton I

F = Fo + Fg dimana

Fg = Δm g

= ρ ΔV g

= ρ A Δh g

Soal Spesies ikan hidup pada kedalaman 30 meter dari permukaan laut. Bilamana diketahui tekanan permukaan air laut adalah 1,01105 N/m2, gravitasi bumi 9,8 m/s2 dan rapat massa air laut ρ = 1200 kg/m3. Tentukan takanan yang diderita spesies ikan tersebut !

Hukum Archimedes

dituliskanFa = mag

atau Fa = ρag ΔV

Catatan: ρa rapat massa zat cair

ΔV volume zat cair yang dipindahkan

Terjadi adanya gaya yang dilakukan oleh zat cair yang diisebut gaya apung (Archimedes)Besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh bagian yang menempatinya.Hukum Archimedes “benda yang dicelup ke dalam zat cair akan mengalami gaya keatas sebesar zat cair yang dipindahkan”.

Pendekatan matematis

Ada 3 (tiga) kemungkinan:

1. ρb < ρa benda terapung

2. ρb = ρa benda melayang

3. ρb > ρa benda tenggelam

catatan: ρb rapat massa benda

ρa rapat massa zat cair

Soal 1. Seseorang ingin membuat sebuah pelampung berbentuk bola

homogen untuk ditempatkan ditengah sebuah danau. Berapakah rapat massa pelampung, bila diharapkan 0,9 bagian dari pelampung berada di atas permukaan danau ? Diketahui ρair = 1 g/cm3.

2. Untuk menentukan rapat massa zat cair X ikuti langkah berikut; kedalam gelas ukur yang berisi air masukkan bola pejal kedalamnya, misalnya 0,2 bagian bola berada dipermukaan air. Setelah itu ke dalam gelas ukur lain yang berisi zat cair X masukkan bola tersebut, misalnya 0,6 bagian bola berada di permukaan air. Keterangan ρair = 1 g/cm3.a. Tentukan rapat massa bolab. Tentukan rapat massa zat cair X

1. Untuk mengukur rapat massa zat cair disebut HIDROMETER seperti pada gambar. Keterangan; volume tendon (warna hitam) 25 cm3 dan luas permukaan pipa 5 mm2. Bila dicelupkan kedalam air, panjang pipa yang tercelup 5 cm. Diketahui ρair = 1 g/cm3. Tentukan rapat massa zat cair Z yangmana skala hidrometer menunjukkan 6,5 cm tercelup dalam zat cair tersebut?

Tegangan Permukaan

Gaya kohesi (tarik menarik) antar molekul zat cair menimbulkan tegangan yang permukaan zat cair cenderung mengecil.Besar tegangan permukaan zat cair dituliskan secara matematis:

N/m F gaya yang timbul pada zat cair L panjang yang berhubungan

dengan gaya yang bekerja

Gambaran

Perhatikan sebuah bola yang diletakkan di atas permukaan zat cair (seperti pada gambar)

Kesetimbangan komponen tegangan permukaan zat cair arah y (y) dengan gaya berat bola:

Gaya berat bola dinyatakan:

Fg = mg

Komponen gaya total yang diakibatkan oleh tegangan permukaan zat cair:

2π r y = 2π r cos θ

mg = 2π r cos θCatatan: r jari-jari penampang irisan bola yang bersentuhan

dengan permukaan zat cair.θ sudut kontak zat cair dengan permukaan bola.mmassa bola.g percepatan gravitasi bumi

Soal Berat seekor nyamuk 0,002 grm dapat berdiri di atas permukaan air yang ditopang oleh enam kaki. Bila telapak kaki nyamuk dianggap sebagai setengah bola yang berdiameter 0,02 mm. Tegangan permukaan air adalah 72,8 dyne/cm. Tentukan sudut kontak kaki nyamuk dengan air !

Kapilaritas Penomena niaknya permukaan zat cair pada pipa kecil

akibat adanya tegangan permukaan pada dinding pipa.

Contohnya, naiknya zat cair di dalam pembuluh xylem kebagian atas pada batang pohon

Tinjau sebuah pipa yang dicelupkan ke dalam air

Dari persamaan

mg = 2π r cos θ

dimana

m = ρaVa = ρaAh

= ρaπr2h

Sehingga

ρaπr2h = 2π r cos θ

Soal

1. Tiga buah pipa berdiameter masing-masing; D1, D2 dan D3 dimana D1 = 2D2 dan D2 = 2D3. Bagian bawah ketiga pipa dihubungkan satu sama lain, seperti diperlihatkan pada gambar. Bila bagian bawah pipa di celupkan ke dalam zat cair, tentukan perbandingan kolom pipa;a. 1 : 2 b. 2 : 3 c. 1 : 3

2. Diketahui rapat massa air 1 grm/cm3 dan tegangan permukaan zat cair 72 N/m. Bilamina diameter xylem 210-2 mm, seberapa tinggi air dapat naik di dalam batang sebuah pohon, dengan menganggap sudut kontak antara zat cair dengan dinding xylem berimpit ?

DINAMIKA FLUIDA

Alirannya tunak Tidak terjadi rotasional Tak termampatkan Bukan aliran kental

Adalah bagian dari mekanika fluida yang membahas gerak zat alir.Untuk menyederhanakan permasalahan, zat alir yang dibahas dianggap zat alir ideal, yaitu;

Persamaan Kontinuitas“pada zat alir tak termampatkan berlaku hubungan hasil kali laju aliran dan luas penampang adalah konstan”

Zat alir tidak termampatkan, maka ρ1 = ρ2 dengan demikianA1v1 = A2v2

Av = konstanPersamaan kontinuitas

dimana

disebut flux volum (debit)

Tinjau dua buah pipa dengan ukuran berbeda disambung, dan dialrkan air, seperti pada gambar

Soal 1. Sebuah pipa berdiameter 20 cm disambung dengan pipa

yang berdiameter 5 cm. Bilamana pada pipa besar dialirkan air dengan laju 8 m/s, berapakah kecepatan pada pipa kecil ?

2. Sebuah kolam berukuran panjang 5 meter x 3 meter x 80 cm. Pada dinding bagian bawah dilengkapi dengan pipa pembuangan berdiameter 8 cm. ¾ bagian kolam berisi air, bilamana untuk mengosongkan kolam di butuhkan waktu 30 menit. Tentukan kecepatan air yang keluar dari saluran pembuangan !

Persamaan BernoulliBerlaku hubungan berikut:

A1ΔL1 = A2ΔL2 = ΔV

(volume konstan)Kerja dari gaya total:

W = (p1 – p2)ΔV

= Energi mekanik:

W = ΔEK + ΔEP

atau Persamaan “Bernoulli” berlaku pada zat alir yang bergerak