COMUNITAS FISIKA AL-AZHAR: July 2019

Wednesday, July 31, 2019

Elektro Statis

Video Pengisian dan Pengosongan Kapasitor
Fisika Lintas Minat 12 IPS

Dinamika Rotasi (momentum sudut dan Energi Kinetik Rotasi)

Momentum Sudut

Momentum sudut adalah ukuran kesukaran benda untuk mengubah arah gerak benda yang sedang berputar atau bergerak melingkar.

Momentum sudut dirumuskan dengan:

$L = I \omega$

$L = mvr$

dimana:
L adalah momentum sudut (kgm2s-1)
I adalah momen inersia benda (kgm2)
$\omega$ adalah kecepatan sudut benda (rad/s)
m adalah massa benda (kg)
v adalah kecepatan linear (m/s)
r adalah jarak benda ke sumbu putarnya (m)

Mau latihan soal? Yuk jawab pertanyaan di Forum StudioBelajar.com

Energi Kinetik Rotasi

Energi kinetik rotasi adalah energi kinetik yang dimiliki oleh benda yang bergerak rotasi yang dirumuskan dengan:

$Ek_r = \frac{1}{2} I \omega^2$

Jika benda tersebut bergerak secara rotasi dan juga tranlasi, maka energi kinetiktotalnya adalah gabungan dari energi kinetik translasi rotasi dan energi kinetik rotasi:

$Ek_t = Ek + Ek_r$

$Ek_t = \frac{1}{2} mv^2 + \frac{1}{2} I \omega^2$

dimana:
Ekt adalah Energi kinetik total benda
Ek adalah energi kinetik translasi
Ekr adalah energi kinetik rotasi
m adalah massa benda (kg)
v adalah kecepatan linear (m/s)
I adalah momen inersia benda (kgm2)
$\omega$ adalah kecepatan sudut benda (rad/s)

Hukum Newton 2 Untuk Rotasi

Benda yang bergerak secara translasi menggunakan hukum newton II ( $\Sigma F = ma$ ) dan benda yang bergerak secara rotasi juga memakai konsep hukum Newton yang sama, akan tetapi besarannya memakai besaran-besaran rotasi. Sehingga, Hukum Newton II untuk benda yang bergerak secara rotasi atau bergerak melingkar memakai rumus:

$\tau = I \alpha$

dimana:
$\tau$ adalah total torsi yang bekerja pada benda
I adalah momen inersia benda
$\alpha$ adalah percepatan sudut benda

Dibawah ini adalah tabel yang menganalogikan antara gerak translasi dan gerak rotasi

Besaran-besaran Pada Gerak Translasi			Besaran-besaran pada Gerak Rotasi
Besaran	Rumus	Satuan	Besaran	Rumus	Satuan
Jarak tempuh	s	m	Jarak tempuh sudut	q = s/r	rad
Kecepatan	V = s/t	m/s	Kecepatan sudut	$\omega = V/r$	rad/s
Percepatan	a = V/t	m/s2	Percepatan sudut	$\alpha = a/r$	rad/s2
Massa	m	kg	Momen inersia	I = mr2	kg . m2
Gaya	F = ma	N	Momen gaya/torsi	$\tau = rF$	Nm
Momentum	p = mv	kg . m/s	Momentum sudut	$L = I \omega$	kg . m2/s
Energi kinetik	$Ek = \frac{1}{2} mv^2$	Nm (Joule)	Energi kinetik rotasi	$Ek = \frac{1}{2} I \omega^2$	Nm (Joule)

Dibawah ini adalah tabel yang menyimpulkan hubungan antara gerak translasi dan gerak rotasi

Konsep	Gerak Translasi	Hubungan	Gerak Rotasi
Penyebab akselerasi	$\Sigma F$	$\tau = r \times F$	$\Sigma \tau$
Kesukaran untuk berakselerasi	m	$I = \Sigma m_i \times r_i^2$	I
Hukum newton 2	$\Sigma F = ma$		$\Sigma \tau = I \alpha$

Monday, July 22, 2019

Hakikat Fisika dan Prosedur Ilmiah

Fisika Lintas Minat kelas X
Hakikat Fisika

Sains adalah ilmu pengetahuan yang mempelajari gejala alam melalui pengamatan, eksperimen, dan analisis. Fisika sebagai salah satu cabang dari sains merupakan ilmu pengetahuan yang memepelajari materi dan energy serta interaksi antara keduanya. Hakikat fisika adalah Fisika sebagai produk (a body knowledge), sikap (a way of thingking), dan proses (a way of investigating).

1) Fisika sebagai Produk

Produk yang dimaksud dalam fisika adalah kumpulan pengetahuan yang dapat berupa fakta, konsep, prinsip, hukum, rumus, teori dan model.

2) Fisika sebagai Proses

Semua jenis produk dihasilkan setelah kita mempelajari gejala alam yang melibatkan materi,energy dan interaksinya melalui serangkaian proses. Proses tersebut meliputi langkah-langkah pengamatan, perumusan masalah, penyusunan hipotesis melalui eksperimen, analisis data, dan penarikan kesimpulan.

3) Fisika sebagai Sikap

Setiap langkah dalam proses membutuhkan sikap ilmiah yang baik, antara lain rasa ingin tahu, rasa percaya, kreatif, teliti, objektif, jujur, terbuka, mau bekerja sama, dan mau mendengarkan pendapat orang lain.

Metode Ilmiah

Metode ilmiah adalah prosedur dalam mendapatkan pengetahuan yang disebut ilmu. Jadi, ilmu adalah pengetahuan yang didapatkan lewat metode ilmiah.

Syarat-syarat yang harus dipenuhi suatu pengetahuan dapat disebut ilmu dan dikatakan ilmiah adalah sebagai berikut :

Objektik, artinya pengetahuan sesuai dengan objeknya atau didukung fakta empiris.
Metodik, artinya pengetahuan itu diperoleh dengan menggunakan cara-cara tertentu yang teratur dan terkontrol.
Sistematik, pengetahuan itu disusun dalam suatu sistem yang satu sama lain saling berkaitan dan saling menjelaskan sehingga seluruhnya merupakan satu kesatuan yang utuh.
Berlaku umum, artinya pengetahuan itu tidak hanya diamati oleh seseorang atau beberapa orang saja, tetapi semua orang dengan cara eksperimen yang sama akan memeproleh hasil yang sama pula.

Operasionalisasi Metode Ilmiah

Alur berfikir yang tercakup dalam metode ilmiah dapat dijabarkan dalam langkah-langkah yang mencerminkan tahap-tahap dalam kegiatan ilmiah yang disebut langkah-langkah operasional metode ilmiah, yaitu sebagai berikut :

1) Melakukan Pengamatan atau Observasi

Langkah awal yang harus dilalukan dalam sebuah penelitian adalah melakukan pengamatan atau observasi untuk menemukan masalah melalui pengamatan kuantitatif atau kualitatif.

Contoh: Air sebagai zat cair merupakan salah satu sumber pemanfaatan energi untuk pembangkit listrik yang karakteristknya perlu diketahui agar tepat guna.

2) Merumuskan Masalah

Masalah merupakan pertanyaan apa, siapa, kapan, di mana, mengapa, atau bagaimana tentang objek yang diteliti yang jelas batas-batasnya serta dapat diidentifikasikan faktor-faktor yang terkait di dalamnya.

Contoh: Bagaimana hubungan antara suhu zat cair dengan lama pemanasan zat cair tersebut

3) Mengumpulkan Data atau Informasi

Informasi atau data dapat diperoleh dari literatur, buku atauinformasi yang ada di internet yang sesuai dan mendukung teori dalam penelitian.

Contoh: Zat cair dapat menyerap kalor secara spesifik bergantung dari jenis dan susunan partikelnya.

4) Membuat Hipotesis

Hipotesis merupakan jawaban sementara atau dugaan sementara tentang masalah yang diselidiki. Jika setelah diuji hipotesis tidakditerima, kita harus mengubah hipotesis tersebut sehingga dapat ditarik kesimpulan.

Contoh: Semakin lama dilakukan pemanasan, semakin tinggi kenaikan suhu dari zat cair

5) Melakukan percobaan atau Eksperimen

Percobaan atau eksperimen dilakukan untuk menguji kebenaran hipotesis. Percobaan biasanya dilakukan berulang kali sehingga dapat ditarik kesimpulan. Ada tiga jenis variabel yang perlu diperhatikan pada suatu percobaan yang meliputi:

Variabel bebas, yaitu variabel yang dapat diubah bebas
Variabel terikat, yaitu variabel yang diteliti dan perubahannya bergantung pada variabel bebas.
Variabel kontrol, yaitu variabel yang selama percobaan dipertahankan tetap.

6) Menganalisis Data

Analisis data merupakan pekerjaan yang cukup rumit. Data dapat disajikan di dalam tabel, matriks, atau grafik. Data yang diperoleh dapat dianalisis secara statistik dan nonstatistik. Tampilan data dapat berupa grafik batang, pie, histogram, gambar, maupun skema.

7) Menarik Kesimpulan

Kesimpulan merupakan penilaian apakah dalam sebuah hipotesis yang diajukan dapat diterima atau ditolak. Apabaila dalam proses pengujian terdapat fakta yang cukup mendukung hipotesis, maka hipotesis itu diterima. Sebaliknya, jika dalam proses pengujian tidak terdapat cukup fakta yang mendukung hipotesis, maka hipotesis itu ditolak. Hipotesis yang diterima kemudian dianggap menjadi bagian dari pengetahuan ilmiah sebab telah memenuhi syarat keilmuan, yakni mempunyai kerangka penjelasan yang konsisten dengan pengetahuan ilmiah sebelumnya dan telah teruji kebenarannya. Pengertian kebenaran disini harus ditafsirkan secara pragmatis. Artinya, bahwa sampai saat ini belum terdapat fakta yang menyatakan sebaliknya.

Peran Fisika dalam Kehidupan

Sebagai cabang dari sains, Fisika memiliki peran yang besar dalam perkembangan teknologi yang dapat dimanfaatkan manusia. Seiring perkembangan teori Fisika, berikut beberapa contoh penerapannya dalam kehidupan sehari-hari:

Pengembangan pembangkit listrik dengan berbagai sumber energi, seperti PLTU, PLTA, PLTS, dan PLTN.
Kereta super cepat magiev dengan aplikasi superkonduktor.
Perkembangan gadget, seperti handphone, laptop, kamera digital, MP3/MP4, dan tablet PC.
Ultrasonografi, MRI, dan rontgen dalam bidang kedokteran.
Pesawat ulang-alik untuk melakukan perjalanan ke angkasa luar.

Keselamatan Kerja di Laboratorium

Dalam melakukan penelitian atau praktikum Fisiska, kita terkadang diharuskan bekerja di laboratorium. Banyak hal yang perlu kita ketahui dan perhatikan demi menjaga keselamatan diri saat bekerja di laboratorium, diantaranya adalah:

Syarat Laboratorium Yang Baik

Kelengkapan alat keselamatan, nomor telepon penting (pemadam kebakaran, petugas medis).
Ruangan laboratorium yang memiliki sistem ventilasi yang baik. Proses keluar masuk uData yang stabil, sirkulasi uData segar yang masuk dan keluar ruangan harus diperhatikan dengan baik. Semakin banyak sirkulasi uData, maka kondisi laboratorium juga akan sehat.
Ruangan laboratorium harus ditata dengan rapi, penempatan bahan kimia dan peralatan percobaan harus ditata dengan rapi supaya mudah untuk mencarinya. Bila perlu, berikan denah atau panduan penempatan bahan kimia di rak supaya semakin memudahkan untuk mencari bahan kimia tersebut.
Alat keselamatan kerja harus selalu tersedia dan dalam kondisi yang baik dan siap pakai.
Laboratorium harus memiliki jalur evakuasi yang baik. Laboratorium setidaknya memiliki 2 pintu keluar dengan jarak yang cukup jauh.
Bahan kimia yang berbahaya harus ditempatkan di rak khusus dan dipisahkan dua bahan kimia yang menimbulkan ledakan bila bereaksi.

Alat Keselamatan Kerja di Laboratorium

Di dalam ruang laboratorium harus sudah tersedia seluruh alat keselamatan kerja supaya saat terjadi kecelakaan atau darurat bisa diatasi dengan cepat. Berikut alat-alat keselamatan kerja yang ada di laboratorium :

Pemadam kebakaran
Eye washer
Water shower
Kotak P3K
Jas Lab
Peralatan Pembersih
Obat-obatan
Kapas
Plater pembalut
Aturan-Aturan Keselamatan Kerja

Aturan umum dalam tata tertib keselamatan kerja adalah sebagai berikut :

Dilarang mengambil atau membawa keluar alat-alat serta bahan dalam laboratorium tanpa seizin petugas laboratorium.
Orang yang tidak berkepentingan dilarang masuk ke lab. Hal ini untuk mencegah hal-hak yang tidak diinginkan.
Gunakan alat dan bahan sesuai dengan petunjuk praktikum yang diberikan.
Jangan melakukan praktikum sebelum mengetahui informasi mengenai bahaya bahan kimia, alat-alat dan cara pemakaiannya.
Bertanyalah jika anda merasa ragu atau tidak mengerti saat melakukan percobaan.
Mengenali semua jenis peralatan keselamatan kerja dan letaknya untuk memudahkan pertolongan saat terjadi kecelakaan kerja.
Pakailah jas laboratorium saat bekerja di laboratorium.
Harus mengetahu cara pemakaian alat darurat seperti pemadam kebakaran, eye shower, respirator dan alat keselamatan kerja lainnya.
Jika terjadi kerusakan atau kecelakaan sebaiknya segera melaporkannya ke petugas laboratorium.
Berhati-hatilah bila bekerja dengan asam kuat reagen korosif, reagen-reagen yang volatil dan mudah terbakar.
Setiap pekerja di laboratorium harus mengetahui cara pemberian pertolongan pertama pada kecelakaan.
Buanglah sampah pada tempatnya.
Usahakan untuk tidak sendirian si ruang laboratorium supaya bila terjadi kecelakaan dapat dibantu dengan segera.
Jangan bermain-main didalam ruangan laboratorium.
Lakukan latihan keselamatan kerja secara periodik.
Dilarang merokok, makan, dan minum di laboratorium

Lambang-lambang Bahaya

Keterangan

Dinamika rotasi

Momen Gaya atau Torsi

Momen gaya atau torsi dapat didefinisikan dengan beberapa pengertian:

Torsi adalah gaya pada sumbu putar yang dapat menyebabkan benda bergerak melingkar atau berputar.
Torsi disebut juga momen gaya.
Momen gaya/torsi benilai positif untuk gaya yang menyebabkan benda bergerak melingkar atau berputar searah dengan putaran jam (clockwise), dan jika benda berotasi dengan arah berlawanan putaran jam (counterclockwise), maka torsi penyebabnya bernilai negatif.
Setiap gaya yang arahnya tidak berpusat pada sumbu putar benda atau titik massa benda dapat dikatakan memberikan Torsi pada benda tersebut.

Torsi atau momen gaya dirumuskan dengan:

$\tau = r \times F$

dimana:
$\tau$ adalah torsi atau momen gaya (Nm)
r adalah lengan gaya (m)
F adalah gaya yang diberikan tegak lurus dengan lengan gaya (N)

Jika gaya yang bekerja pada lengan gaya tidak tegak lurus, maka besar torsinya adalah:

$\tau = r \times F \times \sin \theta$

dimana $\theta$ adalah sudut antara gaya dengan lengan gaya.

Momen Inersia

Konsep momen inersia pertama kali diberikan oleh Leonhard Euler. Momen inersia didefinisikan sebagai kelembaman suatu benda untuk berputar pada porosnya, atau dapat dikatakan ukuran kesukaran untuk membuat benda berputar atau bergerak melingkar. Besar momen inersia bergantung pada bentuk benda dan posisi sumbu putar benda tersebut.

Momen inersia dirumuskan dengan:

$I = mr^2$

dimana:
I adalah momen inersia (kgm2)
r adalah jari-jari (m)
m adalah massa benda atau partikel (kg)

Benda yang terdiri atas susunan partikel atau benda-benda penyusunnya yang lebih kecil, jika melakukan gerak rotasi, maka momen inersianya sama dengan hasil jumlah semua momem inersia penyusunnya:

$I = \Sigma m_i \times r_i^2$

$I = (mr_1^2) + (mr_2^2) + (mr_3^2) + \cdots$

Momentum Sudut

Momentum sudut adalah ukuran kesukaran benda untuk mengubah arah gerak benda yang sedang berputar atau bergerak melingkar.

Momentum sudut dirumuskan dengan:

$L = I \omega$

$L = mvr$

Mau latihan soal? Yuk jawab pertanyaan di Forum StudioBelajar.com

Energi Kinetik Rotasi

Energi kinetik rotasi adalah energi kinetik yang dimiliki oleh benda yang bergerak rotasi yang dirumuskan dengan:

$Ek_r = \frac{1}{2} I \omega^2$

Jika benda tersebut bergerak secara rotasi dan juga tranlasi, maka energi kinetik totalnya adalah gabungan dari energi kinetik translasi rotasi dan energi kinetik rotasi:

$Ek_t = Ek + Ek_r$

$Ek_t = \frac{1}{2} mv^2 + \frac{1}{2} I \omega^2$

Hukum Newton 2 Untuk Rotasi

$\tau = I \alpha$

dimana:
$\tau$ adalah total torsi yang bekerja pada benda
I adalah momen inersia benda
$\alpha$ adalah percepatan sudut benda

Dibawah ini adalah tabel yang menganalogikan antara gerak translasi dan gerak rotasi

Besaran-besaran Pada Gerak Translasi			Besaran-besaran pada Gerak Rotasi
Besaran	Rumus	Satuan	Besaran	Rumus	Satuan
Jarak tempuh	s	m	Jarak tempuh sudut	q = s/r	rad
Kecepatan	V = s/t	m/s	Kecepatan sudut	$\omega = V/r$	rad/s
Percepatan	a = V/t	m/s2	Percepatan sudut	$\alpha = a/r$	rad/s2
Massa	m	kg	Momen inersia	I = mr2	kg . m2
Gaya	F = ma	N	Momen gaya/torsi	$\tau = rF$	Nm
Momentum	p = mv	kg . m/s	Momentum sudut	$L = I \omega$	kg . m2/s
Energi kinetik	$Ek = \frac{1}{2} mv^2$	Nm (Joule)	Energi kinetik rotasi	$Ek = \frac{1}{2} I \omega^2$	Nm (Joule)

Dibawah ini adalah tabel yang menyimpulkan hubungan antara gerak translasi dan gerak rotasi

Konsep	Gerak Translasi	Hubungan	Gerak Rotasi
Penyebab akselerasi	$\Sigma F$	$\tau = r \times F$	$\Sigma \tau$
Kesukaran untuk berakselerasi	m	$I = \Sigma m_i \times r_i^2$	I
Hukum newton 2	$\Sigma F = ma$		$\Sigma \tau = I \alpha$

Contoh Soal Dinamika Rotasi/Momen Gaya

Pada gambar diatas, sebuah katrol silinder pejal ( $Ek = \frac{1}{2}m r^2$ ) dengan massa 3kg dan berjari-jari 20 cm dihubungkan dengan dua buah tali yang masing-masing memiliki terpaut pada benda bermassa dimana m1 = 6kg dan m2 = 3kg. Sistem diatas berada dalam kondisi tertahan diam dan kemudian dilepaskan. Jika tidak terjadi gesekan pada lantai dengan, berapakah percepatan kedua benda tersebut?

Pembahasan:

Katrol:

$\Sigma \tau = I \alpha$

$(T_2 - T_1)r = \frac{1}{2}mr^2 \frac{a}{r}$