Fisika Dasar I (FI-321)

Fisika Dasar I (FI-321)

Topik hari ini (minggu 1)

Silabus

I. Pendahuluan

* Pengukuran

* Pengukuran

* Analisis Dimensi

* Konversi Satuan

* Ketidakpastian Pengukuran

II.

Riview Matematika

* Trigonometri

* Vektor

* Sistem Koordinat

Silabus Silabus

Identitas Mata Kuliah

Nama/Kode : Fisika Dasar I / FI 321 Jumlah SKS : 4 SKS

Semester : Genap

Kelompok : Mata Kuliah Wajib

Program Studi : Fisika dan Pendidikan Fisika/ S-1 Program Studi : Fisika dan Pendidikan Fisika/ S-1

Prasyarat : Fisika Umum Dosen : Drs. Sutrisno, M.Pd

Drs. Saeful Karim, M.Si Endi Suhendi, M.Si

Silabus (lanjutan) Silabus (lanjutan)

Tujuan

Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa diharapkan mampu menguasai pengetahuan dasar mekanika, gelombang, bunyi, optika dan panas serta dapat mengembangkan dan mengaplikasikannya untuk mempelajari pengetahuan fisika yang lebih tinggi.

Deskripsi Isi

Dalam perkuliahan ini dibahas gerak dalam satu dimensi, gerak dalam dua Dalam perkuliahan ini dibahas gerak dalam satu dimensi, gerak dalam dua dimensi, dinamika, usaha dan energi, momentum linear dan tumbukan, rotasi, keseimbangan, gravitasi, mekanika fluida, getaran, gelombang, bunyi, optika dan panas.

Pendekatan Pembelajaran

Konseptual dan kontekstual

Metode : Demonstrasi, tanya jawab, diskusi, ceramah Tugas : Pekerjaan rumah soal latihan

Media : LCD, alat peraga fisika

Evaluasi

Kehadiran

Tugas (individu) Quizz (individu) UTS (individu) UAS (individu)

“Kontribusi e-learning (individu)”

Kehadiran Perkuliahan 80 %

Nilai Akhir

30 % UTS + 30 % UAS + 30 % Quizz + 10 % Tugas

Materi Perkuliahan

Pertemuan 1 : Pengukuran Besaran Satuan dan Vektor Pertemuan 2 : Gerak dalam satu dimensi

Pertemuan 3 : Gerak Dalam dua dimensi Pertemuan 4 : Dinamika

Pertemuan 5 : Usaha dan energi

Pertemuan 6 : Momentum linear dan tumbukan Pertemuan 7 : Gerak rotasi

Pertemuan 8 : Ujian tengan semester Pertemuan 8 : Ujian tengan semester Pertemuan 9 : Keseimbangan

Pertemuan 10 : Gravitasi

Pertemuan 11 : Mekanika fluida

Pertemuan 12 : Getaran dan gelombang Pertemuan 13 : Bunyi

Pertemuan 14 : Optika Pertemuan 15 : Panas

Pertemuan 16 : Ujian akhir semester

Referensi

► David Halliday & Robert Resnick (Pantur Silaban Ph.D &

Drs. Erwin Sucipto). (1989). FISIKA, Erlangga-Jakarta.

► Paul A. Tipler (Dr. Bambang Soegijono). (2001). FISIKA, Untuk Sains dan Teknik, Erlangga-Jakarta.

Untuk Sains dan Teknik, Erlangga-Jakarta.

► Douglas C. Giancoli. (2001). FISIKA, Erlangga-Jakarta.

I.

I. Pendahuluan Pendahuluan

o

o Fundamental Sains Fundamental Sains

o

o Dibagi dalam lima bidang utamaDibagi dalam lima bidang utama

Fisika

o

o Dibagi dalam lima bidang utamaDibagi dalam lima bidang utama

-- Mekanika (Klasik)Mekanika (Klasik) -- TermodinamikaTermodinamika -- ElektromagnetikElektromagnetik -- RelativitasRelativitas

-- KuantumKuantum

Menu utama

1. Pengukuran 1. Pengukuran

►

►Dasar pengujian suatu teori dalam sainsDasar pengujian suatu teori dalam sains

►

►Perlu memiliki sistem satuan yang konsistenPerlu memiliki sistem satuan yang konsisten

►

►Adanya Ketidakpastian Adanya Ketidakpastian

Perlu aturan yang disepakati tentang Perlu aturan yang disepakati tentang

►

►Perlu aturan yang disepakati tentang Perlu aturan yang disepakati tentang ketidakpastian

ketidakpastian

Sistem Pengukuran Sistem Pengukuran

►

► Sistem StandarSistem Standar

-- Disetujui oleh yang berwenang, biasanya pemerintahDisetujui oleh yang berwenang, biasanya pemerintah

►

► Sistem InternasionalSistem Internasional

-- Disepakati oleh komite internasional pada tahun 1960Disepakati oleh komite internasional pada tahun 1960

-- Dinamakan jugaDinamakan juga mksmks

-- Dinamakan jugaDinamakan juga mksmks

-- Digunakan dalam kuliah iniDigunakan dalam kuliah ini

►

► Sistem GaussianSistem Gaussian

-- DinamakanDinamakan cgscgs

►

► Kebiasaan di USA & UKKebiasaan di USA & UK

-- inci (inches), kaki (foot), mil (miles), pon (pounds/slugs), dllinci (inches), kaki (foot), mil (miles), pon (pounds/slugs), dll

Kuantitas Dasar & Dimensinya Kuantitas Dasar & Dimensinya

►

► Panjang (L)Panjang (L)

►

► Massa (M)Massa (M)

►

► Waktu (T)Waktu (T)

►

► Waktu (T)Waktu (T)

Panjang Panjang

►

► SatuanSatuan

-- SI : meter (m)SI : meter (m)

-- cgs : centimeter (cm)cgs : centimeter (cm) -- USA & UK : foot (ft)USA & UK : foot (ft) -- USA & UK : foot (ft)USA & UK : foot (ft)

►

► SatuSatu metermeter didefinisikandidefinisikan sebagaisebagai jarakjarak yangyang ditempuh

ditempuh cahayacahaya dalamdalam vakumvakum selamaselama selangselang waktu

waktu 11//299299 792792 458458 sekonsekon

►

► Laju cahaya dalam vakum?Laju cahaya dalam vakum?

Panjang (lanjutan) Panjang (lanjutan)

Jarak

Jarak PanjangPanjang (m)(m) Radius alam semesta teramati

Radius alam semesta teramati 1 x 101 x 10²⁶²⁶ Ke galaksi Andromeda

Ke galaksi Andromeda 2 x 102 x 10²²²² Ke bintang terdekat

Ke bintang terdekat 4 x 104 x 10¹⁶¹⁶ Bumi

Bumi -- MatahariMatahari 1.5 x 101.5 x 10¹¹¹¹ Bumi

Bumi -- MatahariMatahari 1.5 x 101.5 x 10¹¹¹¹

Radius Bumi Radius Bumi

Lapangan Sepakbola

Lapangan Sepakbola 1.0 x 101.0 x 10²² Tinggi Orang

Tinggi Orang 2 x 102 x 10⁰⁰

Ketebalan kertas

Ketebalan kertas 1 x 101 x 10^--44 Panjang gelombang cahaya biru

Panjang gelombang cahaya biru 4 x 104 x 10^--77 Diameter atom hidrogen

Diameter atom hidrogen 1 x 101 x 10^--1010 Diameter proton

Diameter proton 1 x 101 x 10^--1515 6.4 x 10⁶

Massa Massa

►

► SatuanSatuan

-- SI : kilogram (kg)SI : kilogram (kg) -- cgs : gram (g)cgs : gram (g)

-- USA & UK : pon, slugs USA & UK : pon, slugs -- USA & UK : pon, slugs USA & UK : pon, slugs

►

► SatuSatu kilogramkilogram didefinisikandidefinisikan sebagaisebagai massa

massa silindersilinder campurancampuran platinumplatinum iridium

iridium khususkhusus yangyang dijagadijaga tetaptetap didi badan

badan pengukuranpengukuran internasionalinternasional Sevres

Sevres PrancisPrancis

Mengapa silinder ditutup rapat oleh dua kubah kaca?

Massa (lanjutan) Massa (lanjutan)

Objek

Objek Massa (kg)Massa (kg)

Alam semesta teramati

Alam semesta teramati ~ 10~ 10⁵²⁵² Galaksi Milky Way

Galaksi Milky Way 7 x 107 x 10⁴¹⁴¹ Matahari

Matahari 2 x 102 x 10³⁰³⁰ Bumi

Bumi 6 x 106 x 10²⁴²⁴

Boeing 747

Boeing 747 4 x 104 x 10⁵⁵ Boeing 747

Boeing 747 4 x 104 x 10⁵⁵ Mobil

Mobil 1 x 101 x 10³³

Mahasiswa

Mahasiswa 7 x 107 x 10¹¹ Partikel debu

Partikel debu 1 x 101 x 10^--99 Bakteri

Bakteri 1 x 101 x 10^--1515 Proton

Proton 2 x 102 x 10^--2727 Elektron

Elektron 9 x 109 x 10^--3131

Waktu Waktu

►

► SatuanSatuan

-- Sekon (detik), semua sistemSekon (detik), semua sistem

►

► SatuSatu sekonsekon didefinisikandidefinisikan sebagaisebagai 99 192192 631631 700700 xx

►

► SatuSatu sekonsekon didefinisikandidefinisikan sebagaisebagai 99 192192 631631 700700 xx prioda

prioda radiasiradiasi daridari sebuahsebuah atomatom cesiumcesium

Waktu (lanjutan) Waktu (lanjutan)

Interval

Interval WaktuWaktu (s)(s) Umur alam semesta

Umur alam semesta 5 x 105 x 10¹⁷¹⁷ Umur Grand Canyon

Umur Grand Canyon 3 x 103 x 10¹⁴¹⁴ Rata

Rata--rata umur mahasiswarata umur mahasiswa 6.3 x 106.3 x 10⁸⁸ Satu tahun

Satu tahun Satu tahun Satu tahun Satu jam Satu jam

Cahaya dari bumi ke bulan

Cahaya dari bumi ke bulan 1.3 x 101.3 x 10⁰⁰ Satu siklus senar gitar

Satu siklus senar gitar 2 x 102 x 10^{--3 3} Satu siklus gelombang radio FM

Satu siklus gelombang radio FM 6 x 106 x 10^{--8 8} Cahaya mengelilingi proton

Cahaya mengelilingi proton 1 x 101 x 10^--2424

3.2 x 10⁷ 3.6 x 10³

Notasi Ilmiah Notasi Ilmiah

Bilangan besar:

Bilangan besar:

 1010⁰⁰ = 1 = 1

 1010¹¹ = 10 = 10

 1010²² = 100= 100

 … dll… dll

Bilangan kecil:

Bilangan kecil:

•• 1010^--11 = 0.1 = 0.1

•• 1010^--22 = 0.01= 0.01

•• 1010^--33 = 0.001= 0.001

•• … dll… dll

 … dll… dll •• … dll… dll

Contoh Contoh

►

► Laju cahaya dalam vakumLaju cahaya dalam vakum c

c ≈≈ 300 000 000 m/s300 000 000 m/s c

c ≈≈ 3.0 x 3.0 x 1010⁸⁸ m/sm/s

►

► Massa nyamuk Massa nyamuk m

m ≈≈ 0.00001 kg0.00001 kg m

m ≈≈ 1010^--55 kgkg

Penamaan untuk pangkat dari 10 Penamaan untuk pangkat dari 10

Pangkat

Pangkat Nama SimbolNama Simbol

10^-18 atto a

10^-15 femto f

10^-12 pico p

10^-9 nano n

µ

10^-6 micro µ

10^-3 milli m

10³ kilo k

10⁶ mega M

10⁹ giga G

10¹² tera T

10¹⁵ peta P

10¹⁸ exa E

2. Analisis Dimensi 2. Analisis Dimensi

►

► Dimensi menyatakan sifat fisis dari suatu Dimensi menyatakan sifat fisis dari suatu kuantitas

kuantitas

►

► Teknik untuk mengoreksi suatu persamaanTeknik untuk mengoreksi suatu persamaan

►

► Dimensi (panjang, massa, waktu & Dimensi (panjang, massa, waktu &

►

► Dimensi (panjang, massa, waktu & Dimensi (panjang, massa, waktu &

kombinasinya) dapat dperlakukan sebagai kombinasinya) dapat dperlakukan sebagai kuantitas aljabar

kuantitas aljabar

-- jumlah, kurang, kali, bagijumlah, kurang, kali, bagi

-- penjumlahan dan pengurangan hanya untuk penjumlahan dan pengurangan hanya untuk satuan yang sama

satuan yang sama

Analisis Dimensi (lanjutan) Analisis Dimensi (lanjutan)

Dimensi kuantitas yang biasa digunakan:

Dimensi kuantitas yang biasa digunakan:

Panjang

Panjang LL m (SI)m (SI)

Luas

Luas LL²² mm²² (SI)(SI) Volume

Volume LL³³ mm³³ (SI)(SI) Kecepatan (laju)

Kecepatan (laju) L/TL/T m/s (SI)m/s (SI) Percepatan

Percepatan L/TL/T^{2 2} m/sm/s²² (SI)(SI)

Contoh Analisis dimensi Contoh Analisis dimensi

Jarak = kecepatan

Jarak = kecepatan •• waktuwaktu L = (L/T)

L = (L/T) •• TT

3. Konversi Satuan 3. Konversi Satuan

►

► KetikaKetika satuansatuan tidaktidak cocok,cocok, konversikankonversikan sehingga

sehingga satuannyasatuannya cocokcocok (sama)(sama)

►

► SatuanSatuan dapatdapat diperlakukandiperlakukan sepertiseperti kuantitaskuantitas aljabar

aljabar aljabar aljabar Contoh 1.

Contoh 1.

Gunakan konversi berikut Gunakan konversi berikut 1 inci

1 inci = 2.54 cm= 2.54 cm 1 m

1 m = 3.28 ft= 3.28 ft 1 mil

1 mil = 5280 ft = 5280 ft 1 mil

1 mil = 1.61 km= 1.61 km

Contoh 2.

Berapa m/s kah satu mil/jam !

1 mil

1 mil = 1.61 km= 1.61 km

Jawab

s m 2 1 s

447m .

s 0 3600

jam 1

ft 28 . 3

m 1 mil

ft 5280 jam

mil 1

jam

1 mil ==== ×××× ×××× ×××× ==== ≈≈≈≈

4. Ketidakpastian Pengukuran 4. Ketidakpastian Pengukuran

►

►Pada setiap pengukuran selalu muncul Pada setiap pengukuran selalu muncul ketidakpastian

ketidakpastian

►

►Ketidakpastian selalu terbawa dalam Ketidakpastian selalu terbawa dalam perhitungan

perhitungan perhitungan perhitungan

►

►Dibutuhkan cara untuk menghitung Dibutuhkan cara untuk menghitung ketidakpastian

ketidakpastian

►

►Aturan Aturan Angka PentingAngka Penting digunakan sebagai digunakan sebagai pendekatan ketidakpastian hasil

pendekatan ketidakpastian hasil perhitungan

perhitungan

Angka Penting Angka Penting

►

► Jumlah digit yang muncul dalam setiap hasil pengukuran Jumlah digit yang muncul dalam setiap hasil pengukuran atau perhitungan yang masih dapat dipastikan

atau perhitungan yang masih dapat dipastikan

►

► Semua digit yang tidak nol adalah angka pentingSemua digit yang tidak nol adalah angka penting

►

► Nol adalah angka penting ketika:Nol adalah angka penting ketika:

-- diantara digit yang bukan noldiantara digit yang bukan nol

-- setelah koma dan angka penting yang lainsetelah koma dan angka penting yang lain

►

► Semua digit dalam notasi ilmiah adalah angka pentingSemua digit dalam notasi ilmiah adalah angka penting

Contoh Contoh



 3.033.03



 0.00310.0031



 4.0 x 104.0 x 10¹¹



 1.70 x 101.70 x 10²²



 1.7000 x 101.7000 x 10²²

3 Angka Penting 2 Angka Penting 2 Angka Penting 3 Angka Penting 5 Angka Penting

Operasi dengan Angka Penting Operasi dengan Angka Penting

►

► Ketika mengalikan atau membagi, hasil yang diperoleh harus Ketika mengalikan atau membagi, hasil yang diperoleh harus memiliki angka penting yang sama dengan salah satu kuantitas memiliki angka penting yang sama dengan salah satu kuantitas (yang dioperasikan) yang memiliki angka penting paling kecil (yang dioperasikan) yang memiliki angka penting paling kecil

►

► Untuk penjumlahan atau pengurangan, hasil yang diperoleh Untuk penjumlahan atau pengurangan, hasil yang diperoleh harus memiliki jumlah digit dibelakang koma yang sama

harus memiliki jumlah digit dibelakang koma yang sama harus memiliki jumlah digit dibelakang koma yang sama harus memiliki jumlah digit dibelakang koma yang sama

dengan salah satu kuantitas (yang dioperasikan) yang memiliki dengan salah satu kuantitas (yang dioperasikan) yang memiliki jumlah digit dibelakang koma paling sedikit

jumlah digit dibelakang koma paling sedikit

Contoh Contoh

 2 x 3.1 = 2 x 3.1 =

 3.1 + 0.004 = 3.1 + 0.004 =

 4.0 x 104.0 x 10¹¹ ÷÷ 2.04 x 102.04 x 10^{2 2} == X 10X 10^--11 6

3.1

1.9

Orde Magnitudo Orde Magnitudo

►

► KadangKadang--kadang diperlukan mengetahui besar suatu kadang diperlukan mengetahui besar suatu kuantitas hanya dalam faktor 10

kuantitas hanya dalam faktor 10

►

► Ini dikenal dengan Ini dikenal dengan Orde MagnitudoOrde Magnitudo Contoh

Contoh Contoh Contoh

Berapa massa total mahasiswa di kelas ini?

Berapa massa total mahasiswa di kelas ini?

massa tiap mahasiswa m ~ 75 kg massa tiap mahasiswa m ~ 75 kg Jumlah mahasiswa n ~ 75

Jumlah mahasiswa n ~ 75 m

m_TotalTotal ~ 75 ~ 75 ×× 75 kg = 5625 kg ~ 6 75 kg = 5625 kg ~ 6 ×× 10³kgkg

II. Riview Matematika II. Riview Matematika



 TrigonometriTrigonometri



 VektorVektor

Sistem Koordinat Sistem Koordinat



 Sistem Koordinat Sistem Koordinat

Trigonometri Trigonometri

miring sisi

samping cos sisi

miring sisi

depan sin sisi

=

=

θ θ

samping sisi

depan tan sisi

miring sisi

= θ

Teorema Phytagoras c² = a² + b²

Skalar dan Vektor Skalar dan Vektor

►

►Kuantitas Kuantitas skalar skalar dijelaskan hanya oleh besar dijelaskan hanya oleh besar saja (

saja (temperatur, panjangtemperatur, panjang,…),…)

►

►Kuantitas Kuantitas vektorvektor perlu besar dan arah untuk perlu besar dan arah untuk menjelaskannya (

menjelaskannya (gaya, kecepatangaya, kecepatan,…),…) menjelaskannya (

menjelaskannya (gaya, kecepatangaya, kecepatan,…),…)

-- direpresentasikan oleh sebuah panah, panjang panah direpresentasikan oleh sebuah panah, panjang panah berkaitan dengan besar vektor

berkaitan dengan besar vektor

-- kepala panah menunjukkan arah vektorkepala panah menunjukkan arah vektor

Notasi Vektor Notasi Vektor

►

► Tulis tangan, gunakan tanda panahTulis tangan, gunakan tanda panah

►

► Cetak (print), gunakan cetak tebal Cetak (print), gunakan cetak tebal AA

Sifat Vektor Sifat Vektor

Dua vektor dikatakan

Dua vektor dikatakan sama sama apabila besar dan apabila besar dan

A r

►

► Dua vektor dikatakan Dua vektor dikatakan sama sama apabila besar dan apabila besar dan arahnya sama

arahnya sama

►

► Dua vektor adalah Dua vektor adalah negatifnegatif apabila besarnya sama apabila besarnya sama dan arahnya berlawanan

dan arahnya berlawanan

►

► Vektor Vektor resultanresultan adalah jumlah dari beberapa adalah jumlah dari beberapa vektor

vektor

Penjumlahan Vektor Penjumlahan Vektor

►

►

Ketika menjumlahkan vektor, arah Ketika menjumlahkan vektor, arah vektor dimasukan dalam perhitungan vektor dimasukan dalam perhitungan

►

►

Satuan harus sama Satuan harus sama

►

►

Satuan harus sama Satuan harus sama

►

►

Metode grafik Metode grafik

►

►

Metode aljabar Metode aljabar

Metoda Grafik

Metoda Grafik

Metode Aljabar Metode Aljabar

►

► Pilih sebuah sistem koordinat dan gambarkan Pilih sebuah sistem koordinat dan gambarkan vektor

vektor--vektornyavektornya

►

► Cari komponen x dan komponen y masingCari komponen x dan komponen y masing--masing masing vektor

vektor vektor vektor

►

► Jumlahkan semua vektor komponen x = RJumlahkan semua vektor komponen x = R_xx

►

► Jumlahkan semua vektor komponen y = RJumlahkan semua vektor komponen y = R_yy

►

► Besar vektor resultan dan arahnya:Besar vektor resultan dan arahnya:

x 1 y

2 y 2

x R

tan R R

R

R==== ++++ θθθθ==== ⁻⁻⁻⁻

Perkalian atau Pembagian Vektor oleh Skalar Perkalian atau Pembagian Vektor oleh Skalar

►

► HasilHasil perkalianperkalian atauatau pembagianpembagian vektorvektor oleholeh skalar

skalar adalahadalah sebuahsebuah vektorvektor

►

► BesarBesar vektorvektor hanyahanya dapatdapat dikalidikali atauatau dibagidibagi oleholeh skalar

skalar

►

► JikaJika skalarskalar positif,positif, makamaka araharah vektorvektor hasilhasil perkalian

perkalian atauatau pembagianpembagian searahsearah dengandengan vektorvektor awal

awal

►

► JikaJika skalarskalar negatif,negatif, makamaka araharah vektorvektor hasilhasil perkalian

perkalian atauatau pembagianpembagian berlawananberlawanan araharah dengan

dengan vektorvektor awalawal

Komponen dari Sebuah Vektor Komponen dari Sebuah Vektor

r

• Komponen x dari sebuah

vektor adalah proyeksi vektor terhadap sumbu x

A_x= cos ^Ar θ

2 y 2

x A

A +

= A

r A

r

• Komponen y dari sebuah

vektor adalah proyeksi vektor terhadap sumbu y

A_y= sin θ

j

iˆ A ˆ

A

Ar = _x + _y

A r

Perkalian antar Vektor Perkalian antar Vektor

Perkalian titik (dot product) didefinisikan sebagai

B A

B A B

A B

A cosθ

B A B

A _{x x y y z z}

r r

r r r r

dan antara

sudut adalah

θ

+ +

=

=

⋅

Perkalian silang (cross product) didefinisikan sebagai Perkalian silang (cross product) didefinisikan sebagai

( ) ^{( )} ( )

θ θ

− +

− +

−

=

=

×

melalui ke

dari berputar

yang sekrup

gerak menuruti

berarah

dan dan

dibentuk yang

bidang tegaklurus

yang vektor

adalah n

dan antara

sudut adalah

B A B

A k B

A B

A j B

A B

A i

n

x y y

x z

x x

z y

z z

y

B A

B ˆ A

B A

ˆ ˆ ˆ

ˆ sinθ B A B

A

r r

r r r

r r r

r r

Sistem Koordinat Sistem Koordinat

 Digunakan untuk menjelaskan posisi suatu titik dalam ruang

 Sistem koordinat (kerangka) terdiri dari

- Titik acuan tetap yang dinamakan titik pusat - Titik acuan tetap yang dinamakan titik pusat - Sumbu-sumbu dengan skala dan keterangan

 Jenis Sistem Koordinat (dalam kuliah ini)

- Kartesian - Polar

Sistem Koordinat Kartesian Sistem Koordinat Polar

• sumbu x dan sumbu y (2D)

• Sebuah titik ditulis (x,y)

• Sebuah titik adalah berjarak r dari titik pusat dan bersudut θ dari garis acuan (θ = 0)

• Sebuah titik ditulis (r, θ)

Posisi sembarang titik : Posisi titik P :

j iˆ y ˆ x

r = +

r

j iˆ 3 ˆ 5

r_P = + r

PR PR

Buku Tipler Jilid I

hal 19 no 36, 37, 38 dan 39