FISIKA TEKNIK I. Penulis. Amalia Ma rifatul Maghfiroh. ISBN Cetakan Pertama, Juni 2021 xi, 113 hlm; 14.8 x 21

(1)

(2)

ii

FISIKA TEKNIK I

Penulis

Amalia Ma’rifatul Maghfiroh

ISBN 978-623-6121-92-4 Cetakan Pertama, Juni 2021

xi, 113 hlm; 14.8 x 21 Penyunting Moch. Ilham Alamsyah

Desain Sampul A. Syarif Desain Layout Mutiara Inwar

Penerbit :

CV. Pustaka Learning Center Anggota IKAPI No.271/JTI/2021 Karya Kartika Graha A.9 Malang 65132

Whatsapp 08994458885 www.pustakalearningcenter.com

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang . Dilarang memperbanyak atau memindahkan Sebagian atau seluruh isi buku ini ke dalam bentuk apapun secara elektronik maupun mekanis tanpa izin Tertulis dari penulis dan Penerbit Pustaka

(3)

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan Buku

Fisika Teknik I ini. Shalawat serta salam semoga tetap

terlimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW dan para sahabatnya yang telah memberikan uswatun khasanah kepada umatnya.

Penulis menyadari bahwa berkat adanya pertolongan dari Allah SWT, buku ajar ini dapat diselesaikan dengan baik meskipun banyak halangan dan rintangan pada proses penulisannya.

Penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada pihak-pihak yang telah berkontribusi dan membantu dalam proses penulisan buku ajar ini. Terakhir kalinya, penulis mengharapkan adanya kritik dan saran untuk buku ini agar kedepannya bisa menjadikan penulisan lebih baik.

Penulis sangat berharap dengan adanya Buku Fisika

Teknik I dapat memberikan sumbangsih dalam dunia

pendidikan. Amiieen.

Bojonegoro, Mei 2021

(4)

iv

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih, penulis ucapkan kepada berbagai pihak yang telah berkontribusi dan membantu dalam penyelesaian

Buku Fisika Teknik I ini. Diantaranya yaitu:

• Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya

• Orang tua dan keluarga yang selalu memberikan dukungan dan doa

• Arief Januarso S.Sos, M.Si selaku Ketua Yayasan Suyitno Bojonegoro

• Dr. Tri Astuti Handayani, SH., MM., M.Hum selaku Rektor Universitas Bojonegoro

• Laily Agustina Rahmawati, M.Sc. selaku Ketua LPPM Universitas Bojonegoro

• Ahmad Suprastiyo, S.Sos., M.Si selaku ketua LPM Universitas Bojonegoro

• Ir. Harjono, ST, M.Si selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknik Universitas Bojonegoro

• Eko Wahyu Abryandoko, S.Pd., MT. selaku ketua Program Studi Teknik Industri

Serta semua pihak yang telah memberikan dorongan dan dukungan dalam pembuatan Buku Fisika Teknik I ini.

(5)

v

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ... iii

Ucapan Terimakasih ... iv Daftar Isi ... v Daftar Tabel... ix Daftar Gambar ... x BAB 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Besaran ... 1 1.2 Sistem Satuan ... 1 1.3 Dimensi Besaran ... 3 SOAL ... 5 BAB 2 VEKTOR ... 6

2.1 Menambahkan Vektor secara Geometris ... 7

2.2 Komponen-komponen Vektor ... 8

2.3 Vektor Satuan ... 10

2.4 Menambahkan vektor melalui komponen-komponennya ... 12

2.5 Perkalian Vektor ... 12

SOAL ... 16

BAB 3 KINEMATIKA PARTIKEL ... 17

3.1 Kecepatan ... 17

3.2 Percepatan ... 19

3.3 Gerak Lurus ... 22

3.3.1 Gerak Lurus Beraturan... 22

3.3.2 Gerak Lurus dengan Percepatan Tetap ... 23

(6)

vi

3.4.1 Gerak Peluru ... 24

3.4.2 Gerak Melingkar Beraturan ... 27

3.4.3 Gerak Melingkar dengan Percepatan ... 29

3.5 Gerak Relatif ... 31

SOAL ... 34

BAB 4 DINAMIKA PARTIKEL ... 35

4.1 Gaya ... 35

4.2 Hukum Pertama Newton ... 36

4.3 Hukum Kedua Newton ... 38

4.4 Hukum Ketiga Newton ... 39

4.5 Massa ... 40

4.6 Gaya Gesek ... 42

4.7 Gaya Sentripetal ... 44

4.8 Hukum Gravitasi ... 45

SOAL ... 47

BAB 5 KERJA DAN ENERGI ... 48

5.1 Kerja dan Energi Kinetik ... 48

5.2 Kerja dan Energi untuk Sistem Partikel ... 51

5.3 Kekekalan Energi Mekanik ... 54

5.4 Teorema Kerja – Energi yang umum ... 58

5.5 Kekekalan Energi ... 59

5.6 Daya ... 61

SOAL ... 63

BAB 6 DINAMIKA ROTASI ... 64

6.1 Kecepatan Angular dan Percepatan Angular ... 64

6.2 Torsi dan Momen Inersia ... 70

6.3 Energi Kinetik Rotasi ... 75

(7)

vii

6.5 Momentum Angular ... 79

6.6 Benda Menggelinding ... 83

SOAL ... 85

BAB 7 KESETIMBANGAN STATIK BENDA TEGAR ... 86

7.1 Syarat untuk Kesetimbangan ... 86

7.2 Pusat Berat ... 87

7.3 Kopel ... 91

SOAL ... 93

BAB 8 MEKANIKA ZAT PADAT DAN FLUIDA .. 94

8.1 Kerapatan ... 94

8.2 Tegangan dan Regangan ... 97

8.3 Tekanan dan Fluida ... 100

8.4 Prinsip Pascal dan Archimedes ... 103

8.5 Dinamika Fluida ... 104

8.5.1 Persamaan Kontinuitas ... 105

8.5.2 Persamaan Bernoulli ... 107

8.5.3 Aliran Kental (Viscous) ... 109

SOAL ... 112

(8)

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Besaran Pokok Sistem Internasional dan

satuannya ... 2 Tabel 1.2 Sistem satuan yang sering digunakan ... 3 Tabel 1.3 Dimensi besaran pokok ... 4 Tabel 6.1 Momen Inersia benda-benda uniform dengan

(9)

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Vektor ... 7

Gambar 2.2 Vektor yang berlawanan arah ... 8

Gambar 2.3 Komponen Vektor ... 9

Gambar 2.4 Vektor Satuan ... 11

Gambar 2.5 Perkalian skalar dari vektor 𝑎⃗ dan 𝑏⃗⃗ ... 13

Gambar 3.1 Gerakan partikel dari titik A ke B ... 18

Gambar 3.2 Sebuah partikel yang bergerak dalam bidang xy ... 21

Gambar 3.3 Lintasan gerak peluru ... 24

Gambar 3.4 Gerak melingkar beraturan ... 27

Gambar 3.5 Lintasan partikel ... 29

Gambar 3.6 Partikel bergerak dengan kecepatan yang tidak tetap ... 30

Gambar 5.1 Kerja akibat gaya F ... 49

Gambar 5.2 Grafik Energi Potensial ... 56

Gambar 6.1 Rotasi cakram pada sumbunya ... 64

Gambar 6.2 (a) Gaya Fi, yang bekerja pada partikel ke I dari sebuah cakram. (b) uraian gaya Fi menjadi 2 komponen ... 70

Gambar 6.3 Partikel yang bergerak dalanlingkaran berjari- jari r dengan kecepatan angular ... 79

Gambar 6.4 momen agular sebuah partikel relatif terhadap titik asal O ... 79

Gambar 6.5 Bola yang menggelinding ... 83

Gambar 7.1 Gaya F1 yang bekerja pada sebuah batang 88 Gambar 7.2 Benda yang dibagi menjadi beberapa benda yang lebih kecil ... 89

(10)

x

Gambar 8.1 Grafik regangan dan tegangan ... 98 Gambar 8.2 Kolam cairan setinggi h ... 103 Gambar 8.3 Aliran fluida dalam pipa... 105 Gambar 8.4 Bagian fluida (yang diarsir miring) Bergerak melalui bagian pipa dari Kedudukan gambar (a) ke kedudukan gambar (b). ... 107 Gambar 8.5 Distribusi kecepatan aliran fluida kental ... 110

(11)

(12)

1

BAB 1

PENDAHULUAN

Amalia Ma’rifatul Maghfiroh

Program Studi Teknik Industri

Fakultas Sains dan Teknik Universitas Bojonegoro

1.1 Besaran

• Fisika merupakan ilmu yang didalamnya mempelajari fenomena yang ada di alam ini. Namun, pada umumnya, pengamatan terhadap fenomena-fenomena alam kurang lengkap jika tidak dapat memberikan informasi yang jelas berupa nilai atau informasi kuantitatif. Maka dari itu, diperlukan suatu pengukuran.

• Pengukuran adalah cara untuk mendapatkan informasi kuantitatif terhadap sifat-sifat fisis. Artinya dengan pengukuran tersebut, sifat-sifat fisis fenomena alam dapat dinyatakan dengan suatu bilangan. Sifat-sifat fisis ini disebut besaran. Contoh dari besaran diantaranya adalah panjang, volume, momentum, massa dan lain-lain.

1.2 Sistem Satuan

• Pengukuran terhadap sifat-sifat fisis dilakukan dengan cara menyamakan besaran yang akan diukur dengan

(13)

6

BAB 2

VEKTOR

• Ilmu Fisika mempelajari banyak sekali besaran (kuantitas) yang mempunyai ukuran dan arah, sehingga membutuhkan sebuah bahasa matematika khusus- yaitu bahasa vektor- untuk menyatakan dan menggambarkan besaran tersebut.

• Besaran Vektor (Kuantitas Vektor) adalah suatu besaran yang mempunyai nilai dan arah sehingga dapat mewakilkan dengan sebuah vektor.

• Contoh besaran fisis yang merupakan besaran vektor adalah perpindahan, kecepatan dan percepatan.

• Tidak seluruh besaran fisis menggunakan arah. Contohnya suhu, tekanan, energi, massa dan waktu. Besaran – besaran tersebut disebut dengan Besaran Skalar dimana pengoprasiannya dengan aturan – aturan aljabar biasa

(14)

17

BAB 3

KINEMATIKA PARTIKEL

▪ Ilmu dari cabang mekanika yang mempelajari gerakan benda dengan konsep ruang dan waktu tanpa memperhatikan penyebab geraknya disebut kinematika.

▪ Ketika bergerak, ketika mencapai translasi, benda dapat mencapai rotasi. Agar tidak terjadi kerumitan, anggaplah benda tersebut merupakan benda ideal yang dapat digunakankan sebagai suatu partikel, sebab gerakan benda yang sesungguhnya dapat didekati dengan analogi gerak partikel.

3.1 Kecepatan

• Gerakan partikel keseluruhan dapat diamati. Bila posisi setiap waktu diketahui. Seberapa cepat letak benda berubah setiap saat disebut dengan kecepatan.

(15)

35

BAB 4

DINAMIKA PARTIKEL

4.1 Gaya

● Gaya (force) sebagai suatu bentuk dorongan atau tarikan pada benda.

● Misalnya mesin motor mengangkat suatu lift (elevator) atau martil yang menghantam paku, atau angin yang meniup dedaunan di pohon, maka gaya tersebut sedang dikerahkan. Kita sering menyebut ini sebagai gaya kontak (contact

force) karena gaya diberikan ketika sebuah benda

mengalami kontak dengan benda yang lain. ● Disisi lain, kita menyatakan bahwa sebuah benda

jatuh disebabkan karena adanya gaya gravitasi (force of gravity, dan bukan dari gaya kontak). ● Gaya yang dikerahkan dalam arah yang berbeda

(16)

48

BAB 5

KERJA DAN ENERGI

5.1 Kerja dan Energi Kinetik

• Kerja yang dilakukan oleh sebuah gaya pada suatu benda sebagai hasil kali gaya tersebut dengan perpindahan titik dimana gaya itu bekerja .

• Jika arah gaya dan arah perpindahan berbeda, maka hanya komponen gaya dalam arah perpindahan yang melakukan kerja.

• Kita asumsikan bahwa benda dapat di anggap sebagai partikel. Untuk partikel, perpindahan titik tangkap gaya itu sama dengan perpindahan partikel tersebut. • Jika gaya R membuat sudut θ denhan perpindahan

∆𝑥, seperti gambar 5.1, kerja yang dilakukan adalah W = F cos θ ∆x = Fx . ∆x ……(5.1) Kerja adalah besaran skalar yang bernilai positif bila ∆x dan Fx mempunyai tanda yang sama dan bernilai

(17)

64

BAB 6

DINAMIKA ROTASI

6.1 Kecepatan Angular dan Percepatan Angular

Gambar 6.1 Rotasi cakram pada sumbunya

• Gambar 6.1 menunjukkan sebuah cakram yang bebas berotasi terhadap sumbunya, yaitu melalui pusatnya, dan tegak lurus dengan cakram. Jika cakram berputar, beberapa bagian yang berbeda dari cakram itu bergerak dengan kelajuan yang beda.

(18)

86

BAB 7

KESETIMBANGAN STATIK

BENDA TEGAR

● Bila suatu benda sedang diam dan akan tetap diam, benda dinyatakan dalam keseimbangan static. Mampu menentukan gaya-gaya yang bekerja pada benda dalam keseimbangan static mempunyai banyak penerapan, terutama dalam bidang teknik. ● Misal gaya-gaya yang dilakukan oleh kabel jembatan

gantung harus diketahui supaya kabel dapat dirancang cukup kuat untuk menunjang jembatan.

7.1 Syarat untuk Kesetimbangan

● Syarat suatu partikel agar tetap diam yaitu gaya yang bekerja pada partikel itu nol.

● Syarat agar benda tegar berada dalam keseimbangan statik adalah

(19)

94

BAB 8

MEKANIKA ZAT PADAT

DAN FLUIDA

● Keadaan bahan keseluruhan dapat dibagi menjadi zat padat dan zat alir (Fluida).

● Zat padat cenderung tegar dan mempertahankan bentuknya, sementara fluida tidak mempertahankan bentuknya tetapi mengalir.

8.1 Kerapatan

• Sebuah sifat penting dari zat adalah rasio massa terhadap volumenya, yang dinamakan kerapatan.

𝑘𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒

• Huruf Yunani ρ (rho) seringkali digunakan untuk menyatakan kerapatan :

𝜌 =𝑚

(20)

113

DAFTAR PUSTAKA

Alvin, H., 1998, 3000 Solved Problem in Physics, New York: McGraw-Hill Book Company.

Beisser, A., 1995, Applied Physics, New York: McGraw-Hill, Inc.

Fishbane, P.M., et all,1993, Physics for Scientist and

Engineering Extended Version, New Jersey: Prentice

Hall, Inc.

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika. Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I (Terjemahan), Jakarta: Penerbit Erlangga.

Mikrajuddin A, Fisika Dasar 1, ITB, Bandung, 2016

Sears, F.W. and Zemansky, M.W., 1994, Fisika Untuk Universitas 1, Binacipta, Jakarta

Sparisoma V, Fisika Dasar V2, ITB, Bandung, 2011 Sutrisno, 1994, Seri Fisika: Fisika Dasar, ITB, Bandung Tipler, A. Paul, 1991, Fisika Untuk Sains dan Teknik (Alih

bahasa oleh Dra. Lea Prasetio dan Rahmad W. Adi), Jakarta: Penerbit Erlangga.