RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

(1)

RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

✍

Definisi Ilmu Fisika

•

Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang tidak hidup serta interaksi dalam lingkup ruang dan waktu. Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos yang artinya “alamiah”.

•

Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati peri-laku dan sifat materi dalam bidang yang beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fi-sika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.

•

Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika kare-na banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis dan perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemeri-an dunia material, sedpemeri-angkpemeri-an matematika berkaitpemeri-an dengpemeri-an pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan du-nia material

•

Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, mi-salnya Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb.

•

Teori utama dalam ilmu Fisika

1. Mekanika Klasik :Hukum Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Dinamika fluida, Mekanika konti-nuum.

(2)

Per-✫

✪

3. Mekanika Kuantum : Persamaan Schr ¨odinger dan Teori

medan kuantum.

4. Relativitas : Relativitas khusus dan umum.

•

Bidang utama dalam Fisika

1. Astrofisika : Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma Big

Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal.

2. Fisika atom, molekul dan optik

3. Fisika partikel :Fisika Akselerator dan Fisika nuklir.

4. Fisika benda kondensasi :Fisika benda padat, Fisika

(3)

BESARAN DALAM ILMU FISIKA

✍

Besaran Pokok

•

Besaran Pokok adalah besaran yang tidak tergantung pa-da besaran yang lain.

Menurut Sistem International(SI) 1960,“Bureau of Weight

and Measures”(Paris)

Besaran Simbol Satuan

Panjang

l

m

-meter

Massa

m

kg

-kilogram

Waktu

t

s

-detik

Arus listrik

I

A

-ampere

Temperatur

T

K

-kelvin

Intensitas penyinaran

Lc

Cd

-candela

Banyak zat

N

mol

(4)

✫

✪

r

r 1 rad

1 Sr _r r

Luas

(b) Sudut Ruang (a) Sudut Bidang

Gambar 1: Sudut bidang(radian) dan Sudut ruang(steradian)

✍

Besaran Turunan

•

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari be-saran pokok. Bebe-saran turunan antara lain :

Kecepatan, Percepatan, Gaya, Momentum dan Impuls,

Ener-gi dan Kerja, Gaya Listrik dan Magnetik, Medan Listrik, dan

Magnetik, Potensial listrik dan Induksi magnetik, dsb

✍

Satuan

•

Satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Ada dua ma-cam bentuk satuan yaitu : Metrik dan non–Metrik masing-masing terdiri atas sistem statik dan dinamik

•

Sistem rasionalisasi ada dua macam yaitu Statik dan Dina-mik.

(5)

•

Sistem dinamik terdiri atas sistemcgs(cm–gram–sekon) dan mks(meter–kilogram–sekon).

•

Satuan Internasional adalah Sistem MKS yang telah disem-purnakan

⊲

Meter: satu meter adalah panjang lintasan cahaya di ruang

vakum selama

1 299

.792.458

detik.

⊲

Kilogram : satu kilogram adalah massa kilogram berbentuk

silinder yang dibuat dari bahan platina iridium(S ´evres

Peran-cis).

⊲

Second: satu detik adalah interval waktu dari

9

.

192

.

631

,

770

kali getar radiasi dari atom

Cs

133

⊲

Ampere: satu ampere adalah arus tetap yang terjadi bila dua

konduktor lurus sejajar dengan panjang tak berhingga

berja-rak satu meter diletakkan dalam ruang vakum akan

mengha-silkan gaya antara dua konduktor sebesar

2

×

10

−7

N

_.

⊲

Kelvin: satu kelvin adalah ₂₇₃1 bagian dari temperatur

termo-dinamis dari titik triple air.

⊲

Candela: satu candela adalah kuat penerangan tegak lurus

permukaan yang luasnya ₆₀₀₀₀₀1

m

2 dari sebuah benda hi-tam pada titik beku platina(

2046

.

65

K

_{)dan tekanan 1 atm.}

✍

Dimensi

(6)

✫

✪

Besaran Dimensi

Kecepatan

LT

−1

Percepatan

LT

−2

Gaya

M LT

−2

Energi

M L

2

T

−2

Momentum

M LT

−1

Vektor dan Skalar

•

Besaran Vektor adalah besaran yang memiliki besar(nilai) dan mempunyai arah misalnya : pergeseran, kecepatan,

percepatan, medan listrik-magnet dsb.

•

Besaran Skalar adalah besaran yang hanya memiliki be-sar(nilai) saja misalnyamassa, temperatur, kerja, energidsb.

✍

Notasi vektor

•

Vektor dilambangkan dengan tanda panah(

→

) atau huruf tebal. Misalkan vektor A dilambangkan dengan

A

~

atau

A

dan diikuti dengan vektor satuan

B

~

ˆ

b

atau

B

ˆ

b

•

Dalam sistem koordinat Cartesius dengan sumbu x, y dan z pada arah positif adalah vektor satuannya

x,

ˆ

y,

ˆ

z

ˆ

atau

(7)

da-pat dinyatakan sbb:

~

A

=

A

~

x

ˆ

+

A

~

y

ˆ

+

A

~

z

ˆ

atau

A

=

A

x

ˆ

+

A

y

ˆ

+

A

z

ˆ

(1)

~

B

=

B

~

ˆ

i

+

B

~

ˆ

j

+

B

~

k

ˆ

atau

B

=

B

ˆ

i

+

B

ˆ

i

+

B

k

ˆ

A

B

A=−B

Gambar 2: Gambar vektor dan penulisan vektor

✍

Perhitungan vektor

•

Suatu vektor dikatakan sama besar jika besar, sejajar dan arahnya sama seperti vektor

~a

=

~b

dan jika berlawanan arah maka vektor

~a

=

−

~b

.

•

Penjumlahan Vektor

~a

=

~a

ˆ

i

+

~a

ˆ

j

+

~a

k

ˆ

dan

~b

=

~b

ˆ

i

+

~b

ˆ

j

+

~b

k

ˆ

(2)

Maka penjumlahan vektor

A

~

dan vektor

B

~

adalah

~

A

+

B

~

= (

A

~

+

B

~

)ˆ

i

+ (

A

~

+

B

~

)ˆ

j

+ (

A

~

+

B

~

)ˆ

k

(3)

•

Pengurangan Vektor Maka pengurangan vektor

A

~

dan vek-tor

B

~

adalah

(8)

✫

✪

•

Sifat-sifat Aljabar Vektor

1.

A

+

B

=

B

+

A

(Sifat Komutatif)

2.

A

+ (

B

+

C

) = (

A

+

B

) +

C

(Sifat Asosiatif)

3.

m

A

=

A

m

_{(Sifat Komutatif Perkalian)}

4.

m

(

n

A

) = (

mn

)

A

(Sifat Asosiatif Perkalian)

5.

(

m

+

n

)

A

=

m

A

+

n

A

(Sifat Distributif)

6.

m

(

A

+

B

) =

m

A

+

n

A

(Sifat Distributif)

•

Vektor Satuan Vektor satuan dinyatakan sebagai

ˆ

a

=

A

~

|

A

|

(5)

Arah vektor satuan sama dengan arah vektor dan dinyatak-an dengdinyatak-an

ˆ

i

,

ˆ

j

O i

j k

x

y z

(9)

Mencari Resultan Vektor

✍

Metode Jajaran Genjang

•

Ada vektor

~a

dan

~b

maka resultannya

R

~

a

φ

b

θ

r=a+b

Gambar 4: Resultan vektor dengan metode jajaran genjang

|

R

~

|

=

|

~a

+

~b

|

=

q

|

~a

|

2

+

|

~b

|

2

+ 2

|

~a

||

~b

|

cos

θ

₍₆₎

•

Arah

R

~

dapat ditentukan oleh sudut antara

R

~

dan

~a

atau

~b

misalkan

φ

maka

|

~b

|

sin

φ

=

|

~a

+

~b

|

sin(180

−

θ

)

(7)

sin

φ

=

|

~b

|

sin

θ

|

~a

+

~b

|

(Aturan Sinus)

•

Mencari selisih vektor sama dengan penjumlah vektor yaitu

|

R

~

|

=

|

~a

−

~b

|

=

|

~a

+

−

~

b

|

(8)

=

q

(10)

✫

✪

| −

~b

|

sin

φ

=

|

~a

−

~b

|

sin

θ

(9)

sin

φ

=

|

~b

|

sin

θ

|

~a

−

~b

|

✍

Metode Segitiga

•

Metode ini mencari resultannya mirip dengan metode jajar-an genjjajar-ang yaitu

|

R

~

|

=

|

~a

+

~b

|

=

q

|

~a

|

2

+

|

~b

|

2

+ 2

|

~a

||

~b

|

cos

θ

₍₁₀₎

•

Arah

R

~

dapat ditentukan oleh sudut antara

R

~

dan

~a

atau

~b

misalkan

φ

maka

|

~b

|

sin

φ

=

|

~a

+

~b

|

sin(180

−

θ

)

→

sin

φ

=

|

~b

|

sin

θ

|

~a

+

~b

|

a

b R=a+b

θ

(11)

✍

Metode Uraian Komponen Vektor

•

Metode uraian komponen yaitu penguraian komponennya dalam arah x, y dan z misalkan ada dua vektor

~a

=

~a

ˆ

i

+

~a

ˆ

j

dan vektor

~b

=

~b

ˆ

i

+

~b

ˆ

j

maka resultannya

R

~

=

R

~

ˆ

i

+

R

~

ˆ

j

vektor komponen x komponen y

~a

ˆ

i

~a

ˆ

i

~b

ˆ

i

~b

ˆ

i

~

R

ˆ

i

=

~a

ˆ

i

+

~b

ˆ

i

R

~

ˆ

j

=

~a

ˆ

j

+

~b

ˆ

j

0000000000000 0000000000000 0000000000000 0000000000000 0000000000000 1111111111111 1111111111111 1111111111111 1111111111111 1111111111111 b bx by a ay ax Y X Massa

45o 30o

Mg T 1x T 2x T2y T1y α β

(12)

✫

✪

•

Vektor dengan konstanta

k~a

=

k~a

ˆ

i

+

k~a

ˆ

j

+

k~a

ˆ

j

k=konstanta (11)

•

Perkalian titik(dot product)

~a

·

~b

=

|

~a

||

~b

|

cos(

~a,~b

)

(12)

s

F _F

i j

k

i .j =0

i . i =1

W=F. s

Gambar 7: Perkalian dot

Sifat-sifat perkalian dot

1.

A

·

B

=

B

·

A

2.

A

·

(

B

+

C

) =

A

·

B

+

A

·

C

3.

m

(

A

·

B

) = (

mA

)

·

B

=

A

·

(

mB

)

m=skalar 4.

ˆ

i

·

ˆ

i

= ˆ

j

·

ˆ

j

= ˆ

k

·

ˆ

k

= 1

dan

ˆ

i

·

ˆ

j

= ˆ

j

·

k

ˆ

=

k

·

ˆ

i

= 0

5.

A

·

B

= 0

;

A

dan

B

saling tegak lurus

•

Perkalian kali(cross product)

(13)

i ^ j k ^ ^

i x j =k

v B F

F =q v x B

Gambar 8: Perkalian cross

~a

×

~b

=

ˆ

i

ˆ

j

k

ˆ

~a

x

~a

y

~a

z

~b

_x

~b

_y

~b

_z

= (

~a

_y

~b

_z

−

~a

_z

~b

_y

)ˆ

i

−

(

~a

x

~b

z

−

~a

z

~b

x

)ˆ

j

+ (

~a

x

~b

y

−

~a

y

~b

x

)ˆ

k

Sifat-sifat perkalian cross

1.

A

×

B

=

−

B

×

A

(Komutatif)

2.

A

×

(

B

+

C

) =

A

×

B

+

A

×

C

(Distributif)

3.

m

(

A

×

B

) = (

mA

)

×

B

=

A

×

(

mB

)

m=skalar 4.

ˆ

i

×

ˆ

i

= ˆ

j

×

ˆ

j

= ˆ

k

×

k

ˆ

= 0

dan

ˆ

i

×

ˆ

j

=

k,

ˆ

j

×

k

ˆ

=

ˆ

i, k

×

ˆ

i

= ˆ

j