FISIKA I CATUR WULAN DUA (60 Jam Pelajaran)

FISIKA I

CATUR WULAN DUA (60 Jam Pelajaran)

Bab 6 SIFAT-SIFAT ZAT

❖ Elastisitas Benda

❖ Hukum Hooke

❖ Pegas

❖ Tekanan

❖ Tekanan Hidrostatik

❖ Hukum Pascal

❖ Hukum Archimedes

❖ Kohesi dan Adhesi

❖ Kapilaritas

❖ Azas Bernaoulli

Bab7 SUHU DAN KALOR

❖ Sifat Termal Benda

❖ Termometer

❖ Pemuaian

❖ Perpindahan Kalor

❖ Kalor

❖ Hukum Kekekalan Energi

❖ Perubahan Wujud

❖ Azas Black

❖ Melebur dan Membeku

❖ Konduksi

❖ Konveksi

❖ Radiasi

Bab 8 STRUKTUR BUMI

❖ Bagian dalam Bumi

❖ Litosfer

❖ Hidrosfer

❖ Atmosfer

BAB 6 SIFAT-SIFAT ZAT

1. Elastisitas

Beberapa zat padat seperti karet, rotan, baja, memiliki sifat elastis. Sifat elastis atau elastisitas setiap jenis zat beragam. Ada zat-zat yang elastisitasnya hampir tidak ada, seperti tanah liat, adonan kue dan plastisin. Namun demikian apa pula zat-sat seperti karet gelang, bola karet, pegas baja memiliki elastisitas cukup besar.

Hukum Hooke

Jika gaya diberikan pada kawat, maka dalam batas-batas elastisitas kawat, berlaku: pertambahan panjang kawat sebanding dengan gaya yang diberikan.

F ~ X

x = x1 – xo

x = perubahan panjang kawat (meter) F = gaya (Newton)

K = konstanta pegas (N.m^-1) Contoh :

Sebuah pegas baja dalam keadaan normal panjangnya 40 cm. Jika diberi gaya 20 N, panjang pegas menjadi 46 cm. Tentukan nilai konstanta gaya pegasnya.

Penyelesaian:

F = 20 N x = 46 cm – 40 cm = 6 cm x = 0,06 m = 6.10^-2 m

F = k . x

k = ₂ 10 . 6

N 20 x F

= − = 3,33.10² N.m^-1

Hubungan antara gaya penyebab F dan pertambahan panjang kawat x digambarkan dengan grafik berikut.:

Pada grafik F- x ini berarti :

- garis OA menunjukkan perbandingan antara gaya dan pertambahan panjang bernilai konstant (k).

- di titik A dicapai batas maksimum gaya yang diperkenankan.

- jika gaya lebih besar dari gaya maksimum yang diperkenankan maka kawat/pegas akan rusak dan berubah nilai elastisitasnya.

Energi Potensial Elastis

Besarnya energi potensial elastik dapat dihitung dengan rumus:

Ep = Energi potensial elastik (Joule) k = Konstanta pegas (N.m-1) x = Pertambahan panjang (m)

Contoh soal:

Berapakah energi potensial elastik pada soal di atas?

Penyelesaian: k = 3,33.102.N.m^-1 x = 6.10^-2 m Ep =

2

1 k x² = 2

13,33.102.(6.10^-2)² = 60.10^-2 = 6,10.10^-1 joule

Soal-soal:

1. Konstanta gaya elastik seutas kawat 400 N.m^-1. x2

. 2 k Ep = 1

Berapakah gaya yang diperlukan untuk memperpanjang kawat tersebut 1 mm?

Penyelesaian:

F = k . x

F = 400.N.m^-1.1.10^-3 m

= 0,4 N

2. Beban yang massanya 10 kg digantungkan pada ujung kawat hingga mengalami pertambahan panjang 2 mm. Berapakah tetapan gaya elastiknya? G = 9,8 m/s

Jawab:

F = k . x

k = ₃

10 . 2

8 , 9 . 10 x F

= − F = m.g = 10.9,8 = 98 N

= 49.10³ N.m^-1 = 4,9 10⁴.N.m^-1 x = 2 mm = 2.10^-3 m

3. Panjang pegas mula-mula 30 cm. Bila ujung pegas digantungi dengan beban yang massanya 100 gram, pegas tersebut menjadi 35 cm. Berapa cm panjang pegas itu bila ujungnya digantungkan beban yang massanya 250 gram? g = 9,8 m.s^-2

Penyelesaian:

m1 = 100 gram = 0,1 kg F1 = m.g = 0,01.9,8 = 0,98 N

x1 = 35 cm – 30 cm = 5 cm = 5.10^-2 m

k = ₂

10 . 5

98 , 0

− = 0,196.10² = 19,6 . N m^-1 m2 = 250 gram = 0,25 kg

F2 = m2.g = 0,25.9,8 = 2.45.N F2 = k . x2

x2 =

6 , 19

45 , 2 k F₂

= = 0,125 m = 12,5 cm

Jadi panjang pegas setelah dibebani massa 250 gram adalah 30 cm + 12,5 cm = 42,5 cm.

4. Sebuah pegas ditarik dengan gaya hingga bertambah panjang 8 cm.

Berapakah energi potensial elastik pegasnya, jika konstanta gaya pegasnya 400 N.m^-1.

Penyelesaian:

x = 8 cm = 8.10^-2 m k = 400.N.m^-1 Ep =

2

1 k.x². = 2

1.400.(8.10^-2)²

= 200.64.10^-4 = 128.10^-2 = 1,28 joule

2. Fluida tak Bergerak a. Tekanan

Tekanan (P) didefinisikan sebagai gaya (F) per luar permukaan (A).

Rumusan ini dinyatakan P = A

F pada peralatan tertentu seperti pisau, paku, dan pahat perlu runcing, agar gaya yang kecil dapat menghasilkan tekanan yang besar.

Tekanan Hidrostatik

Tekanan hidrostatik adalah tekanan yang ditimbulkan dari gaya berat zat cair itu sendiri.

F = m.g

F = gaya berat (Newton) m = massa zat cair (kg) g = percepatan gravitasi

 = massa (m/s2) jenis (kg/m3) m = volume x massa jenis

m = A.h x 

P = A

g . . h . A A

g . m A

F 

=

=

(tekanan)

Jadi N/m²

Pada zat cair yang sama; tekanan hidrostatik hanya tergantung pada tinggi permukaan zat cair. Makin dalam seseorang menyelam dalam air, makin besar tekanan hidrostatiknya.

Contoh soal:

1. Berapakah tekanan yang ditimbulkan sebuah jarum yang luas ujungnya 0,1 m m2 diberikan gaya 1 Newton?

Penyelesaian : F = 1N

A = 0,1 mm² = 0,1.10^-6 m²

= 10^-5 m²

P = _{5 2}

m 10

N 1 A

F

= − = 105 N/m²

2. Berapakah gaya dan tekanan yang

ditimbulkan air dalam drum yang luas permukaannya 1 m² dan tinggi permukaannya 1,5 m?

air = 100 kg/m³ g = 9,8 m/s² Penyelesaian:

F = A.h..g Newton

= 1.1,5.1000.9,8 = 14.700 N

P = ₂

m 1

N 700 . 14

AF = = 14.700 N/m² atau P = .g.h = 1000.9,8.1,5 = 14.700 N/m² P = .g.h

Hukum Pascal:

Di dalam ruang tertutup tekanan yang diberikan kepada zat cair akan diteruskan ke semua arah dengan sama rata.

Secara praktis hukum ini diterapkan pada dongkrak mobil sistem hidrolik.

P1 = P2

2 2 1 1

A F AF = F2 = ₁

1 2 x F A A

Contoh:

Luas permukaan yang kecil pompa hidrolik 25 cm² dan yang besar 1 m². Jika pada permukaan yang kecil diberikan gaya sebesar 100 Newton, berapakah gaya angkat pada permukaan yang besar?

Penyelesaian:

F1 = 100 N

A1 = 25 cm² A2 = 1 m²

= 25.10^-4 m²

Jadi F2 = ₁

1 2 x F A

A = ₄

10 . 25

1

− 100

Jadi gaya angkat yang dihasilkan pada permukaan besar = 40.000 N.

Hukum Archimedes

Benda yang tercelup ke dalam fluida mengalami gaya ke atas seberat fluida yang dipindahkan.

Besarnya Gaya Arcimedes N

 = massa jenis

Benda tenggelam A > air

Benda melayang B = air

F = V..g

Benda terapung c < air

Sebutir telur yang dimasukkan air akan tenggelam karena massa jenis telur lebih besar dari pada massa jenis air. Tetapi jika kita larutkan garam terus menerus ke dalam air tersebut, maka telur secara berangsur akan naik, melayang dan akhirnya terapung.

Sebuah balon karet sebelum ditiup, tidak dapat mengapung di udara.

Demikian pula jika balon karet tersebut ditiup, balon tersebut tetap tidak dapat mengapung di udara? Mengapa? Hal ini disebabkan berat balon + berat udara lebih besar dari pada gaya Archimedes oleh udara.

Balon karet yang berisi gas karbit dapat naik ke udara karena Gaya Archimedes yang besarnya sama dengan berat udara yang dipindahkan lebih besar dari pada berat balon + berat gas karbit.

Balon udara dapat naik ke angkasa karena Gaya Archimedes yang besarnya sama dengan berat udara yang dipindahkan lebih besar daripada berat balon beban dan penumpang + berat udara panas.

Udara yang dipanaskan volumenya mengembang hingga massa jenisnya menjadi semakin kecil.

Sebuah perahu terapung dan perahu yang terbenam memindahkan air sebanyak 3 m³.

Berapakah berat perahu itu?

Penyelesaian :

Gaya Archimedes = Fke atas = berat 3 m³ air

= (3.1000).9,8 = 29.400 N

Hidrometer

Hidrometer adalah alat pengukur massa jenis zat cair. Hidrometer terbuat dari bahan gelas yang diberi pemberat logam. Jika hidrometer dimasukkan ke dalam zat cair benda ini akan terapung gerak. Massa jenis zat ditunjukkan dengan skala atau garis yang berimpit dengan permukaan zat cair. Makin kecil massa jenis zat cair makin pendek bagian yang muncul di atas permukaan air.

Sebaliknya makin besar massa jenis zat cair, maka panjang bagian yang tampak di atas permukaan zat cair. Biasanya massa jenis dinyatakan dalam gram/cm³.

Sebuah galangan kapal mempunyai panjang 100 m, lebar 40 m dan tenggelam sedalam 1,20 m.

Berapakah gaya angka gelangan kapal ini?

air laut = 1030 kg/m³; g = 9,8 m/s²

Penyelesaian :

Volume air yang dipindahkan

= 100 m x 50 m x 1,20 m

= 600 m³

Gaya angkat = berat 600 m³ air laut

= 6000 x 1030 x 9,8 = 60564000.N = 6,06 x 10⁷ N

Tegangan Permukaan Air

Zat terdiri dari molekul-molekul atau partikel-partikel yang saling tarik menarik. Gaya tarik menarik antar partikel yang sejenis disebut kohesi.

Misalnya gaya tarik antar partikel-partikel air, gaya tarik menarik antar partikel air sabun dan lain-lain. Kohesi dalam praktiknya menimbulkan gejala tegangan permukaan. Silet atau jarum yang diletakkan secara hati-hati di atas permukaan air dapat terapung. Peristiwa ini dapat terjadi karena adanya tegangan permukaan air. Tegangan permukaan mengakibatkan permukaan zat cair cenderung membuat permukaan menjadi sekecil mungkin misalnya membentuk lingkaran atau bola.

Kawat berbentuk ini setelah →

dicelupkan ke dalam larutan sabun dapat menahan beban kawat geser dan beban tambahan. Hal ini juga karena tegangan permukaan () yang ditimbulkan kohesi antar partikel larutan sabun.

 =

A F →

m = massa dalam satuan kg

g = percepatan gravitasi bumi

Teori Partikel Zat

Setiap zat baik itu padat, cair, maupun gas tersusun dari partikel- partikel. Partikel-partikel zat ini selalu bergetar. Sifat bergetarnya partikel-partikel zat tergantung pada jarak antara partikel pada zat itu yang berbeda antara padat, cair dan gas. Jarak antara partikel pada zat sangat dekat. Sedangkan jarak antar partikel pada zat cair lebih jauh

l F

= 2



dibandingkan dengan jarak antar partikel pada zat padat. Pada gas jarak antara partikelnya berjauhan. Hal inilah yang menyebabkan gaya tarik-menarik antar partikel atau kohesi pada zat padat lebih besar daripada kohesi zat cair. Demikian pula kohesi pada zat cair lebih besar dari gas. Karena itu gerak partikel-partikel pada zat padat sangat terbatas, dan hanya bergetar pada tempat. Pada zat cair partikel- partikelnya masih dapat bergerak bebas, namun terbatas pada kelompoknya saja. Sedangkan pada gas, partikel-partikelnya bergerak sangat bebas dan dengan mudah melepaskan diri dari kelompoknya.

Gambaran gerakan partikel-partikel zat

Meniskus cekung dan cembung

Jika zat cair berada pada tempat tertentu misalnya gelas, maka terjadilah gaya tarik menarik antara partikel-partikel zat cair dengan partikel-partikel gelas. Gaya tarik-menarik antar partikel-partikel yang tidak sejenis disebut adhesi. Akibat adhesi inilah terjadi permukaan atau meniskus cekung dan cembung. Besarnya sudut kontak bergantung pada gaya adhesi antara partikel zat cair dengan permukaan bejana dan gaya kohesi antar partikel. Sudut yang dibentuk antara permukaan gelas dengan garis singgung lingkungan zat cair disebut sudut kontak ()

Kapilaritas

Kapilaritas merupakan peristiwa

naik atau turunnya permukaan zat cair dalam tabung sempit atau pipa kapiler.

Jika kita menuangkan air pada

gelas, maka air akan membasahi dinding gelas. Hal ini disebabkan gaya adhesi antara partikel-partikel gelas dan air lebih besar daripada gaya kohesi antar partikel-partikel air.

Sebaliknya jika kita

menuangkan raksa pada gelas, maka raksa tidak membasahi dinding gelas. Hal ini disebabkan gaya kohesi antar partikel-partikel raksa lebih besar daripada gaya adhesi.

Gaya kapilaritas, di mana zat cair naik, sering kita jumpai pada naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor, naiknya cairan pada kertas tissue, naiknya air dan mineral tanah melalui akar-akar tumbuhan, naiknya zat cair pada kuas ketika mencat tembok dan lain- lain.

Fluida Bergerak

Pada tempat-tempat di dalam fluida yang bergerak, besar tekanan dipengaruhi oleh kecepatan air dan massa jenis fluida serta ketinggian tempat tersebut.

1. Fluida yang tidak kompresibel (tidak dapat dimampatkan) dan tidak mengalami hambatan, mengalir secara stasioner (tetap).

Zat yang kompresibel : gas

Zat yang tidak kompresibel : zat cair

Jika kita mengalirkan air dari menara air melalui sebuah selang air, maka air mengalir secara tetap, kecepatannya sama. Hal ini akan berubah jika aliran itu mendapat hambatan misalnya. Jika ujung selang plastik kita pencet, maka aliran air menjadi lebih cepat.

Gejala ini dimanfaatkan ketika menyiram tanaman, baik di taman maupun di kebun.

2. Debit air

Debit air adalah banyak air yang mengalir setiap sekon, dinyatakan:

Q = A.v Q = volume air (m³)

A = luas penampang pipa (m²) v = kecepatan aliran air (m/s)

Nilai debit air selalu tetap atau

Pada air yang mengalir melalui selang air, dan ujungnya dipencet, ini berarti permukaan selang air diperkecil. karena nilai debit air tetap, maka kecepatan air bertambah.

Contoh:

Sebuah pompa air mempunyai debit 2 liter per detik. Aliran air dilewatkan selang air yang ujungnya dipersempit sampai 0,1 m2.

Berapakah kecepatan air setelah keluar dari selang?

Penyelesaian:

Q = 2 liter = 2 dm³

= 2.10^-3 m³

A = 0,1.cm²

= 0,1.10^-4 m²

A1.v1 = A2.v2

= 1.10^-5 m² Q = A.v

2.10^-3 = 1.10^-5 . v

v = ₅ ²

3

10 10 2

1 10

2 .

.

. ₋⁻ = = 200 m/s

Jadi air akan menyembur dengan kecepatan 200 m/s.

Azas Bernoulli

Azas Bernoulli menyatakan bahwa, pada tempat-tempat di dalam fluida yang bergerak besar tekanan dipengaruhi oleh kecepatan air, massa jenis fluida dan ketinggian tempat tersebut.

Secara matematis :

p +

2

1v² +  g h = konstans atau

p1 +

2

1v12 = pgh1 = p2 + 2

1r.v22 + gh2

p = tekanan (N/m²)

r = massa jenis (N/m³)

v = kecepatan aliran (m/s)

g = percepatan grafitasi (m/s²)

h = ketinggian (m)

Seringkali aliran zat cair melalui pipa yang diameternya sama, dan tingginya sama serta tekanannya sama berlaku

P1 = P2 h2 = h2 v1 = v2

Untuk fluida yang diam maka v = o persamaan Bernoulli menjadi P1 + gh1 = P2 + gh2

atau

P1 = P2 + g (h2 – h1) (Hukum Hidrostatik)

Besarnya tekanan hidrostatik hanya tergantung pada kedalaman fluida itu, makin dalam, makin besar tekanan hidrostatiknya PA >

PB > PC

PA = P1 + gh2

PB = P2 + gh1

PC = P2

Soal-soal Latihan Hukum Hooke

1. Sebutkan 4 contoh benda Hukum Hooke yang daya elastisitasnya tinggi.

2. Sebutkan pula contoh benda yang daya elastisitasnya hampir tidak ada.

3. Jelaskan hukum Hooke.

4. Bagaimana Rumus hukum Hooke, jelaskan pula satuan-satuannya.

5. Sebuah pegas dikenai gaya 10 Newton, pegas itu panjangnya bertambah sebesar 2 cm. Berapakah konstanta pegas?

6. Berapakah energi potensial yang disimpan pada soal nomor 5?

7. Apa pengertian tekanan?

8. Bagaimana rumus tekanan dari gaya yang bekerja pada suatu benda?

9. Mengapa tekanan yang ditimbulkan paku, jarum, silet dan pisau sangat besar?

10. Mengapa kaki ayam tenggelam lebih dalam dipermukaan berlumpur dibandingkan dengan kaki bebek?

11. Apa yang perlu dilakukan untuk memperkecil tekanan, jika gaya pada benda besarnya tetap? beri contoh!

Hidrostatika

12. Pada fluida yang tidak bergerak, besarnya tekanan tergantung pada apa saja?

13. Tuliskan rumus tekanan hidrostatik pada kedalaman tertentu!

14. Bagaimana bunyi hukum Pascal?

15. Berilah 2 contoh aplikasi hukum Pascal!

16. Dalam bejana berhubungan, permukaan zat cair selalu sama tinggi. Jelaskan!

17. Bagaimana tekanan zat cair pada dua permukaan pada bejana berhubungan?

18. Sebuah pompa hidrolik luas permukaan pompa yang besar 1000 kali luas permukaan pompa yang kecil. Berapakah perbandingan gaya masing-masing?

19. Bagaimana bunyi hukum Archimedes?

20. Bagaimana rumus hukum Archimedes?

21. Jelaskan mengapa balon yang berisi gas karbit dapat mengapung di udara?

Jelaskan pula bagaimana prinsip bekerjanya balon udara yang menggunakan udara panas!

22. Mengapa kalau kita menenggelamkan bola karet ke dalam air, memerlukan gaya yang besar? Jelaskan!

23. Jelaskan bagaimana kapal dapat terapung?

24. Bagaimana prinsip bekerjanya galangan kapal?

25. Apakah yang dimaksud dengan balon Zeppelin?

26. Mengapa pengisian balon udara dengan gas hidrogen berbahaya?

27. Apakah hidrometer?

28. Bagaimana prinsip bekerjanya hidrometer?

29. Skala pada hidrometer menggunakan satuan apa?

30. Apa yang dimaksud dengan kohesi?

31. Berilah 2 contoh kohesi!

32. Apa pula yang dimaksud dengan adhesi?

33. Berilah 2 contoh adhesi!

34. Akibat gaya kohesi, menimbulkan apa pada permukaan zat cair?

35. Berilah 2 contoh, aplikasi soal no. 34!

36. Gelembung larutan sabun selalu berbentuk bulat, mengapa?

37. Jelaskan percobaan pengukuran tegangan permukaan zat cair dengan kawat berbentuk U dan kawat luncurnya!

38. Bagaimana rumus yang digunakan pada soal nomor 37?

39. Jelaskan teori partikel untuk zat padat, zat cair dan gas!

40. Jelaskan pula peristiwa tegangan permukaan dengan teori partikel!

41. Bagaimana sifat-sifat zat cair yang membasahi dinding bejana!

42. Bagaimana pula sifat-sifat zat cair yang tidak membasahi dinding bejana?

43. Apa yang dimaksud dengan sudut kontak?

44. Bagaimana sudut kontak air pada bejana gelas?

45. Bagaimana pula sudut kontak raksa pada bejana gelas?

46. Apa yang dimaksud dengan kapilaritas?

47. Berilah 3 contoh kapilaritas yang menyebabkan naiknya zat cair!

48. Bagaimana kapilaritas untuk raksa?

Fluida Bergerak

49. Apa yang dimaksud fluida kompressibel?

50. Berilah 2 contoh!

51. Apa pula yang dimaksud dengan fluida tidak kompressibel?

52. Berilah 2 contoh!

53. Apa yang dimaksud debit?

54. Debit pompa air 5 liter, apa artinya?

55. Bagaimana rumus persamaan debit? Jelaskan pula satuan-satuannya!

56. Ketika mencuci mobil dengan air yang melalui selang plastik, ujung pipa plastik dipencet. Mengapa?

57. Bagaimana azas Bernoulli?

58. Tulislah rumus Bernoulli!

59. Bagaimana rumus Bernoulli jika v = 0 60. Bagaimana bekerjanya alat Hartl?

Jawaban Latihan

1. Karet gelang, pentil, pegas baja, karet busa.

2. Plastisin, tanah liat, nasi, pisang

3. Besarnya regangan sebanding dengan besar gaya yang diberikan 4. F = k . x dimana F = gaya dalam Newton

x = regangan pegas/pertambahan panjang dalam meter k = konstanta pegas dalam

m Newton

5. F = k . x F = 10 N x = 2 cm = 2.10^-2 m

k = 2

1000 2

10 . 10 10

. 2

10 x

F ²

2 = =

= ₋ = 500 N/m

6. E.p = 2 1 k . x²

= 2

1.500. (2.10^-2)²

= 2

1.500.4.10^-4

= 1000.10^-4 = 0,1

Energi potensial pegas = 0,1 Joule 7. Tekanan adalah gaya persatuan luas.

8. P = A

P P = tekanan dalam N/m² F = gaya dalam N

A = luas permukaan dalam m²

9. Benda-benda seperti paku, jarum, silet dan pisau permukaannya sangat kecil (A <<<) dari P =

A

F , jika A sangat kecil maka nilai P menjadi sangat besar, walaupun gaya F tidak seberapa besar.

10. Permukaan kaki ayam tidak berselaput. Jadi permukaan kaki ayam lebih kecil daripada permukaan kaki bebek yang berselaput. Karena itu tekanan yang ditimbulkan oleh kaki ayam lebih besar dari pada tekanan yang ditimbulkan oleh kaki bebek. Akibatnya kaki ayam terbenam lebih dalam di permukaan lumpur dari pada kaki bebek.

11. Untuk memperkecil tekanan dapat dilakukan dengan memperbesar permukaan yang dikenai gaya. Contohnya gantungan tas diberi selaput yang lebih luas, hingga tekanan yang mengenai bahu dapat berkurang.

Hidrostatika

12. Besarnya tekanan hidrostatika tergantung pada massa jenis (), dan kedalaman zat cair (h). Sedangkan percepatan gravitasi (g) bumi di tempat yang sama tetap.

13. PH = .g.h 14. Hukum Pascal:

Tekanan yang diberikan pada fluida dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar.

15. Pompa hidrolik, alat Pasca.

16. Karena tekanan di permukaan A sama dengan tekanan di permukaan B.

PA = PB

.g.hA = .g.hB karena  dan g sudah sama maka hA = hB.

17. Tekanan pada kedua permukaan bejana berhubungan sama. PA = PB (seperti no. 16)

18. P1 = P2

2 2 1 1

A F AF =

1000 F 1

F_{1 2}

=

Jadi F2 = 1000 x F1 19. Hukum Archimedes:

Benda yang tercelup ke dalam fluida mengalami gaya ke atas sebesar berat fluida yang dipindahkan.

20. F = v..g di mana F = gaya ke atas dalam N

v = volume fluida yang dipindahkan dalam m³  = massa jenis fluida dalam kg/m³

g = percepatan gravitasi bumi dalam m/s²

21. Jumlah berat gas karbit dan berat balon karet lebih kecil dari gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat udara yang dipindahkan.

22. Udara panas massa jenisnya lebih kecil dari pada udara dingin. Berat udara panas dan berat beban lebih kecil dari gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat udara yang dipindahkan.

23. Berat kapal = berat air yang dipindahkan (gaya ke atas).

24. Pada galangan kapal terdapat ruangan kosong yang dapat diisi air. Jika air dimasukkan ruangan ini galangan kapal tenggelam dan mengambil posisi tepat di bawah kapal. Setelah itu air dikeluarkan, galangan kapal menjadi lebih ringan dan mengapung dengan mengangkat kapal.

25. Balon Zepellin adalah balon raksasa yang dulu dibuat oleh Zeppelin sebagai alat transportasi udara. Balon raksasa ini diisi dengan gas Hidrogen.

26. Pengisian balon dengan gas hidrogen sangat berbahaya, karena panas yang diakibatkan sinar matahari dapat memanaskan gas hidrogen dan mudah terbakar!

27. Hidrometer adalah alat yang terbuat dari bahan gelas yang diberi pemberat logam, gunanya untuk mengukur massa jenis zat cair.

28. Prinsip bekerjanya hidrometer berdasrakan hukum Archimedes. Jika massa jenis zat cair kecil, hidrometer yang muncul di permukaan sedikit. Sedangkan bila massa jenis zat cair kecil besar permukaan hidrometer yang muncul di permukaan lebih besar.

29. Pada umumnya skala hidrometer yang digunakan menggunakan skala gram/

cm³.

30. Kohesi adalah gaya tarik menarik partikel-partikel sejenis.

31. Contoh partikel air dengan partikel air, partikel gelas dengan partikel gelas.

32. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel-partikel yang tidak sejenis.

33. Contoh :

- partikel-partikel air dengan partikel-partikel gelas

- partikel-partikel kapur tulis dengan partikel-partikel papan tulis

34. Gaya kohensi pada zat cair dapat menimbulkan tegangan permukaan air 35. Contoh: silet, jarum dapat terapung pada permukaan air

36. Tegangan permukaan larutan sabun berusaha untuk memperkecil luas permukaan. Permukaan yang terkecil adalah berbentuk lingkaran (jika berbentuk bidang) atau bola (jika berbentuk ruang).

37. Lapisan permukaan larutan sabun (2 l) berusaha untuk menahan beban dari kawat geser dan beban tambahan (F). Karena itu tegangan permukaan larutan sabun dapat dihitung dengan rumus tegangan permukaan.

38.  = l F

2 di mana F = berat kawat geser + berat beban tambah dalam kg l = panjang kawat geser dalam meter

 = tegangan permukaan dalam N/m

39. Partikel-partikel baik padat, cair maupun gas selalu bergetar. Pada zat padat getaran hanya di tempat karena gaya kohesi yang sangat kuat. Pada zat cair jarak antar partikel lebih jauh, gaya kohesi tidak terlalu kuat hingga mudah

berubah bentuk. Pada gas, gaya antar partikel cukup jauh, gaya kohesi sangat kecil gerakan partikel-partikelnya bebas.

40. Partikel-partikel zat cair jaraknya cukup dekat hingga menghasilkan gaya tarik-menarik partikel sejenis (kohesi) yang cukup besar. Kohesi ini menimbulkan tegangan permukaan air yang cenderung untuk memperkecil permukaan.

41. Gaya tarik-menarik antar partikel yang tak sejenis (adhesi) lebih besar dari pada gaya tarik menarik antar molekul yang sejenis (kohesi). Karena itu partikel-partikel zat cair menempel pada partikel-partikel bejana.

42. Raksa merupakan contoh zat cair yang kohesinya sangat kuat. Raksa yang dituangkan ke dalam bejana gelas tidak membasahi gelas. Hal ini disebabkan kohesi antar partikel-partikel raksa lebih kuat dibandingkan dengan adhesi antar partikel raksa dengan gelas.

43. Sudut kontak adalah sudut yang dibentuk oleh garis singgung kelengkungan permukaan zat cair dengan dinding bejana.

44. Sudut kontak air pada bejana gelas < 90º (lancip) 45. Sudut kontak raksa pada bejala gelas > 90º (tumpul)

46. Kapilaritas merupakan peristiwa naik atau turunnya zat cair melalui pipa kapiler.

47. Contoh peristiwa kapilaritas.

- Naiknya air dan mineral tanah melalui akar-akar tumbuhan - Naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor

- Naiknya zat cair melalui kuas yang digunakan

48. Kapilaritas raksa menimbulkan permukaan raksa dalam pipa kapiler turun dibandingkan permukaan raksa di luar pipa kapiler.

Fluida Bergerak

49. Fluida kompressibel merupakan zat alir yang mudah untuk dimampatkan.

50. Contohnya udara dan gas

51. Fluida tidak kompressibel merupakan zat alir yang sukar untuk dimampatkan.

52. Contohnya air dan minyak.

53. Debit merupakan kapasitas air yang lewat per sekon.

54. Debit pompa air 5 liter artinya pompa air itu dapat mengalirkan air maksimum 5 liter per sekon.

55. Rumus debit. Q = v.A

dimana Q = kapasitas air dalam m³/s v = kecepatan air dalam m/s

v = luas permukaan pipa dalam m²

56. Pipa plastik dipencet supaya permukaan menjadi sempit. Dari v1A1 = v2A2. Jika A2 makin sempit maka v2 makin besar (cepat).

57. Azas Bernoulli: pada tempat-tempat di dalam fluida yang bergerak, besar tekanan dipengaruhi oleh kecepatan air (v), massa jenis fluida () dan ketinggian tempat tersebut (h).

58. P + 2

1v² +  g h = kontant

59. P +  g h = konstan (karena v = o)

60. Alat Hartl adalah zat yang dapat menunjukkan bahwa tekanan hidrostatik hanya tergantung pada kedalaman zat cair dan bukannya kedudukan horisontalnya.

Soal-soal Pilihan Ganda Elastisitas

1. Benda-benda berikut termasuk benda yang elastisitasnya besar, kecuali A. karet gelang

B. karet busa C. pegas baja D. pegas spiral E. tanah liat

2. Satuan konstanta pegas adalah A. Newton

B. Newton/m C. m/Newton D. Newton – cm/kg E. Newton/m²

3. Gaya 6 Newton menyebabkan karet bertambah panjang dari 7 cm menjadi 10 cm. Konstanta pegas karet adalah ...

A. 200 N/m B. 150 N/m C. 100 N/m D. 50 N/m E. 20 N/m

4. Energi potensial yang disimpan karet pada soal nomor 3 adalah A. 0,0003 joule

B. 0,03 joule C. 0,09 joule D. 0,9 joule E. 1,8 joule

Fluida tak bergerak

5. Tekanan yang dihasilkan dari seseorang yang massanya 60 kg menggunakan sepasang sepatu yang luasnya 300 cm² adalah (g = 10 m/s², dibulatkan)

A. 180 N/m² B. 500 N/m² C. 5000 N/m² D. 20.000 N/m² E. 40.000 N/m²

6. Tekanan hidrostatik pada permukaan bejana yang berada 30 cm di bawah permukaan air yang massa jenisnya 100 kg/m³ dan g = 9,8 m/s², adalah

A. 294 N/m² B. 29,4 N/m² C. 2,94 N/m² D. 32,67 N/m² E. 3,267 N/m²

7. Suatu pompa hidrolik penampang kecil luasnya 25 cm² dan luas penampang besar 7500 cm². Jika pada penampang besar dihasilkan gaya sebesar 90.000

Newton, maka besarnya gaya yang harus diberikan pada penampang kecil adalah ...

A. 10 N B. 20 N C. 30 N D. 60 N E. 300 N

8. Sebuah ferry doknya berbentuk persegi panjang, panjang = 40 m, lebar 15 m Dasar kapal tenggelam sedalam 50 cm ke dalam permukaan air laut yang massa jenisnya 1030 kg/m³. g = 9,8 m/s².

Berat kapal seluruhnya adalah A. 3.028.200 N

B. 1.514.100 N C. 302.820 N D. 151.410 N E. 30.282 N

9 Dalam percobaan penentuan tegangan permukaan larutan sabun, panjang kawat gesernya 10 cm dan massanya 5 gram. Untuk menahan tegangan permukaan larutan sabun perlu ditambah beban tambahan 2 gram. Jika g = 9,8 m/s² maka besarnya tegangan permukaan larutan sabun adalah

A. 49 N/m B. 4,9 N/m C. 3,43 N/m D. 0,343 N/m E. 0,0343 N/m

10. Sebuah keran air yang luas penampangnya 1 cm², kecepatan 10 m/s. Aliran air disalurkan dengan selang plastik yang diujungnya dihubungkan dengan alat penyemprot yang luas jalan airnya 0,1 cm². Maka air akan mengalir dengan kecepatan

A. 100 m/s B. 20 m/s C. 10,1 m/s

D. 5,9 m/s E. 1,01 m/s

11. Sebuah bak penampung air tingginya 4 m dari permukaan tanah. Air disalurkan dengan pipa PVC menuju keran yang ada di tanah.

Jika air = 100 kg/m³ dan g = 9,8 m/s² maka kecepatan air di tanah adalah

A. 5,5 m/s D. 8,5 m/s

B. 6 m/s E. 8,85 m/s

C. 8 m/s

Kunci penyelesaian soal-soal pilihan ganda 1. E. tanah liat (jelas)

2. B. F = k . x jadi k =

m Newton x

F

3. A. F = 6 N x = 10 cm – 7 cm = 3 cm = 3.10^-2 m f = k . x → k = ₂

10 . 3

N . 6 x F

= − = 200 . N/m 4. C. Ep =

2

1 k . x² = 2

1 200. (3.10^-2)²

= 100.9.10^-4 = 0,009 joule

5. D. P = _{4 2}

m N 10 . 300

10 . 60 A

mg A F

= −

= = 20.000 N/m²

6. A. P =  g.h = 1000.9,8.0,3

= 294 N/m² 7. C =

2 2 1 1

A F AF = A1 = 25 cm² A2 = 7500 cm² F2 = 90.000 N F1 =

2 1

A A .F2

= 7500

25 x 90.000 = 300 N 8. A. Volume kapal yang terendam air

= p x l x t = 40 x 15 x 0,5 = 300 m3 Gaya ke atas = v .  . g

= 300.1030.9,8

= 3.628.200 N

9. D m = 5 gr + 2 gr = 7 gr = 7.10^-3 kg l = 10 cm = 10.10^-2 = 10^-1 m

 = ³ ₁

10 2

8 9 10 7 2

2 ⁻

= −

= .

, . . l.

g . m l

F = 34,3 10^-2 N/m

10. A. A1v1 = A2v2

v2 = 100

1 , 0

10 . 1 A

v A

2 1

1 = =

v2 = 100 m/s 11. C. P1 +

2

1  v12 + .g.h1 = P2 + 2

1  v²2 + .g.h2

P1 = P2 v1 = 0 h2 = 0 jadi persamaannya menjadi

 gh1 = 2 1  v22

v22 = 2 gh

v2 = 2gh = 78,4 = 8,85 m/s

BAB 7 SUHU

Suhu

Derajat panas suatu zat, suhu biasanya diukur dengan alat ukur termometer. Termometer pada mulanya digunakan oleh Celsius, Reamur, Fahrenheit dan terakhir oleh Kelvin.

Ada empat skala suhu yang dibuat oleh para ahli. Skala tersebut didasarkan atas titik beku dan titik didih air pada tekanan standard atmosfir (76 cm Hg). Keempat skala itu dapat dilukiskan sebagai berikut:

C R F F

100 80 212 373

0 0 32 237

Skala suhu Celcius dimulai dari 0 titik beku dan 100 suhu air mendidih atau titik didih.

Skala suhu Reamur dimulai dari 0 sampai 80.

Skala suhu Fahrenheit dimulai tidak dari nol melainkan 32 sampai dengan 212.

Sedangkan Kelvin dimulai 273 sampai dengan 373.

Catatan: Kadang-kadang untuk skala Kelvin penulisannya tidak diberi tanda derajat (), misalnya 273 K, cukup ditulis 273 K.

Jika skala 0 - 100 menjadi 5X maka C = 5X 0 - 80 menjadi 4X maka R = 4X

32 - 212 menjadi 9X maka F = 9X + 32 (karena skala Fahrenheit dimulai dengan 32).

273 - 373 menjadi 5X maka K = 5 X + 273 (karena skala Kelvin dimulai dengan 273.

Pengukuran suhu suatu benda menggunakan sifat termometer dari benda itu sendiri misalnya.

1. Termometer demam, termometer maksimum yang peka karena tiap derajat masih dibagi lagi dalam sepuluh bagian yang sama. Biasa dipakai untuk mengukur suhu badan manusia. Suhu badan manusia normal 37C dan pengukuran hanya dilakukan untuk mengetahui perubahan suhu beberapa derajat saja, hanya dari 34C sampai 42C.

2. Termostat, alat ini dipakai untuk mendapatkan suhu yang tetap dalam suatu ruangan yang sering diperlukan untuk berbagai percobaan.

3. Termometer diferensial dipakai untuk menentukan perbedaan suhu antara dua tempat yang berdekatan.

PEMUAIAN

Setiap benda memuai bila dipanaskan adn menyusut bila didinginkan.

Pemuaian dapat dibagi menjadi:

- muai panjang - muai luas

- muai volum (ruang)

Muai panjang

Besarnya muai panjang suatu zat tergantung pada koefisien muai panjang, panjang mula-mula dan perubahan suhu benda yang dapat dituliskan

L1 = Lo (1 +  t) L1 = Lo (1 +  (t2 – t2)

L1 = panjang benda setelah dipanaskan Lo = panjang benda sebelum dipanaskan

t = selang suhu (perubahan suhu)

 = koefisien muai panjang (bilangan yang menunjukkan berapa centimeter tambahan panjang suatu zat padat yang panjang 1 cm jika dipanaskan dari 0C sampai 1C.

t1 = suhu awal t2 = suhu akhir

Muai Luas

Apabila benda yang akan dipanaskan selain mempunyai panjang juga mempunyai lebar, maka besarnya muai luas suatu benda tergantung.

Pada koefisien muai luas dan perubahan suhu yang dituliskan dengan At = Ao (1 +  t)

At = Ao (1 +  (t2 – t1) Ao = luas benda mula-mula

At = luas benda setelah dipanaskan

 = koefisien mulai luas t1 = suhu mula-mula t2 = suhu akhir

Mulai Isi (volume)

Jika volume suatu benda yang dipanaskan maka besar muai volume juga bergantung pada volume benda mula-mula koefisien muai volume dan perubahan suhu dituliskan menjadi

V1 = Vo (1 + t) V1 = Vo (1 +  (t2 – t1)

dimana Vo = volume mula-mula Vt = volume akhir

 = koefisien muai volume t1 = suhu awal

t2 = suhu akhir

Catatan : hubungan harga ,  dan  mendekati harga:

 = 2  dan  = 3 

Pada zat cair tidak dapat disebut dengan muai panjang, sebab zat cair tidak mempunyai bentuk tetap, tetapi menurut bentuk tempat yang diisi. Sehingga zat cair hanya mempunyai muai ruang saja, maka koefisien muai zat cair dapat dituliskan sebagai berikut:

Koefisien muai zat cair adalah bilangan yang menunjukkan penambahan volume dalam cm3 jika dipanasi dari 0C sampai 1C.

Tetapi apanila air panas didinginkan, volumenya berkurang dengan teratur sampai 4C. Jika terus didinginkan, volume tidak terus berkurang bahkan bertambah besar lagi sampai 0C kemudian air membeku. Pada pembekuan ini volumenya juga bertambah besar jadi air pada 4C mempunyai volume yang terkecil. Maka massa jenis air ditentukan pada 4C yaitu sama dengan satu sehingga berat 1 cm³ pada 4C sama dengan 1 gram. Sifat air yang menyimpang dari sifat umum dalam selang suhu 0C sampai 4C dikenal dengan anomali atau lawan asas air.

KALOR

Kalor, panas atau bahang adalah bentuk energi yang dapat berpindah karena perbedaan suhu (temperatur), dari tinggi ke rendah. Jumlah panas (kalor) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda, tergantung pada massa benda, panas jenis benda dan suhu awal benda sebelum menerima kalor. Hal ini dapat dirumuskan dengan

Q = m c t Q = m c (t2 – t1) dimana

Q = panas (kalor) m = massa benda t1 = suhu awal benda t2 = suhu akhir benda

t = perubahan suhu c = kalor jenis benda

Setiap benda mempunyai kapasitas yang berbeda. Kapasitas kalor suatu zat adalah bilangan yang menunjukkan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar satu derajat. Hubungan antara panas jenis dengan kapasitas panas dapat dituliskan.

C = m c dimana

C = kapasitas panas m = massa benda c = panas jenis

Dari persamaan Q = m c (t2 – t1) C = m c

maka :

Q = C (t2 – t1)

Jelaslah bahwa banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebanding dengan kapasitas kalor benda tersebut dan sebanding dengan perubahan suhu. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air 1C dan satu kilokalori adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan kilo gram air 1C. Untuk menentukan kalor jenis suatu zat digunakan prinsip azas black yaitu jumlah kalor yang diterima oleh benda yang suhunya lebih rendah sama dengan jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda yang suhunya lebih tinggi atau

kalor yang diterima = kalor yang dilepaskan Q yang diterima = Q yang dilepaskan m c t = m c t

m c (tcampuran – tterendah) = m c (ttertinggi – tcampuran) tcampuran ini merupakan suhu keseimbangan dua buah benda.

c = panas jenis zat

 = perubahan suhu

Pada peristiwa perubahan wujud, suhu zat tetap seperti pada penguapan perubahan wujud zat dari cair menjadi gas ataupun peleburan perubahan wujud zat dari padat menjadi cair yang kesemuanya itu memerlukan kalor, sehingga dapat disimpulkan.

Untuk menyelidiki sifat sesuatu zat pada berbagai tekanan dan suhu digunakan diagram P-T yang dapat menunjukkan batas-batas daerah padat, cair dan gas.

- Garis batas antara daerah padat dan cair disebut garis lebur (gl)

- Garis batas antara daerah cair dan uap disebut garis uap (gu)

- Garis batas antara daerah padat dan uap disebut garis sublim(gs)

Banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk menguap atau mengembun sebanding dengan massa tersebut karena penguapan adalah perubahan tingkat cair ke tingkat gas, pada penguapan suhu zat cair yang masih ketinggalan selalu turun.

Molekul-molekul zat cair tidak dapat meninggalkan zat cair begitu saja karena dihalang-halangi oleh lapisan batas yang tebalnya sama dengan daerah yang terdapat molekul-molekul yang mempunyai daya tarik terhadap molekul-molekul di sekitarnya sehingga banyak kalor yang diperlukan sebesar.

Q = mL m = massa zat L = kalor uap/embun

Menurut hukum Boyle : PV = C P1V1 = P2V2

Volume dapat terus diperkecil sehingga uang menjadi embun dan tekanan tetap berubah. Maka tekanan uang disebut tekanan jenuh. Makin tinggi suhunya makin tinggi pula tekanan jenuhnya sehingga kalor uap sama dengan kalor embun.

Demikian pula jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk melebur atau membeku sebanding dengan massa zat itu karena selama melebur terdapat kalor yang dialirkan yang tidak dipergunakan untuk menaikkan suhu tetapi digunakan untuk perubahan tingkat padat ketingkat cair. Kalor ini yang disebut dengan kalor lebur yang didefinisikan sebagai:

bilangan yang menunjukkan jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram dari tingkat pada ke tingkat cair pada titik leburnya.

Begitu pula saat membeku terdapat kalor yang dilepaskan yang tidak dipakai untuk menurunkan suhu, melainkan untuk mengubah wujud dari tingkat cair menjadi tingkat padat yang disebut kalor beku. Kalor beku didefinisikan sebagai

bilangan yang menunjukkan jumlah kalor yang dilepaskan apabila 1 gram zat itu berubah wujud dari tingkat cair ke tingkat padat pada titik bekunya.

Sehingga dapat dituliskan :

Sesuai dengan prinsip azas Black, jumlah kalor yang diberikan untuk melebur sesuatu zat sama dengan kalor yang dilepaskan oleh zat itu jika membeku kembali. Kalor yang diperlukan :

Q = mL m = massa zat

L = kalor lebur/kalor beku

Contoh Soal

1) 24 R = ... C = ... F = ... k 35 R = ... F = ... R = ... k Penyelesaian :

R = 4 X C = 5X F = 9X + 32 K = 5X + 273 kalor lebur = kalor beku

24 = 4X C = 5.6 F = 9.6 + 32 K = 5.6 + 273 X = 6 C = 30 F = 54 + 32 K = 30 + 273

= 303

C = 5X C = 9X + 32 F = 4X + 32 K = 5X + 273 35 = 5X C = 9.7 + 32 F = 4.7 K = 5.7 + 273

X = 7 C = 63 + 32 F = 28 K = 35 + 273

= 95 = 308

2) Panjang benda 20 cm mempunyai suhu 2C dipanaskan hingga 98C. Jika koefisien muai panjang 16 x 10^-4. Berapa panjang benda setelah dipanaskan?

Penyelesaian:

Lo = 20 cm t1 = 2C t2 = 98C

 = 16 x 10^-4 Lt = ?

Lt = L0 (1 +  (t2 – t1)

= 20 (1 + 16 x 10^-4 (98 - 2) = 20 (1 + 16 x 10^-4.96) = 20 (1 + 1536 x 10^-4) = 20 + 30720 x 10⁴ = 20 + 3,072 = 23,072 cm

3) Luas benda setelah dipanaskan menjadi 24 m² jika suhu mula-mulanya 4C dan suhu akhirnya 97C.  = 21 x 10^-4. Berapa luas benda mula-mula?

Penyelesaian:

At = 24 m² t1 = 4C t2 = 97C

 = 21 x 10-4

A1 = A0 (1 +  (t2 – t1)

24 = A0 (1 + 21 x 10^-4 (97 - 4) 24 = A0 (1 + 21 x 10^-4.93) 24 = A0 (1 + 1953 x 10^-4) 24 = A0 (1 + 0,1953) 24 = A0 . 1,1953

4) Volume sebuah benda 42 m², bersuhu 6C dipanaskan sampai memuai hingga volumenya menjadi 44 m². Jika  = 36 x 10^-4. Hitunglah suhu akhir benda!

Penyelesiaan:

V0 = 42 m³ t1 = 6C V1 = 44 m³

 = 36 x 10^-4 t2 = ?

Vt = V0 { +  (t2 – t1)}

44 = 42 {1 + 36 x 10^-4 (t2 - 6)}

44 = 42 {1 + 36 x 10^-4 t2 – 216 x 10^-4)}

44 = 42 + (1512 x 10^-4 . t2 – 9072 x 10^-4) 44 = 42 + 0,1512 . t2 – 0,9072

44 – 42 + 0,9072 = 0,1512t2

2 + 0,9072 = 0,1512t2

t2 =

1512 , 0

9072 , 2

t2 = 19,2275C

Maka suhu akhir benda = t2 = 19,2275C

PERPINDAAN KALOR

Kalor dapat berpindah karena adanya perbedaan suhu.

Perpindahan kalor dapat terjadi secara:

- konduksi - konveksi

- radiasi

1. Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel zat. Sebuah batang logam PQ pada ujung P dipanaskan, dan ujung Q dipegang, maka partikel-partikel pada ujung P bergerak makin cepat sehingga energi kinetiknya juga makin besar, dan partikel-partikel itu saling menumbuk partikel yang berada di dekatnya, begitu yang terjadi seterusnya, dan pada akhirnya partikel yang ada di ujung juga menjadi panas.

Perambatan kalor dengan cara konduksi berlangsung karena perpindahan energi kinetik dari ujung P ke ujung Q tanpa perpindahan partikel-partikel logam sebagai mediumnya yang dapat dituliskan dalam bentuk rumus

W = k L

T A . t 

dimana

Q = jumlah kalor

k = koefisien konduksi termal

t = beda suhu t = waktu L = panjang

A = luas penampang

Karena daya hantar kalor setiap zat medium tidak sama, maka untuk tiap zat itu ditetapkan faktor pembanding, yang disebut koefisien konduksi termal zat (k). Jumlah kalor yang merambat secara konduksi tiap satuan waktu disebut kecepatan hantar energi yang dirumuskan sebagai:

H =

t Q

H = k.A

L

T

TABEL KOEFISIEN KONDUKSI TERMAL

Nama Zat j/m.sk Kal/m sk

Perak Tembaga Aluminium Baja

Kaca Air Asbes Kayu Gabus Udara

420 380 200 40 0,84 0,56 0,16 0,08 0,04 0,02

100 92 50 11 2x10^-1 1,4x10^-1 0,4x10^-1 0,2x10^-1 0,1x10^-1 0,06x10^-1

KONVEKSI

Proses perpindahan kalor dalam sesuatu medium yang disertai perpindahan partikel-partikel medium itu yang biasanya berlangsung dalam fluida hal ini disebabkan perbedaan suhu antara dua buah tempat menimbulkan aliran-aliran partikel yang bergerak dari tempat bersuhu rendah ke tempat yang bersuhu lebih tinggi sehingga dapat dituliskan dengan.

Q = h tA  T Q = kalor

h = koefisien konveksi

T = beda suhu t = waktu

A = luas penampang

Peristiwa konveksi dalam kehidupan sehari-hari dapat dilihat seperti bila menyemprotkan parfum dalam sebuah ruang maka seluruh ruangan tercium harum.

- Ventilasi kamar (sirkulasi udara) - Kipas angin (sirkulasi udara)

RADIASI

Perpindahan kalor dengan cara radiasi tidak memerlukan medium. Dari sumber kalor dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnet yang dirumuskan menjadi

Q =  t . A . T⁴ dimana

T = suhu

 = ketetapan stefan Boltzmann = 5,67 x 10^-8 j/sm²k⁴ t = waktu

Q = kalor

A = luas permukaan benda

Jika besar energi radiasi tiap satuan awktu disebut kecepatan radiasi yang besarnya:

W = t Q

W = t t A

t ⁴



W =  AT⁴

Untuk benda hitam sempurna (mempunyai emisivitas = 1) W = c  A T⁴

e = emisivitas

Untuk benda tidak hitam sempurna.

W = e  A (T14 – T24)

Peristiwa radiasi dapat dilihat dalam kehidupan sehari-hari seperti - Lampu menyala terang

- Cahaya matahari yang sampai ke bumi

Contoh Soal

1. Suhu di luar kamar 30C dan suhu di dalam kamar 27C. Hitung kecepatan hantar kalor melalui kaca jendela kamar yang tebalnya 4 mm dan luasnya 4 m².

Penyelesaian:

T = 30C - 27C = 3C L = 4 mm = 4 x 10^-3 m A = 4 m²

K = 0,84 j/msk H = K A

L

T

= 0,84 . 4 . ₃ 10 x 4

3

H = 2,52 x 10³ H = 2520 j/s

2) Berapa kecepatan konveksi yang dilepaskan oleh benda bersuhu 40C. Bila udara di sekelilingnya bersuhu 25C (h = 6 j//sm²) dan luas permukaan benda 12 m².

Penyelesaian :

T = 40C - 25C = 15C h = 6 j/sm²

A = 12 m²

Kecepatan konveksi H = h . A T

= 6 . 12. 15

= 1080 j/s

= 1080 watt

3) Hitunglah besar daya radiasi yang dipancarkan benda seluas 12 m² pada suhu 33C danemisivitas 0,24 jika tetapan stefan Boltzmann 5,67 x 10^-8j/s m²k⁴ Penyelesaian:

A = 12 m2 T = 310K e = 0,24

 = 5,67 x 10^-8 j/s m²k⁴ W = e  . A . T⁴

= 0,24 . 5,67 x 10^-8 . 12 x 310⁴ = 16,3296 x 10^-8 . 923521 x 10⁴

= 15080728,52 x 10^-4 j/s

Soal-soal Latihan : SUHU

1) Pertambahan panjang pada proses pemuaian sebanding dengan hal-hal berikut, kecuali …

a. suhu awal benda

b. panjang benda mula-mula c. jenis benda

d. banyaknya panas e. suhu akhir benda

2) Bilangan yang menunjukkan berapa kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda itu 1C disebut

a. panas jenis b. harga air c. massa jenis d. kalor lebur e. kalor embun

3) Bilangan yang menunjukkan jumlah kalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat itu sebesar 1C adalah

a. panas air b. harga air c. massa jenis d. kalor lebur e. kalor beku

4) Jumlah kalor yang diberikan kepada suatu zat selain tergantung pada massa zat juga tergantung pada

a. volume zat b. kenaikan suhu c. luas penampang d. suhu api

e. jarak pemanas dengan zat

5) Panas yang diterima sama dengan panas yang diberikan merupakan prinsip dari

a. azas Pauli b. azas Black c. azas Boyle

d. hukum Boyle Gay Inssac e. hukum Dalton

6) Jika koefisien muai panjang, luas, dan volume , ,  maka kesetaraannya dapat ditulis

a.  = 3  b.  = 2  c.  = 2  d.  = 3  e.  = 2 

7) Koefisien muai zat cair adalah bilangan yang menunjukkan penambahan a. luas dalam cm² jika dipanasi dari 0 sampai 1C

b. volume dalam cm³ jika dipanasi dari 0 sampai 1C c. panjang dalam cm² jika dipanasi dari 0 sampai 1C d. panjang dan lebar jika dipanasi dari 0 sampai 1C e. panjang lebar dan tinggi jika dipanasi sampai mendidih

8) Panjang logam 10 cm bersuhu 4C dipanaskan hingga panjangnya menjadi 12 cm. Jika a = 12 x 10^-4 maka suhu akhir logam

a. 46,7C b. 17,66C c. 16,706C d. 26,33C e. 42,67C

9) Pemuaian zat padat diperlihatkan dengan alat a. tyndal

b. dulong petit c. musschen

d. termoskop

e. termometer primer

10) Alat untuk menentukan koefisien muai zat air digunakan alat a. dulong

b. dilatometer c. tyndal d. termoskop

e. termometer primer

11) Termometer dengan skala celsius dan Fahrenheit menunjukkan bilangan yang sama untuk suhu

a. 410

b. 172

c. 150

d. 40

e. 0

12) Titik nol termometer Kelvin dinyatakan dalam derajat Fahrenheit kira-kira adalah

a. -491,4 F b. -490,4 F c. -459,4 F d. -490,4 F e. -273 F

13) Dalam sebuah bejana yang volumenya 30 liter terdapat zat asam tekanannya 20 atm, pada tempat temperatur 27C. Pada temperatur 7C tekanan 1 atm, maka volume zat asam itu

a. 60 liter b. 156 liter c. 560 liter d. 600 liter e. 650 liter

14) Titik didih air pada tekanan 2 atmosfir a. lebih rendah dari 100C

b. 100C c. 212C d. 200C

e. lebih dari 212C

15) Tekanan maksimum uap air dlaam udara tergantung pada a. tekanan udara

b. temperatur udara

c. tekanan uap dan temperatur udara d. tinggi tempat

e. musim

16) Jika 75 gram air yang suhunya 0 dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 100C, maka suhu akhir campuran itu adalah

a. 30C b. 40C c. 50C d. 60C e. 70C

17) 62F sama dengan a. 16,7C

b. 22,2C c. 34,4C d. 54,0C e. 55,0C

18) Kalau 10 liter He (100C, 0,1 atm) dijadikan 20 liter (0,2 atm) berarti suhunya menjadi

a. 100C b. 150C c. 127C d. 200C e. 1219C

19) Jika kalor yang dipancarkan oleh suatu benda 16 kali semula, maka suhu benda

a. 2 kali semula b. 3 kali semula c. 8 kali semula d. 4 kali semula e. 16 kali semula

20) Pengembunan terjadi bila a. suhu rendah

b. suhu dan tekanan rendah c. suhu di bawah titik embun

d. suhu di bawah titik embun dan inti pengembunan e. suhu rendah dan tekanan tinggi

21) Jika sejumlah gas dipanaskan pada volume konstan maka a. gas itu melakukan usaha luar

b. gas itu tidak melakukan usaha luar c. molekul-molekulnya bertambah besar d. jarak molekul-molekulnya bertambah besar e. jarak molekul-molekulnya bertambah pendek 22) Tekanan sejumlah gas

a. selalu sebanding terbalik dengan volumenya b. selalu berbanding lurus dengan volumenya c. mungkin tidak tergantung pada volume d. selalu tergantung pada volume dan suhu e. semua salah

23) Bahwa panas jenis air = 1 adalah a. hasil percobaan

b. hasil perhitungan

c. karena air merupakan zat pembanding d. definisi

e. suatu keharusan

24) Karena suhunya ditingkatkan dari 0C sampai 100C suatu batang baja yang panjangnya 1 meter bertambah panjang dengan 1 mili meter. Berapa pertambahan panjang suatu batang baja yang panjangnya 60 cm bila dipanasi dari 0C sampai 120C.

a. 0,50 mm b. 0,60 mm c. 0,72 mm d. 1,20 mm e. 2,40 mm

25) Satuan energi panas dalam sistem mks adalah a. kalori

b. joule c. Newton d. derajat e. watt

26) Untuk satuan panas jenis massa benda dapat dipakai a. kalori

b. erg (g) (C) c. joule kg/C d. kalori/gram e. kalori/C

27) Bila api kompor diperbesar pada waktu air yang ditumpangkan di atasnya sedang mendidih, maka

a. air makin bertambah panas

b. tidak terjadi perubahan kalori pada air c. suhu air tetap

d. kecepatan mendidih tetap e. api tidak lagi menambah kalori

28) Air raksa cocok dipakai sebagai isi termometer karena mempunyai sifat istimewa

a. mengkilap

b. massa jenisnya besar

c. angka muai besar d. titik beku tinggi e. logam yang cair

29) Alat untuk mengukur kelembaban udara ialah a. Fotometer

b. Polameter

c. Termometer basah dan kering d. Desimeter

e. Sentimeter

30) Jika suhu yang memancarkan kalor dilipat dua kali, maka kalor yang dipancarkan akan berlipat

a. 2 b. 4 c. 6 d. 16 e. 32 Kunci Jawaban

1. d 16. b

2. b 17. c

3. a 18. e

4. b 19. a

5. b 20. d

6. b 21. b

7. b 22. b

8. c 23. c

9. c 24. c

10. b 25. b

11. d 26. b

12. c 27. c

13. c 28. c

14. c 29. c

15. c 30. d

BAB 8 STRUKTUR BUMI

Bumi terdiri dari bagian dalam seperti lithosfir, hidrosfir dan atmosfir.

Bumi adalah langit yang berbentuk bola yang padat, seperti planit-planit lain, bumi merupakan satelit matahari yang sampai kini dianggap satu-satunya benda langit yang keadaannya cukup baik untuk makhluk hidup karena memiliki atmosfir (udara), berair dan perbedaan temperatur antara siang dan malam yang tidak mencolok. Bumi terdiri dari

- lithosfer - hidrosfer - atmosfer

Bumi berasal dari sejumlah meteorit yang melekat satu sama lain, sehingga menjadi sebuah planet yang sebagian besar terdiri dari besi dan batu silikat yang dingin. Elemen-elemen lainnya yang bersifat radioaktif seperti uranium, thorium dan polasium. Setelah berjuta-juta tahun lambat laun bumi menjadi panas, sehingga beberapa bagiannya mencair. Besi itu turun ke pusat bumi dan mendesak silikat tadi ke atas. Akibat dari desakan zat besi yang turun ini, silikat itu naik ke atas dan mendesak kulit bumi. Sehingga melekuk hebat dan lahirlah sebuah gunung api yang meletus karena ada magma menembus keluar.

Akhirnya sebagian besar dari besi itu mencapai pusat bumi dan berkumpul sebagai inti bumi dan bumi menjadi tenang kembali. Bagian luar bumi mendingin dan membentuk kulit keras yang tipis berupa batu-batuan padat. Di luar inti terdapat mantel yang hampir meluas ke permukaan dalam keadaan padat setebal 1800 mil. Mantel terdiri dari batuan yang relatif ringan dan mudah terbawa erupsi.

Dapat disimpulkan bahwa bagian dalam bumi yang terdiri dari inti dan mantel.

Keadaan zone inti bumi, materi massa dan suhunya

Kulit bumi sebelah luar tebalnya 16 - 40 km, dapat dihuni segala makhluk baik darat, laut maupun udara. Lapisan ini mengandung bahan-bahan lambang emas, batu-bara, dan minyak bumi. Inti bumi tebalnya 2,208 km bersifat encer dan lapisan yang paling dalam berupa inti bumi yang tebalnya 1248 km amat keras

dengan jari-jari 1248 km dan massanya 5,976 x 10²¹ ton. Sedangkan suhunya makin ke bawah makin naik. Setiap turun 33 m suhunya naik 1°C. Hal ini dapat diketahui ketika penggalian minyak bumi. Pada bagian paling dalam dari bumi suhunya dapat mencapai 290.000°C.

Sumber pemanasan bumi yang terpenting ialah matahari. Meskipun bumi memiliki panas sendiri, namun lapisan kerak bumi (lithosfer) panas yang dipanenkan dari perut bumi. Pemanasan oleh matahari disebut insolasi. Sehari- hari pemanasan bumi itu berbeda-beda. Hal ini mengakibatkan pada waktu pagi hawanya dingin dan pada waktu siang hawanya panas. Penerimaan panas matahari oleh bumi dipengaruhi oleh keadaan Vegetasi dan adanya perbedaan jenis tanah serta batu-batuan. Oleh karena itu suhu daratan di siang hari dan di musim panas lebih tinggi daripada di musim dingin, sekalipun daratan ini berada di gurun pasir.

Litosfer selalu berubah karena tenaga eksogen dan endogen

Lithos adalah batu-batuan karena kulit bumi itu terdiri dari batu-batuan. Batuan berbeda dengan batu, karena batu adalah kompak (compact) padat sedangkan batuan dapat berupa tanah gembur, pasir, tanah liat ataupun abu. Kulit bumi terdiri dari unsur-unsur misalnya zat asam, silisium aluminium dan besi, yang bersenyawa dengan zat asam seperti silisium oksida bersenyawa dengan oksida logam lain, persenyawaan itu disebut silikat. Jadi kulit bumi itu terdiri dari silikat- silikat.

Menurut terjadinya batuan kulit bumi ada tiga macam:

1. Batuan beku, yang terjadi dari bahan cair pijar (magma) yang membeku karena pendinginan.

2. Batuan endapan atau batuan sedimen, terjadi karena diendapkan oleh air, angin, dan es.

3. Batuan metamorf, batuan yang berubah wujud serta sifatnya disebabkan oleh pengaruh faktor suhu tinggi, tekanan besar, dan waktu lama.

Tenaga eksogen, tenaga yang berasal dari luar dan tenaga endogen tenaga yang berasal dari dalam bumi yang berakibat perubahan pada kulit bumi. Misalnya terbentuknya tanah dan berbagai lapisan tanah. Secara keseluruhan lapisan kerak bumi tersusun atas lapisan demi lapisan. Setiap bentuk lapisan dapat diduga

terjadi pada waktu yang berbeda. Tenaga eksogen umumnya merusak bentuk- bentuk yang telah ada pada permukaan bumi. Tenaga endogen umumnya memberi bentuk atau relief (lekuk-lekuk tinggi rendah) pada permukaan bumi.

Pelapukan

Pelapukan adalah perusakan karena pengaruh cuaca, air temperatur. Proses pelapukan pada gurun pasir, dapat disimpulkan temperatur pada siang hari sangat tinggi dana malam hari sangat rendah seperti di gurun Sahara, temperatur siang meningkat sampai 60°C Sedangkan pada malam hari turun sampai -2°C.

Pergantian temperatur yang bedanya sangat besar dan berlangsung cepat ini dapat membuat batu-batu yang keras menjadi retak atau pecah hingga akhirnya hancur sampai halus-halus. Pada waktu pecahnya batu-batu itu terdengar bunyi yang keras.

Tektonik lempeng (Plate Tectonics)

Peristiwa yang menyebabkan kejadian tektonik (perpindahan tempat) tektogenese

tektos = pindah genese = kelahiran

Penyebab utama tektonik adalah tekanan horizontal dari sebagian kulit bumi atau gerakan radial (vertikal) seperti retak, longsor dan runtuhan. Karena adanya gerakan tektonik ini dapat terjadi sebuah retak yang dapat mengakibatkan sebagian dari tanah itu naik dan bagian lain turun.

Bagian tanah yang naik itu disebut norst (puncak), sedangkan bagian tanah yang turun disebut stenk (jurang).

Kepulauan Indonesia terletak pada pertemuan dua pegunungan dunia yang panjang dan relatif masih muda dan aktif. Karena itu tanahnya masih labil, sebagian naik dan bagian lain turun terus.

Erosi (Pengikisan)

Erosi ialah pengikisan atas batu-batuan yang dilakukan oleh air, es, atau angin.

Akibatnya pelapukan maka lapisan-lapisan batuan pun menjadi gembur sehingga lebih mudah terkikis.