Fisika Umum (MA-301) Sifat-sifat Zat Padat Gas Cair Plasma

(1)

Fisika Umum (MA-301)

• Sifat-sifat Zat

Padat

Gas

Topik hari ini (minggu 4)

Gas

Cair

(2)

Sifat Atomik Zat

►

Molekul

►

Atom

►

Inti Atom

Proton dan neutron

►

Proton dan neutron

►

Quarks: up, down, strange,

charmed, bottom, and top

(3)

Antimateri

►

►Materi Materi tersusun atas atomtersusun atas atom--atom dengan intinya yang atom dengan intinya yang

bermuatan positif dan elektron

bermuatan positif dan elektron--elektron yang bermuatan elektron yang bermuatan negatif

negatif

►

►Antimateri Antimateri tersusun atas atomtersusun atas atom--atom dengan intinya yang atom dengan intinya yang

bermuatan negatif dan elektron

bermuatan negatif dan elektron--elektron yang bermuatan elektron yang bermuatan positif (positron)

positif (positron)

►

►Contoh PartikelContoh Partikel--Antipartikel:Antipartikel:

Elektron

Elektron--Positron, ProtonPositron, Proton--Antiproton, quarkAntiproton, quark--antiquark, dllantiquark, dll

►

►Jika Partikel dan Antipartikel bertemu, maka akan saling Jika Partikel dan Antipartikel bertemu, maka akan saling

menghilangkan (anihilasi), diubah menjadi

menghilangkan (anihilasi), diubah menjadi energienergi

Cat: Cat:

Partikel dan Antipartikel mempunyai massa yang sama tetapi Partikel dan Antipartikel mempunyai massa yang sama tetapi

jenis muatan listrik yang berbeda jenis muatan listrik yang berbeda

(4)

Keadaan Zat: Transisi Fasa

ES

AIR

UAP

Tambah

panas

Tambah

panas

Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan

yang lain)

Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan

yang lain)

Tambah

panas

Tambah

(5)

Keadaan Zat

►

► Padat

Padat

►

► Cair

Cair

►

► Gas

Gas

Plasma

►

► Plasma

Plasma

(6)

Keadaan Zat

►

► Padat

Padat

Volume tetapVolume tetap

Bentuk tetapBentuk tetap

MolekulMolekul--molekulnya berada molekulnya berada

pada posisi yang tetap pada posisi yang tetap karena gaya listrik dan karena gaya listrik dan bergetar terhadap posisi bergetar terhadap posisi kesetimbangan

kesetimbangan

Dapat dimodelkan sebagai Dapat dimodelkan sebagai

pegas

pegas--pegas yang pegas yang menghubungkan tiap menghubungkan tiap molekul

(7)

Keadaan Zat

►

► Padat

Padat

Padat Kristal

AtomAtom--atomnya memiliki atomnya memiliki

struktur yang

struktur yang teraturteratur

Contoh pada garam Contoh pada garam

(bola merah adalah ion (bola merah adalah ion Na

Na++ _{, bola biru adalah}_{, bola biru adalah}

ion Cl ion Cl--₎₎

Padat Amorf

AtomAtom--atomnya atomnya tidak tidak

teratur teratur

(8)

Keadaan Zat

►

► Cair

Cair

Volumenya tetapVolumenya tetap

Bentuk tidak tetapBentuk tidak tetap

Ada pada temperatur yang Ada pada temperatur yang

lebih tinggi dibanding padat lebih tinggi dibanding padat

MolekulMolekul--molekul bergerak molekul bergerak

secara acak secara acak

Gaya antar molekul tidak Gaya antar molekul tidak

cukup kuat untuk cukup kuat untuk

menjaga molekul tetap menjaga molekul tetap pada posisinya

(9)

Keadaan Zat

►

► Gas

Gas

Volume tidak tetapVolume tidak tetap

Bentuk tidak tetapBentuk tidak tetap

Molekul

Molekul--molekulnya bergerak acakmolekulnya bergerak acak

MolekulMolekul--molekulnya bergerak acakmolekulnya bergerak acak

MolekulMolekul--molekulnya hanya molekulnya hanya

memberikan gaya lemah pada memberikan gaya lemah pada molekul yang lain

molekul yang lain

Jarak rataJarak rata--rata antar molekul lebih rata antar molekul lebih

besar dibanding ukuran molekul besar dibanding ukuran molekul

(10)

Keadaan Zat

►

► Plasma

Plasma

Bahan dipanaskan sampai temperatur Bahan dipanaskan sampai temperatur

yang sangat tinggi yang sangat tinggi

Banyak elektron menjadi bebas dari Banyak elektron menjadi bebas dari

inti inti

Menghasilkan kumpulanMenghasilkan kumpulan--kumpulan kumpulan

bebas, ion bermuatan secara listrik bebas, ion bermuatan secara listrik

Plasma terdapat dalam bintangPlasma terdapat dalam

bintang--bintang, reaktor eksperimen atau bola bintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensi

(11)

Apakah ada konsep yang dapat membedakan

keadaan

keadaan--keadaan zat tersebut?

keadaan zat tersebut?

keadaan

(12)

Kerapatan

►

► Kerapatan bahan yang komposisinya uniform Kerapatan bahan yang komposisinya uniform

didefinisikan sebagai massa bahan per satuan volume: didefinisikan sebagai massa bahan per satuan volume:

Contoh: Contoh:

V

m

=

ρ

3 2 si l i n de r 3 bol a a V h R V R 3 4 V ==== ππππ ==== ππππ ==== ►

► Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidak tidak

berubah secara tajam

berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dengan perubahan temperatur dan tekanan

dan tekanan

►

► Kerapatan dari gas Kerapatan dari gas berubah secara tajamberubah secara tajam dengan dengan

perubahan temperatur dan tekanan perubahan temperatur dan tekanan

Satuan Satuan SI SI kg/mkg/m33 CGS CGS g/cmg/cm3 3 ₍₍_{1 g/cm}_{1 g/cm}33_{=1000 kg/m}_{=1000 kg/m}33 ₎₎ 3 k u bu s a V ====

(13)

Konsep

(14)

Tekanan

►

► Tekanan Tekanan dari fluida adalah dari fluida adalah

perbandingan dari gaya yang perbandingan dari gaya yang diberikan oleh fluida pada

diberikan oleh fluida pada benda terhadap luas benda benda terhadap luas benda yang dikenai gaya

yang dikenai gaya

A

F

P

≡

Satuan Satuan SI

(15)

Tekanan dan Kedalaman

►

► Jika sebuah fluida dalam keadaan Jika sebuah fluida dalam keadaan

diam pada wadah,

diam pada wadah, semua bagian semua bagian fluida haruslah dalam keadaan fluida haruslah dalam keadaan kesetimbangan statis

kesetimbangan statis

►

► Semua titik pada kedalaman yang Semua titik pada kedalaman yang

sama haruslah berada dalam sama haruslah berada dalam

tekanan yang sama

tekanan yang sama (kecuali jika (kecuali jika

tekanan yang sama

tekanan yang sama (kecuali jika (kecuali jika

fluida tidak dalam kesetimbangan) fluida tidak dalam kesetimbangan)

►

► TigaTiga gaya eksternal bekerja pada gaya eksternal bekerja pada

bagian benda seluas A bagian benda seluas A

Gaya eksternal:

Gaya eksternal: atmosfiratmosfir, , beratberat, , normal (gaya apung)normal (gaya apung)

Agh ρ A P PA : jadi Ah, ρ V ρ M : tapi 0, A P Mg PA 0 F 0 0 ++++ ==== ==== ==== ==== −−−− −−−− ∑ ∑∑ ∑ ==== ⇒⇒⇒⇒ gh P P = ₀ + ρ

(16)

Tes Konsep 1

Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil:

a. 1-2-3 b. 2-1-3 b. 2-1-3 c. 3-2-1

d. sama pada ketiganya

10 cm

(17)

Tekanan dan Persamaan Kedalaman

► ►

P

o

adalah tekanan

atmosfir normal

1.013 x 101.013 x 1055 _{Pa = 14.7}_{Pa = 14.7}

gh

P

=

_o

+

ρ

1.013 x 101.013 x 10 Pa = 14.7 Pa = 14.7 lb/in lb/in22 ►

►

Tekanan tidak

bergantung pada

bentuk wadah

Satuan tekanan yang lain: Satuan tekanan yang lain:

76.0 cm dari raksa 76.0 cm dari raksa Satu atmosfir 1 atm =

Satu atmosfir 1 atm = 1.013 x 101.013 x 1055 _Pa_Pa

14.7 lb/in 14.7 lb/in22

(18)

Contoh:

Diketahui: Kedalaman:

h=100 m

Tentukan tekanan pada 100 m di bawah permukaan laut!

((((

))))((((

))))

((((

))))

((((

))))

++++ ×××× ==== ++++ ==== m 100 s m 9.8 m kg 10 Pa 10 9.8 P so gh, ρ P P 2 3 3 5 O 2 H 0 Dicari: P = ?

((((

10×××× tekanan atmosfir

))))

≈≈≈≈ 106 Pa

(19)

Prinsip Paskal

►

► Tekanan yang diberikan pada Tekanan yang diberikan pada

suatu cairan yang tertutup suatu cairan yang tertutup

diteruskan tanpa berkurang ke diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.

dinding bejana.

Dongkrak hidrolik adalah Dongkrak hidrolik adalah

►

► Dongkrak hidrolik adalah Dongkrak hidrolik adalah

aplikasi yang penting dari aplikasi yang penting dari Prinsip Paskal

Prinsip Paskal

►

► Juga digunakan dalam rem Juga digunakan dalam rem

hidrolik, pengangkat mobil dll. hidrolik, pengangkat mobil dll.

2 2 1 1

A

F

A

F

P

=

Karena

(20)

Pengukuran Tekanan

►

► Pegas dikalibrasi dengan Pegas dikalibrasi dengan

gaya yang diketahui gaya yang diketahui

►

► Gaya yang dikerjakan Gaya yang dikerjakan

fluida pada piston dapat fluida pada piston dapat diukur

diukur

Salah satu ujung tabung U Salah satu ujung tabung U

terbuka ke atmosfer terbuka ke atmosfer

Ujung yang lain Ujung yang lain

dihubungkan dengan dihubungkan dengan

tekanan yang akan di ukur tekanan yang akan di ukur

Tekanan pada B adalah Tekanan pada B adalah

P

P_o_o+ρgh+ρgh

Tabung tertutup panjang Tabung tertutup panjang

diisi dengan raksa dan diisi dengan raksa dan dibalikan posisinya dalam dibalikan posisinya dalam bejana berisi rakasa juga bejana berisi rakasa juga

Tekana atmosfer terukur Tekana atmosfer terukur

adalah ρgh adalah ρgh

(21)

Bagaimana anda mengukur

Bagaimana anda mengukur tekanan darah?

tekanan darah?

Haruslah: (a) akurat

(b) non-invasive (c) simple

(c) simple

(22)

Pertanyaan

Andaikan anda menempatkan

sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian

atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda?

a. Sama.

b. Tekanan di atas lebih besar. c. Tekanan di bawah lebih besar.

(23)

Gaya Apung

Berapa besarnya gaya ini?Berapa besarnya gaya ini?

P₁A P₂A mg

((((

))))

((((

))))

! : , , gV ghA A P gh P B maka gh P P : engan d A P P B F fl u i da fl u i da 1 1 1 2 1 2 ρρρρ ==== ρρρρ ==== −−−− ρρρρ ++++ ==== ρρρρ ++++ ==== −−−− ==== ==== ∆∆∆∆

(24)

Gaya Apung (lanjutan)

►

► Besarnya gaya apung selalu sama dengan berat Besarnya gaya apung selalu sama dengan berat

fluida yang dipindahkan fluida yang dipindahkan

fl u i da

Vg

w

B

====

ρρρρ

====

►

► Gaya apung adalah sama untuk benda yang ukuran, Gaya apung adalah sama untuk benda yang ukuran,

bentuk, dan kerapatannya sama bentuk, dan kerapatannya sama

►

► Gaya apung adalah Gaya apung adalah gaya yang dikerjakan oleh fluidagaya yang dikerjakan oleh fluida ►

► Sebuah benda tenggelam atau mengapung Sebuah benda tenggelam atau mengapung

bergantung pada hubungan antara gaya apung dan bergantung pada hubungan antara gaya apung dan gaya berat

gaya berat

fl u i da

Vg

w

(25)

Prinsip Archimedes

Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya

atau sebagian dalam suatu fluida diangkat

ke atas oleh sebuah gaya yang sama

dengan berat fluida yang dipindahkan

Gaya ini disebut gaya apung.gaya apung.

Penyebab fisis:

Penyebab fisis: perbedaan tekananperbedaan tekanan antara antara bagian atasbagian atas dan dan

bagian bawah benda bagian bawah benda

(26)

Prinsip Archimedes:

Benda Terendam

►

► Gaya apung Gaya apung ke ataske atas adalah adalah

B=ρ

fluida

gV

bendabenda

►

► Gaya gravitasi Gaya gravitasi ke bawahke bawah adalah adalah

w=mg=ρ

benda

gV

bendabenda

►

► Gaya neto Gaya neto adalah adalah

B

B--w=(ρ

w=(ρ

fluida

--ρ

ρ

bendabenda

)gV

bendabenda

Benda akan

Benda akan mengapungmengapung

atau

atau tenggelamtenggelam, bergatung , bergatung pada arah gaya neto

(27)

►

► Kerapatan benda Kerapatan benda lebih kecil lebih kecil

dari fluida

ρ

_benda_benda

<ρ

_fluida_fluida

►

► Benda mengalami gaya neto Benda mengalami gaya neto

ke atas ke atas

Gaya neto

Gaya neto adalah adalah

B

B--w=(ρ

w=(ρ

_fluida_fluida

--ρ

ρ

_benda_benda

)gV

_benda_benda

Kerapatan benda Kerapatan benda lebih besar lebih besar

dari fluida

ρ

_benda_benda>>

ρ

_fluida_fluida

Gaya neto Gaya neto ke bawahke bawah, ,

sehingga percepatan benda sehingga percepatan benda ke bawah

ke bawah ke bawah ke bawah

(28)

Prinsip Archimedes: Benda Mengapung

►

► Benda dalam Benda dalam kesetimbangan kesetimbangan

statis statis

►

► Gaya apung ke atas Gaya apung ke atas

diseimbangkan oleh gaya diseimbangkan oleh gaya gravitasi ke bawah

gravitasi ke bawah gravitasi ke bawah gravitasi ke bawah

►

► Volume fluida yang dipindahkan Volume fluida yang dipindahkan

sama dengan volume benda sama dengan volume benda yang tercelup dalam fluida yang tercelup dalam fluida

be n da fl u i da fl u i da be n da

V

====

ρρρρ

atau gV gV : mg B

(29)

Pertanyaan 1

Andaikan anda punya sepotong baja.

(30)

Pertanyaan 2

Bagaimana sebuah kapal yang terbuat dari baja dapat mengapung?

(31)

Gerak Fluida: Aliran Streamline

►

► Aliran Streamline

Aliran Streamline

Setiap partikel yang melewati sebuah titik

bergerak tepat sepanjang lintasan yang diikuti

oleh partikel

oleh partikel--partikel lain yang melewati titik

partikel lain yang melewati titik

sebelumnya

di sebut juga

aliran laminar

►

► Streamline adalah lintasan

Streamline adalah lintasan

streamline yang berbeda

tidak saling memotong

streamline pada suatu titik menyatakan juga

arah

aliran fluida

(32)

Gerak Fluida: Aliran Turbulen

►

► Aliran menjadi

Aliran menjadi

tak tentu

Tidak mencapai sebuah nilai kecepatan tertentu

Muncul keadaan yang menyebabkan perubahan

kecepatan secara tiba

kecepatan secara tiba--tiba

tiba

kecepatan secara tiba

kecepatan secara tiba--tiba

tiba

►

► Arus Eddy

Arus Eddy

(arus pusar) merupakan sifat dari

aliran turbulen

(33)

Aliran Fluida: Viskositas

►

► Viskositas adalah kadar

Viskositas adalah kadar

gesekan internal

dalam fluida

►

► Gesekan internal diasosiasikan dengan

Gesekan internal diasosiasikan dengan

resistansi (hambatan) antara dua lapisan

fluida yang bergerak relatif satu terhadap

yang lain

(34)

Sifat Fluida Ideal

►

Nonviskos

Tidak ada gesekan internal antar lapisan dalam fluidaTidak ada gesekan internal antar lapisan dalam fluida

►

Incompressible

Kerapatannya konstanKerapatannya konstan

Steady

►

Steady

Kecepatan, kerapatan dan tekanan tidak berubah Kecepatan, kerapatan dan tekanan tidak berubah terhadap waktu

terhadap waktu

►

Bergerak tanpa adanya turbulen

(35)

Persamaan Kontinuitas

► ► AA 1 1vv11 = A= A22vv22 ►

► Perkalian antara luas Perkalian antara luas

penampang pipa dengan penampang pipa dengan laju fluida adalah

laju fluida adalah laju fluida adalah laju fluida adalah konstan

konstan

Laju fluida tinggi ketika Laju fluida tinggi ketika fluida di pipa yang luas fluida di pipa yang luas

penampangnya sempit dan penampangnya sempit dan laju fluida rendah ketika laju fluida rendah ketika fluida di tempat yang luas fluida di tempat yang luas penampangnya besar

penampangnya besar

►

(36)

Persamaan Bernoulli

►

► Menghubungkan Menghubungkan tekanantekanan dengan dengan laju fluidalaju fluida dan dan

ketinggian ketinggian

►

► Persamaan Bernoulli adalah konsekuensi dari Persamaan Bernoulli adalah konsekuensi dari

kekekalan energi yang diaplikasikan pada fluida ideal kekekalan energi yang diaplikasikan pada fluida ideal

►

► Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan

mengalir tanpa turbulen mengalir tanpa turbulen mengalir tanpa turbulen mengalir tanpa turbulen

►

► Menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik Menyatakan bahwa jumlah tekanan, energi kinetik

per satuan volume, dan energi potensial per satuan per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume mempunyai nilai yang sama pada semua titik volume mempunyai nilai yang sama pada semua titik sepanjang streamline sepanjang streamline

tetap

====

ρρρρ

++++

ρρρρ

++++

v

gy

2

1 P

2

(37)

Bagaimana mengukur laju aliran fluida:

Venturi Meter

►

► Menunjukan aliran fluida Menunjukan aliran fluida

yang melalui pipa yang melalui pipa horisontal

horisontal

►

► Laju aliran fluida berubah Laju aliran fluida berubah ►

► Laju aliran fluida berubah Laju aliran fluida berubah

jika diametrnya berubah jika diametrnya berubah

►

► Fluida yang bergerak cepat Fluida yang bergerak cepat

memiliki tekanan yang memiliki tekanan yang

lebih kecil dari fluida yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat