Buku Fisika untuk Kurikulum merdeka

VEKTOR

Konsep Vektor

Lambang dan Notasi Vektor
Menggambar Vektor
Sifat-sifat Vektor

Kerjakan kegiatan 1.2 agar anda mahir dalam menggambar vektor dan mampu menentukan besar dan arah vektor. Berdasarkan Gambar 1.13 terlihat bahwa vektor biru sama panjangnya dengan vektor merah, namun arahnya berlawanan.

Representasi Vektor

Komponen Vektor
Penguraian Vektor Berdasarkan Aturan Trigonometri

Buktikan setiap vektor pada Gambar 1.19 adalah d = 3 i + 4 j dengan mencari koordinat awal dan akhir vektor. Masalah ini diselesaikan dengan cara yang ditunjukkan pada Gambar 1.23. Untuk vektor yang besar, gunakan teorema Pythagoras.

Gambar 1.20 Vektor satuan dalam sistem koordinat Cartesius

Operasi Vektor

Penjumlahan dan Pengurangan Vektor dengan Metode Grais
Penjumlahan dan Pengurangan Vektor dengan Metode Analitis
Penentuan Resultan Vektor dengan Rumus Kosinus
Penentuan Arah Resultan Vektor dengan Rumus Sinus
Perkalian Vektor

Grafik ketergantungan percepatan terhadap waktu (grafik a – t) ditunjukkan dengan garis mendatar yang sejajar sumbu waktu (t), seperti pada Gambar 2.28.

Gambar 1.24 Penjumlahan dua vektor dengan metode segitiga

KINEMATIKA

Pengertian Gerak

Kerangka Acuan dan Posisi
Gerak Sebagai Perubahan Posisi

Lengkapi Tabel 2.2 untuk menentukan posisi awal, posisi akhir, dan perubahan posisi berdasarkan dua titik acuan yang berbeda. Untungnya, pilot pesawat US Airways menolak lepas landas karena mendengar percakapan pilot United Airlines dengan staf ATC bahwa ada pesawat kargo yang baru saja lepas landas terlalu dekat dengannya.

Tabel 2.1 Posisi Awal, Posisi Akhir dan Perubahan Posisi Sondang

Besaran-Besaran Gerak

Perpindahan dan Jarak
Kecepatan dan Kelajuan
Gerak Relatif
Kecepatan dan Kelajuan Sesaat
Kecepatan dan Kelajuan Rata-Rata
Percepatan

Perhatikan diagram gerak pada Gambar 2.7 untuk mengetahui jarak dan perpindahan yang dialami seorang pengendara sepeda. Perhatikan kembali Gambar 2.7 yang akan digunakan untuk menunjukkan kelajuan rata-rata dan kecepatan rata-rata.

Gerak Lurus

Gerak Lurus Beraturan
Gerak Lurus Berubah Beraturan
Jarak Henti
Gerak Vertikal

Hasil percobaan dengan menggunakan pengatur waktu, berupa titik-titik yang dicetak pada kertas dan susunan peralatan percobaan disajikan pada gambar 2.18. Perhatikan grafik yang dibuat berdasarkan Kegiatan 2.4 dan hasil analisis Gambar 2.18 untuk melengkapi dua jenis gerak lurus. Baik gerak lurus beraturan yang kecepatannya tetap disebut gerak lurus beraturan (GLB) maupun gerak lurus beraturan dengan percepatan tetap disebut gerak lurus beraturan (GLBB).

Gerak lurus beraturan (GLB) didefinisikan sebagai gerak suatu benda dengan kecepatan tetap (baik besaran maupun arahnya). Perpindahan yang dialami suatu benda yang bergerak lurus beraturan sama dengan luas daerah di bawah kurva kecepatan (v) versus waktu (t). Untuk grafik kecepatan versus waktu, jarak yang ditempuh suatu benda yang bergerak lurus beraturan sama dengan luas area di bawah kurva kecepatan (v) versus waktu (t).

Plot posisi versus waktu (× – t plot) pada GLB akan menghasilkan kecepatan yang selalu sama, seperti terlihat pada Gambar 2.24. Grafik perpindahan benda (x) terhadap waktu (t) suatu benda yang bergerak lurus beraturan (GLBB) ditunjukkan pada Gambar 2.29. a) Grafik (x-t) untuk GLBB dipercepat (b) Grafik (x – t) untuk GLBB diperlambat.

Gambar 2.18 Data dari ticker timer dan peralatan ticker timer

Gerak Parabola

Gerak parabola merupakan gabungan antara gerak lurus beraturan (GLB) pada arah mendatar dengan gerak lurus beraturan (GLBB) pada arah vertikal. Gerak parabola juga akan dialami oleh partikel bermuatan listrik dalam medan listrik seperti terlihat pada Gambar 2.40. Waktu tempuh dari darat ke darat sama dengan dua kali waktu tempuh dari darat ke ketinggian maksimum.

Jika angin mempengaruhi gerak bola pada arah mendatar, apakah gerak bola tersebut masih parabola?

Gambar 2.39 Gerak parabola merupakan perpaduan GLB dan GLBB

Gerak Melingkar Beraturan

Beda fasa dua gelombang yang diukur dalam sudut (derajat) dan panjang gelombang (meter) dapat ditunjukkan pada Gambar 5.10.

Gambar 3.1. Pesawat terbang meninggalkan landasan pacu sumber : Alvius Tinambunan/Kemendikbudristek (2022)

DINAMIKA GERAK PARTIKEL

Hukum Newton

Hukum I Newton
Hukum II Newton
Hukum III Newton

Jenis-Jenis Gaya

Gaya Berat
Gaya Normal
Gaya Gesek Benda Padat
Gaya Gesek Fluida
Gaya Sentripetal

Suatu benda yang diletakkan di atas meja akan tetap diam meskipun diketahui ada gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut. Gaya normal selalu tegak lurus terhadap bidang dan merupakan gaya hambatan material terhadap gaya luar yang diarahkan keluar bidang permukaan. Tentunya meja besi akan mampu menahan beban dengan lebih baik dan memberikan gaya normal sebesar gaya berat, sedangkan kue kue akan hancur.

Perlu diperhatikan bahwa, karena gaya normal merupakan interaksi antara dua benda, maka akan timbul pasangan aksi dan reaksi. Apabila suatu benda yang berada pada permukaan lantai ditarik maka benda tersebut akan mengalami gaya gesek dengan permukaan lantai. Lakukan percobaan menentukan koefisien gesekan statis antara dua permukaan dengan menggunakan konsep bidang miring (Gambar 3.13).

Eksperimen ini berguna untuk memahami konsep gaya normal, gaya gravitasi dan gaya gesek yang merupakan lanjutan dari Kegiatan 3.2. Suatu benda yang bergerak melalui suatu fluida (cairan atau gas) akan mengalami hambatan dari fluida tersebut.

Gambar 3.11 a.Diagram gaya pada balok di atas meja b.Gaya normal tiap material

Momentum dan Impuls

Hukum Kekekalan Momentum
Jenis-Jenis Tumbukan

Dari persamaan 3.14 dapat disimpulkan bahwa perubahan kecepatan relatif sebelum dan sesudah tumbukan sama besarnya, tetapi arahnya berlawanan. Perhatikan tumbukan pada Gambar 3.18, dimana besar energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan adalah sama. Pada tumbukan lenting sebagian, hukum kekekalan energi kinetik tidak berlaku karena energi hilang pada tumbukan.

Pada tumbukan lenting sebagian, hanya hukum kekekalan momentum yang berlaku dan koefisien restitusi tumbukan lenting sebagian mempunyai nilai antara nol dan satu (0 < e < 1). Pada tumbukan tidak lenting sempurna, kedua benda yang bertumbukan akan menyatu dan bergerak bersama setelah tumbukan. Seperti pada tumbukan lenting sebagian, energi sebelum tumbukan akan lebih besar dibandingkan energi setelah tumbukan.

Karena kedua benda bergerak bersama, koefisien restitusi pada tumbukan tidak lenting adalah nol. Untuk menyelesaikan permasalahan gerak dalam ruang dapat menggunakan metode dekomposisi vektor yang telah dipelajari pada Bab I beserta hukum kekekalan momentum.

Gerak Rotasi

Momen Gaya
Momen Inersia

Ling-Ling dan Siti mengukur frekuensi ambulans dari berbagai posisi, seperti terlihat pada Gambar 5.22.

Gambar 3.23 Dua benda yang berada di atas tumpuan dan penggaris

FLUIDA

Fluida Statis

Tekanan Hidrostatis
Prinsip Archimedes
Tegangan Permukaan
Viskositas

Fluida Dinamis

Fluida Ideal
Asas Kontinuitas
Prinsip Bernoulli
Penerapan Prinsip Bernoulli

GELOMBANG, BUNYI dan CAHAYA

Gelombang

Jenis-Jenis Gelombang
Beda Fase Gelombang
Prinsip-Prinsip Gelombang

Interpretasi gelombang pada masing-masing fungsi waktu dan jarak dapat dilihat pada Gambar 5.4 di bawah ini. Dari Gambar 5.4 dapat diketahui beberapa besaran seperti simpangan atau amplitudo maksimum gelombang (A), periode (T), panjang gelombang (λ) dan frekuensi (f). Berdasarkan arah getar dan arah rambatnya, gelombang dibedakan menjadi gelombang longitudinal dan gelombang transversal.

Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getarnya bertepatan dengan arah rambatnya, misalnya gelombang bunyi. Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getarnya tegak lurus dengan arah rambatnya, misalnya gelombang tali dan gelombang cahaya. Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk merambat.Contoh gelombang mekanik adalah bunyi.

Syarat terjadinya superposisi gelombang adalah kedua gelombang yang bertumpukan harus saling koheren atau mempunyai frekuensi dan bentuk yang sama (identik). Dua gelombang yang berasal dari sumber yang sama dapat dikatakan sebagai gelombang yang saling koheren.

Gambar 5.4. Interpretasi gelombang pada jarak dan waktu

Gelombang Bunyi

Cepat Rambat Bunyi
Sumber Bunyi
Efek Doppler
Resonansi
Pelayangan Bunyi
Intensitas dan Taraf Intensitas Bunyi
Aplikasi Gelombang Bunyi

Bunyi merambat melalui massa jenis dan tegangan molekul-molekul medium, sehingga tekanan dan suhu mempunyai pengaruh yang besar terhadap kecepatan rambat bunyi dalam suatu medium. Pada benda padat, cepat rambat bunyi dihitung dengan akar kuadrat rasio modulus elastisitas (E) terhadap massa jenis (ρ) bahan, dengan menggunakan persamaan berikut. Pada benda cair, cepat rambat bunyi dipengaruhi oleh modulus curah (B) dan massa jenis (ρ) benda, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan.

Cepat rambat bunyi (v) pada suatu dawai bergantung pada tegangan dawai (F), massa dawai (m) dan panjang dawai (L), yang dapat dinyatakan secara matematis dengan persamaan berikut. Pipa organ terbuka adalah pipa yang mempunyai kolom udara tanpa penutup pada kedua ujungnya, seperti terlihat pada Gambar 5.19. Seperti halnya dawai, frekuensi pipa organa dimulai pada panjang gelombang 1/2 λ dan terus meningkat dengan selisih 1/2 λ, sehingga frekuensi nada ke-n dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (5.10).

Pada pipa organa tertutup, salah satu ujung kolom udara dalam pipa berada pada posisi tertutup. Tingkat intensitas bunyi merupakan logaritma perbandingan antara intensitas terukur dengan intensitas ambang pendengaran, yang dapat dinyatakan secara matematis dengan persamaan berikut.

Tabel 5.1. Cepat rambat bunyi pada beberapa medium

Gelombang Cahaya

Interferensi Cahaya
Difraksi Cahaya
Polarisasi
Aplikasi Gelombang Cahaya

Jika kita melihat ke langit, kadangkala kita dapat melihat cahaya merebak melalui awan, seperti dalam Rajah 5.34. Buat satu jurang yang sangat kecil menggunakan kertas atau plastik, kemudian rancang eksperimen seperti dalam Rajah 5.37. Peranti untuk menyerap arah getaran gelombang cahaya dipanggil polarizer, yang boleh dilihat dalam Rajah 5.41.

Kalor jenis c menunjukkan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu benda sebesar 1oC. Banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu benda sebanding dengan massa m dan perubahan suhu ΔT. Perhatikan grafik pada Gambar 6.7 yang menunjukkan kenaikan suhu dengan kalor yang diserap untuk aluminium dan air bermassa sama.

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah bentuk suatu benda berhubungan dengan panas laten, sedangkan jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah suhunya berhubungan dengan kalor jenis benda tersebut. Untuk dua keadaan gas yang berbeda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.6, persamaan di bawah ini berlaku.

KALOR

Suhu

Pengertian Suhu dan Alat Ukurnya
Skala Suhu

Konsep suhu berakar pada persepsi panas atau dinginnya suatu benda berdasarkan indera peraba. Anda hanya dapat membedakan suatu benda lebih panas atau lebih dingin dibandingkan benda lainnya. Isi wadah pertama dengan air dingin, wadah kedua dengan air panas, dan wadah ketiga dengan air biasa.

Kedua tangan Anda terasa berbeda saat berada di wadah ketiga, padahal suhu air di wadah ketiga tetap tidak berubah. Hanya karena kondisi awal kedua tangan Anda berbeda, Anda merasakan perbedaan suhu di wadah ketiga. Perhatikan aktivitas di bawah ini untuk lebih memahami panas atau dingin karena sifat bahan yang berbeda.

Air yang suhunya berbeda akan mencapai suhu yang sama bila tidak ada lagi perpindahan panas dari air panas ke air dingin. Injak salah satu kaki Anda di atas keset dan satu lagi di atas logam, seperti kaki kursi.

Kalor

Pengertian Kalor
Pengaruh Kalor pada Perubahan Suhu
Pengaruh Kalor pada Perubahan Wujud
Pengaruh Kalor pada Pemuaian

Dengan demikian, ada faktor lain yang mempengaruhi hubungan antara panas yang masuk dan keluar bahan dengan perubahan suhu bahan. Buatlah grafik hubungan waktu dan suhu air untuk setiap perairan serta hubungan antara perubahan suhu dan suhu perairan. Menjelaskan pengaruh perubahan massa dan suhu terhadap kalor yang dibutuhkan dari pemahaman konsep suhu sebagai ukuran EK rata-rata partikel.

Kalor yang dilepaskan suatu benda harus sama dengan kalor yang diterima benda lain. Ketika suatu zat mengalami berbagai proses perubahan keadaan agregatnya, seperti peleburan, pembekuan, penguapan, kondensasi, dan sublimasi, proses-proses ini tidak mengakibatkan perubahan suhu, meskipun panas dilepaskan atau diserap. Kalor yang diperlukan atau dilepaskan per satuan massa suatu zat ketika terjadi perubahan wujud disebut kalor laten.

Suatu zat yang berubah wujud dari padat menjadi cair (meleleh), kalor latennya disebut kalor peleburan, sedangkan bila membeku disebut kalor beku. Bila suatu zat berubah wujud dari cair menjadi uap (menguap), maka kalor latennya disebut kalor uap, sedangkan kalau mengembun disebut kalor embun.

Perpindahan Kalor

Konduksi
Konveksi
Radiasi
Aplikasi Perpindahan Kalor

Sedangkan permukaan yang berwarna putih mengkilat memiliki emisivitas mendekati 0, menandakan benda tersebut kurang baik dalam memancarkan dan menyerap radiasi. Fenomena radiasi. Sebuah wadah kosong dari logam tembaga bersuhu 25 oC dengan volume 60 liter diisi bensin hingga penuh. Dua buah logam berbentuk balok-balok berukuran dan suhu yang sama yaitu 8 cm × 8 cm × 0,5 cm.

Jumlah molekul gas sangat banyak, jarak antar molekul lebih besar daripada ukuran molekul gas, sehingga volume total seluruh molekul dapat diabaikan dibandingkan dengan volume wadah. Tumbukan terjadi secara elastik antara molekul dengan molekul dan dinding wadah sehingga tidak ada energi yang hilang. Berdasarkan teori kinetik gas, tekanan gas disebabkan oleh tumbukan antara molekul gas dengan dinding wadah, dan suhu gas merupakan ukuran energi kinetik rata-rata molekul gas.

Robert Boyle, seorang fisikawan Irlandia, mempelajari hubungan antara tekanan (p) dan volume (V) gas yang terkurung dalam kondisi tertentu. Hukum Boyle menyatakan bahwa hasil kali tekanan dan volume adalah suatu bilangan konstan pada suhu tetap dan jumlah mol tetap, atau dapat dituliskan sebagai berikut.