MATA KULIAH FISIKA DASAR 1
Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka serta mempunyai satuan. Besaran dibagi menjadi 2 yaitu besaran pokok dan besaran turunan.
Besaran Pokok adalah besaran yang ditentukan lebih dulu berdasarkan kesepatan para ahli fisika. Besaran pokok yang paling umum ada 7 macam. Selain itu, terdapat dua besaran tambahan yang tidak memiliki dimensi, yakni sudut datar dan sudut ruang [tiga dimensi].
Besaran Turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran ini ada banyak macamnya.
Satuan adalah suatu pembanding dalam pengukuran atau membandingkan besaran dengan yang lain yang dipakai oleh patokan. Satuan merupakan salah satu komponen besaran yang menjadi standar dari suatu besaran. Adanya berbagai macam satuan untuk besaran yang sama akan menimbulkan kesulitan. Kalian harus melakukan penyesuaian-penyesuaian tertentu untuk memecahkan persoalan yang ada. Dengan adanya kesulitan tersebut para ahli sepakat untuk menggunakan satu system satuan yaitu menggunakan satuan standar Sistem Internasional, disebut Systeme Internationale d’Unites [SI].
Link Tutorial Pengukuran Besaran dan Satuan :
Link Here
Link Here
Gerak adalah satu kata yang digunakan untuk menjelaskan aksi, dinamika, atau terkadang gerakan dalam kehidupan sehari-hari. Suatu benda dikatakan bergerak apabila kedudukannya berubah terhadap acuan/posisi tertentu. Suatu benda dikatakan bergerak bila posisinya setiap saat berubah terhadap suatu acuan tertentu. Konsep mengenai gerak yang dirumuskan dan dipahami saat ini didasarkan pada kajian Galileo dan Newton. Cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang gerak disebut mekanika. Mekanika terdiri dari kinematika dan dinamika.
Kinematika adalah ilmu yang mempelajari bagaimana gerak dapat terjadi tanpa memperdulikan penyebab terjadinya gerak tersebut. Sedangkan dinamika adalah ilmu yang mempelajari gerak dengan menganalisis seluruh penyebab yang menyebabkan terjadinya gerak tersebut. Seperti apa yang menyebabkan sebuah bulu ayam jatuh tidak bersamaan dengan kertas yang diremas. Padahal menurut Galileo semua benda akan jatuh bersamaan jika dijatuhkan dari ketinggian yang sama.
Gerak lurus adalah gerakan suatu benda/obyek yang lintasannya berupa garis lurus [tidak berbelok-belok]. Dapat pula jenis gerak ini disebut sebagai suatu translasi beraturan. Pada rentang waktu yang sama terjadi perpindahan yang besarnya sama. Seperti gerak kereta api di rel yang lurus.
1]. Posisi
Posisi atau kedudukan adalah suatu kondisi vektor yang merepresentasikan keberadaan satu titik terhadap titik lainnya yang bisa dijabarkan dengan koordinat kartesius, dengan titik [0,0] adalah titik yang selain dua titik tersebut namun masih berkolerasi atau salah satu dari dua titik tersebut.
2]. Jarak dan Perpindahan
Jarak adalah panjang lintasan sesungguhnya yang ditempuh oleh suatu benda dalam waktu tertentu mulai dari posisi awal dan selesai pada posisi akhir. Jarak merupakan besaran skalar karena tidak bergantung pada arah. Oleh karena itu, jarak selalu bernilai positif. Besaran jarak adalah ‘s’.
Perpindahan adalah perubahan posisi atau kedudukan suatu benda dari keadaan awal ke keadaan akhirnya. Perpindahan merupakan besaran vektor[untuk lebih jelasnya, simak gambar di bawah]. Perpindahan hanya mempersoalkan jarak antar kedudukan awal dan akhir suatu objek. Besaran perpindahan adalah ‘d’. Untuk mengetahui perbedaan antara jarak dan perpindahan, mari kita simak gambar dibawah ini:
3]. Kelajuan dan Kecepatan
Kelajuan adalah besarnya kecepatan suatu objek. Kelajuan tidak memiliki arah sehingga termasuk besaran skalar. Rumus kelajuan adalah sebagai berikut:
| Keterangan: |
| v = kelajuan rata-rata [m/s] |
| s = jarak [m] |
| t = waktu tempuh [s] |
Kecepatan adalah besaran vektor yang menunjukkan seberapa cepat benda berpindah. Kecepatan juga bisa berarti kelajuan yang mempunyai arah. Misal sebuah mobil bergerak ke timur dengan kecepatan 60 km/jam. Rumus kecepatan tidak jauh berbeda dengan rumus kelajuan bahkan bisa dikatakan sama. Rumusnya adalah sebagai berikut:
| Keterangan: |
| v = kecepatan rata-rata [m/s] |
| s = perpindahan [m] |
| t = selang waktu [s] |
4].Gerak Lurus Beraturan [GLB]
Gerak lurus beraturan [GLB] adalah gerak yang lintasannya lurus dan kecepatannya tetap. Cara menghitung jarak dari suatu gerak beraturan. Yaitu dengan mengalikan kecepatan[m/s] dengan selang waktu[s].
| Keterangan: |
| v = kecepatan rata-rata [m/s] |
| s = perpindahan [m] |
| t = selang waktu [s] |
5].Gerak Lurus Berubah Beraturan [GLBB]
Gerak lurus berubah beraturan [GLBB] adalah gerak yang lintasannya lurus dan kecepatannya berubah secara beraturan/berpola. Ada dua kemungkinan GLBB, yaitu GLBB dipercepat dan GLBB diperlambat. Rumus GLBB dituliskan sebagai berikut.
| Keterangan: |
| vt = kecepatan akhir atau kecepatan setelah t sekon [m/s] |
| v0 = kecepatan awal [m/s] |
| a = percepatan [m/s2] |
| t = selang waktu [s] |
| s = jarak tempuh [m] |
6].Percepatan
Percepatan adalah perubahan kecepatan dalam satuan waktu tertentu. Percepatan termasuk besaran vektor. Satuan SI percepatan adalah m/s2. Percepatan bisa bernilai positif dan negatif. Bila nilai percepatan positif, hal ini menunjukkan bahwa kecepatan benda yang mengalami percepatan positif ini bertambah [dipercepat]. Sedangkan bila negatif, hal ini berarti kecepatannya menurun [diperlambat]. Jika gerak suatu benda lurus dan kecepatannya tidak berubah, maka resultan percepatannya adalah 0. Rumus percepatan adalah sebagai berikut.
| Keterangan: |
| a = percepatan rata-rata [m/s2] |
| = perubahan kecepatan [m/s] |
| = selang waktu [s] |
B. Gerak GLBB Dalam Kehidupan
1].Gerak Jatuh Bebas
Gerak jatuh bebas adalah gerak sebuah objek yang jatuh dari ketinggian tanpa kecepatan awal yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Benda-benda yang jatuh bebas di ruang hampa mendapat percepatan yang sama. Benda-benda tersebut jika di kenyataan mungkin disebabkan karena gaya gesek dengan udara. Rumus-rumus gerak jatuh bebas adalah sebagai berikut.
| Keterangan: |
| vt = kecepatan saat t sekon [m/s] |
| g = percepatan gravitasi bumi [9,8 m/s2] |
| h = jarak yang ditempuh benda [m] |
| t = selang waktu [s] |
2]. Gerak Vertikal ke Bawah
Gerak Vertikal ke bawah adalah gerak suatu benda yang dilemparkan vertikal ke bawah dengan kecepatan awal dan dipengaruhi oleh percepatan. Rumus-rumus gerak vertikal ke bawah adalah sebagai berikut.
| Keterangan: |
| h = jarak/perpindahan [m] |
| v0 = kecepatan awal [m/s] |
| vt = kecepatan setelah t [m/s] |
| g = percepatan gravitasi [9,8 m/s2] |
| t = selang waktu [s] |
3].Gerak Vertikal ke Atas
Gerak vertikal ke atas adalah gerak suatu benda yang dilempar vertikal ke atas dengan kecepatan awal tertentu [v0] dan percepatan g saat kembali turun. Rumus gerak vertikal ke atas adalah sebagai berikut.
Di titik tertinggi benda, kecepatan benda adalah nol. Persamaan yang berlaku di titik tertinggi adalah sebagai berikut.
| Keterangan: |
| tnaik = selang waktu dari titik pelemparn hingga mencapai titik tertinggi [s] |
| v0 = kecepatan awal [m/s] |
| g = percepatan gravitasi [9,8 m/s2] |
| hmaks = jarak yang ditempuh hingga titik tertinggi [m] |
Saat mulai turun, persamaannya sama seperti gerak jatuh bebas. Rumusnya adalah:
Link Tutorial Kinematika dan Gerak dalam Satu Dimensi :
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Gerak dua dimensi merupakan gerak yang dapat diuraikan menjadi 2 arah koordinat yaitu sumbu-x dan sumbu-y. Gerak dua dimensi berbeda dengan gerak lurus [materi kelas X] yang hanya satu dimensi. Diantara contoh gerak dua dimensi adalah gerak parabola.
Vektor posisi merupakan besaran vektor suatu posisi tertentu yang diukur dari titik pusat [titik acuhan]. Perhatikan ilustrasi berikut.
Posisi r [x,y] jika dinyatakan pada vektor posisi adalah r = x i + y j
Besar vektor r dinyatakan :
2.Vektor Perpindahan
Suatu benda dikatakan melakukan perpindahan jika posisi dari benda tersebut mengalami perubahan terhadap titik acuan. Vektor perubahan posisi disebut dengan vektor perpindahan. Berikut uraian tentang vektor perpindahan.
- Vektor Posisi Terhadap Fungsi Waktu
Suatu vektor posisi dapat pula dinyatakan dalam sebuah persamaan yang mengandung unsur waktu [t],
Link Tutorial Gerak Dalam Dua Dimensi :
Link Here
Dinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari penyebab benda bergerak. Ketika benda bergerak akan dilihat apa yang menyebabkan benda tersebut bisa bergerak.
Benda ini dapat bergerak tak lain karena ada gaya yang bekerja pada benda tersebut. Sehingga dalam dinamika kita akan mempelajari tentang gaya-gaya yang menyebabkan benda bergerak, yang kemudian dituangkan dalam hukum-hukum Newton tentang Gerak.
“ Jika resultan gaya yang bekerja pada benda yang sama dengan nol, maka benda yang mula-mula diam akan tetap diam. Benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap lurus beraturan dengan kecepatan tetap.”
Secara matematis, Hukum I Newton dapat ditulis sebagai berikut:
Berlaku pada saat :
– Benda dalam keadaan diam
– Benda sedang bergerak dengan kecepatan benda konstan [GLB].
– Tepat akan bergerak
“Percepatan dari suatu benda akan sebanding dengan jumlah gaya [resultan gaya] yang bekerja pada benda tersebut dan berbanding terbalik dengan massanya.”
Secara matematis, Hukum II Newton dapat ditulis sebagai berikut :
Berlaku pada saat :
– Benda sedang bergerak dengan kecepatan benda berubah [GLBB].
Rumus GLBB
“Gaya-gaya aksi dan reaksi oleh dua buah benda pada masing-masing benda adalah sama besar dan berlawanan arah.”
Gaya berat atau berat didefinisikan sebagai perkalian antara massa benda dengan percepatan gravitasi.
Gaya normal adalah gaya yang timbul akibat adanya interaksi antara partikel-partikel. Gaya normal umumnya terjadi pada dua benda yang bersentuhan dan memiliki arah tegak lurus bidang sentuh. Pada benda yang digantung bebas tidak terdapat gaya normal.
Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan.
Persamaan gaya gesek adalah :
Dengan :
μ = koefisien gesek
N = gaya normal
Link Tutorial Dinamika Gerak :
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Link Here
Usaha merupakan proses perubahan Energi dan usaha ini selalu dihubungkan dengan gaya [F] yang menyebabkan perpindahan [s] suatu benda. Dengan kata lain, bila ada gaya yang menyebabkan perpindahan suatu benda, maka dikatakan gaya tersebut melakukan usaha terhadap benda tersebut.
Apabila usaha tersebut dirumuskan secara matematis dapat di tuliskan sebagai berikut.
W = Fs S
Keterangan :
W : Besar Usaha [kg . m2/s2, joule atau newton . meter]
Fs : Besar komponen gaya pada arah perpindahan [newton]
s : Besar perpindahan [m]
Menurut fisika, Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha
Energi Potensial adalah energi yang dimiliki akibat kedudukan benda tersebut terhadap bidang acuannya. Energi Potensial gravitasi suatu benda yang bermassa m dan berada di dalam medan gravitasi benda lain yang bermassa M [dalam kasus ini diambil bumi yang bermassa M]
Dengan titik acuan di tak hingga,
G = tetapan gravitasi umum = 6,67 x 10-11 N m2/kg2
M= massa bumi
M= massa benda
r = jarak benda dari pusat bumi
Apabila permukaan bumi sebagai bidang potensial nol dan ketinggian tidak melebihi 1000 km [percepatan gravitasi tidak terlalu berbeda, dianggap konstan], perumusan energi potensial, secara matematis dapat ditulis :
Ep = m g h
Keterangan :
Ep = energi potensial [joule]
m = massa benda [kg]
g = percepatan gravitasi [m/s2]
h = ketinggian dari muka bumi [m]
Sebuah benda yang bermasa m dan bergerak dengan laju v, mempunyai energi kinetic sebesar Ek dengan kata lain, energi kinetic suatu benda adalah energi yang dipunyai benda yang bergerak. Berarti setiap benda yang bergerak mempunyai energi kinetic Ek, secara matematis energi kinetic dapat dituliskan sebagai berikut.
Rumus :
Keterangan :
m = massa benda [kg]
v = laju benda [m/s]
Ek = energi kinetic [joule]
Link Tutorial Usaha dan Energi :
Link Here
Link Here
Dalam gerak translasi, tiap titik pada benda mengalami pergeseran yang sama dengan titik lainnya sepanjang waktu, sehingga gerak dari salah satu partikel dapat menggambarkan gerak seluruh benda. Tetapi, walaupun di dalam geraknya, benda juga berotasi atau bervibrasi, akan ada satu titik pada benda yang bergerak serupa dengan gerak partikel, titik tersebut disebut pusat massa.
m1 m2 mn
x1
x2
xn
Misalkan terdapat n buah partikel dengan massa masing-masing, m1, m2, …, mn, sepanjang garis lurus dengan jarak dari titik asal masing-masing x1, x2, …, xn didefinisikan mempunyai koordinat pusat massa :
m1x1 + m2x2 + … + mn xn
m1 + m2, + … + mn
å mixi
å mi
å mixi
M
Dengan cara yang sama bila partikel terdistribusi dalam 3 dimensi [ruang], koordinat pusat massanya adalah
å mixi
M
å miyi
M
å mizi
M
Untuk sebuah partikel dengan massa m dan bergerak dengan kecepatan v, didefinikan mempunyai momentum :
P = m . V
Untuk n buah partikel, yang masing, masing dengan momentum p1, p2 , … , pn, secara kesuluruhan mempunyai momentum P,
P = p1 + p2 + … + pn
P = m1v1 + m2v2 + … + mn vn
P = M vpm
“Momentum total sistem partikel sama dengan perkalian massa total sistem partikel dengan kecepatan pusat massanya”.
dP/dt = d[Mvpm]/dt
= M dvpm/dt
dP/dt = M apm
Jadi
Feks = dP/dt
Link Tutorial Materi Pusat Massa dan Momentum Linear :
Link Here
Tumbukan merupakan peristiwa bertemunya dua buah benda yang bergerak. Saat tumbukan selalau berlaku hukum kekekalan momentum tapi tidak selalu berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Mungkin sebagian energi kinetik diubah menjadi energi panas akibat adanya tumbukan. Dikenal 3 jenis tumbukan.
- Tumbukan Lenting Sempurna
m1 v1 + m2 v2 = m1 v’1+ m2 v’2
m1 v1 –m1 v’1 = m2 v’2 – m2 v2
m1 [ v1 – v’1 ] = m2 [v’2 – v2 ]
[ 1.1 ]
- Hukum kekekalan energi kinetik
1/2 m1v12 + 1/2 m2v22 = 1/2 m1 v’12 + 1/2 m2 v’22
m1 v12 – m1 v’12 = m2v’22 – m2 v22
m1[ v12 – v’12 ] = m2 [v’22 – v22 ]
m1[v1 + v’1] [v 1 – v’1] = m2 [v’2 + v2] [v’2 – v2]
[ 1.2 ]
Bila persamaan [1.1] dibagi dengan persamaan [1.2] diperoleh :
[v1 + v’1] = [v’2 + v2]
atau
[v2 – v1] = – [v’2 – v’1]
[ 1.3 ]
Dengan kata lain kecepatan relatif kedua benda sebelum tumbukan sama dengan harga minus dari kecepatan relatif kedua benda setelah tumbukan.
Untuk keperluan lebih lanjut didefenisikan :
- Tumbukan Tidak Lenting Sebagian
Pada jenis tumbukan ini berlaku Hukum kekekalan momentum dan tidak berlaku hukum kekekalan energi kinetik karena terjadi perubahan Ek. koefisien restitusi e adalah pecahan.
Hukum kekekalan momentum
m1 v1 + m2 v2 = m1 v’1+ m2 v’2
dan 0 < e < 1
Tidak berlaku hukum kekekalan energi, berarti ada energi kinetik yang hilang selama proses tumbukan sebesar ∆Ek.
∆Ek = [1/2 m1v12 + 1/2 m2v22 ] – [1/2 m1 v’12 + 1/2 m2 v’22]
- Tumbukan Tidak Lenting Sempurna
Pada jenis tumbukan ini berlaku Hukum kekekalan momentum dan tidak berlaku hukum kekekalan energi kinetik karena terjadi perubahan Ek. koefisien restitusi e = 0.
0 = -[v’2 – v’1]
v’1 = v’2
[ 1.6 ]
kecepatan akhir kedua benda sama dan searah. Berarti kedua benda bergabung dan bergerak bersama-sama.
Besar energi kinetik yang hilang ∆Ek
∆Ek = [1/2 m1v12 + 1/2 m2v22 ] – [1/2 m1 v’12 + 1/2 m2 v’22]
[ 1.7 ]
dimana : v’1 = v’2
Link Tutorial Materi Tumbukan :
Link Here
Link Here
Momentum sudut merupakan besaran vektor. Momentum sudut didefinisikan sebagai hasil perkalian silang antara vektor r dan momentum linearnya. Arah momentum sudutdari suatu benda yang berotasi dapat ditentukan dengan kaidah putaran sekrup atau dengan aturan tangan kanan. Jika keempat jari menyatakan arah gerak rotasi, maka ibu jari menyatakan arah momentum sudut.
Dalam gerak rotasi, besaran yang analog dengan momentum linier adalah momentum sudut. Untuk benda yang berotasi di sekitar sumbu yang tetap, besarnya momentum sudut dinyatakan :
L = I. ω
dengan:
L =momentum sudut [kgm2/s]
I = momen inersia [kgm2]
ω = kecepatan sudut [rad/s
Pada gerak lurus atau gerak translasi, faktor yang menyebabkan adanya gerak adalah gaya [F]. Sedangkan pada gerak rotasi atau gerak melingkar, selain gaya [F], ada faktor lain yang menyebabkan benda itu bergerak rotasi yaitu lengan gaya [l] yang tegak lurus dengan gaya.
Secara matematis, momen gaya dirumuskan
τ = F x l
Jika antara lengan gaya l dan gaya F tidak tegak lurus maka
τ = F . l sin θ
dimana θ adalah sudut antara lengan gaya l dengan gaya F.
Lengan gaya merupakan jarak antara titik tumpuan atau poros ke titik dimana gaya itu bekerja. Jika gaya dikenakan berada di ujung lengan maka bisa kita katakan lengan gaya [ l ] sama dengan jari-jari lingkaran [r].
Sehingga momen gaya dapat juga kita tulis
τ = F . r
Secara matematis, momen inersia partikel dirumuskan sebagai berikut :
Link Tutorial Materi Momentum Sudut dan Benda Tegar :
Link Here
Link Here
Link Here
Fluida statis atau hidrostatika merupakan salah satu cabang ilmu sains yang membahas karakteristik fluida saat diam, biasanya membahas mengenai tekanan pada fluida ataupun yang diberikan oleh fluida [gas atau cair] pada objek yang tenggelam didalamnya.
Massa jenis merupakan suatu ukuran kerapatan suatu benda dan didefinisikan sebagai berat suatu benda dibagi dengan dengan volumenya. Semakin besar massa jenisnya, maka benda tersebut memiliki kerapatan yang besar.
Dimana:
ρ [dibaca rho] merupakan massa jenis suatu benda [kg/m3]
m merupakan massa benda [kg]
V merupakan volume benda [m3]
Tekanan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada suatu bidang persatuan luas bidang tersebut. Bidang atau permukaan yang dikenai gaya disebut bidang tekan. Gaya yang diberikan pada bidang tekan disebut gaya tekan. Rumus Tekanan adalah sebagai berikut.
Keterangan:
ρ = tekanan, satuan pascal [pa]
F = gaya tekan, satuannya Newton [N]
A = luas bidang tekan , satuaanya m2
Tekanan hidrostatis adalah tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair tersebut. Tekanan hidrostatik dirumuskan sebagai berikut.
dimana:
ph = tekanan hidrostatik [N/m2 atau Pa]
p = massa jenis zat cair [kg/m3]
g = percepatan gravitasi [m/s2]
h = kedalaman dari permukaan zat cair [m]
- Hukum – Hukum Dasar Fluida Statis
“Tekanan yang diberikan pada suatu fluida dalam ruang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana.”
Hukum Pascal dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan :
P1 , p2 = tekanan pada piston 1 dan 2
F1 , F2 = gaya tekan pada piston 1 dan 2
A1 , A2 = luas penampang pada piston 1 dan 2
“Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan.”
Hukum Archimedes dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan :
FA = gaya ke atas [N]
ρF = massa jenis fluida [kg/m3]
g = percepatan gravitasi [m/s2]
VF = volume fluida yang dipindahkan atau volume benda yang tercelup [m3]
Link Tutorial Materi Statika Fluida :
Link Here
Link Here
Link Here
Fluida dinamis adalah fluida [bisa berupa zat cair, gas] yang bergerak.
- Besaran – besaran dalam Fluida Dinamis
Jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu, atau:
Dimana :
Q = debit aliran [m3/s]
A = luas penampang [m2]
V = laju aliran fluida [m/s]
Aliran fluida sering dinyatakan dalam debit aliran
Dimana :
Q = debit aliran [m3/s]
V = volume [m3]
t = selang waktu [s]
Q1 = Q2
A1v1 = A2v2
- Penerapan Dalam Teknologi
Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan [p], energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :
Keterangan :
p = tekanan air [Pa]
v = kecepatan air [m/s]
g = percepatan gravitasi [9,8 m/s2]
h = ketinggian air [m]
Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah.
Akibatnya terjadi gaya angkat pesawat dari hasil selisih antara tekanan di atas dan di bawah di kali dengan luas efektif pesawat.
Keterangan:
ρ = massa jenis udara [kg/m3]
va= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat [m/s]
vb= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat [m/s]
F = Gaya angkat pesawat [N]
Link Tutorial Materi Dinamika Fluida :
Link Here
Link Here
Link Here
Gas yang paling sederhana dan mendekati sifat-sifat gas sejati adalah gas ideal. Persamaan umum gas ideal dapat dituliskan :
PV = nRT
dengan :
P = tekanan gas [N/m2 = Pa]
V = volume gas [m3]
n = jumlah mol gas [mol]
T = suhu gas [K]
R = tetapan umum gas = 8,314 J/mol K
Persamaan umum gas ideal tersebut di atas dapat juga dinyatakan dalam bentuk :
n = N / NA
PV = nRT
PV = NRT / NA dengan R / NA = k
Maka diperoleh :
PV = NkT
k = tetapan Boltzman
= 1,38 . 10-23J/k
- Hukum – Hukum Pada Gas Ideal
Hukum Boyle menyatakan bahwa dalam ruang tertutup pada suhu tetap, tekanan berbanding terbalik dengan volume gas, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan :
PV = konstan
dengan :
P = tekanan gas [N/m2]
V = volume gas [m3]
Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa “Dalam ruang tertutup dan volume dijaga tetap, tekanan gas akan sebanding dengan suhu gas”. Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, menjadi :
P / T = konstan
dengan :
P = tekanan gas [ N/m2]
T = suhu gas [K]
Penggabungan hukum Boyle Gay-Lussac membentuk hukum Boyle Gay-Lussac yang menyatakan bahwa “Gas dalam ruang tertutup jika suhunya berubah, maka akan diikuti perubahan tekanan dan volume gas”. Sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan :
PV / T = konstan
Pada pembahasan sifat-sifat gas ideal dinyatakan bahwa gas terdiri dari partikel-partike gas. Partikel-partikel gas senantiasa bergerak hingga menumbuk dinding tempat gas. Dan tumbukan partikel gas dengan dinding tempat gas akan menghasilkan tekanan.
P = Nmv2 / 3V
dengan :
P = tekanan gas [N/m2]
v = kecepatan partikel gas [m/s]
m = massa tiap partikel gas [kg]
N = jumlah partikel gas
V = volume gas [m3]
Link Tutorial Materi Teori Kinetik Gas :
Link Here
Link Here
Link Here
Link He
- Usaha Sistem dalam Lingkungan
Persamaan usaha yang dilakukan gas dapat ditulis sebagai berikut :
W = F . ∆s
W = P . A . ∆s
W = P . ∆V atau W = P [ V2 – V1 ]
karena A. Δs = ΔV , maka:
Ketererangan :
W = usaha [ J]
V1 = volume mula-mula [m3]
P = tekanan [N/m2]
V2= volume akhir [m3]
ΔV = perubahan volume [m3]
Secara matematis, hokum 1 termodinamika dituliskan sebagai berikut :
Q = W + ∆U
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan Delta U adalah energi dalam.
Proses Isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap.
W = P [ V2 – V1 ]
= P [∆V]
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha [W = p∆V]. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku:
QP = W + ∆V
Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan. QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai : W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas [W] dapat dinyatakan sebagai selisih energi [kalor] yang diserap gas pada tekanan konstan [Qp] dengan energi [kalor] yang diserap gas pada volume konstan [QV].
gambaran grafiknya:
Proses Isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap.
W = P [∆V] = P [0]
W = 0
gambaran grafiknya:
Proses Isotermal adalah proses perubahan keadanan suhu tetap. Proses ini mengikuti proses hokum boyle, yaitu PV = KONSTAN.
Q = W = nRT 1n
Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk ke sistem atau keluar dari sistem [gas] yaitu :
Q = 0
Kapasitas kalor diartikan sebagai banyaknya kalor yang diserap oleh suatu benda bermassa tertentu untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Satuan kapasitas kalor dalam sistem International yaitu J/K.
Untuk menentukan kapasitas kalor suatu zat digunakan persamaan :
C = Q / ΔT
Dimana :
C = kapasitas kalor [J/K]
Q = banyaknya kalor [J]
ΔT = perubahan suhu [K]
Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.
- Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas [Kelvin Planck].
- Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar [Clausius].
- Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel [Clausius].
Bunyi Hukum II Termodinamika
Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan : “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.
Link Tutorial Materi Hukum Termodinamika :
Link Here
Link Here
Link Here