RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

Transkripsi

1 RUANG LINGKUP ILMU FISIKA Definisi Ilmu Fisika Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang tidak hidup serta interaksi dalam lingkup ruang dan waktu. Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos yang artinya alamiah. Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati perilaku dan sifat materi dalam bidang yang beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos. Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika karena banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis dan perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, misalnya Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb. Teori utama dalam ilmu Fisika 1. Mekanika Klasik :Hukum Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum. 2. Elektromagnetik :Elektrostatik, Listrik, Magnetik, dan Per -1-

2 samaan Maxwell. 3. Mekanika Kuantum : Persamaan Schrödinger dan Teori medan kuantum. 4. Relativitas : Relativitas khusus dan umum. Bidang utama dalam Fisika 1. Astrofisika : Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal. 2. Fisika atom, molekul dan optik 3. Fisika partikel :Fisika Akselerator dan Fisika nuklir. 4. Fisika benda kondensasi :Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer dsb. -2-

3 BESARAN DALAM ILMU FISIKA Besaran Pokok Besaran Pokok adalah besaran yang tidak tergantung pada besaran yang lain. Menurut Sistem International(SI) 1960, Bureau of Weight and Measures (Paris) Besaran Simbol Satuan Panjang l m-meter Massa m kg-kilogram Waktu t s-detik Arus listrik I A-ampere Temperatur T K-kelvin Intensitas penyinaran Lc Cd-candela Banyak zat N mol Selain besaran pokok ada juga besaran yang melengkapi besaran pokok yaitu sudut bidang dalam Radian(Rad) dan sudut ruang dalam Steradian(Sr). Sudut terbesar pada sudut bidang adalah 4π rad dan sudut terbesar pada sudut ruang adalah 4π Sr. -3-

4 r 1 rad r r 1 Sr r r Luas (a) Sudut Bidang (b) Sudut Ruang Gambar 1: Sudut bidang(radian) dan Sudut ruang(steradian) Besaran Turunan Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan antara lain : Kecepatan, Percepatan, Gaya, Momentum dan Impuls, Energi dan Kerja, Gaya Listrik dan Magnetik, Medan Listrik, dan Magnetik, Potensial listrik dan Induksi magnetik, dsb Satuan Satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Ada dua macam bentuk satuan yaitu : Metrik dan non Metrik masingmasing terdiri atas sistem statik dan dinamik Sistem rasionalisasi ada dua macam yaitu Statik dan Dinamik. Sistem statik terdiri atas sistem gravitasi dan sistem teknis(praktis) seperti meter kilogram sekon dan ft lbwt-sec/ft lbf sec. -4-

5 Sistem dinamik terdiri atas sistem cgs(cm gram sekon) dan mks(meter kilogram sekon). Satuan Internasional adalah Sistem MKS yang telah disempurnakan Meter: satu meter adalah panjang lintasan cahaya di ruang vakum selama detik. Kilogram : satu kilogram adalah massa kilogram berbentuk silinder yang dibuat dari bahan platina iridium(sévres Perancis). Second: satu detik adalah interval waktu dari , 770 kali getar radiasi dari atom Cs 133 Ampere: satu ampere adalah arus tetap yang terjadi bila dua konduktor lurus sejajar dengan panjang tak berhingga berjarak satu meter diletakkan dalam ruang vakum akan menghasilkan gaya antara dua konduktor sebesar N. bagian dari temperatur termo- Kelvin: satu kelvin adalah dinamis dari titik triple air. Candela: satu candela adalah kuat penerangan tegak lurus 1 permukaan yang luasnya m2 dari sebuah benda hitam pada titik beku platina( k)dan tekanan 1 atm. Dimensi Dimensi adalah penulisan suatu formula fisika dengan menggunakan besaran-besaran pokok, seperti Massa [M], Panjang [L], Waktu [T], Temperatur [θ], Arus listrik [I] -5-

6 Besaran Kecepatan Percepatan Gaya Energi Momentum Dimensi LT 1 LT 2 MLT 2 ML 2 T 2 MLT 1 Vektor dan Skalar Besaran Vektor adalah besaran yang memiliki besar(nilai) dan mempunyai arah misalnya : pergeseran, kecepatan, percepatan, medan listrik-magnet dsb. Besaran Skalar adalah besaran yang hanya memiliki besar(nilai) saja misalnya massa, temperatur, kerja, energi dsb. Notasi vektor Vektor dilambangkan dengan tanda panah( ) atau huruf tebal. Misalkan vektor A dilambangkan dengan A atau A dan diikuti dengan vektor satuan Bˆb atau Bˆb Dalam sistem koordinat Cartesius dengan sumbu x, y dan z pada arah positif adalah vektor satuannya ˆx, ŷ, ẑ atau î, ĵ, ˆk. Sehingga penulisan suatu vektor dalam ruang da -6-

7 pat dinyatakan sbb: A = Aˆx + Aŷ + Aẑ atau A = Aˆx + Aŷ + Aẑ (1) B = Bî + Bĵ + Bˆk atau B = Bî + Bî + Bˆk A A A= B A B Gambar 2: Gambar vektor dan penulisan vektor Perhitungan vektor Suatu vektor dikatakan sama besar jika besar, sejajar dan arahnya sama seperti vektor a = b dan jika berlawanan arah maka vektor a = b. Penjumlahan Vektor a = aî + aĵ + aˆk dan b = bî + bĵ + bˆk (2) Maka penjumlahan vektor A dan vektor B adalah A + B = ( A + B)î + ( A + B)ĵ + ( A + B)ˆk (3) Pengurangan Vektor Maka pengurangan vektor A dan vektor B adalah A B = ( A B)î + ( A B)ĵ + ( A B)ˆk (4) -7-

8 Sifat-sifat Aljabar Vektor 1. A + B = B + A (Sifat Komutatif) 2. A + (B + C) = (A + B) + C (Sifat Asosiatif) 3. ma = Am (Sifat Komutatif Perkalian) 4. m(na) = (mn)a (Sifat Asosiatif Perkalian) 5. (m + n)a = ma + na (Sifat Distributif) 6. m(a + B) = ma + na (Sifat Distributif) Vektor Satuan Vektor satuan dinyatakan sebagai â = A A (5) Arah vektor satuan sama dengan arah vektor dan dinyatakan dengan î, ĵ z k j y i O x Gambar 3: Vektor satuan -8-

9 Mencari Resultan Vektor Metode Jajaran Genjang Ada vektor a dan b maka resultannya R a φ θ r=a+b b Gambar 4: Resultan vektor dengan metode jajaran genjang R = a + b = a 2 + b a b cosθ (6) Arah R dapat ditentukan oleh sudut antara R dan a atau b misalkan φ maka b sinφ = a + b sin(180 θ) sinφ = b sinθ a + b (Aturan Sinus) (7) Mencari selisih vektor sama dengan penjumlah vektor yaitu R = a b = a + b (8) = a 2 + b 2 2 a b cosθ -9-

10 Arah resultannya vektor R adalah b sinφ = a b sinθ sinφ = b sinθ a b (9) Metode Segitiga Metode ini mencari resultannya mirip dengan metode jajaran genjang yaitu R = a + b = a 2 + b a b cosθ (10) Arah R dapat ditentukan oleh sudut antara R dan a atau b misalkan φ maka b sinφ = a + b sin(180 θ) sinφ = b sinθ a + b R=a+b b a θ Gambar 5: Resultan vektor dengan metode segitiga -10-

11 Metode Uraian Komponen Vektor Metode uraian komponen yaitu penguraian komponennya dalam arah x, y dan z misalkan ada dua vektor a = aî+ aĵ dan vektor b = bî + bĵ maka resultannya R = Rî + Rĵ vektor komponen x komponen y a aî aî b bî bî Rî = aî + bî Rĵ = aĵ + bĵ Y by o 30o ay b T 2y β a α X T 2x T1y T 1x ax bx Massa Mg Gambar 6: Resultan vektor dengan metode uraian vektor -11-

12 Perkalian Vektor Vektor dengan konstanta k a = k aî + k aĵ + k aĵ k=konstanta (11) Perkalian titik(dot product) a b = a b cos( a, b) (12) j i.j =0 i. i =1 F W=F. s F k i s Gambar 7: Perkalian dot Sifat-sifat perkalian dot 1. A B = B A 2. A (B + C) = A B + A C 3. m(a B) = (ma) B = A (mb) m=skalar 4. î î = ĵ ĵ = ˆk ˆk = 1 dan î ĵ = ĵ ˆk = k î = 0 5. A B = 0; A dan B saling tegak lurus Perkalian kali(cross product) a b = a b sin( a, b) (13) -12-

13 ^ j F i x j =k F =q v x B B ^ k ^ i v Gambar 8: Perkalian cross a b = î ĵ ˆk a x a y a z bx by bz = ( a y bz a z by )î ( a x bz a z bx )ĵ + ( a x by a y bx )ˆk Sifat-sifat perkalian cross 1. A B = B A (Komutatif) 2. A (B + C) = A B + A C (Distributif) 3. m(a B) = (ma) B = A (mb) m=skalar 4. î î = ĵ ĵ = ˆk ˆk = 0 dan î ĵ = k, ĵ ˆk = î, k î = ĵ 5. A B = 0; A dan B sejajar atau vektor kosong -13-