REFLEKSI. Fisika SMA / MA Kelas XI

Transkripsi

1 REFLEKSI Setelah Anda epelajai keseluuhan atei pada bab ini, buatlah sebuah peta konsep vesi Anda. Anda bebas ebuat odel, bentuk, dan isinya. Bandingkan peta konsep Anda dengan tean sekelas. Diskusikan besaa peta konsep ana yang paling lengkap dan udah dipahai. Jika kesulitan, aka intalah pendapat guu atau oang yang bekopeten di bidang ini! 8

2 BAB KETERATURAN GERAK PLANET Tujuan Pebelajaan Setelah epelajai atei pada bab ini, dihaapkan Anda apu enganalisis, engintepetasikan, dan enyelesaikan peasalahan yang tekait dengan konsep gaya dan elastisitas bahan seta dapat enggunakannya dala kehidupan sehaihai. Kata Kunci Angule Elips Obit Planet Aphelion Gavitasi Peihelion ekuius as atahai venus bui yupite uanus satunus neptunus Gaba.1 Tiap planet eiliki obit teatu dala engelilingi atahai. Coba Anda pehatikan langit pada ala yang ceah. Menakjubkan bukan? Pecayakah Anda jika ala seesta eiliki keteatuan? Ala seesta eupakan sebuah siste aha besa, anusia bau apu ebuka sedikit tabi ahasianya. Sejak zaan dahulu anusia selalu encoba ebuka tabi ala seesta, baik secaa istis aupun asional. Sebagai calon peiki yang asional, Anda tentu eahai keteatuan siste ini tidak uncul secaa kebetulan, elainkan ada fakto-fakto penyebabnya. Pada bab ini kita akan ebahas keteatuan ini bedasakan huku-huku Newton. Bagaiana Si Issac Newton enganalisis keteatuan ini, ai kita bahas besaa. Sube: Encata Encyclopedia, 006. Keteatuan Geak Planet 9

3 Untuk epeudah epelajai atei pada bab ini, pehatikan peta konsep beikut! Geak Planet Keple Lintasan Planet Newton Gaya Gavitasi Dinaika Geak Peneapan Dala Tata Suya 0

4 A. Huku-Huku Keple Jauh sebelu Newton epelajai tentang fenoena ala seesta, Kepple telah lebih dahulu enyelidiki geak planet dala tata suya. Sebagai seoang ahli ateatika, beliau condong epelajai hal ini dala cakupan ateatik diana gejala-gejala keteatuan dideteksi dai lintasan dan peiodenya. Keple eneukan bahwa planet begeak dengan kelajuan tidak konstan tetapi begeak lebih cepat ketika dekat dengan atahai dibanding saat jauh dengan atahai. Dengan enggunakan hubungan ateatika yang tepat antaa peiode planet dan jaak ata-ata dai atahai, ia behasil ebeikan kesipulan dala huku-huku tentang geak planet yang keudian dikenal dengan huku Keple. Bagaiana bunyi huku Keple? 1. Huku I Keple: Huku I Keple enyatakan bahwa seua planet begeak dala obit elips dengan atahai sebagai salah satu fokusnya. Pehatikan Gaba. di bawah ini! P A Gaba. Lintasan planet bebentuk elips. Pada Gaba. enunjukkan lintasan elips dai planet dengan atahai beada salah satu titik fokusnya (F). Titik P eupakan titik diana planet paling dekat dengan atahai dan dinaakan dengan Peihelion. Sedangkan titik A adalah titik tejauh planet degan atahai yang dinaakan dengan Aphelion. Keteatuan Geak Planet 1

5 Sube : Encata Enclycopedi, 006. TOKOH Johannes Keple ( ) Johannes Keple adalah salah satu iluwan yang beasal dai Jean. Beliau seoang ahli astonoi dan ateatika. Keple lahi di Weil de Stadt, Wuttebeg, Jean pada tanggal 7 Desebe 1571 dan eninggal di Regnsbug Jean pada tanggal 15 Novebe 160. Peneuan Keple yang sangat tekenal adalah dala eneukan obit planet yang sebenanya. Huku-huku engenai obit planet ini dikenal dengan sebutan huku Keple. Keple juga sebagai peneu teoi cahaya, penyusun katalog bintang, peneeu teleskop Keple, dan peneu sibolise popotion divina dala geoeti, seta dikenal dengan bapak optika oden. Musi-Musi Di Bui JENDELA IPTEK Bui tidak beputa dengan posisi tegak, tetapi condong ebentuk sudut yang selalu tetap. Ketika bui beada pada salah satu sisi atahai, dan belahan bui utaa (daeah utaa ekuato) condong ke aah atahai, aka belahan bui ini akan eneia sina atahai lebih banyak, sehingga enyebabkan usi panas. Pada saat yang saa, bui bagian selatan condong enjauhi atahai, sehingga enyebabkan usi dingin. Jika peukaan bui tidak enghadap atahai dan belahan bui utaa condong enjauhi atahai, aka tejadilah usi dingin. Tetapi jika bui beputa engelilingi atahai dan tidak satupun belahan bui yang condong ke aah atahai, aka kita engalai usi sei dan usi gugu. Sube: Planet Bui, 005.

6 . Huku II Keple Huku II Keple enyatakan bahwa gais yang enghubungkan tiap planet ke atahai enyapu luasan yang saa dala waktu yang saa. B O t A Matahai D t Planet C Gaba. Luas daeah asian OAB saa dengan luas daeah asian OCD. Pehatikan gaba.! Gaba tesebut enjelaskan huku II Keple. Pada waktu yang saa yaitu t, aka luasan OAB saa dengan luasan OCD. Sebuah planet begeak lebih cepat ketika lebih dekat dengan atahai dibandingkan ketika saat jauh dengan atahai.. Huku III Keple Pada huku III Keple enyatakan bahwa kuadat peiode tiap planet sebanding dengan pangkat tiga jaak ata-ata planet dai atahai. Huku III Keple enunjukkan hubungan antaa peiode dengan jaak ata-ata planet ke atahai. Jika adalah jaak ata-ata antaplanet dan atahai, sedangkan T adalah peiode evolusi planet, aka secaa ateatis huku III Keple dapat ditulis sebagai beikut. T C atau T 1 C Dengan C adalah konstan, sehingga untuk dua buah planet belaku: T 1 1 T Keteatuan Geak Planet

7 Keteangan : T 1 : peiode planet ke-1 T : peiode planet ke- 1 : jaak ata-ata planet ke-1 dengan atahai : jaak ata-ata planet ke- dengan atahai. CONTOH SOAL Peiode bui engelilingi atahai adalah 65,5 hai dan peiode venus engelilingi atahai adalah 4,7 hai. Bila jaak antaa bui dan atahai adalah 150 juta k, aka tentukan jaak venus ke atahai! Diketahui : T 1 65,5 hai T 4,7 hai juta k k k. Ditanyakan:...? Jawab : Menuut huku III Keple 65, T 1 1 T 4,7 4,7 65, 5 ( ) ,09 ( ) 1407, juta k Jadi, jaak venus ke atahai adalah 108 juta k. 4

8 JENDELA IPTEK Tidak ada anusia yang dapat tebang di Bui, kecuali dengan enggunakan alat bantu. Bebeda dengan di Bulan. Di Bulan paa astonot dapat elayang-layang dengan udahnya seakan-akan astonot tesebut tidak epunyai bobot. Untuk dapat elayang di suatu tepat tanpa enggunakan alat bantu, aka tepat yang digunakan haus tidak tepengauh gaya taik gavitasi. TUGAS Pantai Pangandaan adalah tepat wisata yang tekenal di Jawa Baat. Pada ala hai peukaan pantai akan enjook ke daat. Gejala ini disebabkan tejadinya pasang naik. Pasang naiknya ai laut, tejadi ketika ala tiba seiing unculnya bulan. Pada saat bulan punaa, tejadi pasang naik aksiu. Bedasakan Huku-huku Newton tentang gavitasi, diskusikan gejala ini besaa tean kelopoku. Susun hipotesa tentang engapa ini bisa tejadi. Pesentasikanlah di depan kelas! UJI PEMAHAMAN Kejakanlah soal-soal di bawah ini di dala buku tugas Anda! 1. Apakah konsekuensinya suatu planet dala eenuhi huku Keple yang kedua?. Kapan kedudukan bui paling dekat dengan atahai dan kapan pula yang tejauh?. Dua planet epunyai pebandingan peiode lintasan 1:. Beapa pebandingan jaaknya? 4. Bagaiana luas enegi kinetik planet selaa engelilingi atahai? Keteatuan Geak Planet 5

9 B. Huku-Huku Newton Coba Anda ingat lagi fenoena pada geak elingka! Masih ingatkah Anda tentang gaya sentifugal? Ya, jika pada suatu benda dipaksa untuk begeak elingka oleh gaya sentipetal aka pada benda tesebut tibul eaksi dengan gaya sentifugal F 1 F 1 (a) (b) Gaba.4 (a) Benda beassa 1 di posisi 1 dan benda kedua beassa di posisi engaah dai 1 ke dan (b) Gaya F 1 engaah dai 1 ke dan gaya F 1 engaah dai ke 1. JENDELA IPTEK Sube : Encata Enclycopedia, 006 Si Isaac Newton Isaac Newton ( ) ahli filsafat, Mateatika dan Fisika kelahian Inggis. Naanya diabadikan sebagai satuan gaya. Dai huku Keple, Newton enuunkan huku gavitasi dan juga enyusun huku geak. Pola pikinya ditulis di buku dengan judul Phitosophy tekenal pincipia. (judul aslinya Philosophiae Natualis Pincipal Mateatika). Pada saat bulan begeak engelilingi bui dengan kecepatan v, aka akan tibul gaya sentifugal (Fs) yang endoong bulan ke lintasan lua. Apabila gaya ini dibiakan bekeja tanpa ada penyeibangnya, aka secaa otoatis seakin laa bulan akan enjauhi bui. Bagaiana kenyataannya? Ya, tenyata tidak deikian bukan? Mengapa? Hal ini beati ada gaya lain yang elawan gaya sentifugal ini aga bulan tetap beeda pada lintasannya. Dengan gaya ini bulan akan ditaik oleh bui aga tidak kelua lintasan. Gaya ini selanjutnya dikenal dengan gaya gavitasi. Bagaiana Newton enyelidiki tentang gavitasi? 6

10 Newton epostulatkan bahwa tiap benda engadakan gaya taik pada benda lain yang sebanding dengan assa kedua benda dan bebanding tebalik dengan kuadat jaak pisah antaa kedua benda tesebut. Gaya yang dibeikan oleh assa 1 pada adalah F 1 besanya adalah sebagai beikut. F 1 G 1 1 Keteangan : F : gaya taik gavitasi (N) 1 : assa benda 1 (kg) : assa benda (kg) : jaak antaa kedua benda (c) G : konstanta gavitasi uu (6,67 x N /kg ) Huku ketiga Newton enyatakan bahwa gaya F 1 yang dikejakan oleh pada 1 adalah negatif dai F 1. Atinya F 1 adalah saa besanya dengan F 1 tetapi aahnya belawanan. Planet-planet engelilingi atahai ditaik oleh sebuah gaya yang besanya bebeda-beda sesuai 1 dengan beubahnya, sehingga lintasan planet itu bebentuk elips. Jadi, huku I Keple adalah akibat langsung dai huku gavitasi Newton. Huku II Keple dipeoleh dai kenyataan bahwa gaya yang dibeikan oleh atahai ke planet diaahkan ke atahai. Pehatikan Gaba.5! v dt Planet Matahai Gaba.5 Luas yang disapu planet dala waktu dt adalah sepaoh dai jajaan genjang yang telihat. Dala waktu dt planet begeak sejauh v dt dan enyapu sepauh luasan jajaan genjang yang dibentuk oleh vekto dan v dt, yaitu v dt. Jadi, luas da yang disapu dala waktu dt oleh vekto jejai adalah da 1 v dt 1 v dt 1 Ldt, dengan L v eupakan oentu angula planet elatif tehadap atahai. Keteatuan Geak Planet 7

11 TUGAS 1 Jelaskan secaa fisis pesaaan da L dt, keudian bandingkan dengan Huku II Keple! (Buka kebali bunyi Huku II Keple) Luasan yang disapu dala selang waktu tetentu dt sebanding dengan oentu angula L. Selaa planet begeak, nilai L adalah konstan, aka luasan yang disapu dala suatu selang waktu tetentu dt adalah saa untuk seua bagian obit. Hal ini saa dengan yang dikeukakan Keple dala Huku II Keple. Sekaang ditinjau dai sebuah planet yang begeak engelilingi atahai dengan kelajuan v dala obit lingkaan bejai-jai. Kaena planet begeak dala sebuah lingkaan, aka planet epunyai pecepatan sentipetal. Dai huku II Newton tentang geak dibeikan : F p a Dan bedasakan huku gavitasi Newton : didapatkan : F GM p, GM p v p v G M v G M Keteangan : M : assa atahai p : assa assa planet : jaak ata-ata antaa planet dan atahai v : kecepatan satelit 8

12 Jaak yang ditepuh oleh planet adalah sepanjang. Apabila jaak yang ditepuh oleh planet tesebut selaa satu peiode tetentu, aka kelajuan planet tesebut dapat ditulis sebagai beikut. v T Jika v T disubstitusikan ke G M v, aka akan dipeoleh : v 4 T G M Þ T 4 G M Pesaaan di atas iip dengan huku III Keple. Pesaaan tesebut juga belaku untuk obit satelit tiap planet jika assa atahai M diganti dengan assa planet. TUGAS Diskusikan dengan kelopok Anda soal di bawah ini! 4 Jelaskan pesaaan dan pebedaan uus T GM, dengan huku III Keple! (Coba tanyakan kepada guu Anda untuk engecek jawaban kelopok Anda!) CONTOH SOAL 1. Hitunglah gaya taik antaa atahai dengan Mekuius, bila assa atahai 1, kg, assa Mekuius, 10 kg dan jaak Mekuius ke atahai 57,9 10 9! Diketahui : M 1, kg p, 10 kg 57, Ditanyakan: F...? Jawab : F G p Keteatuan Geak Planet 9

13 F 11 0 (6,67 10 ) (1,99 10 )(, 10 ) 57, , , ,06 10 N. Mas epunyai bulan dengan peiode 460 enit dan jai-jai obit ata-ata 9, Beapa assa Mas? Diketahui : T 460 enit s 9,4 x 10 6 G 6,67 x N /kg Ditanyakan: M...? Jawab : 4 T 4 GM Þ M GT 4 6 9,4 10 6,67 10 ( ) 6,45 10 kg 11 UJI PEMAHAMAN Kejakanlah soal-soal di bawah ini di dala buku tugas Anda! 1. Peiode Mas engelilingi Matahai adalah 687 hai dan peiode Uanus engelilingi Matahai adalah 84 tahun. Bila jaak antaa Mas dan Matahai adalah 8 juta k, tentukan jaak Uanus ke Matahai!. Jaak antaa Matahai ke Venus 108, 10 9, bila assa Matahai 1, kg dan assa Venus 4, kg, aka tentukanlah gaya taik antaa atahai dan Venus!. Hitunglah assa Bui dai peiode bulan T 7, hai, jai-jai obit ata-ata 1, ! (bandingkan dengan jawaban tean Anda!) 40

14 RANGKUMAN 1. Huku I Keple enyatakan bahwa seua planet begeak dala obit elips dengan atahai di salah satu fokusnya.. Huku II Keple enyatakan gais yang enghubungkan tiap planet ke atahai enyapu luasan yang saa dala waktu yang saa.. Huku III Keple enyatakan bahwa kuadat peiode tiap planet sebanding dengan pangkat tiga jaak ata-ata planet dai atahai. 4. Newton epostulatkan bahwa tiap benda engadakan gaya taik pada benda lain yang sebanding dengan assa kedua benda dan bebanding tebalik dengan kuadat jaak pisah antaa kedua benda tesebut. UJI KOMPETENSI Kejakanlah soal-soal di bawah ini di dala buku tugas Anda! 1. Mekuius adalah planet yang paling dekat dengan atahai. Mekuius engelilingi atahai dala lintasan bebentuk elips. a. Benakah penyataan di atas? Tunjukkan data-data yang endukung jawaban Anda! b. Apabila peiode ekuius 88 hai dan peiode venus adalah 4,7 hai aka hitunglah jaak ekuius ke atahai bila jaak venus 108 juta k. c. Bagaiana enuut Anda, bui engelilingi atahai atau atahai engelilingi bui? Jelaskan!. Hitunglah gaya taik antaa atahai dan as, bila asa atahai 1, kg, assa as 6,4 10 kg dan jaak as ke atahai 7,9 juta k!. Uanus epunyai bulan yaitu ubiel, yang jai-jai obit ataatanya dan peiodenya, sekon. Hitunglah peiode bulan uanus lainnya yaitu obeon yang bejai-jai obit ata-atanya dan gunakan nilai G yang diketahui untuk enghitung assa Uanus! 4. Beapa besa kecepatan iniu sebuah benda yang ditebakkan dai peukaan bui aga benda tesebut encapai jaak tak tehingga! Keteatuan Geak Planet 41

15 5. Apabila diketahui dala suatu ato hidogen, elekton dan potonnya tepisah sejauh 5, 10-11, aka beapa gaya gavitasi antaa dua patikel tesebut? 6. Jika diketahui beat satelit di peukaan bui sebesa W, aka beapa gaya gavitasi bui yang akan enaik satelit ketika satelit engobit di dala satu obit dengan jai-jai tiga kali jai-jai bui? 7. Hitung beat oang di bulan jika diketahui beat di bui sebesa 600 N! (dianggap jai-jai bui,7 kali jai-jai bulan dan assa bui 80 kali assa bulan). 8. Sebuah satelit engelilingi bui pada ketinggian 800 k dai peukaan bui. Jika gaya gavitasi g 10 /s dan jai-jai bui 6,75 k, aka tentukan peiode dan kecepatan satelit! 9. Diketahui jai-jai bui 6,75 k dan pecepatan gavitasi bui 10 /s. Jika peiode bulan engelilingi bui 7, hai beapa jaak antaa bulan dengan bui? 10. Sebuah benda di bui epunyai beat w 1 dan beat di suatu planet lain sebesa w. Jika assa planet tiga kali assa bui dan jai-jai planet dua kali jai-jai bui, aka beapakah pebandingan beat benda di bui dengan di planet? TUGAS PROYEK Menjelang hai aya seing kali kita lihat kebang api ainan betebangan di udaa ala. Dengan kebang api ini, coba Anda ancang sebuah pecobaan yang enggabakan poses penepatan satelit pada wilayah nol gavitasi. Jika ancangan odel oket Anda kuang bena, aka kebang api ini tidak akan dapat eluncu ke udaa. REFLEKSI Setelah Anda epelajai keseluuhan atei pada bab ini, buatlah sebuah peta konsep vesi Anda. Anda bebas ebuat odel, bentuk, dan isinya. Bandingkan peta konsep Anda dengan tean sekelas. Diskusikan besaa peta konsep ana yang paling lengkap dan udah dipahai. Jika kesulitan, aka intalah pendapat guu atau oang yang bekopeten di bidang ini! 4