DR. Ibnu Mas ud (drim)

Transkripsi

1 DR. Ibnu Mas ud (drim) Guru Fisika SMK Negeri 8 Malang Jl. Kurma No. 05 Kampung Mandar Sapeken Hp

2 KATA PENGANTAR Syukur dan alhamdulillah selalu dipanjatkan oleh penulis ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas karunia dan hidayah-nya, sehingga penulis dapat meyusun buku untuk SMK Negeri 8 Malang bidang adaptif yaitu FISIKA. Didorong oleh rasa tanggungjawab sebagai pengajar mata diklat fisika, serta ikut mencerdaskan bangsa melalui pengabdian dalam bidang pendidikan, maka kami susun buku FISIKA ini. Dengan buku FISIKA ini diharapkan siswa mampu mengembangkan kemapuan berfikir analisis induktif dan deduktif dengan menggunakan konsep dan prinsip fisika untuk menjelaskan peristiwa-peristiwa alam dan menyelesaikan masalah baik secara kuantatif dan kualitatif. Buku FISIKA ini sengaja penulis beri judul KONSULTASI FISIKA Sekolah Menengah yang disajikan dalam lima (5) bab, yang tiap bab yang telah disesuaikan dengan Standar Kompetensi dan Komptensi dasar yang digunakan di sekolah yang mengacu pada kurikulum KTSP. Sebenarnya buku ini merupakan edisi revisi dari buku yang terdahulu, dan telah di terbitkan secara khusus untuk siswa SMKN 8 Malang. Soal-soal dalam buku FISIKA ini disusun dari yang paling mudah sampai yang menantang dan bahannya sebagain besar diambil dari soal-soal EBTANAS, UAN SMA dan SMK serta Ujian Seleksi Masuk (USM) Perguruan tinggi dengan tujuan siswa terbiasa dengan soal yang diujukan di PT, sehingga pada saat mengikuti tes masuk PT siswa dapat bersaing dengan siswa SMA. ii

3 KATA PENGANTAR Perlu Kalian perhatikan, pada saat mengerjakan soal, selalu berusaha dan milikilah keyakian Jika Saya Mau, Pasti Saya Bisa dan Man Jadda Wa Jadda (siapa yang bersungguh-sungguh, akan sukses) maka kalian juga dapat menguasai konsep fisika. Akhirnya Penulis berharap semoga buku FISIKA ini dapat bermanfaat bagi siswa dan pendidik dalam membantu proses kegiatan belajar mengajar. Kritik dan saran yang konstruktif selalu kami harapkan demi penyempurnaan Buku FISIKA ini di edisi yang akan datang. Malang, Januari 2013 Penulis iii

4 DAFTAR ISI Sampul Awal Kata Pengantar Daftar Isi i ii iv BAB 1 Sifat Mekanik Zat 1 A. Konsep Elastisitas Bahan 3 B. Sifat Elastisitas Zat Padat 4 C. Konsep Stress, Strain, dan Modulus Young 5 D. Konsep Hukum Hooke 8 E. Rangkaian Pegas 10 Game Fisika 13 Evaluasi Bab 1 15 Bab 2 Getaran, Gelombang, dan Bunyi 19 A. Konsep Getaran 20 B. Getaran padda Bandul dan Pegas 23 C. Simpangan pada Getaran 28 D. Konsep Gelombang 30 E. Besaran Fisis pada Gelombang 33 F. Simpangan pada Gelombang Berjalan 35 G. Simpangan pada Gelombang Diam 39 H. Konsep Bunyi 44 I. Sumber Bunyi 46 J. Intensitas dan Taraf Intensitas 50 K. Efek Doppler 53 Game Fisika 56 Evaluasi Bab 2 58 Bab 3 Fluida Statis 63 A. Konsep Massa Jenis 65 B. Tekanan pada Fluida 66 C. Tekanan Hidrostatis 69 D. Tekanan Atmosfer dan Tekanan Mutlak 72 E. Hukum Pokok Hidrostatis 73 F. Hukum Pascal 75 G. Hukum Archimedes 79 H. Tegangan Permukaan pada Fluida (Pengayaan) 86 I. Vikositas (Pengayaan) 88 J. Hukum Stokes untuk Fluida Kental (Pengayaan) 89 K. Kecepatan Terminal (Pengayaan) 90 Game Fisika 92 iv

5 DAFTAR ISI Evaluasi Modul 3 94 Bab 4 Fluida Dinamis 101 A. Konsep Fluida 103 B. Persamaan Kontinuitas 104 C. Konsep Asas Bernoulli 107 D. Penerapan Asas Bernoulli 110 Game Fisika 117 Evaluasi Modul Bab 5 Suhu dan Kalor 125 A. Konsep Suhu dan Termometer 127 B. Konsep Kalor, Kalor Jenis, dan Kapasitas Kalor 131 C. Perubahan Wujud 134 D. Asas Black 137 E. Pemuaian Zat 139 F. Perpindahan Kalor 144 Game Fisika 149 Evaluasi Bab Daftar Pustaka 156 Tentang Penulis 157 v

6 SIFAT MEKANIK ZAT Gambar di atas merupakan salah satu dari penerapan pegas dalam kehidupan sehari hari, yaitu sistem suspensi. Suspensi menghubungkan body kendaraan dengan roda-roda, suspensi ini adalah sebuah sistem yang menunjang kenyamanan dalam berkendara, kareana suspensi memiliki beberapa komponen di dalamnya.fungsi dari suspensi ini antara lain: Suspensi dapat menyerap getaran, ayunan, dan guncangan yang diterima kendaraan saat berjalan ini sama dengan fungsi roda yang juga bisa menyerap getaran saat jalan dan menjaga kenyamanan penumpang Suspensi menopang body kendaraan dan menjaga hubungan geometris yang benar antara body dan roda-roda. Suspensi mengirimkan tenaga gerak dan pengereman yang diakibatkan oleh gesekan yang terjadi antara permukaan jala, antara chasis dan body.

7 KONSULTASI FISIKA Standar Kompetensi (SK) Menerapkan konsep sifat mekanik bahan Kompetensi Dasar (KD) 1. Menguasai Konsep Elastisitas Bahan 2. Menguasai Hukum Hooke 3. Memahami Konsep Elastisitas, Tegangan, Regangan Dan Modulus Young 4. Menganalisis Pengaruh Gaya Pada Sifat Elastisitas Bahan (pengayaan) 2

8 KONSULTASI FISIKA Sifat elastis atau elastisitas adalah kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk semula setelah gaya luar yang bekerja padanya dihilangkan/hilang. Sehingga benda elastis adalah benda yang memiliki sifat elastis. Beberapa contoh benda sehari hari yang memiliki sifat elastis. Balon pegas Ban Sifat tak elastis atau plastis adalah kemampuan suatu benda untuk tidak kembali ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang bekerja padanya dihilangkan / hilang. Sehingga benda plastis adalah benda yang memiliki sifat plastis. Beberapa contoh benda sehari hari yang memiliki sifat plastis. Plastisin Tanah liat 3 adonan kue

9 Perubahan bentuk terjadi akibat adanya pengaruh gaya yang besarnya sama dan dikerjakan pada benda padat. Terdapat tiga macam peubahan bentuk, yaitu : 1. Regangan, merupakan perubahan bentuk yang terjadi jika dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah diberikan pada kedua ujung benda dengan arah menjauh. Contoh konsep regangan contoh regangan dalam kehidupan sehari-hari 2. Mampatan, merupakan perubahan bentuk yang terjadi jika dua gaya yang sama besar dan berlawan arah diberikan pada kedua unjung benda dengan arah saling mendekat. Contoh konsep mampatan contoh mampatan dalam kehidupan sehari - hari 3. Geseran, merupakan perubahan bentuk yang terjadi jika kedua gaya yang sama besar dan berlawanan arah diberikan pada masing masing sisi, sehingga benda mengalami perubahan kedudukan sejauh l. contoh konsep geseran 4

10 1. Stress/Tegangan (σ), merupakan besarnya gaya (F) yang bekerja pada satu bidang luasan (A). tegangan dirumuskan : Dengan : σ = F A σ = tegangan (N/m 2 ) F = gaya yang bekerja pada suatu bidang (N) A = luas bidang yang dipengaruhi gaya (m 2 ) F σ A 2. Strain/Regangan (e), merupakn perbandingan antara perubahan panjang ( l) dengan panjang awal suatu benda (l o ). yang dirumuskan : e = l l o Dengan : e = regangan l = Perubahan panjang (m) l o = panjang awal (m) l e l o 3. Modulus Elastisitas atau Modulus Young (E atau Y), merupakan perbandingan antara tegangan (σ) dengan regangan (e). Modulus Elastisitas juga didefinisikan sebagai kekuatan suatu benda dalam mempertahankan batas elastisitasnya. Yang dirumuskan : E = σ = e F lo A l Dengan : 5

11 E A l KONSULTASI FISIKA E = modulus Young (N/m 2 e = regangan σ = tegangan (N/m 2 ) F = gaya yang bekerja pada suatu bidang (N) A = luas bidang yang dipengaruhi gaya (m 2 ) l = Perubahan panjang (m) l o = panjang awal (m) 2 ) F E F l o A l Kawat logam panjangnya 80 cm dan luas penampang 4 cm 2. Ujung yang satu diikat pada atap dan ujung yang lain ditarik dengan gaya 50 N. Ternyata menjadi 84 cm. Tentukan: a. regangan kawat, b. tegangan pada kawat, c. Modulus elastisitas kawat! Pembahasan: l o = 60 cm ; l = 64 cm; l = = 4 cm = 4 x 10-2 m A = 4 cm 2 = m 2 ; F = 50 N a. Regangan (e) e = l l o = 4 = = 0,05 b. Tegangan (σ) σ F A = = 4 c. Modulus Young (E) 5 = 1,25 10 N / m 2 1,25 10 E = σ = e 0,05 5 = N / m 6

12 1. Pegas dengan panjang mula-mula 10 cm, kemudian diberi beban ternyata panjang pegas sekarang menjadi 12 cm, maka regangan jenisnya? 2. Kawat berpenampang 16 mm 2 panjangnya 80 cm ditarik dengan gaya 40 N, sehingga panjangnya bertambah 0,5 mm. tentukan: a. tegangan; b. regangan; c. modulus elastisitas kawat adalah? 3. Batang logam memiliki modulus elastisitas N/m 2, luas penampang 2 cm 2 dan panjang 1 m. Jika diberi gaya 100 N maka tentukan: a. tegangan batang, b. regangan batang, c. pertambahan panjang! 5. Kawat logam yang panjangnya 4 m dan luas penampangnya 0,5 cm 2 bertambah panjang 0,20 cm ketika ujung ujungnya ditarik dengan dengan gaya 5000 N. tentukan modulus elastisitasnya? 6. Sebatang silinder timah hitam panjang 1 meter (E = 1,6 x N/m 2 ) yang memiliki luas penampang 1,25 x 10-3 m 2 ditarik oleh gaya 2500 N. Tenutkan : a. Tegangan ; b. Regangan. 7. Logam mempunyai panjang 1 m dan luas penampang 2 cm 2. Ujung-ujung batang ditekan dengan gaya 200 N, sehingga panjangnya berkurang 1 cm. Besar modulus elastisitas logam tersebut adalah. 4. Seutas kawat vertikal yang pada ujung bawahnya diberi beban 1500 N memiliki panjang 64,2 cm. jika modulus elastisitas (Young) kawat tesebut 1,6 x N/m 2. tentukan panjang kawat sebelum diberi beban. 8. Kawat dengan luas penampang 16 mm 2 panjangnya 80 cm ditarik dengan gaya 40 N sehingga panjangnya bertambah 0,5 cm. hitunglah : a. tegangan; b. regangan ; dan modulus elastisitas. 7

13 Hukum Hooke menjelaskan: jika gaya tarik tidak melampaui batas elastisitas bahan, maka perubahan panjang ( x) pegas berbanding lurus/sebanding dengan gaya tariknya (F) Sehingg dirumuskan : F = k x Dengan : F = gaya pegas (N)s k = konstanta pegas (N/m) x = perubahan panjang pegas (m) F k x Suatu pegas akan bertambah panjang 10 cm jika diberik gaya 10 N. hitunglah konstannta pegas tersebut? Pembahasan : x = 10 cm = 0,1 m; F = 10 N F = k x F 10 k = = x 0,1 k = 100N / m 8

14 1. Benda bermassa 4,5 kg digantungkan pada pegas sehingga pegas itu bertambah panjang sebesar 9 cm. Berapakah tetapan pegas tersebut? (g = 10 m/s 2 ). 2. Sebuah pegas yang digantungkan vertikal panjangnya 10 cm. Jika pegas diberi beban 1,2 kg, pegas akan bertambah panjang menjadi 19 cm. Berapakah panjang pegas tersebut jika diberi beban 1 kg? 3. Sebuah pegas memiliki panjang 20 cm. Saat ditarik dengan gaya 12,5 N panjang pegasnya menjadi 22 cm. Berapakah panjang pegas jika ditarik gaya sebesar 37,5 N? 4. Sepotong pegas yang digantung dan diberi beban 0,1 kg, ternyata mengalami pertambahan panjang sebesar 2 cm. jika percepatan gravitasi bumi 10 m/s 2, maka nilai konstanta pegas tersebut adalah? 5. Pegas memiliki tetapan pegas 50 N/m. panjang pegas 20 cm, jika beban 0,3 kg digantungkan pada salah satu ujungnya. tentukan panjang pegas tanpa beban. 6. Suatu pegas akan bertambah panjang 10 cm jika diberi gaya 10 N. berapakah pertambahan panjang pegas jika diberi gaya 7 N? 7. Jika pegas diberi gaya sebesar 400 N dan mengalami pertambahan panjang sebesar 4 cm, maka tetapan pegasnya menjadi? 8. Pegas yang digantung vertical panjangnya 15 cm. jika diregangkan dengan gaya sebesar 0,5 N panjang pegas menjadi 27 cm. panjang pegas jika diregangkan dengan gaya sebesar 0,6 N sebesar? 9

15 Dalam kehidupan sehari hari beberapa pegas dapat dirangkai secara seri, pararel ataupun gabungan dari keduanya. 1. Rangkaian Seri Rangkaian pegas secara seri dapat dilihat pada gambar di samping. Dari gambar diperoleh bahwa jika dua pegas di susun secara k1 ks seri maka akan berlaku beberapa hal, yaitu: a) Gaya tarik (F) yang dialami tiap pegas sama besarnya, dan gaya k 2 ini sama dengan gaya tarik yang dialami pegas pengganti. F F1 = F2 F = = F F b) Pertambahan panjang pegas penggantinya (Δx), sama dengan total pertambahan panjang tiap-tiap pegas. x = x1 x + x2 x + c) Kebalikan tetapan (konstanta) pegas pengganti seri (k s ) sama dengan total dari kebalikan tiap-tiap tetapan pegas. Tips Untuk menentukan konstanta pengganti seri (k s ) dua (2) buah pegas. k k2 k 1 k s = k k s = 1 k k Untuk menentukan konstanta pengganti seri (k s ) yang nilai konstantanya sama. k k s = n 2. Rangkaian paralel Rangkaian pegas secara paralel dapat dilihat pada gambar berikut ini. Dari gambar diperoleh bahwa jika dua pegas di susun secara paralel maka akan berlaku beberapa hal, yaitu: 10

16 1) Gaya tarik pada pegas pengganti (F) sama dengan total gaya tarik pada tiap pegas. F = F1 F + F2 F + k 1 k2 2) Pertambahan panjang (Δx) tiap pegas sama besarnya, dan pertambahan panjang ini sama dengan pertambahan panjang pegas pengganti. F Δx1 = Δx2 2 = = Δx k p 3) tetapan (konstanta) pegas pengganti paralel (k p ) sama dengan penjumlahan dari tiap-tiap tetapan pegas. k p = k 1 + k F Dua pegas dengan tetapan pegas 100 N/m dan 300 N/m, tentukan konstanta pengganti jika keduanya di susun: a. seri ; b. paralel. Pembahasan : a. Disusun seri. b. disusun paralel k k s s k1 k2 = k p = k1 + k2 k1 + k = = 000 k = = 400 p =

17 1. Dua pegas identik memiliki tetapan pegas 600 N/m. Tentukanlah konstanta sistem pegas jika: a. disusun seri; b. disusun paralel. 3. Dari gambar berikut ini, jika k = 200 N/m, tentukanlah konstanta sistem pegas. 2. Perhatikanlah gambar sistem pegas berikut ini. 4. Perhatikan gambar berikut ini! Jika k 1 = k 2 = 600 N/m, k 3 = N/m, dan m = 3 kg, tentukanlah tetapan sistem pegas. Perbandingan konstanta sistem pegas (a) dan (b) adalah Belajar adalah keharusan, sukses adalah pilihan. 12

18 Game Fisika Sebelum Anda Berlatih untuk evaluasi Bab 1, mari kita bermain game terlebih dulu! TEKA TEKI EDISI

19 Soal Menurun 1. Besaran pada tegangan. 2. Akibat dari gaya terhadap suatu luasan 3. Dorongan / tarikan 4. merupakan salah satu contoh benda elastis. 5. Termasuk contoh benda plastis. 6. Pegas termasuk contoh benda elastis, sedangkan. Termasuk contoh benda plastis. 7. Tegangan (bhs. Inggris) Soal Mendatar 1. Sifat yang kembali ke bentuk semula setelah gaya yang diberikan kepadanya di hilangkan. 2. Perbandingan antara perubahan panjang dengan panjang awal. 3. k pada hukum Newton adalah. Pegas. 4. Benda yang menjadi objek pada Hukum Hooke. 5. Satuan dari gaya pegas. 6. Regangan (Bhs. Inggris) 7. Sifat yang tidak kembali ke bentuk semula setelah gaya yang diberikan kepadanya di hilangkan. 8. Jika pegas dirangkai.., maka nilai gaya pada setiap pegas sama. 9. Satuan dari perubahan panjang. 10. Ilmuwan yang mempelajari tentang modulus elastisitas. 14

20 Pilihan Ganda! 1. Benda yang apabila gaya yang bekerja padanya di hilangkan, maka akan kembali ke bentuk semula, disebut benda A. plastis B. elastis C. padat D. aneh E. karet 2. Ardi memiliki tiga buah pegas dengan konstanta masing-masing 20 N/m, 30 N/m, dan 60 N/m. jika ketiga pegas ini diusun paralel, maka besar susunan penggantinya adalah N/m A. 60 B. 110 C. 10 D. 0,1 E. 1/60 3. Berikut ini yang termasuk dalam benda plastis adalah A. Kain, karet, dan kayu B. Tali, benang, dan pegas C. Pegas, tanah liat dan plastisin D. Plastisin, tanah liat dan adonan kue E. Plastisin, adonan kue dan pentil 4. Pegas dengan konstanta 10 N/m, berapakah gaya yang harus diberikan agar bertambah panjang 4 cm. A. 40 N B. 14 N C. 6 N D. 0,4 N E. 0,04 N 5. Kawat memiliki panjang 20 cm ditarik sehingga panjangnya menjadi 22 cm, maka regangan yang terjadi pada kawat adalah A. 10 B. 0,1 C. 20/22 D. 10/11 E. 22/20 15

21 6. Kawat dengan luas penampang 2 x 10-6 N/m 2 ditarik dengan gaya 20 N, maka tegangan yang dihasilkan adalah N/m 2 A B C D E Kawat memiliki modulus elastisitas 2 x N/m 2 ditarik dengan gaya 20 N jika luas penampang kawat 4 x 10-8, maka regangan yang terjadi pada kawat tersebut adalah A. 4 B. 40 C. 400 D E Dua pegas dengan konstanta 200 N/m dan 400 N/m, jika kedua pegas disusun seri maka konstanta penggantinya adalah N/m A. 600 B. 200 C. 135 D. 133 E Dua pegas dengan konstanta 40 N/m dan 40 N/m, jika kedua pegas disusun seri dan ditarik dengan gaya 2 N maka pertambahan panjang yang terjadi adalah m A. 10 B. 0,1 C. 0,01 D. 1 E Tiga buah pegas dengan tetapan berturut turut 40 N/m, 20 N/m, dan 80 N/m. jika ketiga pegas disusun seri dan agar pergas dapat meregang sepanjang 7 cm, maka gaya yang harus diberikan pada ketiga pegas adalah N A. 80 B. 8 C. 0,8 D. 0,08 E. 0,08 16

22 Uraian! No. Soal Jawaban 1. Kawat dengan luas penampang m 2 ditarik gaya 10 N. Berapakah tegangan yang dirasakan kawat tersebut? 2. Batang logam panjangnya 60 cm dan luas penampangnya 3 cm 2. Modulus elastisitasnya sebesar N/m. Tentukan: a. regangan batang, b. pertambahan panjang dan tegangan batang saat diberi gaya 15 N! 3. Sebuah pegas yang ditarik gaya 12 N dapat diukur panjangnya sebesar 15 cm. Kemudian saat diberi gaya 20 N ternyata panjangnya menjadi 17 cm. a. berapakah konstanta pegasnya, b. berapakah gaya yang diberikan jika terukur panjang pegas menjadi 19 cm? 4. Dua pegas identik dirangkai dengan dua cara seperti pada gambar di bawah. 17

23 Tentukan perbandingan konstanta penggantinya? 5. Empat buah pegas disusun seperti gambar. Jika k 1 = 60 N/m, k 2 = 30 N/m, k 3 = 40 N/m, k 4 = 60 N/m. Kemudian bagian bawahnya diberi beban bermassa 600 gr. Tentukan: a. konstanta pegas pengganti, b. gaya yang dirasakan k 4 dan k 1, c. pertambahan panjang pegas k 4 dan k 2, d. pertambahan panjang pegas 18