Fisika Umum (MA-301) Topik hari ini Sifat-sifat Zat Padat Gas Cair Plasma
Sifat Atomik Zat Molekul Atom Inti Atom dan elektron Proton dan neutron Quarks: up, down, strange, charmed, bottom, and top
Antimateri Materi tersusun atas atom-atom dengan intinya yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatan negatif Antimateri tersusun atas atom-atom dengan intinya yang bermuatan negatif dan elektron-elektron yang bermuatan positif (positron) Contoh Partikel-Antipartikel: Elektron-Positron, Proton-Antiproton, quark-antiquark, dll Jika Partikel dan Antipartikel bertemu, maka akan saling menghilangkan (anihilasi), diubah menjadi energi Cat: Partikel dan Antipartikel mempunyai massa yang sama tetapi jenis muatan listrik yang berbeda
Keadaan Zat ES (Padat) AIR (Cair) UAP (Gas) Tambah panas Tambah panas Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan yang lain)
Apa yang dapat membedakan keadaankeadaan zat tersebut?
Kerapatan Kerapatan bahan yang komposisinya uniform didefinisikan sebagai massa bahan per satuan volume: m V Contoh: Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidak berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan Kerapatan dari gas berubah secara tajam dengan perubahan temperatur dan tekanan V V V bola silinder kubus 4 3 a 3 R R 3 2 h Satuan SI kg/m 3 CGS g/cm 3 (1 g/cm 3 =1000 kg/m 3 )
Keadaan Zat Padat Volume tetap Bentuk tetap Molekul-molekulnya berada pada posisi yang tetap karena gaya listrik dan bergetar terhadap posisi kesetimbangan Dapat dimodelkan sebagai pegas-pegas yang menghubungkan tiap molekul
Keadaan Zat Padat Padat Kristal Atom-atomnya memiliki struktur yang teratur Contoh pada garam (bola merah adalah ion Na +, bola biru adalah ion Cl - ) Padat Amorf Atom-atomnya tidak teratur Contoh pada kaca
Struktur Kristal Fisikawan Jerman Max von Laue (1912) Menemukan bahwa berkas sinar X yang diarahkan ke kristal terdifraksi dalam pola tertentu yang mengkarakteristik kristal tersebut Fisikawan Inggris William Henry Bragg dan anaknya William Lawrence Bragg Merumuskan formula matematis tentang pola karekteristik kristal hasil difraksi sinar X
Sifat Elastisitas Zat Padat Jika benda dikenakan gaya luar, maka benda biasanya mengalami perubahan ukuran atau bentuk. Perubahan ini bergantung pada susunan dan ikatan atom pada benda. Jika setelah gaya luar dihilangkan benda kembali ke ukuran atau bentuk semula maka benda dikatakan memiliki sifat elastis Fenomena Elastisitas (video) Tegangan dan Regangan (animasi) Tegangan F A Regangan l o l E Tegangan Regangan F A l l o dengan: E = Modulus Young F = Gaya Tarik/Desak (N) A = Luas penampang batang (m-2) l = Pertubahan panjang batang (m) l o = Panjang batang mula-mula (m)
Keadaan Zat Cair Volumenya tetap Bentuk tidak tetap Ada pada temperatur yang lebih tinggi dibanding padat Molekul-molekul bergerak secara acak Gaya antar molekul tidak cukup kuat untuk menjaga molekul tetap pada posisinya
Tekanan Tekanan didefinisikan sebagai gaya per luas dimana gaya tersebut bekerja P F A Satuan SI Pascal (Pa=N/m 2 ) Tekanan dalam fluida
Pertanyaan: Mengapa tembok bendungan bagian bawah dibuat lebih tebal dibandingkan bagian atasnya?
Tekanan dan Kedalaman Jika sebuah fluida dalam keadaan diam pada wadah, semua bagian fluida haruslah dalam keadaan kesetimbangan statis Semua titik pada kedalaman yang sama haruslah berada dalam tekanan yang sama (kecuali jika fluida tidak dalam kesetimbangan) Tiga gaya eksternal bekerja pada bagian fluida seluas A Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung) F tapi : 0 M ρv PA Mg ρ Ah, P 0 A jadi : 0, PA P 0 A ρ Agh P P0 gh
Tes Konsep 1 Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil: a. 1-2-3 b. 2-1-3 c. 3-2-1 d. sama pada ketiganya 10 cm 1 2 3 Jawab d
Tekanan dan Persamaan Kedalaman P P o gh P o adalah tekanan atmosfir normal 1.013 x 10 5 Pa = 14.7 lb/in 2 Tekanan tidak bergantung pada bentuk wadah Satuan tekanan yang lain: 76.0 cm dari raksa Satu atmosfir 1 atm = 1.013 x 10 5 Pa 14.7 lb/in 2
Pertanyaan Andaikan anda menempatkan sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda? a. Sama. b. Tekanan di atas lebih besar. c. Tekanan di bawah lebih besar.
Prinsip Archimedes Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan Gaya ini disebut gaya apung. Penyebab fisis: perbedaan tekanan antara bagian atas dan bagian bawah benda
Prinsip Archimedes Gaya apung ke atas adalah B=ρ fluida gv benda Gaya gravitasi ke bawah adalah w=mg=ρ benda gv benda Gaya neto adalah B-w=(ρ fluida -ρ benda )gv benda Benda akan mengapung atau tenggelam, bergatung pada arah gaya neto
Gaya neto adalah B-w=(ρ fluida -ρ benda )gv benda Kerapatan benda lebih kecil dari fluida ρ benda <ρ fluida Benda mengalami gaya neto ke atas Kerapatan benda lebih besar dari fluida ρ benda >ρ fluida Gaya neto ke bawah, sehingga percepatan benda ke bawah
Pertanyaan Andaikan anda punya sepotong baja. Akankah baja ini mengapung di atas air? Mengapa? Bagaimana sebuah kapal yang terbuat dari baja dapat mengapung?
Prinsip Pascal Tekanan yang diberikan pada suatu cairan yang tertutup diteruskan tanpa berkurang ke tiap titik dalam fluida dan ke dinding bejana. Dongkrak hidrolik adalah aplikasi yang penting dari Prinsip Paskal F1 F2 P A A 1 Juga digunakan dalam rem hidrolik, pengangkat mobil dll. 2 Karena A 2 >A 1, maka F 2 >F 1!!!
Silet
Apa yang Terjadi di Permukaan Cairan? Mari, kita lihat lebih dekat
Molekul-molekul Air
Molekul yang membentuk cairan senantiasa dalam keadaan bergerak acak (random motion)
Kita dapat menganggap molekul-molekul yang berada di lapisan teratas membentuk suatu permukaan
Bagaimana gaya tarik antarmolekul mempengaruhi permukaan? = gaya tarik antarmolekul
Di bawah permukaan, gaya antarmolekul menarik masing-masing molekul ke segala arah
Molekul-molekul di permukaan mengalami resultan gaya tarik ke arah BAWAH, karena tidak ada molekul-molekul air di ATAS permukaan yang mampu mengimbangi tarikan tersebut
Akibat tarikan yang dialaminya, molekul-molekul di permukaan terdorong ke BAWAH. Sampai kapan? Sampai dorongan ke bawah tersebut diimbangi oleh tahanan kompresi (compression resistance) zat cair
Seperti ini
Dan ini
Molekul-molekul permukaan semakin rapat, hingga membentuk struktur kulit permukaan dengan jarak antarmolekul yang lebih dekat dibandingkan molekul-molekul di bawahnya.
Hal ini menjelaskan bentuk membulat tetesan air: seluruh molekul air tertarik menuju ke arah pusat.
Jadi, ketika nyamuk berdiri di atas air terjadi tegangan di permukaan air Secara fisis. Tegangan permukaan didefinisikan sebagai besar gaya yang dialami permukaan fluida per satuan panjang (atau ekivalen dengan energi per satuan luas). Tegangan permukaan (dyne/cm atau N/m) F l Gaya yang bekerja di permukaan fluida (dyne atau N) Panjang benda di permukaan fluida (cm atau m)
Fenomena tegangan permukaan lain dalam kehidupan sehari-hari?
Keadaan Gas Volume tidak tetap Bentuk tidak tetap Molekul-molekulnya bergerak acak Molekul-molekulnya hanya memberikan gaya lemah pada molekul yang lain Jarak rata-rata antar molekul lebih besar dibanding ukuran molekul
Tekanan Atmosfer Semakin tinggi suatu tempat maka tekanan udaranya semakin berkurang, mengapa demikian? Gaya Apung (prinsip Archimides)
Prinsip Bernoulli Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan ketinggian Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan mengalir tanpa turbulen Menyatakan bahwa Tekanan pada fluida berkurang ketika laju fluida bertambah Persamaan lengkap: P 1 2 v 2 gy tetap
Bagaimana mengukur laju aliran fluida: Venturi Meter Menunjukan aliran fluida yang melalui pipa horisontal Laju aliran fluida berubah jika diametrnya berubah Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat
Keadaan Zat Plasma Bahan dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggi Banyak elektron menjadi bebas dari inti Menghasilkan kumpulan-kumpulan bebas, ion bermuatan secara listrik Plasma terdapat dalam bintangbintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensi