Contoh klasik dari persamaan hiperbolik adalah persamaan gelombang yang dinyatakan oleh

dokumen-dokumen yang mirip
BAB VIII PERSAMAAN DIFERENSIAL PARSIAL

BAB III PEMBAHASAN. dengan menggunakan penyelesaian analitik dan penyelesaian numerikdengan. motode beda hingga. Berikut ini penjelasan lebih lanjut.

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

APLIKASI METODE BEDA HINGGA SKEMA EKSPLISIT PADA PERSAMAAN KONDUKSI PANAS

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

FISIKA XI SMA 3

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

PERCOBAAN PENENTUAN KONDUKTIVITAS TERMAL BERBAGAI LOGAM DENGAN METODE GANDENGAN

BAB I PENDAHULUAN. digunakan untuk masalah-masalah dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya

Transformasi Laplace Peninjauan kembali variabel kompleks dan fungsi kompleks Variabel kompleks Fungsi Kompleks

Solusi Problem Dirichlet pada Daerah Persegi dengan Metode Pemisahan Variabel

TUGAS MATA KULIAH ILMU MATERIAL UMUM THERMAL PROPERTIES

BAB II KAJIAN TEORI. pada penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema, dan

Getaran, Gelombang dan Bunyi

BAB I PENDAHULUAN. Karena penyelesaian partikular tidak diketahui, maka diadakan subtitusi: = = +

Copyright all right reserved

GETARAN, GELOMBANG DAN BUNYI

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

Jika resultan dari gaya-gaya yang bekerja pada sebuah benda sama dengan nol

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Persamaan Diferensial

TINJAUAN KASUS PERSAMAAN GELOMBANG DIMENSI SATU DENGAN BERBAGAI NILAI AWAL DAN SYARAT BATAS

MODUL MATEMATIKA II. Oleh: Dr. Eng. LILYA SUSANTI

BAB 3 DINAMIKA STRUKTUR

BAB II TEORI DASAR. Gambar 2.1 Tipikal struktur mekanika (a) struktur batang (b) struktur bertingkat [2]

STUDI PERPINDAHAN PANAS DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM KOORDINAT SEGITIGA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

PERCOBAAN MELDE TUJUAN PERCOBAAN II. LANDASAN TEORI

Uji Kompetensi Semester 1

Gambar 2.1 Bagian-bagian mesin press BTPTP [9]

PENDEKATAN TEORITIK. Elastisitas Medium

GERAK HARMONIK. Pembahasan Persamaan Gerak. untuk Osilator Harmonik Sederhana

DINAS PENDIDIKAN KOTA PADANG SMA NEGERI 10 PADANG GETARAN

3. (4 poin) Seutas tali homogen (massa M, panjang 4L) diikat pada ujung sebuah pegas

PERPINDAHAN KALOR J.P. HOLMAN. BAB I PENDAHULUAN Perpindahan kalor merupakan ilmu yang berguna untuk memprediksi laju perpindahan

Perpindahan Panas. Perpindahan Panas Secara Konduksi MODUL PERKULIAHAN. Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh 02

Hukum gravitasi yang ada di jagad raya ini dijelaskan oleh Newton dengan persamaan sebagai berikut :

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI Gelombang Berdiri

RENCANA PEMBELAJARAN 9. POKOK BAHASAN: GETARAN SELARAS (Lanjutan)

SOAL TRY OUT FISIKA 2

SASARAN PEMBELAJARAN

BAB I PENDAHULUAN. perkembangan bakteri, sedangkan dalam bidang teknik yaitu pemodelan

SOAL UN FISIKA DAN PENYELESAIANNYA 2005

PENGUKURAN KONDUKTIVITAS TERMAL

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

Pemodelan Distribusi Suhu pada Tanur Carbolite STF 15/180/301 dengan Metode Elemen Hingga

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Mata Kuliah GELOMBANG OPTIK TOPIK I OSILASI. andhysetiawan

ANALISIS DISTRIBUSI SUHU PADA PELAT DUA DIMENSI DENGAN MENGGUNAKAN METODA BEDA HINGGA

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Persamaan Kontinuitas dan Persamaan Gerak

Wardaya College. Tes Simulasi Ujian Nasional SMA Berbasis Komputer. Mata Pelajaran Fisika Tahun Ajaran 2017/2018. Departemen Fisika - Wardaya College

PEMBUATAN ALAT UKUR KONDUKTIVITAS PANAS BAHAN PADAT UNTUK MEDIA PRAKTEK PEMBELAJARAN KEILMUAN FISIKA

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

Pengaruh Tebal Isolasi Termal Terhadap Efektivitas Plate Heat Exchanger

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika FPMIPA UPI Gelombang Berdiri

Osilasi Harmonis Sederhana: Beban Massa pada Pegas

TRANSFORMASI LAPLACE

RENCANA PROGRAM DAN KEGIATAN PEMBELAJARAN SEMESTER (RPKPS) SEMESTER GANJIL 2012/2013

LEMBAR EVALUASI (Pilihan Ganda)

PEGAS DAUN DENGAN METODE HOT STRETCH FORMING.

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Model Aliran Panas

KARTU SOAL DAN SPESIFIKASI SOAL UJIAN PRAKTIK SMA NEGERI 78 JAKARTA

LEMBAR EVALUASI (Pilihan Ganda)

Mata Kuliah :: Matematika Rekayasa Lanjut Kode MK : TKS 8105 Pengampu : Achfas Zacoeb

Fisika Ujian Akhir Nasional Tahun 2003

A. Pendahuluan. Dalam cabang ilmu fisika kita mengenal MEKANIKA. Mekanika ini dibagi dalam 3 cabang ilmu yaitu :

KARAKTERISTIK ALIRAN PANAS DALAM LOGAM PENGHANTAR LISTRIK THE CHARACTERISTICS OF HEAT FLOW IN AN ELECTRICAL METAL CONDUCTOR

BAB IV OSILATOR HARMONIS

BAB 5: DINAMIKA: HUKUM-HUKUM DASAR

KISI-KISI PENULISAN SOAL (KODE A )

DESKRIPSI PEMELAJARAN - FISIKA

KATA PENGANTAR. Semarang, 28 Mei Penyusun

Prediksi 1 UN SMA IPA Fisika

BAB GELOMBANG MEKANIK. Pada pembelajaran pertama ini kita akan mempelajari. mekanik.

Menentukan Distribusi Temperatur dengan Menggunakan Metode Crank Nicholson

Aktif Belajar Fisika XI SMA & MA

3.11 Menganalisis besaran-besaran fisis gelombang stasioner dan gelombang berjalan pada berbagai kasus nyata. Persamaan Gelombang.

DAFTAR ISI. LEMBAR PERSETUJUAN... i. LEMBAR PENGESAHAN... ii. LEMBAR PERNYATAAN... iii. ABSTRAK... iv. ABSTRACT... v. KATA PENGANTAR...

BAB I PENDAHULUAN. pedoman untuk menyelesaikan permasalahan sehari-hari dan juga untuk

Konduksi Mantap 2-D. Shinta Rosalia Dewi

BAB 3 PERAMBATAN GELOMBANG MONOKROMATIK

iii Banda Aceh, Nopember 2008 Sabri, ST., MT

1 BAB 4 ANALISIS DAN BAHASAN

BAB IV DINAMIKA PARTIKEL. A. STANDAR KOMPETENSI : 3. Mendeskripsikan gejala alam dalam cakupan mekanika klasik sistem diskret (partikel).

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Sebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi, yaitu hanya berjarak sekitar

BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang

MARDIANA LADAYNA TAWALANI M.K.

I. PENDAHULUAN. dan kotoran manusia atau kotoran binatang. Semua polutan tersebut masuk. ke dalam sungai dan langsung tercampur dengan air sungai.

Pembahasan soal latihan dari buku fisika 3A Bab 1 untuk SMA, karangan Mikrajuddin Abdullah. 1. perhatikan gambar gelombang pada disamping.

GELOMBANG MEKANIK. (Rumus)

PEMBENTUKAN MODEL : AYUNAN (OSILASI) BEBAS. Husna Arifah,M.Sc

D. 80,28 cm² E. 80,80cm²

Transkripsi:

APLIKASI PERSAMAAN DIFFERENSIAL PARSIAL Persamaan diferensial parsial dijumpai dalam kaitan dengan berbagai masalah fisik dan geometris bila fungsi yang terlibat tergantung pada dua atau lebih peubah bebas. Tidak berlebihan jika dikatakan bahwa hanya sistem fisik yang paling sederhana yang dapat dimodelkan dengan persamaan diferensial biasa mekanika fluida dan mekanika padat, transfer panas, teori elektromagnetik dan berbagai bidang fisika lainnya penuh dengan masalah-masalah yang harus dimodelkan dengan persamaan differensial parsial. Yang sesungguhnya, kisaran penerapan persamaan diferensial parsial sangatlah besar, dibandingkan dengan kisaran penerapan persamaan diferensial biasa. Aplikasi Persamaan Diferensial Parsial yang paling sering dijumpai di teknik mesin adalah pada persamaan gelombang (Wave equation), persamaan panas (Heat Equation) dan persamaan laplace (Laplace Equation). WAVE EQUATION Contoh klasik dari persamaan hiperbolik adalah persamaan gelombang yang dinyatakan oleh Persamaan ini muncul dalam berbagai masalah dari elastisitas dan akustik sampai hidraulika. Oleh sebab itu, dari tiga bentuk persamaan diferensial parsial yang kita ketahui, persamaan hiperbolik merupakan persamaan yang paling banyak dikaji oleh ilmuwan komputasi. Jika persamaan gelombang diatas didekati menggunakan pendekatan beda hingga, maka dapat dituliskan sebagai dengan

Dengan Menyelesaikan dan memecahkan variabelnya, maka diperoleh Persamaan ini menjelaskan kepada kita bahwa apabila kita mengetahui u pada seluruh xi pada saat-saat tj dan tj-1 maka kita dapat menentukan harga u pada seluruh xi pada langkah waktu berikutnya. Hal ini disebut dengan metode eksplisit. Tetapi, ada sedikit masalah pada permulaan perhitungan, karena secara umum kita tidak mengetahui harga u pada dua waktu berturut-turut. Sedangkan, kita harus mengetahui harga u(xi,0) dan derivatif di seluruh harga xi. Oleh sebab itu, dengan mengetahui ungkapan atau bisa juga dengan Maka dengan persamaan diatas kita dapat menyatakan bahwa Jika seutas tali (benang, senar gitar dan sebagainya) yang panjangnya L direntang sampai mencapai tegangan maksimum dan kedua ujungnya diikat pada posisi tetap di x=0 dan x = L, kemudian digetarkan, maka posisi tali akan menyimpang dari posisi setimbang.

Untuk merumuskan persamaan dari getaran tali, digunakan asumsi sebagai berikut : 1. Massa persatuan panjang dari tali konstan (tali homogen). 2. Tali elastis sempurna, sehingga tidak ada gaya luar yang mempengaruhi getaran tali (tali bergetar semata-mata karena keelastisannya) 3. Karena tegangan tali maksimum, maka tali maksimum, maka nilai gaya grafitasi bisa diabaikan 4. Setiap partikel tali hanya bergerak secara vertical secara koefisien Karena partikel tali hanya bergerak secara vertikel, maka T cosα = T cosβ = T = 1 2 konstan Sehingga resultan gaya yang bekerja adalah :T cosβ T sin α 2 1. menurut hukum Newton II : F =ma

Persamaan gelombang dimensi 1. dengan : T = tegangan tali ñ =densitas massa tali (massa persatuan panjang) Syarat batas persamaan gelombang 1 dimensi adalah : Karena ujung-ujung tali diikat pada x = 0 dan x = L, maka kondisi batasnya adalah y(0,t) = y(l,t) = 0 Gerakan tali tergantung pada simpangan/defleksi awal juga kecepatan awalnya, maka kondisi awalnya adalah : Persamaan getaran tali satu dimensi diselesaikan dengan menggunakan metode pemisahan variabel.

HEAT EQUATION Batang logam pipih-panjang dibungkus isolator panas, kecuali di kedua ujung batang yang diberi panas dengan temperatur berbeda, panas dan dingin. Temperatur batang merupakan fungsi waktu dan ruang Terhadap waktu, T berupa suku derivatif pertama Terhadap ruang, T berupa suku derivatif kedua Langkah hitungan pada FDA T pada waktu t+δt dihitung berdasarkan T pada waktu t T pada waktu t sudah diketahui dari nilai/syarat awal (initial condition) atau dari hasil hitungan langkah sebelumnya saat menghitung T di suatu titik pada suku derivatif ruang, T yang mana yang dipakai? jika T pada waktu t dinamai skema eksplisit jika T pada waktu t+δt dinamai skema implisit

Misalkan bila ada batang yang dapat menghantarkan panas. Batang tersebut homogeny dengan panjang L dengan luas potongan melintang A. Batang di balut dengan bahan penyekat (insulator) sehingga tidak ada energy panas penyekat mengalir ke luar dalam arah Y & Z. Bila diketahui temperatur awal sepanjang batang, Bagaimana temperatur pada setiap posisi x bila t>0 Karena temperatur adalah fungsi dari dua variabel bebas, maka dibutuhkan persamaan diferensial parsial untuk mendekati perilakunya. Perbedaan temperatur sepanjang batang menyebabkan panas mengalir dari daerah yang panas ke dingin. Bila kita definisikan fungsi aliran panas sebagai : = jumlah energy panas persatu satuan waktu yang mengalir melalui batang pada posisi x, saat waktu t. Membuat Modal Konduksi Panas u(x,t) = temperatur pada posisi x saat waktu t Bila diketahui temperatur awal sepanjang batang,. Bagaimana temperatur pada setiap posisi x bila t>0 Karena temperatur adalah fungsi dari dua variabel bebas, maka dibutuhkan persamaan diferensial parsial untuk mendekati perilakunya. Perbedaan temperatur sepanjang batang menyebabkan panas mengalir dari daerah yang panas ke dingin. Bila kita definisikan fungsi aliran panas sebagai : q(x, t) = jumlah energy panas persatu satuan waktu yang mengalir melalui batang pada posisi x, saat waktu t.

Prinsip diatas secara matematik dapat dinyatakan sebagai :

LAPLACE EQUATION Transformasi Laplace adalah suatu metode operasional yang dapat digunakan secara mudah untuk menyelesaikan persamaan diferensial linier. Dengan menggunakan transformasi Laplace, dapat diubah beberapa fungsi umum seperti fungsi sinusoida, fungsi sinusoida teredam, dan fungsi eksponensial menjadi fungsi-fungsi aljabar variabel kompleks. Bila persamaan aljabar dalam dipecahkan, maka penyelesaian dari persamaan diferensial(transformasi Laplace balik dari variabel tidak bebas) dapat diperoleh dengan menggunakan tabel transformasi Laplace.

Suatu kelebihan metode transformasi Lapalace adalah bahwa metode ini memungkinkan penggunaan teknik grafis untuk meramal kinerja sistem tanpa menyelesaikan persamaan diferensial sistem. Kelebihan lain metode transformasi Laplace adalah diperolehnya secara serentak baik komponen transien maupun komponen keadaan tunak. Secara sederhana prosedur dasar pemecahan menggunakan metode transformasi Laplace adalah: Persamaan diferensial yang berada dalam kawasan waktu (t), ditransformasikan ke kawasan frekuensi (s) dengan transformasi Laplace. Untuk mempermudah proses transformasi dapat digunakan tabel transformasi laplace. Persamaan yang diperoleh dalam kawasan s tersebut adalah persamaan aljabar dari variabel s yang merupakan operator Laplace. Penyelesaian yang diperoleh kemudian ditransformasi-balikkan ke dalam kawasan waktu. Hasil transformasi balik ini menghasilkan penyelesaian persamaan dalam kawasan waktu. Sebuah plat logam persegi tipis kedua permukaan dilapisi dengan isolator panas sisi-sisi plat diberi panas dengan temperatur tertentu transfer panas hanya dimungkinkan pada arah x dan y Ditinjau pada saat transfer permanen telah tercapai (steady-state condition) Persamaan Laplace dan Temperatur Keadaan Tetap (Steady-state) Bila pelat 2 dimensi persegi panjang sbb :

Bila kita asumsikan bagian atas dan bawah pelat benar-benar tersekat (terisolasi), sehingga panas hanya bisa merambat pada arah x dan y. karena posisi x dan y berubah terhadap waktu t, maka U=u(x,y,t) Kondisi Batas

Sumber : http://mesin.ub.ac.id/diktat_ajar/data/04_a_matek2.pdf http://personal.fmipa.itb.ac.id/sr_pudjap/files/2009/08/ma5271_full.pdf fadlibae.files.wordpress.com/2010/04/transformasi-laplace.pdf http://syafii.staff.uns.ac.id/files/2011/02/bab-viii.pdf http://istiarto.staff.ugm.ac.id/docs/matek/mt%20persamaan%20diferensial%20parsial.pdf