Modul ke: 13 Muhammad Fakultas TEKNIK Program Studi Teknik Industri Fisika Dasar Fathurrahman, S.Pd, M.Si Please join this group! fisika-dasar-fathur@googlegroups.com
Satuan Acara Perkuliahan No Materi SAP 1 Arti fisika cabang-cabang fisika, hubungan fisika dengan ilmu pengetahuan lain, besaran, satuan, dimensi. Pengukuran Operasi vektor 2 Jarak Kecepatan percepatan, gerak lurus beraturan, gerak lurus berubah beraturan 3 Gerak peluru gerak melingkar beraturan gerak melingkar berubah beraturan, besaran angular, hubungan antara besaran angular dan besaran tangensial 4 Pengertian hukum Newton I, II dan III hukum gravitasi universal, 5 Pengertian momen gaya syarat kesetimbangan resultan gaya sejajar, pusat berat, kopel 6 Usaha, energy (kinetic, potensial) daya aya 7 Review Pertemuan 1-6 8 Ujian Tengah Semester/UTS
Satuan Acara Perkuliahan No Materi SAP 9 Impuls dan momentum, kekekalan momentum linear, tumbukan elastic dan tidak elastic, kepegasan 10 Gerak benda tegar seperti: Gerak translasi Murni, Gerak Translasi dan Rotasi & menggelinding) Hukum yang berlaku untuk gerak rotasi: Hukum Kekekalan Momentum Putar, Hukum Kekekalan Energi Putar, Momentum Putar, Energi Kinetik Putar 11 Tegangan normal, tegangan tangensial, regangan akibat tarikan, regangan luncur, regangan volume 12 Tekanan dalam fluida Gaya apung ke atas dan Prinsip Archimedes Tegangan permukaan dan kapilaritas Fluida bergerak dan Persamaan Bernoulli Aliran viskositas 13 Arti gerak harmonik sederhana GHS pada bandul/pendulum GHS pada pegas Persamaan posisi, kecepatan dan percepatan pada GHS Hubungan antara GHS dan Gerak Melingkar Beraturan 14 Pulsa gelombang Laju gelombang Gelombang harmonic Transmisi energy Superposisi dan Interferensi Gelombang berdiri Persamaan gelombang 15 Review dan Quis TM 9-14 16 Ujian Akhir Semester/UAS
Gerak harmonik sederhana adalah gerak bolak - balik benda melalui suatu titik keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu konstan. Jenis Gerak Harmonik Sederhana Gerak Harmonik Sederhana dapat dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu: Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Linier, misalnya penghisap dalam silinder gas, gerak osilasi air raksa / air dalam pipa U, gerak horizontal / vertikal dari pegas, dan sebagainya. Gerak Harmonik Sederhana (GHS) Angular, misalnya gerak bandul/ bandul fisis, osilasi ayunan torsi, dan sebagainya.
Gerak harmonic sederhana pada Bandul Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan gaya, maka benda akan diam di titik keseimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A. Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana.
Besaran harmonic sederhana pada Ayunan Bandul Periode (T) Benda yang bergerak harmonis sederhana pada ayunan sederhana memiliki periode. Periode ayunan (T) adalah waktu yang diperlukan benda untuk melakukan satu getaran. Benda dikatakan melakukan satu getaran jika benda bergerak dari titik di mana benda tersebut mulai bergerak dan kembali lagi ke titik tersebut. Satuan periode adalah sekon atau detik. Frekuensi (f) Frekuensi adalah banyaknya getaran yang dilakukan oleh benda selama satu detik, yang dimaksudkan dengan getaran di sini adalah getaran lengkap. Satuan frekuensi adalah hertz.
Hubungan antara Periode dan Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi selama satu detik. Dengan demikian selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah: Selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah periode. Dengan demikian, secara matematis hubungan antara periode dan frekuensi adalah sebagai berikut
. Hubungan antara Periode dan Frekuensi Frekuensi adalah banyaknya getaran yang terjadi selama satu detik. Dengan demikian selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran adalah: Amplitudo Pada ayunan sederhana, selain periode dan frekuensi, terdapat juga amplitudo. Amplitudo adalah perpindahan maksimum dari titik kesetimbangan.
Gerak harmonis pada Pegas Pegas adalah salah satu contoh benda elastis. Oleh sifat elastisnya ini, suatu pegas yang diberi gaya tekan atau gaya regang akan kembali pada keadaan setimbangnya mula- mula apabila gaya yang bekerja padanya dihilangkan. Gaya pemulih pada pegas banyak dimanfaatkan dalam bidang teknik dan kehidupan seharihari. Misalnya di dalam springbed. Pegas - pegas yang tersusun di dalam springbed akan memberikan kenyamanan saat orang tidur.
Susunan Pegas Seri / Deret Gaya yang bekerja pada setiap pegas adalah sebesar F, sehingga pegas akan mengalami pertambahan panjang sebesar dan. Secara umum, konstanta total pegas yang disusun seri dinyatakan dengan persam, dengan k n = konstanta pegas ke - n. Paralel Jika rangkaian pegas ditarik dengan gaya sebesar F, setiap pegas akan mengalami gaya tarik sebesar dan, pertambahan panjang sebesar dan. Secara umum, konstanta total pegas yang dirangkai paralel dinyatakan dengan persamaan: k total = k 1 + k 2 + k 3 +...+ k n, dengan k n = konstanta pegas ke - n.
Persamaan, Kecepatan, dan Percepatan Gerak Harmonik Sederhana Persamaan Gerak Harmonik Sederhana Persamaan Gerak Harmonik Sederhana adalah: Keterangan : Y = simpangan A = simpangan maksimum (amplitudo) F = frekuensi t = waktu Jika posisi sudut awal adalah, maka persamaan gerak harmonik sederhana menjadi : Y=Asin(Wt + )
Kecepatan gerak harmonik sederhana : Kecepatan maksimum diperoleh jika nilai atau sehingga :
Kecepatan untuk Berbagai Simpangan Persamaan tersebut dikuadratkan maka : Dari persamaan : Persamaan (1) dan (2) dikalikan, sehingga didapatkan :
Keterangan : v =kecepatan benda pada simpangan tertentu = kecepatan sudut A = amplitudo Y = simpangan
Percepatan Gerak Harmonik Sederhana Dari persamaan kecepatan: maka: Percepatan maksimum jika atau = 90 0 =
Gerak Melingkar Beraturan dapat dipandang sebagai gabungan dua gerak harmonik sederhana yang saling tegak lurus, memiliki Amplitudo (A) dan frekuensi yang sama namun memiliki beda fase relatif atau kita dapat memandang Gerak Harmonik Sederhana sebagai suatu komponen Gerak Melingkar Beraturan. Jadi dapat diimpulkan bahwa pada suatu garis lurus, proyeksi sebuah benda yang melakukan Gerak Melingkar Beraturan merupakan Gerak Harmonik Sederhana. Frekuensi dan periode Gerak Melingkar Beraturan sama dengan Frekuensi dan periode Gerak Harmonik Sederhana yang diproyeksikan. Misalnya sebuah benda bergerak dengan laju tetap (v) pada sebuah lingkaran yang memiliki jari-jari A sebagaimana tampak pada gambar di samping. Benda melakukan Gerak Melingkar Beraturan, sehingga kecepatan sudutnya bernilai konstan. Hubungan antara kecepatan linear dengan kecepatan sudut dalam Gerak Melingkar Beraturan dinyatakan dengan persamaan :
Karena jari-jari (r) pada Gerak Melingkar Beraturan di atas adalah A, maka persamaan ini diubah menjadi :, Simpangan sudut (teta) adalah perbandingan antara jarak linear x dengan jari-jari lingkaran (r), dan dinyatakan dengan persamaan :
x adalah jarak linear, v adalah kecepatan linear dan t adalah waktu tempuh (x = vt adalah persamaan Gerak Lurus alias Gerak Linear). Kemudian v pada persamaan 2 digantikan dengan v pada persamaan 1 dan jari-jari r digantikan dengan A : Dengan demikian, simpangan sudut benda relatif terhadap sumbu x dinyatakan dengan persamaan : (adalah simpangan waktu pada t =0})
Pada gambar di atas, posisi benda pada sumbu x dinyatakan dengan persamaan :...(4) Persamaan posisi benda pada sumbu y : Keterangan : A = amplitudo = kecepatan sudut = simpangan udut pada saat t = 0
Terima Kasih M. Fathurrahman, S.Pd, M.Si
Hubungan Gerak Harmonik Sederhana (GHS) dan Gerak Melingkar Beraturan (GMB) Gerak Melingkar Beraturan dapat dipandang sebagai gabungan dua gerak harmonik sederhana yang saling tegak lurus, memiliki Amplitudo (A) dan frekuensi yang sama namun memiliki beda fase relatif atau kita dapat memandang Gerak Harmonik Sederhana sebagai suatu komponen Gerak Melingkar Beraturan.