Petir punya daya hancur yang sangat besar. Bagi manusia bahkan bisa mematikan. Di dalam laboratorium tegangan tinggi, para peneliti mencipta...
Soal Jawab Fisika Standar UNBK USBN

Soal Jawab Fisika Standar UNBK USBN

Edisi spesial menghadapi UNBK dan USBN, kali ini ilmu fisika akan mengulas lengkap teori, contoh soal beserta pembahasannya untuk kalian siswa-siswi SMA/SMK/MA. Semoga cukup membantu dalam mengerjakan soal-soal ujian fisika.

Petunjuk
Rumus-rumus ditulis menggunakan $\LaTeX$ dengan JavaScript khusus $\LaTeX$ untuk me-loading-nya. Gunakan internet berkecepatan cukup agar bisa me-loading kode $\LaTeX$  100%. Bila terjadi Math Error berwarna merah, lakukan reload page !

[DIMENSI]

Tentukan dimensi dari : Gaya, Usaha, Daya

Penyelesaian :

Langkah pertama untuk menyelesaiakan soal Dimensi adalah tulis rumus besaran tersebut terlebih dahulu (A).

Kemudian tentukan satuan SI nya (B).

Langkah terakhir, satuan SI tersebut rubah ke simbol dimensinya masing-masing (C).


Gaya,

(A) $F$ = $m$ $a$

(B) $m$ = $kg$ , $a$ = $\frac{m}{s^{2}}$  , jadi $F$ = $kg\,\frac{m}{s^{2}}$  atau $kg\,m\,s^{-2}$

(C) dimensi Gaya, [M][L][T]$^{-2}$


Usaha,

(A) $W$ = $F$ $d$

(B) $F$ = $kg\,\frac{m}{s^{2}}$ , $d$ = $m$, maka $W$ = $kg\,m^{2}\,s^{-2}$

(C) dimensi Usaha, [M][L]$^{2}$[T]$^{-2}$


Daya,

(A) $P$ = $\frac{W}{t}$ atau $P$ = $W$ $t^{-1}$

(B) $W$ = $kg\,m^{2}\,s^{-2}$  , $t$ = $s$ , maka $P$ = $kg\,m^{2}\,s^{-3}$

(C) dimensi Daya, [M][L]$^{2}$[T]$^{-3}$



[JANGKA SORONG , PENGUKURAN]

Hasil pengukuran menggunakan jangka sorong seperti gambar berikut adalah ... .

jangka sorong, ilmufisika.com


Penyelesaian :

Skala utama menunjukkan hasil pengukuran 8,2 cm, terlihat dari angka nol skala nonius berada setelah 8,2 cm. Kita konversi menjadi bersatuan mm menjadi 82 mm. Pengonversian itu karena skala nonius menggunakan satuan mm.

Skala utama yang berimpit dengan skala nonius berada pada angka 3 pada skala nonius, berarti 0,3 mm.

Jumlahkan hasil pengukuran skala utama dengan skala nonius menghasilkan

82 mm + 0,3 mm = 82,3 mm

Bila kita konversi menjadi cm, hasilnya adalah 8,23 cm.



[KAIDAH NOTASI ILMIAH]

Hasil pengukuran panjang gelombang adalah 725 nm. Jika hasil pengukuran ini ditulis menggunakan kaidah notasi ilmiah akan menunjukkan ... .

Penyelesaian :

1.  Jadikan nano meter (nm) menjadi $10^{9}$ meter

$725 x 10^{9}$ meter

2. Notasi ilmiah mensyaratkan hanya boleh angka desimal bukan nol hanya satu saja di depan koma

$7,25 x 10^{11}$ meter


Jadi menggunakan kaidah notasi ilmiah ditulis $7,25 x 10^{11}$ meter


[ANGKA PENTING]

Aturan angka penting

  • Semua angka bukan nol adalah angka penting. Contoh; 123,4 terdiri 4 angka penting.
  • Angka nol di antara dua angka bukan nol adalah angka penting. Contoh; 70,02 terdiri dari 4 angka penting.
  • Bilangan desimal kurang dari 1, angka ol di kiri dan kanan koma desimal bukan angka penting. Contoh; 0,0800 terdiri dari tiga angka penting, yaitu 8, 0, 0.
  • Angka nol pada deretan terakhir bilangan $\geqslant 10$  termasuk angka penting.

Bilangan penting adalah bilangan yang diperoleh dari hasil pengukuran. Bilangan penting terdiri dari angka-angka penting yang sudah pasti dan satu angka terakhir yang ditaksir.

Misal, hasil pengukuran panjang lapangan adalah 21,345 cm. Bilangan 21,345 adalah bilangan penting. Totalnya ada 5 angka penting (termasuk angka di taksir yaitu angka 5 pada bilangan tersebut.

Bilangan eksak adalah bilangan yang pasti, tidak angka yang ditaksir, diperoleh dari kegiatan membilang. Misal, jumlah siswa kelas XII adalah 300 siswa. Bilangan 300 disebut bilangan eksak.

Hasil perkalian bilangan penting dan bilangan eksak atau sebaliknya memiliki angka penting sebanyak bilangan pentingnya.

Contoh, hasil pengukuran panjang lapangan berbentuk persegi panjang adalah 7,89 $m$ dan 0,42 $m$. Kalau diminta untuk mencari nilai hasil luas persegi panjang lapangan tersebut menggunakan kaidah angka penting, kita selesaiakan sesuai kaidah di atas.

Kaidah yang dimaksud adalah aturan angka penting dan aturan perkalian bilangan penting.

7,89 $m$ adalah bilang penting dengan ada tiga angka penting (3 AP).

0,42 $m$ adalah bilangan penting yang terdiri dari dua angka penting (2 AP)

Berdasar aturan perkalian bilangan penting, maka hasil perkalian terdiri dari 3 AP + 2 AP atau terdiri dari 5 AP.

Setelah 7,89 $m$ x 0,42 $m$ menghasilkan 3,3138 $m^{2}$ (5 AP).

Jadi berdasar aturan angka penting dan aturan perkalian bilangan penting, luas lapangan yang berbentuk persegi panjang tersebut adalah 3,3138 $m^{2}$


[GERAK LURUS]

Besaran skalar adalah besaran yang hanya mengambil data besarnya suatu besaran tersebut. Sedangkan Besaran Vektor adalah besaran yang mengambil data besar dan arah suatu besaran.

Jarak (distance) dan Laju (speed) termasuk besaran skalar.

Perpindahan (displacement), Kecepatan (velocity) dan Percepatan (acceleration) termasuk besaran vektor.

Laju adalah turunan pertama dari jarak terhadap waktu. Kecepatan adalah turunan pertama dari perpindahan terhadap waktu. Sedangkan Percepatan adalah turunan kedua dari Perpindahan terhadap waktu.

Secara matematis; jarak, perpindahan, laju, kecepatan dan percepatan ditulis sebagai berikut.

  • Jarak, $\displaystyle x$
  • Perpindahan, $\displaystyle \vec{x}$ 
  • Laju, $\displaystyle \frac{dx}{dt}$ 
  • Kecepatan, $\displaystyle \frac{d\vec{x}}{dt}$ 
  • Percepatan, $\displaystyle \frac{d^{2}\vec{x}}{dt^{2}}$ 


Untuk keperluan praktis, digunakan simbol-simbol sebagai berikut:

  • Jarak, $\displaystyle d$ 
  • Perpindahan, $\displaystyle \vec{d}$ 
  • Laju, $\displaystyle v$ 
  • Kecepatan, $\displaystyle \vec{v}$ 
  • Percepatan, $\displaystyle \vec{a}$ 

Contoh soal

Mobil bergerak ke Utara sejauh 1 kilometer selama 4 menit, kemudian kembali lagi sejauh 0,5 kilometer selama 1 menit. Tentukan : jarak, perpindahan, laju rata-rata, kecepatan rata-rata dari gerak mobil tersebut.

Penyelesaian:

Jarak

Jarak 1, $d_{1}$ = $1$ $km$ = $1.000$ $meter$

Jarak 2, $d_{2}$ = $0,5$ $km$ = $500$ $meter$

Jarak total = jarak 1 ditambah jarak 2 = $1.500$ $meter$


Perpindahan

Perpindahan 1, $d_{1}$ = $1$ $km$ = $1.000$ $meter$ ke Utara

Perpindahan 2, $d_{2}$ = $0,5$ $km$ = $500$ $meter$ ke Selatan

Perpindahan total = $1.000$ $meter$ ke Utara - $500$ $meter$ ke Selatan. Hasil akhirnya $500$ meter ke Utara diukur dari titik awal ke titik akhir pemberhentian.

Jadi perpindahannya $500$ $meter$ ke Utara.


Laju rata-rata

Waktu tempuh total adalah 5 menit atau 300 detik

Laju rata-rata, $v$ = $\displaystyle \frac{d}{t}$ = $\displaystyle \frac{1.500\,m}{300\,s}$ = $5\,\displaystyle \frac{m}{s}$


Kecepatan rata-rata

Waktu tempuh total juga sama, yaitu 5 menit atau 300 detik

Kecepatan rata-rata, $\vec{v}$ = $\displaystyle \frac{\vec{d}}{t}$ = $\displaystyle \frac{500\,m}{300\,s}$ = $\displaystyle \frac{5}{3}\,\displaystyle \frac{m}{s}$ ke Utara.


[GERAK LURUS BERATURAN / GLB]



Dari grafik hubungan Jarak terhadap waktu di atas, tentukan kesimpulan yang dapat diambil mengenai Perpindahan, Kecepatan dan Percepatan Geraknya.

Penyelesaian :

Dari grafik terlihat bahwa tiap-tiap 1 detik, perpindahannya bertambah sebesar 3 meter.

Dari sini dapat disimpulkan bahwa geraknya merupakan gerak lurus beraturan, yaitu Perpindahan tiap selang waktunya selalu sama.

Oleh karena perpindahan tiap selang waktunya sama, maka Kecepatannya Konstan. Bila dihitung, kecepatan rata-ratanya $\displaystyle \vec{v}$ = $\displaystyle \frac{\vec{d}}{t}$ = $\displaystyle \frac{24}{8}$ = $\displaystyle 3\,\frac{m}{s}$

Apabila gerak benda memiliki Kecepatan konstan artinya tidak mengalami perubahan kecepatan.

Dengan kata lain, Keceptan Konstan = Percepatannya 0 (nol).


[GERAK MELINGKAR]

Dalam gerak melingkar, umumnya yang diujikan mengenai kecepatan sudut, kecepatan linear, percepatan sentripetal dan gaya sentripetal dari benda yang berputar seperti gasing atau roda. Juga hubungan roda-roda yang sepusat, bersinggungan dan dihubungkan dengan tali.

Sebagai contoh, mesin sebuah sepeda motor berputar dengan kecepatan putar 1.800 rpm (rotasi per menit).

Artinya berputar sebanyak 30 kali putaran per detik.

Satu kali putaran setara dengan $2\,\pi\,\frac{radian}{detik}$. Artinya 30 kali putaran per detik setara dengan $\displaystyle 60\,\pi\,\frac{radian}{detik}$.

$\displaystyle 60\,\pi\,\frac{radian}{detik}$ ini disebut kecepatan sudut, disimbolkan dengan $\omega$.


Hubungan antara kecepatan sudut ($\displaystyle \frac{radian}{detik}$) dengan kecepatan linear ($\displaystyle \frac{meter}{detik}$) sebagai berikut :

Apabila jari-jari gigi mesin yang berputar di atas adalah $10$ $cm$ atau $0,1$ $m$, dan diketahui kecepatan sudutnya, $\omega$, kita dapat menentukan kecepatan linear $\vec{v}$ dan percepatan sentripetal $\vec{a}_{s}$.

Lalu bila diketahui juga massa benda yang berputar, $m$, kita dapat mencari nilai gaya sentripetal benda putar tersebut, $\vec{F}_{s}$.

Kembali ke contoh mekanisme perputaran mesin sepeda motor di atas. Jika kita rangkum data sebagai berikut:

  • Kecepatan sudut, $\omega$ = $\displaystyle 60\,\pi\,\frac{radian}{detik}$
  • Radius gigi, $r$ = $0,1$ $m$
  • Massa, $m$ = $2$ $kg$

Dari data tersebut misal akan dicari: Kecepatan linear di pinggir gigi mesin (gear), Percepatan Sentripetal dan Gaya Sentripetal.


Kecepatan Linear

$\displaystyle \vec{v}$ = $\displaystyle \omega\,r$ = $\displaystyle 60\,\pi $ x $0,1$ = $6\,\pi$ $\displaystyle \frac{m}{s}$


Percepatan Sentripetal

$\displaystyle \vec{a}_{s}$ = $\displaystyle \frac{v^{2}}{r}$ = $\displaystyle \frac{6^{2}\pi^{2}}{0,1}$ = $\displaystyle 360\pi^{2}\,\frac{m}{s^{2}}$


Dapat juga dicari dengan hubungan

$\displaystyle \vec{v}$ = $\displaystyle \omega\,r$ substitusikan ke $\displaystyle \vec{a}_{s}$ = $\displaystyle \frac{v^{2}}{r}$

Sehingga menjadi $\displaystyle \vec{a}_{s}$ = $\displaystyle \omega^{2}\,r$ = $\displaystyle 60^{2}\,\pi^{2}\,0,1$ = $\displaystyle 360\,\pi^{2}\frac{m}{s^{2}}$


Gaya Sentripetal

$\displaystyle \vec{F}_{s}$ = $m$ $a$ = $2$ x $360\,\pi^{2}$ = $720\,\pi^{2}$ $Newton$


[HUKUM NEWTON]

Kali ini akan saya berikan contoh hukum Newton yang ke dua, yaitu bila benda bermassa $m$ dikenai gaya yang total nya tidak nol, $\Sigma \vec{F}$ =/ $0$, maka benda akan mengalami perubahan kecepatan atau akan mengalami percepatan sebesar $\vec{a}$ dengan hubungan \[\Sigma \vec{F}\,=\,m\,\vec{a}\]
Contoh : Benda yang bermassa $10$ $kg$ berada di atas bidang datar horizontal yang licin sehingga bergerak tanpa gesekan ketika ditarik dengan gaya luar sebesar $100$ $N$ yang arahnya $30^{\circ}$ terhadap bidang horizontal. Tentukan percepatan gerak benda tersebut!

Hukum Newton


Penyelesaian :

Berdasar persamaan hukum 2 Newton di atas, maka \[\vec{a}=\frac{\Sigma \vec{F}}{m}\]

Vektor Gaya $\vec{F}$ memiliki komponen horizontal $F_{x}$ dan komponen vertikal $F_{y}$.

Oleh karena gerak benda mendatar, maka yang dipakai adalah komponen yang horizontal.

Menggunakan kaidah trigonometri, maka diperoleh $F_{x}$ = $F\,cos\,\theta$. Hasilnya, $F_{x}$ = $100\,cos\,30^{\circ}$ = $50\sqrt{3}$ newton

Diperoleh $\vec{a}=\displaystyle \frac{50\sqrt{3}}{10}$ = $\displaystyle 5\sqrt{3}\,\frac{m}{s^{2}}$.


[USAHA, ENERGI]

Untuk teori usaha energi, simak pos berikut ini.

Contoh, sebuah benda $20$ kg di atas lantai diangkat sampai ketinggian $5$ meter secara vertikal. Jika percepatan gravitasi di sana adalah $g$ = $\displaystyle 10\,\frac{m}{s}$. Tentukan usaha yang dilakukan gaya angkat pada benda tersebut !

Penyelesaian :

Berdasarkan hubungan usaha dan energi potensial, yaitu $W$ = $\Delta EP$, maka

$W$ = $m$ $g$ $h$ = $20$x$10$x$5$ = $1000\,joule$

Contoh lain, mobil bermassa $2000$ $kg$ hendak dipercepat dari $20$ $m/s$ menjadi $40$ $m/s$. Tentukan besar usaha yang akan dilakukan mobil tersebut !

Penyelesaian :

Berdasarkan hubungan usaha dan energi kinetik, yaitu $W$ = $\Delta EK$, maka

$W$ = $\displaystyle \frac{1}{2}m\left (v_{akhir}^{2}-v_{awal}^{2}\right )$ = $\displaystyle \frac{1}{2}2000\left (40^{2}-20^{2}\right )$ = $1.200.000\,joule$

Atau $1.200\,kilo\,joule$ atau juga $1,2$ x $10^{6}$$joule$


[KEKEKALAN ENERGI]

Alat teknik jatuh dari tower dan menghantam tanah dengan kecepatan $72$ $\displaystyle \frac{km}{jam}$. Berapakah ketinggian tower tersebut?

Penyelesaian :

Kita pisahkan dua keadaan, yaitu keadaan di titik 1 saat benda diam dan keadaan 2 saat benda menumbuk tanah.

Keadaan 1

Semula alat teknik itu diam, $\vec{v_{1}}$ = $0$ $\displaystyle \frac{m}{s}$.

Lalu jatuh bebas

Oleh karena kecepatan awalnya $0$, maka energi kinetiknya juga $0$.


Keadaan 2

Kecepatan saat menumbuk tanah, $\vec{v_{2}}$ = $72$ $\displaystyle \frac{km}{jam}$ = $20$ $\displaystyle \frac{m}{s}$.

Menggunakan Hukum Kekekalan Energi Mekanik, diperoleh hubungan \[v=\sqrt{2\,g\,h}\]
Maka \[v^{2}=2\,g\,h\]
Atau \[h=\displaystyle \frac{v^{2}}{2\,g}\]

$h=\displaystyle \frac{20^{2}}{2\,x\,10}$ = $20$ $m$


[IMPULS, MOMENTUM, TUMBUKAN]


Ciri-ciri tumbukan lenting sempurna :
  • Berlaku Hukum Kekekalan Momentum
  • Berlaku Hukum Kekekalan Energi Kinetik
  • Koefisien Restitusinya 1

Ciri-ciri tumbukan lenting sebagian :
  • Berlaku Hukum Kekekalan Momentum
  • Berlaku Hukum Kekekalan Energi Kinetik
  • Koefisien Restitusinya 0 < e < 1

Ciri-ciri tumbukan tidak lenting :
  • Tidak Berlaku Hukum Kekekalan Momentum
  • Tidak Berlaku Hukum Kekekalan Energi Kinetik
  • Koefisien Restitusinya 0

Selengkapnya contoh - contoh soal jawab Impuls, Momentum, Tumbukan buka daftar isi .


[ELASTISITAS, HUKUM HOOKE]

Shock breaker sebuah sepeda motor memendek sepanjang $10$ $cm$ ketika seseorang bermassa $60$ $kg$ duduk di jok sepeda motor tersebut. Tentukan konstanta shock breaker tersebut bila percepatan gravitasi di sana $10$ $\displaystyle \frac{m}{s^{2}}$ !

Penyelesaian :

Menurut Hukum Hooke \[\vec{F}=k\,\vec{\Delta x}\]

Dengan
  • $\vec{F}$ = gaya pegas, $N$
  • $k$ = konstanta pegas, $\displaystyle \frac{N}{m}$
  • $\vec{\Delta x}$ = perubahan panjang pegas, $m$
Maka \[k=\displaystyle \frac{\vec{F}}{\vec{\Delta x}}\]

Dari soal, $\vec{F}$ = $60$ x $10$ = $600$ $N$ ; $\vec{\Delta x}$ = $10$ $cm$ = $0,1$ $m$

Diperoleh, $k$ = $\displaystyle \frac{600}{0,1}$ = $6000$ $\displaystyle \frac{N}{m}$


[FLUIDA STATIS]

Biasanya soal yang diujikan berupa Tekanan Hidrostatis, Hukum Pascal, Hukum Archimedes

Kali ini akan kita bahas tentang Tekanan Hidrostatis dan Hukum Pascal

Secara matematis,Tekanan Hidrostatis memiliki rumusan \[P_{h}=\rho\,g\,h\]
Dengan
  • $\rho$ = massa jenis fluida, $\displaystyle \frac{kg}{m^{3}}$
  • $g$ = percepatan gravitasi, $\displaystyle \frac{m}{s^{2}}$
  • $h$ = kedalaman benda yang diukur, $m$

Jadi, Tekanan Hidrostatis bergantung pada : massa jenis fluida, percepaan gravitasi dan kedalaman benda yang diukur.

Rumusan Hukum Pascal \[\displaystyle \frac{F_{1}}{A_{1}}=\frac{F_{2}}{A_{2}}\]
Dengan
  • $F_{1}$ = Gaya di titik $1$
  • $F_{2}$ = Gaya di titik $2$
  • $A_{1}$ = Luas Penampang di titik $1$
  • $A_{2}$ = Luas Penampang di titik $2$

Sebagai contoh bejana berhubungan yang memiliki luas penampang berbeda dihubungkan dengan suatu fluida. Pada titik dengan ketinggian yang sama, maka berlaku lah Hukum Pascal di atas. Contoh benda yang menggunakan Hukum Pascal adalah dongkrak hidrolik mobil.

Contoh soal tentang fluida statis, silakan buka Contoh Soal Fluida Statis 


[KONFERSI SUHU]

Gunakan rumus universal untuk mengonversi suhu antar satuan suhu. Dengan rumus universal, tidak perlu mengingat banyak rumus. Rumus tersebut adalah \[\left (\frac{T_{tengah}-T_{bawah}}{T_{atas}-T_{bawah}}\right )_{X}=\left (\frac{T_{tengah}-T_{bawah}}{T_{atas}-T_{bawah}}\right )_{Y}\]
Dengan
$X$ = suhu yang diketahui
$Y$ = suhu yang akan dicari
$T_{bawah}$ = titik beku
$T_{atas}$ = titik didih
$T_{tengah}$ = suhu yang diketahui atau suhu yang dicari

Contoh : Konversikan $30^{\circ}C$ ke bentuk Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin !

Penyelesaian :

Data titik didih, titik beku masing-masing bentuk satuan di atas adalah sebagai berikut :

$T_{bawah}$ $Celcius$ = $T_{bawah}$ $Reamur$ = $0$

$T_{bawah}$ $Fahrenheit$ = 32

$T_{bawah}$ $Kelvin$ = 273

$T_{atas}$ $Celcius$ = 100

$T_{atas}$ $Reamur$ = 80

$T_{atas}$ $Fahrenheit$ = 212

$T_{atas}$ $Kelvin$ = 373

Dan data yang diketahui untuk Celcius, $T_{tengah}$ $Celcius$ = 30


Maka, dengan substitusi ke rumus di atas akan diperoleh masing - masing sebagai berikut :

Reamur

\[\left (\frac{30-0}{100-0}\right )_{C}=\left (\frac{T_{R}-0}{80-0}\right )_{R}\]
Diperoleh, $T_{R}$ = $24^{\circ}R$

Fahrenheit

\[\left (\frac{30-0}{100-0}\right )_{C}=\left (\frac{T_{F}-32}{212-32}\right )_{F}\]
Diperoleh, $T_{R}$ = $86^{\circ}F$

Kelvin

\[\left (\frac{30-0}{100-0}\right )_{C}=\left (\frac{T_{K}-273}{373-273}\right )_{K}\]
Diperoleh, $T_{K}$ = $303\,K$


Contoh lain, buka Soal Jawab Suhu


[MESIN CARNOT, TERMODINAMIKA]

Siklus Carnot adalah siklus yang paling efisien yang mungkin untuk sebuah mesin. Mesin yang bekerja dengan siklus Carnot memiliki efisiensi : \[\eta =1-\frac{T_{c}}{T_{h}}\]
Dengan rumus ini haruslah menggunakan suhu Kelvin

$T_{c}$ = Suhu dingin mesin, $cool$
$T_{h}$ = Suhu panas mesin, $hot$

Contoh, mesin Carnot memiliki suhu panas $227^{\circ}C$ dan memiliki efisiensi $60$ %. Berapa suhu panasnya agar efisiensi mesin naik menjadi $80$ % dengan menjaga suhu dinginnya bernilai tetap !

Penyelesaian :

Pertama konversi dulu suhu Celcius  menjadi Kelvin. Diperoleh $227^{\circ}C$ = $227$ + $273$ = $500\,K$

Kita bahas dua keadaan, keadaan 1 dan keadaan 2. Dengan mencari dulu suhu dingin mesin, maka suhu panas mesin untuk efisiensi keadaan 2 bisa diselesaikan.

Keadaan 1

$\displaystyle \frac{60}{100}=1-\frac{T_{c}}{500}$

$\displaystyle \frac{T_{c}}{500}=1-\frac{60}{100}=\frac{100}{100}-\frac{60}{100}$

$\displaystyle T_{c}=\left (500 \right )\left (\frac{40}{100} \right )=200K$

Diperoleh $T_{c}$ = $200\,K$


Keadaan 2

$\displaystyle \frac{80}{100} =1-\frac{200}{T_{h}}$

$\displaystyle \frac{200}{T_{h}}=1-\frac{80}{100}=\frac{100}{100}-\frac{80}{100}$

$\displaystyle T_{h}=\left (\frac{200}{20/100} \right )=1000K$

Diperoleh $T_{h}$ = $1000\,K$ atau $\displaystyle 1000-273=727^{\circ}C$


[GETARAN]

Teori lengkap tentang getaran buka Teori Getaran.

Sebuah bandul yang diikat tali ringan sepanjang 2 meter diayunkan atau disimpangkan lalu di lepaskan. Bandul berayun dengan periode dan frekuensi berapa jika perecepatan gravitasi di sana $10\,m/s^{2}$ ?

Penyelesaian :

Hubungan antara Periode dan Frekuensi pada bandul adalah \[T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}\]
Dan sebaliknya oleh karena $f=\frac{1}{T}$ maka \[f=\frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{g}{l}}\]
Dari kedua rumusan ini, maka diperoleh

$\displaystyle f=\frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{10}{2}}=\frac{1}{2\pi} \sqrt{5}\,\,Hz$

Dan

$\displaystyle T=2\pi\sqrt{\frac{2}{10}}=2\pi\sqrt{0,2}\,\,sekon$


[GELOMBANG]

Tentang gelombang, sudah saya share lengkap di sini Teori, Latihan Soal dan Pembahasan Gelombang

Untuk soal Ujian Nasional dan Ujian Sekolah biasanya yang diujikan adalah menentukan : Amplitudo, frekuensi, periode, bilangan gelombang, panjang gelombang dan cepat rambat gelombang dari Persamaan Gelombang yang diketahui.

$\displaystyle Y=A\,sin\left (\omega t-kx \right ) =A\,sin\left (\frac{2\pi}{T}-\frac{2\pi}{\lambda} x\right )$

$\displaystyle Y=A\,sin\left (2\pi f-\frac{2\pi}{\lambda} x \right )$

Selengkapnya silakan buka link di atas bagian contoh soalnya.


[BUNYI]

Soal yang diujikan untuk bunyi biasanya tentang Intensitas Bunyi sampai Taraf Intensitasnya, kemudian Efek Doppler.

Kali ini saya bahas mengenai Taraf Intensitas bunyi untuk banyak sumber bunyi dan Efek Doppler.

Contoh, Sebuah peluit menimbulkan bunyi dengan taraf intensitas $90$ $dB$. Jika ada 10 peluit serupa dibunyikan bersamaan, berapakah taraf intensitasnya sekarang?

Penyelesaian :

Rumusan taraf intensitas \[TI_{n}=TI_{1}+10\,log\,n\]
Dengan $n$ = jumlah sumber bunyi

Menggunakan rumus tersebut, maka dapat kita selesaikan \[TI_{10}=90+10\,log\,10=90+10x1=100\,dB\]

Efek Doppler

Mobil Ambulance yang sedang bergerak dengan kecepatan tinggi, $40$ $m/s$, sambil membunyikan sirine berfrekuensi 300 Hz. Kemudian berpapasan dengan mobil minibus dari arah sebaliknya berkecepatan sedang, $20$ $m/s$. Bila cepat rambat bunyi di udara adalah $340$ $m/s$, maka sopir mobil minibus akan mendengar bunyi sirine Ambulance dengan frekuensi ?

Penyelesaian :

Rumusan Efek Doppler \[f_{p}=\left ( \frac{v+v_{p}}{v-v_{s}} \right )f_{s}\]
Dengan

$f_{p}$ = frekuensi pendengar

$f_{s}$ = frekuensi sumber

$v_{p}$ = kecepatan pendengar

$v_{s}$ = kecepatan sumber

Subsitusikan semua data ke persamaan di atas untuk memperoleh frekuensi yang didengar pengemudi mobil minibus.

\[f_{p}=\left ( \frac{340+20}{340-40} \right )300\,\,Hertz\]



Bersambung
Selengkapnya »
Alam Semesta Mengembang, Begini Logikanya.

Alam Semesta Mengembang, Begini Logikanya.

Apabila kita memandang langit di malam yang cerah tanpa awan, kita bisa melihat benda-benda terang. Mungkin itu adalah planet-planet dalam terdekat seperti Venus dan Mars. Atau mungkin juga Planet luar seperti Jupiter dan Saturnus. Termasuk juga bintang-bintang seperti matahari kita yang terletak jauh sekali dari kita.

Beberapa bintang yang tampak tak bergerak itu sebenarnya bergeser secara relatif terhadap bintang yang lainnya selagi Bumi memutari Matahari.

Bintang-bintang itu sebenarnya tidak tak bergerak !

Bintang yang paling dekat dengan Bumi


Sebagian bintang cukup dekat dengan Bumi yang sedang berrevolusi terhadap Matahari. Kita dapat melihatnya dari berbagai posisi dengan latar belakang bintang-bintang yang letaknya lebih jauh.

Ini bagus.

Dengan seperti itu membuat manusia mampu mengukur secara langsung jarak bintang-bintang. Semakin dekat bintang ke pengamat, maka akan semakin banyak bintang di latar belakang terlihat bergeser.

Bintang terdekat Bumi, Proxima Centauri berjarak empat tahun cahaya. Maksudnya cahaya dari bintang ini butuh waktu hingga empat tahun untuk mencapai Bumi, untuk dapat terlihat oleh mata kita. Dengan kalkulasi kecepatan cayaha rata-rata, maka selama empat tahun akan berjarak sekitar 23 triliun mil atau setara 37 triliun kilometer.

Alam semesta mengembang, begini logikanya


Beberapa bintang yang mampu dilihat dengan mata telanjang terletak dalam jarak sekitar ratusan tahun cahaya dari Bumi. Sementara kalau dibandingkan dengan jarak Bumi Matahari, hanya 8 menit saja. Bintang-bintang tampak tersebar di atas langit malam, namun sebenarnya mayoritas berkumpul pada satu sabuk yang kita kenal dengan sebutan Bima Sakti / Milky Way.

Gambaran modern alam semesta rupanya baru muncul sejak tahun 1924. Astronom Edwin Hubble menunjukkan bahwa galaksi Bima Sakti bukan satu-satunya galaksi di alam semesta ini. Terdapat sangat banyak galaksi di alam semesta, dengan ruang kosong luas di antara galaksi-galaksi.

Penemuan Hubble


Untuk membuktikan ini, Hubble perlu mengukur galaksi lain sehingga terlihat tak bergerak, tidak seperti bintang-bintang yang dekat. Karenanya ia terpaksa menggunakan cara tak langsung untuk mengukur jarak antar bintang ini.

Kecerahan penampakan bintang bergantung pada dua faktor: luminositas, jarak dari pengamat.

Luminositas merupakan seberapa banyak cahaya yang dipancarkan oleh bintang tersebut. Bintang-bintang yang dekat dapat diukur kecerahan dan jaraknya. Sehingga luminositasnya pun dapat dihitung. Sebaliknya, bila tahu luminositas suatu bintang di galaksi lain, maka jaraknya dapat ditentukan dengan mengukur kecerahannya. Hubble berpendapat bahwa tipe bintang tertentu selalu punya luminositas sama saat letaknya cukup dekat untuk diukur. Sehingga bila ditemukan bintang bertipe sama di galaksi lain, maka bintang tersebut dapat dianggap luminositas yang sama pula. Jadi jarak natar bintang tersbut dapat diukur.

Melalui pola kerja seperti itu, Hubble menentukan jarak sembilan buah galaksi lain. Dan sekarang dalam ilmu fisika modern telah dikenal ratusan ribu juta galaksi yang dapat terlihat dengan teropong modern. Tiap galaksi ini berisi beberapa ratus ribu juta bintang.

Kita tinggal di dalam galaksi yang memiliki diameter sekitar seratus ribu tahun cahaya yang sedang berrotasi perlahan-lahan. Bintang-bintang termasuk matahari di lengan spiralnya menyelesaikan masa revolusi selama sekitar beberapa ratus juta tahun. Bintang-bintang terletak sangat jauh sehingga hanya dapat terlihat sebagai titik-titik cahaya. Manusia tidak mampu melihat ukuran atau bentuk dari bintang.

Lantas, bagaimana caranya melihat perbedaan antar bintang?

Sebagian besar bintang hanya terdapat satu ciri yang dapat teramati. Ciri tersbut adalah warna cahaya. Berdasar pendapat Newton tentang optik, cahaya matahari bila melewati prisma, maka cahaya monokromatis (putih/cahaya tampak) akan terurai menjadi cahaya polikromatis (merah - ungu). Persis seperti warna pelangi yang terurai oleh butiran air hujan.

Teropong bintang yang memfokuskan ke satu bintang atau galaksi, spektrum bintang atau galaksi tersebut dapat teramati. Kita bisa tahu suhu bintang dari spektrumnya, yang disebut spektrum termal. Spektrum termal dapat didefinisikan sebagai spektrum yang bergantung pada suhu saja. Warna-warna tertentu tidak ada dalam spektrum bintang-bintang. Warna-warna yang tak ada itu berbeda0beda pada berbagai bintang.

Setiap unsur kimia menyerap warna-warna tertentu yang khas. dengan mencocokkan pola penyerapan tersebut dengan warna-warna yang tidak ada di spektrum bintang, maka dapatlah diketahui unsur-unsur apa saja yang ada pada atmosfer bintang.

Baca juga : Kosmos-Cakupan Alam Semesta

Efek Doppler


Awal abad 20, para astronom mengamati spektrum bintang-bintang di galaksi lain. Mereka menemukan sesuatu yang aneh. Terdapat set warna yang hilang yang khas seperti galaksi Bima Sakti. Namun semuanya bergeser ke arah ujung merah dalam spektrum. Dengan memadukan temuan ini dengan Efek Doppler, disimpulkan bahwa alam semesta mengembang.

Penemuan alam semesta mengembang menjadi salah satu revolusi intelektual terbesar pada abad ke dua puluh. Sebenarnya perilaku alam semesta seperti ini dapat diturunkan dari teori gravitasi Newton. Namun kepercayaan terhadap alam semesta statis sangat kuat. Einstein ketika merumuskan teori relativitas umum sangat yakin bahwa alam semesta harusnya statis. Sampai akhirnya memodifikasi teorinya dengan menambahkan apa yang disebut konstanta kosmologi ke persamaannya.

Einstein mengajukan gaya "antigravitasi" baru, yang tidak berasal dari sumber tertentu melainkan teranyam dalam ruang-waktu, tidak seperti gaya lain. Klaim Einstein kemudian mengatakan bahwa ruang-waktu memiliki kecenderungan bawaan untuk mengembang.

Selengkapnya »
Meramal Sambaran Petir Untuk Meminimalisir Dampak Kerusakan

Meramal Sambaran Petir Untuk Meminimalisir Dampak Kerusakan

Petir punya daya hancur yang sangat besar. Bagi manusia bahkan bisa mematikan. Di dalam laboratorium tegangan tinggi, para peneliti menciptakan petir buatan. Di sini dapat terlihat dampak yang ditimbulkan. Petir buatan di laboratorium sama kuatnya seperti di alam. Bertegangan beberapa ratus ribu volt, dan bersuhu 30.000 °C, 5 kali lipat lebih panas dari suhu di permukaan matahari. Dari kawat yang diujicoba, yang tersisa hanya asap.

Wolfgang Zischank, Peneliti Petir
Sambaran petir tetap menjadi masalah. Banyak rumah tidak terdapat pelindung sambaran petir. Kebakaran kerap terjadi, juga kerusakan lain. Masalah yang mendesak adalah kerusakan instalasi listrik akibat induksi tegangan tinggi petir.

Efek Sambaran Petir

Meramal Sambaran Petir Untuk Meminimalisir Dampak Kerusakan
Ilmuan ingin melindungi bangunan dan peralatan teknis dengan lebih baik akibat sambaran petir. Kadang alat elektronik terganggu walaupun tidak tersambar langsung oleh petir. Misalnya instalasi alarm.

Saat petir menyambar, terbentuk medan elektromagnetik. Ini menimbulkan induksi tegangan tinggi pada peralatan elektronik. Dan menyebabkan gangguan fungsi, seperti pada alarm. Tapi bisa juga menyebabkan alat elektronik rusak total.

Meramal Sambaran Petir, Meminimalisir Dampak


Sekarang ada antena yang mengenali petir. Dinas  peringatan sambaran petir memberikan laporan kilat jika meramalkan cuaca buruk dan mengirim secara otomatis, peringatan sebagai email, sms atau fax kepada para pelanggan.

Misalnya instalasi industri pelabuhan udara dan rumah sakit bisa mengambil tindakan pengamanan. Mereka yang berolah raga dalam area terbuka, misalnya di padang golf, lapangan sepak bola, juga bisa mencari perlindungan.

Lewat komputer, petir bisa dilacak lokasinya secara otomatis. Dicatat dan diukur. Juga data dari negara - negara sekitar dimasukkan ke dalam sistem penghitungan.

Stephan Thern- Insinyur Listrik
Petir diukur lewat antena terestrial. Berfungsi seperti pesawat radio, menerima sinyal elektro magnetik petir. Percatatan akurat saat petir mengenai antena bisa melacak di mana lokasi petir.

Dengan bantuan petir yang sudah menyambar, bisa dilihat arah pergerakan cuaca buruk. Peringatan dini amat penting, karena petir bisa menyambar sebelum awan gelap tampak. Di seluruh dunia, tercipta dua ribu cuaca buruk setiap jamnya.


Selengkapnya »
Kronologi Penemuan Hukum Newton Pertama, Penasaran?

Kronologi Penemuan Hukum Newton Pertama, Penasaran?

Berabad silam, masalah gerak dan penyebab gerak menjadi topik utama fisika. Orang menyebut fisika sebagai filsafat alam saat itu. Barulah kemudian, dengan kelahiran gagasan Galileo dan Newton diperoleh kemajuan yang sangat signifikan.

Newton yang lahir tepat pada tahun kematian Galileo berhasil membangun prinsip mekanika klasik. Selain itu Newton juga menemukan ilmu kalkulus, penyusun gagasan gravitasi umum, merumuskan hukumnya. Di bidang optik, Newton menemukan susunan berkas cahaya putih.

Ia adalah seorang ahli eksperimen yang sangat cakap dalam pekerjaannya. Juga sebagai ahli matematika. Dan pada era modern dikenal sebagai fisikawan teroritis.

Ide dari Galileo dan sejumlah ilmuan pendahulunya yang lain dibuktikan oleh Newton melalui ketiga buah hukumnya. Dikemukakan dalam bukunya yang berjugul asli "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica", atau yang lebih dikenal dengan Principia.

hukum newton, principia


Rupanya sebelum era Galileo, sebagian besar filsuf berpendapat bahwa agar benda bergerak dan tetap bergerak perlu adanya sebuah pengaruh dari luar. Dan mereka menyebutnya dengan Gaya, Force. Menurutnya, keadaan alami benda adalah diam. Dan mereka yakin agar benda dapat bergerak, maka diperlukan pengaruh luar yang mendorongnya terus menerus. Sehingga jika penggerak luar ini berhenti bekerja, maka benda akan berhenti dengan sendirinya.

Masuk akal

Namun, di bawah nanti kita bisa menggunakan logika lain dan hasilnya lain. Menariknya ini juga benar.

Kembali ke gagasan era sebelum Galileo. Jika gagasan tersebut diuji dengan percobaan / eksperimen, pertama kita harus membebaskan benda tersebut dari semua pengaruh luar, termasuk gaya luar.

Ini sulit dilakukan.

Namun dalam beberapa hal tertentu gaya dapat dibuat sangat kecil. Jika gerak dibuat semakin kecil, kita bisa memperoleh gambaran bagaimana jadinya gerak jika gayanya benar-benar nol.

Sebagai contoh benda uji berupa balok. Kita letakkan balok di atas bidang datar keras. Bila balok diluncurkan di atas bidang tersebut, lama - lama akan melambat dan akhirnya berhenti. Fakta ini mendukung gagasan para ilmuan tersebut bahwa gerak berhenti bila gaya luar dihilangkan / tidak bekerja lagi kepada benda.


Menariknya lagi, gagasan ini dapat terbantahkan dengan mudah melalui penalaran sebagai berikut.

Misal percobaan tersebut diulangi mengunakan balok yang lebih halus dan bidangnya yang lebih licin, plus dibubuhi pelumas di antara balok dan bidang luncur. Akan nampak pengurangan kecepatannya lebih lambat dibanding keadaan semula. Bila balok lebih halus lagi dan pelicin lebih licin lagi, tentunya akan lebih lama untuk berhenti dan lebih jauh meluncurnya.

Jika di dalam laboratorium, percobaan ini bisa dilakukan dengan cupu es kering ( dry-ice puck). Alat tersebut sedikit mengambang di atas lapisan gas $CO_{2}$. Gesekan antara cupu dan bidang sangatlah kecil, sehingga sulit diketahui pengurangan kecepatan yang terukur.

Bila keadaan cupu es kering ini kita perluas (ekstrapolasikan) untuk keadaan benar-benar tanpa gesekan, benda akan bergerak terus menerus sepanjang garis lurus dengan laju yang konstan. Dan untuk mengubah kecepatan geraknya, diperlukan gaya luar, namun untuk memepertahankan kecepatan tidak dibutuhkan gaya luar sama sekali.

Contohnya dalam percobaan tadi kita misalkan, tangan memberikan gaya pada balok untuk memulai gerakannya. Bidang kasar lah yang ternyata memberikan gaya kepada balok untuk memperlambat kecepatannya. Kedua gaya ini, dorongan tangan dan gesekan oleh bidang kasar menghasilkan perubahan kecepatan, yang kita sebut dengan percepatan.

Fakta ini lah yang diangkat oleh Newton sebagai yang pertama dari ke tiga hukumnya tentang gerak. Dengan kata - kata, Newton menyebutnya dengan :

Hukum Newton I
Setiap benda akan tetap berada pada keadaan diam atau bergerak lurus dengan kecepatan yang teratur, kecuali jiga benda tersebut dipaksa oleh gaya luar yang berpengaruh padanya sehingga keadaanya berubah, yaitu menjadi tidak diam atau tidak bergerak lurus dengan kecepatan tetap lagi.

Ini lah hukum Newton pertama yang kita kenal. Dan sesungguhnya mmberikan pernyataan juga tentang kerangka acuan.

Fakta bahwa tanpa adanya gaya luar maka suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus dengan kecepatan yang beraturan, sering dinyatakan dengan memberikan suatu sifat pada benda yang disebut keadaan inersia atau lembam.
Selengkapnya »
Dualisme Gelombang Partikel

Dualisme Gelombang Partikel


Dalam pengalaman kehidupan manusia sehari-hari, tidak ada sesuatu yang misterius atau kekaburan makna tentang konsep partikel dan gelombang. Tinjaulah sebuah batu yang dijatuhkan ke kolam dan riak yang dihasilkan yang menyebar dari titik jatuh batu akan memiliki kesamaan hanya dalam sifatnya. Kesamaan itu yakni membawa energi dan momentum dari suatu tempat ke tempat lainnya.


dualisme gelombang partikel


Fisika klasik yang umumnya menyatakan "kenyataan fisis" yang ditangkap indera kita, memperlakukan partikel dan gelombang sebagai komponen yang terpisah satu sama lain dari kenyataan itu. Mekanika partikel dan optika gelombang secara tradisional merupakan keilmuan yang bebas. Masing-masing disiplin ilmu ini beraal dari serangkaian eksperimen dan prinsip-prinsip yang didasarkan atas hasil eksperimen tersebut.

Kenyataan fisis yang dapat diterima oleh akal kita timbul dari gejala yang terjadi dalam dunia mikroskopik sebuah atom dan molekul, elektron dan inti atom. Akan tetapi dalam dunia ini tidak terdapat partikel atau gelombang dalam arti yang kita kenal.

Sudah mahfum kita menganggap elektron memiliki muatan dan massa. Elektron berperilaku menurut hukum mekanika partikel dalam peralatan yang kita kenal misalnya pada tabung televisi. Namun demikian, akan terlihat banyak kenyataan yang sepertinya kita memaksa menafsirkan elektron yang bergerak sebagai suatu manifestasi gelombang. Hal ini sebanyak juga kenyataan lain yang memaksa pemikiran kita untuk menafsirkan elektron sebagai manifestasi sebuah partikel.

Lalu kita telah menganggap gelombang elektromagnetik memperlihatkan gejala difraksi, interferensi dan polarisasi. Namun, kita juga telah melihat fakta bahwa dalam keadaan yang lain gelombang elektromagnetik ini berperilaku seakan - akan terdiri dari seberkas partikel.

Bersama dengan relativitas khusus, dualisme partikel - gelombang adalah pengertian sentral dalam keilmuan fisika modern.

Pandangan James Clark Maxwell


Penggandengan medan lisrik dan magnetik yang bergerak dengan kelajuan cahaya menimbulkan perilaku gelombang yan khusus. Dari perkerjaan Faraday sebelumnya tentang magnet, fisikawan Inggris, James Clerk Maxwell mengemukakan banhwa listrik yang dipercepat akan menimbulkan gangguan listrik dan magnetik. 

gelombang elektromagnetik


Keadaan ini menjalar terus menerus melalui ruang vakum. Bila muatan bergetar secara periodik, diperoleh fakta bahwa gangguannya adalah gelombang yang komponen magnetik dan komponen listriknya saling tegak lurus.

Lalu Maxwell mengemukakan bahwa perubahan medan listrik akan menimbulkan medan magnetik.

Pandangan Heinrich Hertz dan Pembuktian Young


Perkembangan selanjutnya, ahli fisika Jerman, Heinrich Hertz membuktikan bahwa gelombang EM betul ada dan berperilaku tepat seperti ramalan ilmiahnya Maxwell.

Terkahir, eksperimen celah - ganda Young menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang.
Selengkapnya »
Beranda

Usaha Energi Daya

Listrik Magnet

Soal Jawab

Mekanika

Impuls Momentum

Universitas

Optik