Hukum Coulomb, kadang-kadang disebut hukum Coulomb, adalah satu persamaan yang menggambarkan kekuatan elektrostatik antara muatan elektrik yang terpisahkan jarak tertentu, degan nilai muatan dan jarak pisah keduanya. Dikembangkan pada 1780-an oleh ahli ilmu fisika Perancis Charles Augustin de Coulomb yang merupakan orang penting pada pengembangan teori keelektromagnetan. Hukum Coulomb dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dimana r adalah jarak antara kedua titik dan adalah konstanta Coulomb, gaya tarik menarik akan terjadi jika kedua muatan (q1 dan q2) berbeda jenis dan akan tolak-menolak jika kedua muatan sama.
Kontanta Coulomb dapat dijabarkan sebagai berikut:
=
=
=
=
Dalam satuan SI,kelajuan cahaya di dalam ruang hampa, c0 didefinisikan sebagai 299,792,458 m · s-1, dan konstanta magnetik (µ0), didefinisikan sebagai 4π × 10-7 H · m-1,mengacu definisi untukketetapan elektrik (ε 0) dengan ε0 = ≈ 8.854 187 817 × 10−12 F · m−1. Pada aturan cgs, konstanta Coulomb ditetapkan adalah 1.
Cahaya digolongkan sebagai suatu bentuk radiasi. Radiasi adalah sesuatu yang memancar keluar dari suatu sumber tetapi bukan merupakan zat. Cahaya dapat dilihat mata manusia. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang getarannya adalah medan listrik dan medan magnetic. Getaran ini tegak lurus terhadap arah perambatan cahaya, sehingga cahaya termasuk gelombang transversal. Cahaya matahari dapat merambat melalui ruang hampa. Kelajuan gelombang ini adalah 300 juta m/s.
2.Pemantulan Cahaya
Pada permukaan benda yang rata seperti cermin datar, cahaya dipantulkan membentuk suatu pola yang teratur. Sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan cermin dipantulkan sebagai sinar-sinar sejajar pula. Akibatnya cermin dapat membentuk bayangan benda. Pemantulan semacam ini disebut pemantulan teratur atau pemantulan biasa. Berbeda dengan benda yang memiliki permukaan rata, pada saat cahaya mengenai suatu permukaan yang tidak rata, maka sinar-sinar sejajar yang datang pada permukaan tersebut dipantulkan tidak sebagai sinar-sinar sejajar. Pemantulan seperti ini disebut pemantulan baur .
Hukum pemantulan cahaya dikemukakan oleh W. Snellius, menurutnya apabila seberkas cahaya mengenai permukaan bidang datar yang rata, maka akan berlaku aturan-aturan sebagai berikut :
1.Sinar datang (sinar jatuh), garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang datar.
2.Sudut sinar datang (sinar jatuh) selalu sama dengan sudut sinar pantul (sudut i = sudut r )
3.Pemantulan Cahaya pada Cermin Datar
Sifat bayangan pada cermin datar :
1.Bayangan yang terjadi sama besar dengan benda.
2.Bayangan yang terjadi sama tegak.
3.Jarak benda sama dengan jarak bayangan
4.Bayangan cermin tertukar sisinya, artinya bagian kanan benda menjadi bagian kirinya.
5.Bayangan cermin merupakan bayangan semu, artinya bayangan tidak dapat ditangkap oleh layar.
4.Pemantulan Cahaya pada Cermin Cembung
Hukum pemantulan juga berlaku pada cermin cembung.
Tiga sinar istimewa pada cermin cembung adalah:
Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus
Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama
Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan juga
5.Pemantulan Cahaya pada Cermin Cekung
Hukum pemantulan juga berlaku pada cermin cekung.
Tiga sinar istimewa pada cermin cekung adalah:
Sinar datang sejajar sumbu utama dipantulkan melalui titik fokus
Sinar datang melalui titik fokus dipantulkan sejajar dengan sumbu utama
Sinar datang menuju titik pusat kelengkungan cermin dipantulkan kembali melalui titik pusat kelengkungan juga
6.Hubungan Jarak Fokus, Jarak Benda, dan Jarak Bayangan
Atau
Keterangan:
f: jarak fokus cermin
s: jarak benda ke cermin
s’: jarak bayangan ke cermin
R: pusat kelengkungan cermin
7.Perbesaran Bayangan pada Cermin
Keterangan:
M: perbesaran bayangan
h’: tinggi bayangan benda
h: tinggi benda
s’: jarak bayangan benda ke cermin
s: jarak benda ke cermin
8.Pembiasan Cahaya
Pembiasan cahaya adalah pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlak suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya di ruang hampa dengan kecepatan cahaya di bahan tersebut. Indeks bias relatif merupakan perbandingan indeks bias dua medium berbeda. Indeks bias relatif medium kedua terhadap medium pertama adalah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama. Pembiasan cahaya menyebabkan kedalaman semu dan pemantulan sempurna.
Persamaan indeks bias mutlak
Hukum pembiasan cahaya
9.Pembiasan Cahaya pada Lensa Cekung
Sinar-sinar istimewa pada lensa cekung adalah:
Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan seolah-olah berasal dari titik fokus F1
Sinar datang yang melalui titik pusat lensa tidak mengalami pembiasan
Sinar datang yang seolah-olah menuju titik fokus, dibiaskan sejajar dengan sumbu utama
10.Pembiasan Cahaya pada Lensa Cembung
Sinar-sinar istimewa pada lensa cembung adalah:
Sinar datang sejajar sumbu utama dibiaskan melalui titik fokus
Sinar datang yang melalui titik pusat lensa tidak mengalami pembiasan
Sinar datang melalui titik fokus akan dibiaskan sejajar sumbu utama
Lup (kaca pembesar) dipakai untuk melihat benda-benda kecil agar tampak lebih besar dan jelas. Oleh tukang arloji, lup dipakai agar bagian jam yang diperbaikinya kelihatan lebih besar dan jelas. Oleh siswa saat praktikum biologi, lup dipakai untuk mengamati bagian hewan atau tumbuhan agar kelihatan besar dan jelas.
Sebagai alat optik, lup berupa lensa cembung tebal (berfokus pendek). Sifat bayangan yang diharapkan dari benda kecil yang dilihat dengan lup adalah tegak dan diperbesar. Orang yang melihat benda dengan menggunakan lup akan mempunyai sudut penglihatan (sudut anguler) yang lebih besar daripada orang yang melihat dengan mata biasa. Ada dua cara memakai lup, yaitu dengan mata tak berakomodasi dan mata berakomodasi. Sifat bayangan yang dihasilkan adalah maya, tegak, diperbesar.
Perbesaran dengan mata tidak berakomodasi:
M = PP/f
Perbesaran dengan mata berakomodasi maksimum:
M = PP/f + 1
keterangan:
M : perbesaran lup
PP: titik dekat mata
f: jarak titik fokus lensa
B. Mikroskop
Perbesaran yang diperoleh adalah merupakan perbesaran oleh lensa obyektif dan lensa okuler yaitu: M = Moby x Mok M = (Si/So) x (PP/f okuler)
Panjang Mikroskop Panjang mikroskop adalah jarak lensa obyektif terhadap lensa okuler dirumuskan : Untuk mata berakomodasi d = Si (ob) + So (ok) Keterangan : d = panjang mikroskop Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif So (ok) = jarak benda lensa okuler
Untuk mata tidak berakomodasi d = Si (ob) + f (ok) Keterangan : d = panjang mikroskop Si (ob) = jarak bayangan lensa obyektif f (ok) = jarak fokus lensa okuler
C. Teropong Bintang
Obyek benda yang diamati berada di tempat yang jauh tak terhingga, berkas cahaya datang berupa sinar-sinar yang sejajar. Lensa obyektif berupa lensa cembung membentuk bayangan yang bersifat nyata, diperkecil dan terbalik berada pada titik fokus.
Bayangan yang dibentuk lensa obyektif menjadi benda bagi lensa okuler yang jatuh tepat pada titik fokus lensa okuler.
Penggunaan dengan mata tidak berkomodasi
Untuk penggunaan dengan mata tidak berkomodasi, bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh di titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler yang diperoleh adalah :
M = f (ob) / f (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + f (ok)
Penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal
Untuk penggunaan dengan mata berkomodasi maksimal bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif jatuh diantara titik pusat bidang lensa dan titik fokus lensa okuler.
Perbesaran anguler dapat diturunkan sama dengan penalaran pada pengamatan tanpa berakomodasi dan didapatkan :
M = f (ob) / So (ok)
Panjang teropong adalah :
M = f (ob) + So (ok)
D. Teropong Bumi
Lensa obyektif membentuk bayangan bersifat nyata, terbalik dan diperkecil yang jatuh pada fob. Bayangan dibentuk oleh lensa obyektif menjadi benda bagi lensa pembalik jatuh pada jarak 2f pembalik sehingga terbentuk bayangan pada jarak 2f pembalik juga yang bersifat nyata, terbalik, dan sama besar .
Dengan adanya lensa pembalik panjang teropong dirumuskan menjadi :
d = f (ob) + 4f (pembalik) + f (ok)
Lensa pembalik berfungsi untuk membalikkan arah cahaya sebelum melewati lensa okuler, lensa okuler berfungsi seperti lup membentuk bayangan bersifat maya, tegak, dan diperbesar. Adanya lensa pembalik tidak mempengaruhi perbesaran akhir, bayangan akhir bersifat maya, tegak dan diperbesar dengan perbesaran : M = d = f (ob) / f (ok)
Jika diketahui grafik hubungan kecepatan (v) dan waktu (s) seperti di bawah ini, hitunglah:
Panjang lintasan saat 5 detik pertama?
Percepatan dari detik 0 sampai detik 1? c. Percepatan dari detik ke-4 sampai detik ke-5? n panjang lintasan (s) saat detik ke: 0 – 1 : s = ½ t (vt + vo) => s = ½ . 1 (80 + 40) => s = 60 satuan 1 – 4 : s = ½ t (vt + vo) => s = ½ . 3 (80 + 80) => s = 240 satuan 4 – 5 : s = ½ t (vt +vo) => s = ½ . 1 (20 + 80) => s = 50 satuan Panjang lintasan saat 5 detik pertama adalah 60 + 240 + 50 = 350 satuan. b) Percepatan dari detik 0 sampai detik 1:
Fisika berasal dari Bahasa Yunani: physikos yang artinya “alamiah”, dan physis yang artinya “Alam” adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
DINAMIKA
Cabang dari ilmu mekanika yang meninjau gerak partikel dengan meninjau
penyebab geraknya dikenal sebagai dinamika.
PENGERTIAN
Dinamika adalah bagian mekanika yang meliputi telaah tentang gerak gan gaya-gaya yang menyebabkan gerak. Dinamika dapat digambarkan dengan hukum Newton II.
Konsep Gaya dan Massa
• Massa adalah materi yang terkandung dalam suatu zat dan dapat dikatakan sebagai ukuran dari inersia(kelembaman).
• Gaya adalah penyebab terjadi gerakan pada benda.
• Konsep Gaya dan Massa dijelaskan oleh Hukum Newton
Hukum I menyatakan “Sebuah benda akan berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan apabila resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol”. Hukum II menyatakan “Benda akan mengalami percepatan jika ada gaya yang bekerja pada benda tersebut dimana gaya ini sebanding dengan suatu kontanta dan percepatannya” F=m*a
HukumIII menyatakan “ Dua benda yang berinteraksi akan timbul gaya pada masing-masing benda tsb yang arahnya berlawanan dan besarnya sama” Faksi = -Freaksi
• Satuan untuk gaya adalah Newton, (N) atau dyne, dan dimensi MLT-2
Macam-macam Gaya
• Di alam semesta ada 4 gaya yang berpengaruh yaitu gaya
Elektromagnetik
gaya Gravitasi
gaya Interaksi Kuat
gaya Interaksi Lemah
• Gaya interaksi : gaya Gravitasi dan gaya Listrik-Magnetik
• Gaya Kontak : gaya Normal, gaya Gesek dan gaya Tegang Tali
Gaya Normal
Gaya normal adalah gaya reaksi dari gaya berat yang dikerjakan
pada benda terhadap bidang dimana benda itu terletak dan
tegak lurus bidang.
N = m*g; g = percepatan grvaitasi
Gaya Gesek
• Gaya yang melawan gerak relatif antara 2 benda yang bersentuhan.
Gaya gesek ini dapat terjadi pada
- gaya gesek antara zat padat dengan zat padat
- gaya gesek antara zat cair dengan zat padat
• Gaya gesek dipengaruhi oleh beberapa faktor
- keadaan permukaan
- kecepatan relatif
- gaya yang bekerja pada benda tsb
• Gaya gesek, fk dinyatakan
fk = µk*N
dengan µk=koefisien gesek kinetik, µs=koefisien gesek statik dan N=gaya normal. Umumnya µk < µs • Sifat-sifat gaya gesek Gaya gesek maksimum(statik dan kinetik) tidak tergantung pada luas permukaan bidang gesek dan berbanding lurus dengan gaya normal Gaya gesek kinetik tergantung pada kecepatan relatif antara 2 benda yang bersentuhan.
KINEMATIKA
PENGERTIAN Kinematika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari gerak titik partikel secara geometris, yaitu meninjau gerak partikel tanpa meninjau
penyebab geraknya. Kinematika adalah cabang dari ilmu mekanika, yaitu ilmu yang mempelajari
gerak benda.
KINEMATIKA
Mempelajari gerak sebagai fungsi dari waktu tanpa mempedulikan penyebabnya.
Manfaat:
1. Perancangan suatu gerak:
a. Jadwal kereta, pesawat terbang, dll
b. Jadwal pits stop pada balapan F1, pengaturan lalu lintas
2. Untuk memprediksi terjadinya suatu peristiwa:
Gerhana bulan, gerhana matahari, awal bulan puasa
3. Model (analogi) bagi fenomena lain di luar ruang lingkup fisika:
Pertumbuhan tanaman, pertumbuhan penduduk, pertumbuhan ekonomi dll.
Gerak yang dipelajari:
1. Gerak 1 dimensi: lintasan berbentuk garis lurus
a. Gerak lurus beraturan (GLB)
b. Gerak lurus berubah beraturan (GLBB)
c. Gerak lurus berubah tidak beraturan
2. Gerak 2 dimensi: lintasan berada dalam sebuah bidang datar
a. Gerak melingkar
b. Gerak parabola
3. Gerak 3 dimensi: lintasan berada dalam ruang (tidak dibahas)
4. Gerak Relatif
Besaran fisika dalam studi Kinematika:
1. Perpindahan (displacement)
2. Kecepatan (velocity)
3. Percepatan (accelaration)
Kelajuan
Besar dari vektor kecepatan sering juga disebut sebagai kelajuan. Kelajuan dari sebuah partikel dapat tidak berubah walaupun kecepatannya berubah, yaitu bila vektor kecepatan berubah arahnya tanpa berubah besarnya.
Kelajuan dan kecepatan adalah dua kata yang sering tertukar. Kelajuan berkaitan dengan panjang lintasan yang ditempuh dalam interval waktu tertentu. Kelajuan merupakan besaran skalar.
Contoh:
Sebuah motor melintasi jalan Gianyar-Jimbaran dengan panjang lintasan 120 km dalam waktu 2 jam. Maka, dapat disimpulkan bahwa laju rata-rata mobil tersebut adalah 60km/jam.
v=s.t-1
Perpindahan (displacement)
letak sebuah titik: vektor posisi, yaitu vektor yang dibuat dari titik acuan ke arah titik tersebut. Perpindahan dan kecepatan merupakan besaran-besaran vektor. Perpindahan didefinisikan sebagai perubahan posisi sebuah objek.
Contoh:
Jika ada sebuah benda Z bergerak ke utara dengan panjang lintasan 25m. Setelah bergerak ke utara sejauh 25m, benda bergerak ke selatan sejauh 15m.
Dapat disimpulkan bahwa benda Z menempuh lintasan sepanjang 40m, dan melakukan perpindahan sejauh 10m.
Kecepatan (velocity)
Kecepatan didefinisikan sebagai perpindahan dibagi dengan waktu yang diperlukan untuk perpindahan tersebut.
Kecepatan sebuah partikel adalah laju perubahan posisi partikel terhadap waktu.
Kecepatan rata-rata partikel tadi dalam selang waktu delta()t didefinisikan sebagai:
v=Δx/Δ-t
Percepatan (accelaration)
Percepatan sebuah partikel adalah laju perubahan keceatan partikel terhadap waktu. Percepatan adalah perubahan kecepatan persatuan waktu(lajukecepatan). Hubungan percepatan dengan waktu memiliki analogi dengan hubungan kecepatan waktu.
a=Δv/Δt
GERAK LURUS BERATURAN (GLB)
Gerak benda titik dengan lintasan berbentuk garis lurus dengan jarak yang ditempuh tiap satu satuan waktu sama besar, dan arah gerak tetap.
Sebuah Benda melakukan gerak lurus beraturan (GLB) jika benda tersebut bergerak dalam lintasan lurus dengan kecepatan konstan.
Formulasi GLB:
xt = x0 + vt
t : waktu
x0 : posisi awal
v : kecepatan
xt : posisi pada saat t
GERAK LURUS BERUBAH BERATURAN (GLBB)
Gerak benda titik dengan lintasan berbentuk garis lurus dengan jarak yang ditempuh tiap satu satuan waktu tidak sama besar, sedangkan arah gerak tetap.
Formulasi GLBB:
vt = v0 + at
t : waktu
v0 : kecepatan awal
a : percepatan
vt : kecepatan pada saat t
Δa = v0t + ½ at2
x : jarak
v0 : kecepatan awal
t : waktu
a : percepatan
BESARAN
Besaran Fisika
Besaran Fisika ada 2 yaitu:
1. Konseptual
a. Besaran Pokok: Besaran yang ditetapkan dengan suatu standar ukuran.
Contoh Besaran Pokok:
Massa satuan dalam SI kilogram (kg)
Panjang satuan dalam SI meter (m)
Waktu satuan dalam SI sekon (s)
Arus Listrik satuan dalam SI ampere (A)
Suhu satuan dalam SI kelvin (K)
Jumlah Zat satuan dalam SI mole (mol)
Intensitas satuan dalam SI kandela (cd)
Definisi standar besaran pokok:
Panjang - meter :
Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang hampa yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu 1/299,792,458 sekon.
Massa - kilogram :
Satu kilogram adalah massa silinder platinum iridium dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm.
Waktu - sekon
Satu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode (getaran) radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium-133 dalam transisi antara dua tingkat energi (hyperfine level) yang terdapat pada aras dasar (ground state).
b. Besaran Turunan: Besaran yang dirumuskan dari besaran-besaran pokok.
Contoh Besaran Turunan:
Kecepatan: pergeseran yang dilakukan persatuan waktu
satuan : meter per sekon (ms-1)
Percepatan: perubahan kecepatan per satuan waktu
satuan : meter per sekon kuadrat (ms-2)
Gaya: massa kali percepatan
satuan : newton (N) = kg m s-2
2. Matematis
Besaran Skalar: Hanya memiliki nilai.
Besaran Vektor: Memiliki nilai dan arah.
DIMENSI Dimensi menyatakan esensi dari suatu besaran fisika yang tidak bergantung pada satuan yang digunakan.
Jarak antara dua tempat dapat dinyatakan dalam meter, mil, langkah,dll. Apapun satuannya jarak pada dasarnya adalah “panjang”.
Besaran Pokok:
Massa simbol dimensi : M
Panjang simbol dimensi : L
Waktu simbol dimensi : T
Arus Listrik simbol dimensi : I
Suhu simbol dimensi :Ѳ
Jumlah Zat simbol dimensi N
Intensitas simbol dimensi J
Analisa Dimensi:
Suatu besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan apabila memiliki dimensi yang sama.
Setiap suku dalam persamaan fisika harus memiliki dimensi yang sama.
11. Rumus-Rumus Lensa
