Fakta Terkini dalam Fisika Kuantum: Dari Superposisi hingga Potensi Komputasi Kuantum di Masa Depan

Fakta Terkini dalam Fisika Kuantum: Dari Superposisi hingga Potensi Komputasi Kuantum di Masa Depan

 

Pendahuluan

Fisika kuantum adalah cabang ilmu fisika yang telah mengubah cara kita memahami dunia pada skala subatomik. Berbeda dengan fisika klasik yang memperlakukan materi secara deterministik, fisika kuantum membawa konsep ketidakpastian, probabilitas, dan fenomena aneh seperti superposisi dan keterkaitan kuantum (entanglement). Artikel ini akan mengupas beberapa fakta terkini dalam fisika kuantum, termasuk fenomena superposisi, keterkaitan kuantum, serta perkembangan dan tantangan dalam pengembangan komputer kuantum yang diharapkan mampu merevolusi komputasi di masa depan.


Superposisi: Fenomena Ajaib Partikel Kuantum

Superposisi adalah salah satu konsep mendasar dalam mekanika kuantum, di mana sebuah partikel dapat berada di lebih dari satu keadaan sekaligus. Contoh paling terkenal adalah eksperimen "kucing Schrödinger," di mana seekor kucing secara teoritis dapat berada dalam keadaan hidup dan mati sekaligus sampai kotaknya dibuka. Meskipun tampak aneh, konsep ini telah dibuktikan dalam berbagai eksperimen yang melibatkan partikel-partikel kecil seperti elektron dan foton.

Dalam dunia praktis, fenomena superposisi ini menjadi salah satu dasar dari teknologi kuantum yang sedang dikembangkan, terutama dalam bidang komputasi kuantum. Di komputer kuantum, bit klasik yang hanya bisa bernilai 0 atau 1 digantikan oleh qubit, yang dapat berada dalam keadaan 0, 1, atau keduanya sekaligus melalui superposisi. Inilah yang membuat komputer kuantum memiliki potensi untuk menyelesaikan masalah-masalah yang sangat kompleks jauh lebih cepat daripada komputer klasik.


Entanglement: Hubungan Misterius Antar Partikel

Keterkaitan kuantum atau entanglement adalah fenomena di mana dua partikel dapat terhubung sedemikian rupa sehingga keadaan satu partikel dapat memengaruhi keadaan partikel lain, meskipun keduanya dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh. Albert Einstein menyebutnya sebagai “aksi seram di kejauhan” (spooky action at a distance) karena kelihatannya menantang prinsip lokalitas dalam fisika klasik.

Entanglement memiliki implikasi besar dalam pengembangan teknologi kuantum, terutama dalam komunikasi kuantum dan komputasi kuantum. Dengan entanglement, informasi dapat ditransmisikan dengan aman melalui jaringan kuantum yang hampir tidak mungkin diretas. Meskipun tantangannya masih besar, penelitian dalam keterkaitan kuantum terus berkembang dan menjadi salah satu fokus utama dalam fisika modern.


Perkembangan Terkini dalam Komputer Kuantum

Komputer kuantum adalah mesin yang didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum. Perbedaan utama antara komputer klasik dan komputer kuantum terletak pada cara mereka memproses informasi. Sementara komputer klasik menggunakan bit untuk menyimpan data dalam bentuk 0 dan 1, komputer kuantum menggunakan qubit, yang dapat berada dalam keadaan 0 dan 1 secara bersamaan melalui superposisi. Dengan memanfaatkan sifat-sifat unik dari qubit, komputer kuantum memiliki potensi untuk melakukan perhitungan yang jauh lebih cepat dalam beberapa jenis masalah dibandingkan dengan komputer klasik.

Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah membuat kemajuan signifikan dalam teknologi komputer kuantum. Beberapa perusahaan besar seperti IBM, Google, dan Microsoft berlomba-lomba dalam menciptakan komputer kuantum yang stabil dan dapat diandalkan. Misalnya, pada tahun 2019, Google mengklaim telah mencapai “supremasi kuantum,” di mana komputer kuantum mereka berhasil menyelesaikan perhitungan yang diklaim tidak mungkin dilakukan oleh komputer klasik dalam waktu yang wajar. Meskipun klaim ini diperdebatkan, pencapaian ini menandakan langkah penting dalam pengembangan komputasi kuantum.

Namun, meskipun banyak kemajuan yang telah dicapai, tantangan besar dalam pengembangan komputer kuantum masih ada, terutama dalam masalah stabilitas dan kesalahan (error). Salah satu solusi yang sedang diteliti adalah penggunaan qubit topologis, yang dianggap lebih stabil dan tahan terhadap gangguan eksternal. Selain itu, algoritma kuantum yang lebih efisien juga terus dikembangkan untuk mengoptimalkan potensi komputasi kuantum.


Aplikasi Masa Depan Komputer Kuantum

  1. Kriptografi Kuantum dan Keamanan Siber

Salah satu aplikasi potensial dari komputer kuantum adalah dalam bidang kriptografi. Komputer kuantum memiliki kemampuan untuk memecahkan algoritma kriptografi klasik dengan cepat, yang berarti ancaman terhadap keamanan data saat ini. Sebagai contoh, algoritma enkripsi RSA, yang digunakan secara luas untuk keamanan digital, dapat dipecahkan oleh algoritma kuantum bernama Shor. Karena alasan ini, kriptografi kuantum yang menggunakan prinsip-prinsip fisika kuantum untuk menghasilkan metode enkripsi yang sangat aman sedang dikembangkan.

  1. Simulasi Molekuler dan Pengembangan Obat

Komputer kuantum memiliki potensi besar dalam bidang kimia dan farmasi karena kemampuannya untuk mensimulasikan molekul dan reaksi kimia dengan akurasi tinggi. Di komputer klasik, simulasi molekuler menjadi semakin sulit dilakukan ketika ukuran molekul bertambah, tetapi komputer kuantum dapat menangani kompleksitas ini dengan lebih baik. Ini membuka jalan bagi penemuan obat baru yang lebih efektif dan lebih cepat, karena molekul obat dapat disimulasikan dengan lebih akurat sebelum diuji secara fisik.

  1. Optimisasi dan Kecerdasan Buatan (AI)

Optimisasi adalah bidang di mana komputer kuantum diharapkan dapat memberikan solusi yang jauh lebih cepat dan efisien. Banyak masalah dalam bisnis, logistik, dan industri lainnya melibatkan optimisasi, seperti rute pengiriman, manajemen persediaan, dan alokasi sumber daya. Selain itu, kecerdasan buatan (AI) juga dapat mengambil keuntungan dari komputasi kuantum untuk melatih model dengan lebih cepat dan lebih akurat.


Tantangan yang Dihadapi dalam Komputasi Kuantum

Meski menjanjikan, komputasi kuantum masih menghadapi banyak tantangan besar yang harus diatasi sebelum dapat digunakan secara luas. Tantangan-tantangan ini mencakup:

  • Dekohesi: Quibit sangat rentan terhadap gangguan dari lingkungan eksternal, yang menyebabkan kehilangan informasi. Fenomena ini dikenal sebagai dekohesi. Menjaga qubit tetap stabil dalam waktu yang cukup lama untuk melakukan perhitungan adalah tantangan besar dalam komputasi kuantum.
  • Koreksi Kesalahan Kuantum: Dalam komputer klasik, kesalahan dapat dideteksi dan diperbaiki dengan mudah. Namun, dalam komputasi kuantum, koreksi kesalahan jauh lebih rumit. Ilmuwan saat ini sedang mengembangkan algoritma dan metode untuk memperbaiki kesalahan pada komputer kuantum.
  • Ketersediaan dan Biaya: Komputer kuantum saat ini masih sangat mahal dan rumit untuk diproduksi. Infrastruktur yang dibutuhkan juga sangat besar, dan sebagian besar prototipe hanya dapat diakses oleh lembaga riset atau perusahaan teknologi besar. Di masa depan, tantangan ini harus diatasi untuk membuat komputer kuantum lebih terjangkau dan dapat diakses oleh berbagai industri.


Kesimpulan

Fisika kuantum terus membuka jalan bagi pemahaman yang lebih dalam tentang alam semesta kita dan menghasilkan teknologi-teknologi baru yang menjanjikan. Dari fenomena superposisi hingga keterkaitan kuantum, prinsip-prinsip dasar fisika kuantum ini menjadi landasan bagi perkembangan teknologi komputer kuantum. Dengan potensi besar dalam berbagai bidang seperti kriptografi, simulasi molekuler, dan optimisasi, komputer kuantum bisa menjadi alat revolusioner di masa depan. Namun, tantangan besar masih menunggu untuk diselesaikan sebelum kita dapat sepenuhnya memanfaatkan potensi komputasi kuantum dalam kehidupan sehari-hari.

Bagi dunia pendidikan, konsep-konsep dalam fisika kuantum ini bisa menjadi topik menarik untuk dipelajari lebih lanjut, terutama bagi para siswa yang tertarik pada bidang sains dan teknologi. Dengan pemahaman yang lebih mendalam tentang dunia subatomik, kita dapat berharap untuk melihat perkembangan lebih lanjut dalam teknologi kuantum yang akan mengubah dunia di masa depan.

 Selengkapnya »
By On Senin, November 11, 2024
Label: Fisika Modern
Metode Pengukuran dan Analisis Data Fisis dalam Ilmu Fisika

Metode Pengukuran dan Analisis Data Fisis dalam Ilmu Fisika

Fisika merupakan ilmu yang mempelajari fenomena alam dan sifat-sifat materi serta energi. Salah satu aspek krusial dalam fisika adalah kemampuan untuk melakukan pengukuran dan analisis data secara akurat. Metode pengukuran dan analisis data fisis tidak hanya mendasar, tetapi juga esensial untuk validitas hasil eksperimen dan teori fisika. Artikel ini akan membahas secara mendalam tentang berbagai metode pengukuran dan teknik analisis data dalam fisika, serta pentingnya kedua aspek tersebut dalam kemajuan ilmu pengetahuan.

Metode Pengukuran

Pengukuran adalah proses menentukan nilai numerik dari suatu kuantitas fisik. Dalam fisika, pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat dan metode tertentu untuk mendapatkan hasil yang akurat dan dapat diandalkan. Beberapa metode pengukuran umum dalam fisika meliputi:

  1. Pengukuran Panjang:

    • Mikrometer: Digunakan untuk mengukur panjang dengan presisi tinggi, seringkali dalam skala mikrometer.
    • Kaliper: Alat ini digunakan untuk mengukur panjang, diameter, dan kedalaman dengan presisi yang lebih tinggi daripada penggaris.
    • Laser Rangefinder: Alat ini menggunakan laser untuk mengukur jarak dengan akurasi tinggi, biasanya digunakan dalam aplikasi geodesi dan astronomi.

  2. Pengukuran Massa:

    • Timbangan Elektronik: Digunakan untuk mengukur massa dengan sangat akurat, penting dalam eksperimen kimia dan fisika.
    • Neraca Analitik: Alat ini menawarkan tingkat ketelitian yang sangat tinggi, mampu mengukur massa hingga sub-miligram.

  3. Pengukuran Waktu:

    • Jam Atom: Jam ini memberikan standar pengukuran waktu yang paling akurat, digunakan dalam eksperimen yang membutuhkan ketelitian waktu yang ekstrem.
    • Stopwatch dan Timer Digital: Alat-alat ini digunakan dalam eksperimen yang memerlukan pengukuran waktu dalam rentang detik hingga milidetik.

  4. Pengukuran Suhu:

    • Termometer Digital: Alat ini mengukur suhu dengan cepat dan akurat, sering digunakan dalam laboratorium dan penelitian ilmiah.
    • Termokopel: Alat ini mengukur suhu melalui perbedaan potensial listrik yang dihasilkan oleh dua jenis logam yang berbeda.

Kesalahan dalam Pengukuran

Kesalahan dalam pengukuran dapat terjadi karena berbagai faktor, termasuk ketidakakuratan alat, kesalahan manusia, dan kondisi lingkungan. Kesalahan ini dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori utama:

  1. Kesalahan Sistematis:

    • Kesalahan yang terjadi secara konsisten dan dapat diperbaiki. Contohnya adalah kalibrasi alat yang tidak tepat atau bias metode pengukuran tertentu.
    • Contoh lain adalah kesalahan paralaks, di mana pembacaan skala tidak sejajar dengan mata pengamat, sehingga memberikan hasil yang tidak akurat.

  2. Kesalahan Acak:

    • Kesalahan yang terjadi secara acak dan tidak dapat diprediksi, biasanya disebabkan oleh fluktuasi lingkungan atau keterbatasan alat pengukur.
    • Contohnya termasuk fluktuasi suhu yang mempengaruhi alat pengukur atau kebisingan latar belakang dalam eksperimen.

Analisis Data Fisis

Setelah pengukuran dilakukan, langkah berikutnya adalah analisis data. Analisis data dalam fisika melibatkan berbagai metode statistik dan matematis untuk menginterpretasi hasil pengukuran dan menarik kesimpulan yang valid. Berikut adalah beberapa metode analisis data yang umum digunakan dalam fisika:

  1. Analisis Statistik:

    • Mean (Rata-rata): Menghitung rata-rata dari sekumpulan data untuk mendapatkan nilai tengah yang representatif.
    • Standard Deviation (Simpangan Baku): Mengukur seberapa jauh data tersebar dari nilai rata-rata, memberikan indikasi tingkat variasi dalam data.
    • Regression Analysis (Analisis Regresi): Metode untuk menentukan hubungan antara variabel-variabel dalam data, sering digunakan untuk memprediksi tren dan perilaku data.

  2. Error Analysis (Analisis Kesalahan):

    • Propagasi Kesalahan: Teknik ini digunakan untuk menentukan bagaimana kesalahan dalam pengukuran individu mempengaruhi hasil akhir dari suatu perhitungan.
    • Confidence Intervals (Interval Kepercayaan): Menghitung rentang nilai di mana hasil yang sebenarnya kemungkinan besar berada, dengan tingkat kepercayaan tertentu.

  3. Data Fitting (Pencocokan Data):

    • Least Squares Method (Metode Kuadrat Terkecil): Teknik yang digunakan untuk meminimalkan jumlah kuadrat dari selisih antara data yang diamati dan model yang diharapkan.
    • Curve Fitting: Proses menemukan fungsi yang paling sesuai dengan data yang diperoleh, sering digunakan dalam analisis spektrum dan pemodelan fisika.

Pentingnya Metode Pengukuran dan Analisis Data

Metode pengukuran dan analisis data fisis sangat penting dalam fisika karena:

  1. Validitas dan Reproduksibilitas:

    • Pengukuran yang akurat dan analisis yang tepat memastikan bahwa hasil eksperimen dapat divalidasi dan direproduksi oleh peneliti lain. Hal ini penting untuk membangun kepercayaan dalam hasil penelitian dan teori yang diusulkan.

  2. Pengembangan Teori:

    • Data yang diperoleh dari pengukuran dan analisis digunakan untuk mengembangkan dan menguji teori fisika. Tanpa data yang akurat, teori-teori tersebut tidak dapat divalidasi atau ditolak.

  3. Aplikasi Praktis:

    • Pengukuran dan analisis data yang tepat sangat penting dalam aplikasi praktis fisika, seperti dalam rekayasa, teknologi, dan industri. Misalnya, dalam konstruksi bangunan, pengukuran yang akurat diperlukan untuk memastikan kekuatan dan keamanan struktur.

Kesimpulan

Metode pengukuran dan analisis data fisis merupakan dasar yang penting dalam ilmu fisika. Pengukuran yang akurat dan analisis data yang tepat memastikan validitas hasil penelitian dan memungkinkan pengembangan teori-teori baru. Kesalahan dalam pengukuran harus diminimalkan melalui kalibrasi alat dan teknik pengukuran yang tepat, sementara analisis data harus dilakukan dengan menggunakan metode statistik yang sesuai untuk mendapatkan interpretasi yang benar. Dengan demikian, pengukuran dan analisis data fisis berkontribusi besar terhadap kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi.

 Selengkapnya »
By On Kamis, Juni 13, 2024
Label: Fisika
Simulasi Hukum Faraday

Simulasi Hukum Faraday

Berikut ini adalah simulasi untuk belajar Hukum Faraday. Tunggu sampai muncul menu Simulasinya. Klik logo PhET pojok kanan bawah lalu pilih Full Screen untuk melihat secara layar penuh.

Simulasi 1.
Apabila bermasalah bisa download file Java pada link berikut :

Simulasi file Java tersebut hanya bisa dibuka kalau di laptop / PC sudah terinstal Java Runtime Environment. Apabila belum terinstal, silakan download dan instal terlebih dahulu dari link berikut : Download File Java Runtime Environment, Windows 64-bit atau Donwload File Java Runtime Environment, Windows 32-bit



Simulasi 2 

   

Topik 
  1. Hukum Faraday 
  2. Medan gaya magnet 
  3. Contoh 

Tujuan Pembelajaran 
  1. Menjelaskan apa yang terjadi ketika magnet bergerak melalui kumparan pada kecepatan yang berbeda dan bagaimana hal ini mempengaruhi kecerahan bohlam dan besaran & tanda tegangan. 
  2. Menjelaskan perbedaan antara menggerakkan magnet melalui kumparan dari sisi kanan versus sisi kiri. 
  3. Menjelaskan perbedaan antara magnet yang bergerak melalui kumparan besar versus kumparan yang lebih kecil.
 Selengkapnya »
By On Rabu, November 09, 2022
Label: Energi
Simulasi Energi dan Perubahan Energi

Simulasi Energi dan Perubahan Energi

Berikut ini adalah simulasi untuk belajar bentuk energi dan perubahan energi. Tunggu sampai muncul menu Intro dan System. Klik logo PhET pojok kanan bawah lalu pilih Full Screen untuk melihat secara layar penuh.
   

Topik :
1. Konservasi Energi 
2. Sistem Energi 
3. Transfer energi 
4. Konversi energi 
5. Konduksi Panas 

Tujuan Pembelajaran 
1. Memprediksi bagaimana energi akan mengalir ketika benda dipanaskan atau didinginkan, atau untuk benda yang bersentuhan yang memiliki suhu berbeda. 
2. Menjelaskan macam-macam energi dan berikan contohnya dalam kehidupan sehari-hari. 
3. Menjelaskan bagaimana energi dapat berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. 
4. Menjelaskan konservasi energi dalam sistem kehidupan nyata. 
5. Merancang sistem dengan sumber energi, pengubah, dan pengguna dan jelaskan bagaimana energi mengalir dan mengubah satu bentuk energi menjadi energi lain. 
6. Menceritakan penggunaan energi untuk sistem kehidupan nyata.
 Selengkapnya »
By On Selasa, November 01, 2022
Label: Energi
Hitung Vektor dalam Fisika dan Matematika

Hitung Vektor dalam Fisika dan Matematika

Kita akan belajar hitung vektor. Bagian pertama ini kita akan belajar tentang pendahuluan vektor.


Besaran skalar yaitu besaran yang hanya memiliki besar saja atau nilainya saja. Contoh besaran skalar yang khas adalah jumlah siswa dalam kelas, gula dalam tempat gula, harga sebuah rumah dan sebagainya.


Karena besaran skalar adalah bilangan belaka, cara penjumlahannya sama dengan cara penjumlahan bilangan. Dua kelereng dalamsaku kiri ditambah tujuh kelereng dari saku lain adalah sembilan kelereng.


Besaran vektor selain memiliki besar, memiliki juga arah. Misalnya vektor perpindahan atau dalam bahasa Inggrisnya vector displacement, dapat berupa perubahan kedudukan dari suatu tempat ke tempat yang lain sejauh 2 cm dalam arah X dari tempat pertama.


Contoh lain, tali yang diikatkan pada tiang ditarik ke arah utara menimbulkan gaya yang bersifat vektor (vector Force dalam istilah bahasa Inggrisnya) terhadap tiang itu sebesar 20 Newton, arahnya ke utara. Begitu pula mobil yang menuju ke selatan dengan laju 40 kilo meter per jam memiliki kecepatan vektor atau vector velocity ya, sebesar 40 km per jam arah ke selatan.


Besaran vektor dapat digambarkan sebagai anak panah, di mana panjang anak panah menunjukkan besar vektor dan arah anak panah menunjukkan arah besaran vektor tersebut.


Apabila dicetak, vektor dinyatakan dengan cetak tebal, misalnya huruf F yang dicetak tebal, F. Dalam tulisan, vektor seringkali ditulis sebagai ada huruf F di atasnya ada tanda panahnya \[\vec{F}\]


Sekarang mari kita belajar tentang resultan beberapa vektor yang sejenis. Misalnya vektor gaya, adalah suatu vektor yang memiliki akibat yang sama dengan akibat semua vektor itu.

 Selengkapnya »
By On Jumat, Oktober 01, 2021
Label: Mekanika
Heboh Matahari Terbit dari Utara, Apa yang Sebenarnya Terjadi ?

Heboh Matahari Terbit dari Utara, Apa yang Sebenarnya Terjadi ?

Salah satu pertanyaan paling sederhana dalam navigasi alami adalah: 'Ke arah mana matahari terbit?' Jawaban yang kebanyakan orang berikan dengan yakin adalah, 'Timur!', tetapi anehnya jawaban ini benar dan salah pada saat yang bersamaan. 


Matahari terbit dari arah Timur persis hanya pada dua hari dalam setahun, yang disebut posisi ekuinoks, sekitar 21 Maret dan 22 September setiap tahunnya. Setiap hari lain sepanjang tahun, 'posisi' matahari bergeser ke arah dan tentunya tempat lain. 


Tapi ke mana dan mengapa?


Jawabannya terletak pada kemiringan Bumi saat bergerak mengelilingi matahari. 


Pada hari pertengahan musim panas di belahan bumi utara, sekitar tanggal 21 Juni setiap tahun (titik balik matahari musim panas), Kutub Utara sangat miring ke arah matahari. Inilah sebabnya mengapa musim panas di belahan bumi utara dan musim dingin di selatan. 


Pada hari pertengahan musim dingin, sekitar tanggal 22 Desember setiap tahun (titik balik matahari musim dingin), Kutub Selatan sangat miring ke arah matahari.

Pergerakan Bumi
Pergerakan Bumi mengitari Matahari


Ini berarti bahwa di tengah musim panas Inggris, ketika Kutub Utara lebih miring ke arah matahari, matahari akan terbit di utara timur, dekat dengan timur laut di Inggris pada akhir Juni. 


Demikian pula pada akhir Desember akan naik lebih dekat ke tenggara daripada timur. 


Perbedaan antara arah matahari terbit di pertengahan musim panas dan pertengahan musim dingin adalah 90 derajat!


Saat menjelang matahari terbenam, kutub masih miring dengan cara yang sama seperti di pagi hari dan pada pertengahan musim panas matahari terbenam di dekat barat laut, dan di pertengahan musim dingin terbenam di dekat barat daya.


Arah matahari terbit dan terbenam yang tepat ditentukan oleh garis lintang dan waktu pengamat. Semakin besar garis lintang pengamat dan semakin dekat dengan salah satu titik balik matahari, posisi matahari akan terlihat semakin jauh dari arah tepat timur saat terbit dan tepat barat saat terbenam. 


Jika pengamat berada pada wilayah yang lebih ekstrim jauh dari khatulistiwa, seperti di Arktik, maka di Lingkaran Arktik pada bulan Juni matahari terbit begitu jauh di utara timur dan terbenam begitu jauh di utara barat sehingga titik-titik ini benar-benar tumpang tindih – dengan kata lain matahari tidak terbenam.


Maret adalah bulan ekuinoks dan matahari akan terbit sangat dekat dari arah persis timur dan terbenam dari arah tepat barat di mana-mana di dunia. 


Perhatikan ilustrasi bawah ini. Yaitu ilustrasi ringkasan posisi semu Matahari oleh karena kemiringan Bumi yang selalu berubah setiap saat. Juni posisi semu matahari cenderung lebih ke arah utara. Desember cenderung ke arah selatan. Lalu pada Maret dan September, sekitar tanggal 22 lah posisi matahari tepat arah timur.

Arah Matahari Terbit
Arah Matahari Terbit, cenderung dari 'Utara' pada Bulan Juni, dari Timur pada Bulan Maret dan September, dan dari Selatan pada Bulan Desember


Kesimpulannya adalah :

Arah matahari terbit yang tepat tergantung pada waktu tahun dan garis lintang pengamat. Semakin jauh dari khatulistiwa, pengamat akan mendapati bahwa semakin jauh dari Timur dan Barat matahari akan terbit dan terbenam pada bulan Juni dan Desember.

 Selengkapnya »
By On Rabu, Juni 23, 2021
Label: Fisika
Begini Mindset Profesor Fisika Melihat Alam Semesta

Begini Mindset Profesor Fisika Melihat Alam Semesta

Tulisan ini bersumber dari timeline Professor Fisika Institut Teknologi Bandung. Saya pernah mengambil mata kuliah Fisika Statistik di kelasnya beliau, Bapak Mikrajuddin Abdullah. Kalau tidak salah, Pak Mikra (sapaannya) berasal dari Dompu, Nusa Tenggara Barat.

Pak Mikra menjelaskan secara sederhana fenomena sehari-hari kemudian dibuat risetnya. Tidak hanya itu, bahkan dijadikan bahan penelitian dan telah diterbitkan di jurnal internasional, Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2018.

Banyak “hal lumrah, sudah sangat sering dialami atau dilakukan, yang memang harus begitu” menurut kebanyakan orang. Namun,  bisa menjadi topik riset yang menantang bagi segelintir orang.

Mereka melihat dengan cara pandang yang berbeda. Ketika ada ruang untuk ekplorasi lebih jauh, mereka melakukannya. Dari hasil ini tidak tertutup kemungkinan munculnya teori atau hukum baru dalam sains.

sandburg ilmufisika.com ragilpriya


Main istana pasir di pantai adalah hal biasa. Dari dulu juga begitu. Dan memang begitu adanya. Kalau pasirnya kering maka menara yang bisa dibuat tidak terlalu tinggi. Jika pasir agak basah maka menara dapat dibuat sangat tinggi. Namun, jika pasir sangat basah maka menara ambruk.

Cuma segitu saja ya (menurut kebanyakan orang)?

Namun, fenomena menara pasir telah menghasilkan ratusan karya ilmiah yang tersebar di berbagai jurnal bergengsi. Mereka melihat menara pasir bukan sekedar mainan, tetapi sebuah fenomena fisika yang menantang.

Dan luar biasa, makalah yang dihasilkan tidak memerlukan biaya besar, alat mahal, dll. Tetapi yang dibutuhkan adalah imajinasi.

Pak Mikra dan kolega mencoba 'menyontek' cara orang-orang tersebut melihat fenomena yang ada di sekitar lalu mencoba merenungkan mengapa demikian. Dan saya katakan, beginilah mindset atau pola pikir ilmuwan, termasuk profesor tentunya.

Salah satu fenomena menarik adalah ambruknya terowongan pasir yang digali di pantai.

Para wisatawan yang terpesona dengan permainan pasir lalu menggali lubang atau terowongan pasir, tidak menyadari bahaya yang mengancam. Terowongan pasir sangat mudah ambruk yang mengubur orang yang ada di dalamnya.

Contohnya video berikut :



Dan satu lagi contoh lainnya



Pertanyaan mereka adalah "Adakah kriteria kestabilan terowongan pasir? Bagaimana pengaruh ukuran terowongan, pengaruh ukuran butir pasir, dan pengaruh kandungan air di dalam pasir?

Dengan teori yang ada kemudian dilakukan eksperimen. Semuanya dilakukan dengan alat sederhana. Eksperimen bahkan hanya dilakukan di ruang baca.

Dan luar biasa hasilnya muncul di jurnal internasional di sini : Stability of granular tunnel

Riset dapat dilakukan dengan peralatan sederhana. Kita tidak harus ke luar negeri untuk melakukan riset hingga jadi makalah.

Malulah kalau kita keluar negeri melulu hanya untuk menghasilkan makalah ilmiah. Apalagi yang keluar tersebut sudah profesor atau doktor lulusan luar negeri.

Kapan mandiri, kalau demikian. Banyak fenomena di sekitar kita bisa menjadi topik riset menarik, dan diselesaikan dengan biaya maupuan alat sederhana.

Semoga menginspirasi pembaca sekalian. Selengkapnya »
By On Sabtu, Oktober 13, 2018
Label: Fisika Partikel
Teori, Soal dan Pembahasan Elastisitas Zat Padat versi Lengkap

Teori, Soal dan Pembahasan Elastisitas Zat Padat versi Lengkap

Kali ini, Ilmu Fisika akan membahas mengenai Teori, Soal dan Pembahasan Elastisitas Zat Padat versi Lengkap

Teori Elastisitas Zat Padat


Bila dibandingkan dengan zat cair, maka zat padat lebih keras dan lebih berat.

Mengapa zat padat lebih keras?

Tidak lain karena molekul-molekul zat padat tersusun lebih rapat. Sehingga ikatan di antara molekul tersebut relatif kuat.

Ini lah sebabnya mengapa zat padat relatif sukar dipecah-pecah dengan tangan kosong.

Misalnya, untuk membelah kayu diperlukan alat lain dan gaya yang besar.

Setiap usaha untuk memisahkan molekul-molekul zat padat, sebagai contoh tarikan dan tekanan, akan selalu dilawan oleh gaya tarik - menarik antarmolekul zat padat itu sendiri.

Perhatikan sebuah penggaris yang diletakkan di atas meja, lalu dijepit salah satu ujungnya dan digetarkan ujung lainnya. Saat penggaris ditarik sedikit kemudian dilepaskan, akan terlihat bahwa penggaris tersebut akan kembali ke bentuk semula.

Begitu pula dengan karet gelang yang direntangkan. Jika gaya tarik untuk merentangkannya dihilangkan maka karet gelang tersebut akan kembali ke bentuk semula.

Contoh lain, sebuah pegas yang digantungi dengan beban pada salah satu ujuungnya, akan kembali ke panjangnya semula bila beban tersseut diambil kembali.

Shock breaker benda elastis, ilmu fisika.com


Benda yang memiliki sifat seperti contoh-contoh di atas yang apabila diberi gaya akan berubah bentuk / formasinya baik panjang, luas mau pun volume dan akan kembali ke bentuk awal saat gaya luar nya dihilangkan disebut benda elastis.

Bagaimana dengan beton?

Bagaimana dengan baja tulang beton atau linggis?

Apakah benda benda ini juga bersifat elastis?

Perhatikan fenomena jembatan saat mobil besar lewat!

Ternyata kedua benda ini juga bersifat elastis. Dan, pada prinsipnya semua benda padat memiliki sifat elastisitas, hanya saja tingkat elastisitasnya berbeda-beda.

Ada benda-benda yang sangat elastis sehingga hanya butuh gaya sedikit saja sudah dapat terlihat sifat elastisitasnya. Namun, ada juga benda-benda yang butuh gaya yang cukup besar agar muncul sifat elastisitasnya seperti beton jembatan.

Untuk benda-benda yang memiliki elastisitas sangat kecil, katakanlah hampir tidak elastis, benda tersebut disebut benda plastis. Misalnya plastisin, lumpur, tanah liat.

Lalu, bagaimana dengan bahan-bahan yang sehari-hari kita sebut dengan "plastik" ?

Apakah benar-benar benda tersebut termasuk benda plastik?

Bagaimana pula dengan kaca?

Mengejutkan, ternyata kaca termasuk benda yang cukup elastis. Serat kaca atau fiber glass terbuat dari kaca yang dapat dengan mudah kita lengkungkan seperti halnya tali.

Banyak bahan-bahan yang dipakai dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat elastis namun hanya sementara. Ketika gaya yang dikerjakan pada benda tersebut terlalu besar, benda tersebut akan berubah bentuk dan mungkin tidak kembali ke bentuk semula.

Keadaan ini dikatakan sebagai keadaan di mana batas elastisitas bahan telah terlampaui.

Benda-benda yang memiliki sifat seperti ini contohnya rangka mobil, baja, beton.

Elastisitas bahan dapat diketahui seperti apa ayng telah dikerjakan dan diamati oleh Robert Hooke. Yang pada akhirnya menghasilkan hukum Hooke.

Apa yang dilakukan oleh Hooke?

Kurang lebih ilustrasinya sebagai berikut.

Sebuah pegas memiliki panjang awal, misal 20 cm. Pegas digantungkan pada sebuah bilah. Ujung digantungkan beban. Saat digantngkan beban kecil, misal 10 N, pegas akan mulur 1 cm. Saat ditambah lagi menjadi 20 N, pegas tambah mulur lagi menjadi 2 cm. Begitu terus menerus setiap ditambah beban 10 N akan bertambah mulur sebesar 1 cm. Sampai pada batas beban tertentu kenaikan beban berbanding lurus dengan pertambahan panjangnya. Setelah melewati batas ini, kenaikan beban tidak berbanding lurus lagi dengan pertambahan panjangnya.

Setelah melewati batas beban tersebut, bila beban naik 10 N lagi, pertambahan panjangnya akan lebih cepat, bukan lagi naik 1 cm melainkan 2 atau bahkan 3 cm. Dan seterusnya.

Kemudian bila divisualisasikan menjadi seperti berikut ini:

Hukum Hooke ilmufisika.com ragilpriya


Up Next ==>

Soal dan Pembahasan Elastisitas


 Selengkapnya »
By On Rabu, Oktober 10, 2018
Label: Mekanika
Aturan / Kaidah Angka Penting dan Contoh Penerapan Dalam Operasi Perhitungan

Aturan / Kaidah Angka Penting dan Contoh Penerapan Dalam Operasi Perhitungan

Kembali ke ilmu fisika.

Pada kesempatan kali ini kita akan belajar mengenai aturan atau kaidah angka penting dan contoh penerapannya dalam operasi perhitungan.

Angka penting atau significant figure adalah semua angka yang diperoleh dari pengukuran. Angka penting terdiri dari angka eksak atau pasti dan angka taksiran.

Sejatinya, semua angka dari angka satu sampai sembilan adalah angka penting.

Namun nol juga termasuk angka.

Nah bagaimana dengan aturan angka penting bagi angka nol?

Apakah angka nol termasuk angka penting ataukah bukan angka penting?

angka penting ilmu sains


Berikut ini adalah beberapa aturan sebuah angka dikatakan penting atau tidak penting:
  • 1. Semua angka yang bukan nol adalah angka penting
    Contoh : 1234 terdiri dari empat angka penting
  • 2. Angka nol yang terletak di belakang angka bukan nol bukan angka penting
    Contoh : 123400 terdiri dari empat angka penting, yaitu 1, 2, 3, 4
  • 3. Angka nol yang terletak di belakang angka bukan nol (DALAM DESIMAL) adalah angka penting
    Contoh : 1,23400 terdiri dari enam angka penting, yaitu 1, 2, 3, 4, 0 ,0
  • 4. Angka nol yang ada di depan angka penting (DALAM DESIMAL ) bukan angka penting
    Contoh : 0,00001234 terdiri dari empat angka penting, yaitu 1, 2, 3, 4
  • 5. Angka nol di belakang angka penting (DALAM DESIMAL) adalah angka penting
    Contoh : 0,000012340 terdiri dari lima angka penting, yaitu 1, 2, 3, 4, 0
  • 6. Angka nol di antara angka penting adalah angka penting
    Contoh 1200,3004 terdiri dari delapan angka penting, yaitu 1, 2, 0, 0, 3, 0, 0, 4

Aturan Penjumlahan dan Pengurangan Angka Penting

Hasil Penghitungan Angka Penting mengikuti angka taksiran paling sedikit. Angka taksiran adalah angka di belakang koma.
  • (a). 123,4 + 12,34 + 1,234
    123,4 memiliki satu angka taksiran
    12,34 memiliki dua angka taksiran
    1,234 memiliki tiga angka taksiran

    maka hasil perhitungannya harus memiliki satu angka taksiran, yaitu 136,9

  • (b). 12 - 9,02
    12 dianggap 12,0 sehingga memiliki satu angka taksiran
    9,02 memiliki dua angka taksiran

    maka hasil peritungannya harus memiliki satu angka taksiran, yaitu 3,0

Aturan Perkalian dan Pembagian Angka Penting

 Dalam penghitungan matematis, hasil dari 1,4 x 1,11 = 1,554

Pada penghitungan perkalian dan pembagian pada angka penting, hasil akhirnya harus selalu berpedoman kepada aturan jumlah angka penting yang paling sedikit.

Pada kasus perkalian tadi, jumlah angka penting paling sedikit ada pada 1,4 (dua angka penting), sehingga hasil dari penghitungan tersebut juga harus mempunyai 2 angka penting.

Maka:

1,4 x 1,11 = 1,5


Contoh lain:


Tentukan hasil dari 0,005 x 0,12 = !

0,005 memiliki satu angka penting dan 0,12 memiliki dua angka penting, sehingga  hasilnya 0,001 karena yang angka penting paling kecil adalah satu angka penting, yaitu dari 0,005.


 Aturan Pembulatan dalam Fisika

 Ada satu hal yang menjadi perhatian khusus saat pembulatan, yaitu tentang angka 5.

Sederhananya dalam pembulatan adalah pembulatan ke atas dan ke bawah.

Angka yang berada di bawah 5, akan selalu dibulatkan ke bawah (12,3 dibulatkan menjadi 12).

Dan angka di atas 5, akan dibulatkan ke atas (56,7 dibulatkan menjadi 57).


Lantas, bagaimana dengan 34,5 ?

Harus kita bulatkan menjadi apa bilangan 34,5 ?

Nah, untuk kasus pembulatan dengan angka 5, aturannya adalah harus dilihat apakah angka itu merupakan bilangan ganjil atau genap.

Apabila bilangan ganjil, pembulatannya dilakukan ke atas (33,5 dibulatkan menjadi 34).


Apabila bilangan genap, pembulatannya dilakukan ke bawah (34,5 dibulatkan menjadi 34).

Versi video, simak berikut ini :




Untuk persoalan Usaha Energi dan Daya, buka link berikut ini :

Usaha Energi Daya

atau selengkapnya lihat  Daftar Isi

 Tambahan Usaha

 Luas area di bawah kurva F-d adalah Usaha

Jadi bila terdapat kurva F-d (sumbu $X$-nya d dan sumbu $Y$ nya F) maka luas area di bawah kurva tersebut adalah nilai dari Usaha

Bila kurva membentuk tampilan persegi panjang, maka luas persegi panjang tersebut merupakan nilai dari Usaha.

Begitu pula bila kurva membentuk tampilan segitiga atau trapesium, maka luas segitiga atau trapesium tersebut merupakan nilai dari Usaha.
 Selengkapnya »
By On Rabu, September 26, 2018
Label: Mekanika, Soal Jawab
Soal Jawab Listrik Arus Bolak-Balik Standar UAS SMA / SMK / MA

Soal Jawab Listrik Arus Bolak-Balik Standar UAS SMA / SMK / MA

Pada kesempatan kali ini, Ilmu Fisika akan membahas Soal Jawab Listrik Arus Bolak-Balik Standar UAS SMA / SMK / MA.

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 !

Materi Medan Magnet Induksi yang akan dibahas antara lain tentang :
  1. Arus dan Tegangan Maksimum
  2. Arus dan Tegangan Sesaat
  3. Arus dan Tegangan Efektif
  4. Arus dan Tegangan Rata-rata
  5. Reaktansi Induktif, Reaktansi Kapasitif
  6. Frekuensi Resonansi


Tegangan dan Arus Sesaat

 Rumusan Umum Tegangan Sesaat adalah

$\displaystyle V_{t}=V_{m}sin\,\theta$

$\displaystyle V_{t}=V_{m}sin\,\omega t$

$\displaystyle V_{t}=V_{m}sin\,2\pi \,f\, t$

$\displaystyle V_{t}=V_{m}sin\,\frac{2\pi}{T} \, t$
Rumusan Umum Arus Sesaat adalah

$\displaystyle I_{t}=I_{m}sin\,\theta$

$\displaystyle I_{t}=I_{m}sin\,\omega t$

$\displaystyle I_{t}=I_{m}sin\,2\pi \,f\, t$

$\displaystyle I_{t}=I_{m}sin\,\frac{2\pi}{T} \, t$


Tentukan besarnya Tegangan sesaat, $V_{t}$, apabila sudut fase adalah $30⁰$ dari suatu sumber Tegangan dengan tegangan maksimumnya $220$ $V$ !

Penyelesaian :

Sudut fase, $\theta$ = $30⁰$

Tegangan maksimum, $V_{m}$ = $220$ $V$

Maka

$\displaystyle V_{t}=V_{m}sin\,\theta$

$\displaystyle V_{t}=\,220\,sin\,30⁰$

$\displaystyle V_{t}=\,110\,V$


 Tegangan / Arus Bolak-Balik Efektif 

Suatu sumber tegangan bolak - balik memiliki nilai maksimum $220$ $V$. Nilai tegangan efektifnya adalah ... $V$.

Penyelesaian :

Tegangan maksimum, $V_{m}$ = $220$ $V$

Rumusan hubungan tegangan maksimum dengan tegangan efektif adalah \[V_{ef}=\frac{1}{2}\sqrt{2}\,V_{m}\]
Diperoleh

$V_{ef}=\displaystyle \frac{1}{2}\sqrt{2}\,220$

$V_{ef}=\displaystyle 110\sqrt{2}\,V\simeq 155\,V$ 


Tegangan / Arus Rata-Rata

Suatu sumber tegangan bolak - balik memiliki nilai maksimum $220$ $V$. Nilai tegangan rata-ratanya adalah ... $V$.

Penyelesaian :

Tegangan maksimum, $V_{m}$ = $220$ $V$

Rumusan hubungan tegangan maksimum dengan tegangan efektif adalah \[\bar{V}
=\frac{2}{\pi}\,V_{m}\]
Diperoleh

$\bar{V}=\displaystyle \frac{2}{\pi}\,220$

$\bar{V}=\displaystyle \frac{2}{\frac{22}{7}}\,220$ = $140\,V$
Reaktansi Induktif

 Rumusan dasarnya adalah \[X_{L}=\omega \,L\] \[X_{L}=2\,\pi \,f \,L\]

Suatu induktor memiliki induktansi diri, $L$ = $200\,mH$, dialiri arus listrik AC dengan frekuensi,$f$ = $50\,Hz$, maka reaktansi induktifnya adalah ... $Ω$.

 Penyelesaian :

 $L$ = $200\,mH$ = $2\,x\,10^{-3}\,H$

 $f$ = $50\,Hz$

 Maka,

 $\displaystyle X_{L}=(2\pi )(50)(2x10^{-3})=0,2\pi \,\Omega$ 
Reaktansi Kapasitif

 Rumusan dasarnya adalah \[X_{C}=\displaystyle \frac{1}{\omega \,C}\] \[X_{C}=\displaystyle \frac{1}{2\,\pi \,f\,C}\]
Suatu kapasitor memiliki kapasitas,$C$ = $1000\,µF$, dialiri arus listrik AC dengan frekuensi, $f$ = $50\,Hz$, maka reaktansi kapasitifnya adalah ... Ω.

Penyelesaian :

$C$ = $1000\,µF$ = $1000\,x\,10^{-6}\,F$ = $10^{-3}\,F$

$f$ = $50\,Hz$

Maka,

 $\displaystyle X_{C}=\frac{1}{(2\pi)(50)(10^{-3})}=\frac{10}{\pi }\,\Omega$ 
Frekuensi Resonansi

 Frekuensi resonansi terjadi bila \[X_{L}=X_{C}\]
Suatu perangkat radio memiliki induktor dengan induktansi diri, $L$ = $100\,H$ dan kapasitas kapasitor, $C$ = $1\,µF$. Maka perangkat radio tersebut menerima frekuensi resonansi sebesar ... $Hz$.

Penyelesaian :

$L$ = $100\,H$ = $10^{2}\,H$

$C$ = $1\,µF$ = $10^{-6}\,F$
Dari rumusan $X_{L}=X_{C}$, diperoleh :

$\displaystyle \omega \,L=\frac{1}{\omega \,C}$ 

$\displaystyle 2\pi f_{0}L=\frac{1}{2\pi f_{0}C}$ 

$\displaystyle f_{0}=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{1}{LC}}$ 

$\displaystyle f_{0}=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{1}{(10^{2})(10^{-6})}}=\frac{50}{\pi }\,Hz$ 


     Selengkapnya »
    By On Minggu, Mei 20, 2018
    Label: Listrik Magnet, Soal Jawab
    Soal Jawab Medan Magnet Induksi Standar UAS SMA / SMK / MA

    Soal Jawab Medan Magnet Induksi Standar UAS SMA / SMK / MA


    Pada kesempatan kali ini, Ilmu Fisika akan membahas Soal Jawab Medan Magnet Induksi Standar UAS SMA / SMK / MA. 

    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 !

    Materi Medan Magnet Induksi yang akan dibahas antara lain tentang :
    1. Kaidah Tangan Kanan
    2. Kuat Medan Magnet Induksi : Kawat Lurus, Kawat Melingkar, Solenoida, Toroida
    3. Gaya Magnet





    Kaidah Tangan Kanan
    Arus listrik mengalir sepanjang kawat dari Barat ke Timur. Arah medan magnet induksi yang dihasilkan arus listrik tersebut adalah ... .
    Pennyelesaian :

    Silakan cek teori tentang kaidah tangan kanan berikut ini : Kaidah Tangan Kanan untuk Menentukan Arah Medan Magnetik.

    Dari ketentuan tersebut, dapat disimpulkan bahwa arah medan magnetik yang dihasilkan oleh arus listrik adalah

    • di depan kawat ke Bawah
    • di bawah kawat ke Belakang
    • di belakang kawat ke Atas
    • di atas kawat ke Depan


    Kuat Medan Magnet Induksi

    Besar kuat medan magnet di suatu titik yang letaknya sejauh $r$ dari suatu penghantar lurus yang dialiri arus listrik $I$ adalah sebanding dengan ... .

    Penyelesaian :

    Rumusan dasar Kuat Medan Magnet Induksi oleh arus yang mengalir pada kawat lurus panjang adalah \[B=\frac{\mu _{0}I}{2\pi a}\]
    Maka dengan menyamakan makna $a$ sebagai $r$, kesimpulan yang dapat diambil adalah 
    Kuat medan magnetik berbanding lurus dengan $\displaystyle \frac{I}{r}$ 

    Jika titik tersebut yang berjarak 2 cm dari penghantar lurus panjang yang dialiri arus 10 ampere, maka besar induksi mangetik di titik tersebut adalah ... .

    Penyelesaian :

    $r$ = $2\,cm$ = $2\,x10^{-2}\,m$

    $I$ = $10\,A$

    Permeabilitas vakum, $\displaystyle \mu _{0}=4\pi\, x\,10^{-7}\,Wb\,A^{-1}\,m^{-1}$ 


    Maka sesuai rumusan di atas

    $\displaystyle B=\frac{\mu _{0}I}{2\pi a}$

    $\displaystyle B=\frac{(4\pi \,x\,10^{-7})\,(10)}{(2\pi) \,(2\,x\,10^{-2})}$

    $\displaystyle B=10^{-4}\,T$


    Gaya Magnet / Gaya Lorentz

     Rumusan dasar gaya Lorentz adalah \[F=B\,I\,l\,sin\theta\]

    Dari rumusan tersebut dapat disimpulkan bahawa gaya yang dialami sebuah partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet bergantung pada :

    1. Kuat Induksi Medan Magnetik
    2. Kuat Arus Listrik yang mengalir melalui kawat tersebut
    3. Panjang Kawat
    4. Sudut antara arah Medan Magnetik dengan Arus Listrik


     Kuat Induksi Medan Magnetik di Pusat Kawat Lingkaran Berarus Listrik

     Suatu kawat lingkaran memiliki radius $\displaystyle \frac{\pi}{2}$ meter, dialiri arus listrik searah sebesar $0,3\,A$. Tentukan Kuat Induksi Medan Magnet pada pusat kawat lingkaran tersebut !

    Penyelesaian :

    Radius lingkaran $a$ = $\displaystyle \frac{\pi}{2}\,m$

    Kuat arus listrik $I$ = $0,3\,A$

    Permeabilitas vakum, $\displaystyle \mu _{0}=4\pi\, x\,10^{-7}\,Wb\,A^{-1}\,m^{-1}$


    Rumusan dasar Kuat Induksi Medan Magnetik di Pusat Kawat Lingkaran Berarus Listrik adalah \[B=\frac{(\mu _{0})(I)}{(2)(a)}\]
    Maka

    $\displaystyle B=\frac{(4\,\pi \,x\,10^{-7})(0,3)}{(2)(\pi /2)}$

    Diperoleh

    $\displaystyle B=1,2\,x\,10^{-7}\,T$ 

     Selengkapnya »
    By On Minggu, Mei 20, 2018
    Label: Listrik Magnet, Soal Jawab
    Soal Jawab Listrik Statis Standar UAS SMA / SMK / MA

    Soal Jawab Listrik Statis Standar UAS SMA / SMK / MA

    Pada kesempatan kali ini, Ilmu Fisika akan membahas Soal Jawab Listrik Statis Standar UAS SMA / SMK / MA.

    Materi Listrik Statis yang akan dibahas antara lain tentang :

    1. Medan Listrik
    2. Gaya Listrik / Gaya Coulomb
    3. Fluks Listrik
    4. Hukum Gauss
    5. Aplikasi Hukum Gauss pada Bola Berrongga
    6. Medan Listrik pada Keping Sejajar
    7. Potensial Listrik
    8. Energi Potensial Listrik

    Soal Jawab Listrik Statis Standar UAS SMA SMK MA


    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 !

    Kuat Medan Listrik Induksi

     Sebuah benda bermuatan 8 μC, dan sebuah titik A berada pada jarak 40 cm dari muatan tersebut. Kuat medan di titik A adalah ... N/C.

    Penyelesaian :

    Muatan sumber, $Q$ = $8$ $μC$ = $8\,x\,10^{-6}$ $C$

    $r$ = $40$ cm = $4\,x\,10^{-1}$ m

    Untuk mencari nilai kuat medan listrik induksi, gunakan rumusan \[E_{A}=k\,\frac{Q}{r^{2}}\]

    Jadi,

    $E_{A}$ = $\displaystyle k\,\frac{Q}{r^{2}}$

    $E_{A}$ = $\displaystyle \left ( 9\,x\,10^{9} \right )\,\frac{(8\,x10^{-6})}{(4\,x10^{-1})^{2}}$

    $E_{A}$ = $4,5\,x\,10^{5}$ $\frac{N}{C}$


    Kuat Medan Listrik Total oleh beberapa muatan

    Dua buah muatan $-4μC$ dan $-8μC$ terpisah sejauh $20\,cm$. Tentukan kuat medan listrik di tengah (A) kedua muatan !

    kuat medan listrik total


    Penyelesaian :

    Muatan sama sama negatif sehingga saling meniadakan.

    $\displaystyle E_{1}=k\frac{Q_{1}}{r_{1}}$

    $\displaystyle E_{1}=(9\,x\,10^{9})\frac{(4\,x\,10^{-6})}{(10^{-1})}$

    $\displaystyle E_{1}=3,6\,x\,10^{5}\,N/C$


    $\displaystyle E_{2}=k\frac{Q_{2}}{r_{2}}$

    $\displaystyle E_{2}=(9\,x\,10^{9})\frac{(8\,x\,10^{-6})}{(10^{-1})}$

    $\displaystyle E_{2}=7,2\,x\,10^{5}\,N/C$

    Jumlah muatan total karena saling melemahkan,

    $\displaystyle E_{Total}=\left | E_{1}-E_{2} \right |=\left | 3,6\,x\,10^{5}- 7,2\,x\,10^{5} \right |$

    $\displaystyle E_{Total}=3,6\,x\,10^{5}\,\frac{N}{C}$


    Gaya Listrik / Gaya Coulomb

    Sebuah benda bermuatan 8 μC, dan sebuah titik A berada pada jarak 40 cm dari muatan tersebut. Jika di titik A diletakkan muatan sebesar 2μC, gaya Coulomb kedua muatan adalah ... N.

    Penyelesaian :

    Muatan sumber, $Q$ = $8$ $μC$ = $8\,x\,10^{-6}$ $C$

    Muatan uji, $q$ = $2$ $μC$ = $2\,x\,10^{-6}$ $C$

    $r$ = $40$ cm = $4\,x\,10^{-1}$ m


    Untuk mencari nilai kuat medan listrik induksi, gunakan rumusan \[F_{1,2}=k\,\frac{Q\,q}{r^{2}}\]

    Jadi,

    $F_{1,2}$ = $\displaystyle k\,\frac{Q\,q}{r^{2}}$

    $F_{1,2}$ = $\displaystyle \left ( 9\,x\,10^{9} \right )\,\frac{(8\,x10^{-6})(2\,x10^{-6})}{(4\,x10^{-1})^{2}}$

    $F_{1,2}$ = $9\,x\,10^{-1}\,N$ = $0,9\,N$


     Fluks Listrik
    Kuat medan listrik sebesar 10 N/C menembus bidang persegi yang mempunyai panjang sisi 5 cm. Banyaknya fluks listrik jika sudut antara medan listrik dan garis normal bidang $45^{\circ}$  adalah ... 

    Penyelesaian :

    $Q$ = $10\,N/C$

    $l$ = $5\,cm$ = $5\,x\,10^{-2}\,m$

    Sehingga $A$ = $(5\,x\,10^{-2})^{2}$ = $25\,x\,10^{-4}\,m^{2}$

    Sudut $\alpha$ = $45^{\circ}$


    Maka fluks listrik :

    $\Phi$ = $E\,A\,cos\alpha$

    $\Phi$ = ($10$) ($25\,x\,10^{-4}$) ($cos\,45^{\circ}$)

    $\Phi$ = $\displaystyle 125.10^{-4}\sqrt{2}$    $\frac{N\,m^{2}}{C}$


    Hukum Gauss

     Fluks listrik dari muatan yang dilingkupi oleh permukaan tertutup setara dengan jumlah muatan yang dilingkupi oleh permukaan tertutup tersebut.

    Secara matematis ditulis : \[\Phi =EA\,cos\,\alpha =\frac{\sum Q}{\epsilon _{0}}\]
    Fluks listrik sebesar $4\,Nm^{2}/C$ yang diterima sebuah benda yang sedang berada di udara (permitivitas ruang hampa, $\displaystyle \epsilon _{0}=8,85\,x\,10^{-12}\,C^{2}N^{-1}m^{-2}$ ) berisi muatan sebanyak ... $C$.

    Penyelesaian 

     $\displaystyle \Phi =\frac{\sum Q}{\epsilon _{0}}$

     Maka 

     $\displaystyle \sum Q =(\Phi)(\epsilon _{0})$

     $\displaystyle \sum Q =(4)(8,85\,x\,10^{-12})=35,4\,x\,10^{-12}\,C$
    Medan Listrik pada Keping Sejajar

    Dua buah keping sejajar berupa persegi dengan panjang sisi $10$ $cm$ bermuatan $50$ $μC$ terpisah pada jarak tertentu. Rapat muatan yang terjadi sebesar ... $C/m^{2}$ dan Kuat Medan Listrik Induksi pada dua keping sejajar tersebut adalah ... $N/C$

    Penyelesaian :

    Panjang sisi, $l$ = $10$ $cm$ = $10^{-1}\,m$

    Luas keping, $A$ = $10^{-2}\,m^{2}$

    Muatan sumber, $Q$ = $50$ $μC$ = $5\,x\,10^{-5}\,C$

    Permitivitas ruang hampa, $\epsilon _{0}$ = $8,85\,x\,10^{-12}$ $\displaystyle \frac{C^{2}}{N\,m^{2}}$


    Rapat muatan \[\sigma =\frac{Q}{A}\]
    Maka :

    $\displaystyle \sigma =\frac{Q}{A}=\frac{5\,x\,10^{-5}}{10^{-2}}$ 

    Diperoleh, $\displaystyle \sigma =5\,x\,10^{-3}\,\frac{C}{m^{2}}$ 


     Kuat Medan Listrik Induksi Keping Sejajar, \[E=\frac{\sigma }{\epsilon _{0}}\Leftrightarrow E=\frac{Q}{A\,\epsilon _{0}}\]

    $\displaystyle E=\frac{5\,x\,10^{-3}}{8,85\,x\,10^{-12}}$ = $5,65\,x\,10^{8}$ $\displaystyle \frac{N}{C}$


    Kuat Medan Listrik Induksi dari Muatan dalam Bola Berongga
    Sebuah konduktor bola berongga bermuatan $12$ $μC$ mempunyai jari-jari $3$ $cm$. Kuat medan listrik di permukaan bola adalah ... N/C.

    Penyelesaian :

    Jumlah muatan di dalam bola, $Q$ = $12$ $μC$ = $1,2\,x\,10^{-5}\,C$

    Radius bola, $R$ = $3$ $cm$ = $3\,x\,10^{-2}\,m$

    Formula / rumusan kuat medan listrik dengan muatan dilingkupi permukaan tertutup berupa permukaan bola, adalah \[E=k\frac{Q}{r^{2}}\Rightarrow r\geqslant R\] dan \[E=0\Rightarrow r< R\]
    Maka, 

    $E$ = $k\frac{Q}{r^{2}}$

    $E$ = $\displaystyle (9\,x\,10^{9})\frac{(1,2\,x\,10^{-5})}{(3\,x\,10^{-2})^{2}}$

    $E$ = $1,2\,x\,10^{8}$ $\displaystyle \frac{N}{C}$


    Susunan Kapasitor

     Kapasitor gabungan secara umum memiliki dua jenis susunan, yaitu Susunan Seri dan Paralel. Dengan Rumusan Kapasitas Total sebagai berikut :

    1. Kapasitas Total Susunan Paralel
      \[C_{P}=C_{1}+C_{2}+...+C_{n}\]
    2. Kapasitas Total Susunan Seri
      \[\frac{1}{C_{S}}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+...+\frac{1}{C_{n}}\]
    Dengan $n$ adalah kapasitor ke-$n$

    Apabila rangakainnya berupa rangkaian campuran, yaitu terdiri dari susunan Seri dan Paralel, maka selesaikan dahulu $C$ total untuk masing-masing rangkaian Seri kemudian selesaikan menggunakan rumusan Sususan Paralel pada proses akhir perhitungannya.


     Potensial Listrik

     Persamaan umum Beda Potensial listrik jika muatan uji berpindah dari posisi 1 ke posisi 2 adalah \[V=k\,Q\left ( \frac{1}{r_{2}}-\frac{1}{r_{1}} \right )\]
    Dengan

    Tetapan $\displaystyle k=9 x 10^{9}\,\frac{N\,m^{2}}{C^{2}}$

    $Q$ = muatan sumber


     Potensial Mutlak oleh sebuah sumber muatan adalah \[V=k\,\frac{Q}{r}\]

    Sebuah benda bermuatan $10\,μC$, dan sebuah titik A berada pada jarak $50\,cm$ dari muatan tersebut. Potensial listrik di titik A adalah ... V.

    Penyelesaian:

    $Q$ = $10\,μC$ = $10\,x\,10^{-6}\,C$ = $10^{-5}\,C$

    $r$ = $50\,cm$ = $5\,x\,10^{-1}\,m$

    Dari rumusan potensial mutlak di atas, diperoleh

    $V$ = $k\,\frac{Q}{r}$

    $V$ = $(9\,x\,10^{9})\,\frac{10^{-5}}{5\,x\,10^{-1}}$

    $V$ = $1,8\,x\,10^{5}\,V$


    Potensial Listrik Suatu Kondukor Bola Berongga

     Terdapat dua hal pokok dalam pembahasan nilai dari potensial listrik untuk konduktor bola berrongga yang memiliki jari-jari, $R$, yaitu :

    1. Jika $\displaystyle r\leq R$ , $\displaystyle V=k\,\frac{Q}{R}$ 
    2. Jika $\displaystyle r> R$ , $\displaystyle V=k\,\frac{Q}{r}$ 

    Sebuah konduktor bola berongga bermuatan $12\,nC$ mempunyai jari-jari $4\,cm$. Potensial listrik yang berjarak $2\,cm$ dan $6\,cm$ dari pusat bola adalah ... V.

    Penyelesaian :

    $\displaystyle Q=12\,nC=12\,x\,10^{-9}\,C$

    Jarak $2\,cm$ memenuhi poin 1 di atas, karena $r$ = $4\,cm$. Maka :

    $\displaystyle V=k\,\frac{Q}{R}$

    $\displaystyle V=9\,x\,10^{9} \frac{12\,x\,10^{-9}}{4\,x\,10^{-2}}$

    $\displaystyle V=2.700\,V$


    Jarak $6\,cm$ memenuhi poin 2 di atas, karena $r$ = $4\,cm$

    $\displaystyle V=k\,\frac{Q}{r}$

    $\displaystyle V=9\,x\,10^{9} \frac{12\,x\,10^{-9}}{6\,x\,10^{-2}}$

    $\displaystyle V=1.800\,V$


    Potensial Listrik oleh Banyak Muatan

    Empat buah muatan masing-masing $5pC$ membentuk persegi dengan diagonal $20cm$. Total potensial listrik di pusat A adalah ... V.

    Potensial Listrik oleh Banyak Muatan


    Penyelesaian

    Total potensial listrik adalah jumlah total potensial oleh masing-masing muatan. Oleh karena ada empat muatan yang identik, maka

    Panjang diagonal persegi adalah $20\,cm$ maka, titik pusat A berada pada jarak $10\,cm$ dari tiap sudut persegi tersebut tempat muatan berada.

    $\displaystyle V=(4)(k)\left (\frac{Q}{r} \right )$ 

    $\displaystyle V=(4)(9\,x\,10^{9})\left (\frac{5\,x\,10^{-12}}{10^{-1}} \right )$ 

    $\displaystyle V=1,8\,V$


    Energi Potensial Listrik

    Persamaan umum perubahan Energi Potensial Listrik jika muatan uji berpindah dari posisi 1 ke posisi 2 sebagai efek gaya Coulomb $F$ yang memerlukan usaha $W$ adalah \[EP_{L}=k\,Q\,q\left ( \frac{1}{r_{2}}-\frac{1}{r_{1}}\right )\]
    Dengan

    Tetapan $\displaystyle k=9 x 10^{9}\,\frac{N\,m^{2}}{C^{2}}$

    $Q$ = muatan sumber

    $q$ = muatan uji

    $r_{1}$ = posisi ke satu dari muatan uji,$q$, diukur dari muatan sumber, $Q$

    $r_{2}$ = posisi ke dua dari muatan uji, $q$, diukur dari muatan sumber, $Q$


     Sebuah benda bermuatan $8\,μC$, dan sebuah titik A berada pada jarak $40\,cm$ dari muatan tersebut. Jika di titik A diletakkan muatan sebesar $2\,μC$, digeser $10\,cm$ mendekati muatan sumber $6\,μC$, maka energi yang diperlukan adalah ... J.

    Penyelesaian :

    $\displaystyle Q=8\,\mu C=8\,x10^{-6}\,C$

    $\displaystyle q=2\,\mu C=2\,x10^{-6}\,C$

    $\displaystyle r_{1}=40\,cm=4\,x\,10^{-1}\,m$

    $\displaystyle r_{2}=40-10\,cm=30\,cm=3\,x\,10^{-1}\,m$


    Berdasar rumusan Perubahan Energi Potensial di atas, diperoleh

    $\displaystyle EP_{L}=k\,Q\,q\left ( \frac{1}{r_{2}}-\frac{1}{r_{1}}\right )$

    $\displaystyle EP_{L}=(9\,x\,10^{9})(8\,x\,10^{-6})(2\,x\,10^{-6})\left ( \frac{10^{1}}{3}-\frac{10^{1}}{4} \right )$ 

    $\displaystyle EP_{L}=(9\,x\,10^{9})(8\,x\,10^{-6})(2\,x\,10^{-6})\left ( \frac{10}{12} \right )$ 

    $\displaystyle EP_{L}=0,12\,Joule$ 


    Usaha untuk memindahkan muatan

     Usaha untuk memindahkan muatan $\displaystyle 5\mu C$  dari potensial $5V$ menjadi $20V$ adalah ... $J$.

    $\displaystyle W=\Delta EP_{L}=q\left ( V_{2}-V_{1} \right )$

    $\displaystyle W=5\,x\,10^{-6}\left ( 20-5 \right )$

    $\displaystyle W=75\,x\,10^{-6}\,J$

     Selengkapnya »
    By On Sabtu, Mei 19, 2018
    Label: Listrik Magnet, Soal Jawab
    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 »
    By On Senin, April 02, 2018
    Label: Soal Jawab
    Beranda

    Ilmu Fisika on Youtube

    Usaha Energi Daya

    Listrik Magnet

    Soal Jawab

    Mekanika

    Impuls Momentum

    Universitas

    Optik