bab ii landasan teori

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Pengukuran Dasar

Pengukuran adalah suatu bentuk teknik untuk

mengaitkan suatu bilangan dengan suatu besaran

standar yang telah diterima sebagai suatu

satuan.Selanjutnya semua pengukuran sedikit banyak

dipengaruhi oleh kesalahan eksperimen karena

ketidaksempurnaan yang tak terelakkan dalam alat

ukur atau karena batasan yang ada pada indera kita

(penglihatan dan pendengaran), yang harus merekam

informasi.

Tujuan pengukuran adalah untuk mendapatkan

hasil berupa nilai ukur yang tepat dan

benar.Ketepatan pengukuran merupakan hal yang

sangat penting didalam fisika untuk memperoleh

hasil atau data yang akurat dan dapat dipercaya.

Ketelitian (presisi) adalah kesesuaian diantara

beberapa data pengukuran yang sama yang

dilakukan secara berulang. Tinggi rendahnya tingkat

ketelitian hasil suatu pengukuran dapat dilihat dari

11

BAB II LANDASAN TEORI Kel-8

harga deviasi hasil pengukuran.Sedangkan ketepatan

(akurasi) adalah kesamaan atau kedekatan suatu hasil

pengukuran dengan angka atau data yang

sebenarnya.

Suatu pengukuran selalu disertai oleh

ketidakpastian. Beberapa penyebab ketidak pastian

tersebut antara lain adanya nilai skala terkecil,

kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan

pegas, adanya gesekan, kesalahan paralaks, fluktuasi

parameter pengukuran dan lingkungan yang saling

mempengaruhi keterampilan pengamatan.

Hasil pengukuran berupa angka-angka atau

disebut sebagai hasil numeric selalu merupakan nilai

pendekatan.Menurut kelaziman hasil pengukuran

sebuah benda mengandung arti bahwa bilangan yang

menyatakan hasil pengukuran tersebut. Jika sebuah

tongkat panjangnya ditulis 15,7 cm. secara umum

panjang batang tersebut telah diukur sampai dengan

puluhan centimeter dan nilai eksaknya terletak

diantara 15,65 cm hingga 15,75 cm. Seandainya

pengukuran panjang tongkat tersebut dinyatakan

Laboratorium Fisika 12


sebagai 15,70 cm berarti pengukuran tongkat telah

dilakukan hingga ketelitian ratusan centimeter.

Pada 15,7 cm maka terdapat 3 angka penting yang

merupakan hasil pengukuran. Pada hasil 15,70 cm

berarti terdapat 4 angka penting sebagai hasil

pengukuran. Dengan demikian angka penting adalah

angka hasil pengukuran atau angka yang diketahui

“cukup baik” berdasarkan kendala alat ukur yang

dipakai. Misalnya dilaporkan hasil pengukuran

massa sebuah benda 5,4628 gram dapat dinyatakan

bahwa hasil pengukuran tersebut memiliki 5 angka

penting. Dalam menentukan banyaknya angka

penting kita perlu memperhatikan beberapa aturan

berikut ini :

1. Semua angka bukan nol adalah angka penting

Contoh : 5,432 m = empat angka penting

2. Semua angka nol yang terletak diantara angka

bukan nol adalah angka penting

Contoh : 90 m = dua angka penting



3. Semua ngka bukan nol yang digunakan untuk

menentukan letak decimal bukan termasuk

angka penting

Contoh : 0,00064 = dua angka penting.

4. Banyaknya angka penting hasil penjumlahan

atau pengurangan ditentukan berdasarkan

banyaknya digit angka dibelakang koma yang

paling sedikit.

5. Banyaknya angka penting dari hasil perkalian

atau pembagian antara dua bilangan sama

dengan banyaknya angka penting yang paling

sedikit diantara dua bilangan itu.

6. Banyaknya angka penting dari hasil

pemangkatan atau penarikan akar sama

banyaknya dengan angka penting yang

dipangkatkan atau yang ditarik akarnya.

7. Angka yang lebih dari 5 dibulatkan keatas,

sedangkan angka yang kurang dari 5

dibulatkan ke bawah



Untuk hal itu pemakaian alat ukur perlu diperhatikan

hal-hal berikut :

a. Titik no alat yaitu angka yang ditunjukkan alat

sebelum digunakan

b. Nilai skala terkecil alat yaitu skala terkecil yang

diperlihatkan alat

c. Batas ukur alat yaitu batas maksimum yang dapat

diukur alat tersebut

d. Cara pemakaian alat.

Alat ukur yang biasa digunakan dalam pengukuran

adalah sebagai berikut :

1. Jangka sorong

Jangka sorong dipergunakan untuk mengukur

suatu benda darai sisi luar dengan cara diapit,

mengukur sisi dalam suatu benda dengan cara

ukur atau diulur, mengukur kedalaman celah atau

lubang pada suatu benda dengan cara

menancapkan atau menuliskan bagian pengukur.

Jangka sorong yang digunakan untuk

mengukur suatu benda yang mempunyai



ketelitian 0,1 mm atau 0,05 mm tanpa kesalahan

paralaks. Kesalahan paralaks adalah kesalahan

membaca alat ukur karena posisi yang tidak tepat

seperti yang dianjurkan.Jangka sorong memiliki 3

bagian penting, rahang luar, rahang dalam, dan

satu penduga.Rahang luar berfungsi mengukur

diameter luar benda, rahang dalam berfungsi

mengukur diameter dalam benda, dan penduga

berfungsi mengukur kedalaman benda.

Jangka sorong memiliki nonius yaitu

angka pendek yang panjangnya 9 mm dan dibagi

atas 10 skala nonius dan satu skala utama, adalah

0,1 mm atau 0,01 cm sehingga ketelitian jangka

sorong adalah 0,1 mm.


Gambar 2.1 Jangka sorong Sumber : rumushitung.com (2015)


2. Mikrometer sekrup

Mikrometer sekrup adalah suatu alat yang

digunakan untuk mengukur jarak pendek dan

sangat teliti.Misalnya mengukur diameter luar,

tebal, dan lebar suatu benda.Cara menggunakan

mikrometer sekrup yaitu putarkan roda bagian

pemutar kasar, jika sudah dekat putarkan bagian

pemutar halus, jika sudah pas dikunci dengan

penguat.Skala besarnya adalah bagian yang

horizontal sedangkan skala penghalusnya bagian

vertical. Biasanya bagian vertikal terdiri dari 50

skala, satu putaran bagian vertikal akan merubah

skala horizontal sebesar ½ mm.

Gambar 2.2 Jangka sorong Sumber : rumushitung.com (2015)



3. Neraca Teknis

Neraca teknis menggunakan prinsip

keseimbangan untuk itu bidang kerjanya harus

mendatar, ini dapat dilihat dengan memutar

sekrup dengan unting-unting. Jika tidak lurus

dapat menggerakkan pendatar.Kemudian

perhatikan keseimbangannya angkat atau

putar. Jika ayunan jarum kekanan kirinya sama

maka timbangan siap dipakai. Jika tidak maka

setimbangkan dengan mengatur pembeban di

lengan-lengan sesuai dengan yang

diperlukan.pengangkatan atau pemutar hanya

sebentar saat memperhatikan keseimbangan,

jika sudah harus cepat-cepat ditutup kembali.

Taruhlah besaran yang akan ditimbang pada

lengan satu, anak timbangan disimpan pada

lengan lainnya.



Gambar 2.3 Neraca teknis Sumber : rumushitung.com (2015)

2.2 Pesawat Atwood Modern dan Konvensional

Bahwa tarikan atau dorongan, yang disebut gaya,

adalah yang menyebabkan sebuah benda bergerak

dan tanpa adanya gaya, sebuah benda yang sedang

bergerak akan segera berhenti. Sebuah benda yang

sedang diam, yang berarti bahwa bila tidak ada gaya

yang bekerja, sebuah benda akan terus diam.

Tampaknya, pandangan bangsa Yunani ini beralasan,

tetapi akan kita ketahui nanti bahwa ternyata

pandangan tersebut tidak tepat.

Orang pertama yang menyangkal pandangan kuno

bangsa Yunani tersebut adalah Galileo. Menurut



“prinsip inersia” yang diusulkan Galileo, sebuah

benda yang sedang bergerakpada permukaan

horizontal yang licin sempurna (tanpa gesekan) akan

tetap terus bergerak dengan kelajuan sempurna.

Berdasarkan pendapat galileo tersebut, pada tahun

1678 Isaac Newton menyatakan hukum pertamanya

tentang gerak, yang sekarang kita kenal sebagai

Hukum I Newton, kemudian ia pun mengemukakan

Hukum II dan Hukum III Newton. Sebuah benda

yang mula-mula diam, akan dapat bergerak jika

mendapat pengaruh atau penyebab yang bekerja

pada benda tersebut. Penyebabnya dapat berupa

pukulan, tendangan, sundulan, atau lemparan. Dalam

Fisika, penyebab gerak tersebut dinamakan gaya.

Ilmu yang mempelajari tentang gerak dengan

memperhitungkan gaya penyebab dari gerak tersebut

dinamakan dinamikka gerak. Seperti yang telah

disebutkan tadi bahwa orang yang sangat berjasa

dalam kajian Fisika tentang dinamika gerak adalah

Sir Isaac Newton.



Gambar 2.4 Pesawat atwood sumber : lfd.fmipa.itb.ac.id (2015)

1. Hukum I Newton

Galileo melakukan pengamatan mengenai

benda-benda jatuh bebas.Ia menyimpulkan dari

pengamatan-pengamatan yang dilakukan,

bahwa benda-benda berat jatuh dengan cara

yang sama dengan benda-benda ringan. Tiga

puluh tahun kemudian, Robert Boyle, dalam

sederetan eksperimen yang dimungkinkan oleh

pompa vakum barunya, menunjukkan bahwa



pengamatan ini tepat benar untuk benda-benda

jatuh tanpa adanya hambatan dari gesekan

udara. Galileo mengatahui bahwa ada

pengaruh hambatan udara pada gerak jatuh,

tetapi pernyataannya walaupun mengabaikan

hambatan udara, masih cukup sesuai dengan

hasil pengukuran dan pengamatannya

dibandingkan dengan yang dipercayai orang

pada saat itu (tetapi tidak diuji dengan

eksperimen) yaitu kesimpulan Aristoteles yang

menyatakan bahwa, “Benda yang beratnya

sepuluh kali benda lain akan sampai ke tanah

sepersepuluh waktu dari waktu benda yang

lebih ringan”. Pada tahun 1678 Sir Isaac

newton menyatakan hukum pertamanya

tentang gerak, yang sekarang kita kenal

sebagai Hukum I Newton.

Hukum I Newton manyatakan “Sebuah

benda akan berada dalam keadaan diam atau

bergerak lurus beraturan apabila resultan gaya

yang bekerja pada benda sama dengan nol”.



Secara metematis, Hukum I Newton

dinyatakan dengan persamaan:

F=0

Hukum di atas menyatakan bahwa jika

suatu benda mula-mula diam maka benda

selamanya akan diam, benda hanya akan

bergerak jika pada suatu benda itu diberi gaya

luar. Sebaliknya, jika benda sedang bergerak

maka benda selamanya akan bergerak, kecuali

bila ada gaya yang menghentikannya.

Konsep gaya dan massa yang dijelaskan

oleh Hukum Newton yaitu Hukum I Newton

mengungkap tentang sifat benda yang

cenderung mempertahankan keadaannya atau

dengan kata lain sifat kemalasan benda untuk

mengubah keadaannya. Sifat ini kita sebut

kelembaman atau inersia.Oleh karena itu,

Hukum I newton disebut juga Hukum

Kelembaman.



2. Hukum II Newton

“Setiap benda yang dikenai gaya makan

akan mengalami percepatan yang besarnya

benrbanding lurus dengan besarnya gaya dan

berbanding terbalik dengan besarnya massa

benda”.

a=∑ F

m ; ∑ F=ma

Keterangan : a = percepatan benda (m/s2)

m = massa benda (kg)

F = Gaya (N)

Kesimpulan darai persamaan di atas yaitu

arah percepatan benda sama dengan arah gaya

yang bekerja pada benda tersebut. Besarnya

percepatan sebanding dengan gayanya. Jadi

bila gaya konstan, maka percepatan yang

timbul juga akan konstan. Bila pada benda

bekerja gaya, maka benda akan mengalami

percepatan. Sebaliknya bila kenyataan dari



pengamatan benda mengalamin percepatan

maka tentu aka nada gaya yang

menyebabkannya.

Persamaan gerak untuk percepatan yang tetap

Vt = V0 + at

St = So+ 12

at2

Jika sebuah benda dapat bergerak

melingkar melalui porosnya, maka pada gerak

melingkar ini akan berlaku persammaan gerak

yang ekuivalen dengan persamaan gerak linier.

Dalam hal ini ada besaran fisis momen inersia

(momen kelembaman) I yang ekuivalen

dengan besaran fisis massa (m) pada gerak

liner. Momen inersia (I) suatu benda apada

poros tertentu harganya sebanding dengan

massa benda terhadap porosnya.

I m

I r2



Dimana harga tersebut adalah harga yang tetap.

3. Hukum III Newton

Hukum III Newton menyatakan bahwa

“Apabila benda pertama mengerjakan gaya

pada benda kedua (disebut aksi) maka benda

kedua akan mengerjakan gaya pada benda

pertama sama besar dan berlawanan arah

dengan gaya pada benda pertama (reaksi)”.

Secara matematis dinyatakan dengan

persamaan :

Faksi = -Freaksi

Suatu pasangan gaya disebut aksi-reaksi

apabila memenuhi syarat sebagai berikut :

1. Sama besar

2. Berlawanan arah

3. Bekerja pada satu garis kerja gaya yang

sama

4. Tidak saling meniadakan

5. Bekerja pada benda yang berbeda



4. Gerak translasi

Gerak lurus adalah gerak suatu objek yang

lintasannya berupa garis lurus.Dapat pula jenis

gerak ini disebut sebagai suatu translasi

beraturan. Pada rentang waktu yang sama

terjadi perpindahan yang besarnya sama. Gerak

lurus dapat dikelompokkan menjadi gerak

lurus beraturan dan gerak lurus berubah

beraturan yang dibedakan dengan ada dan

tidaknya percepatan.

a. Gerak Lurus Beraturan (GLB)

Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah

gerak lurus suatu objek, dimana dalam

gerak ini kecepatannya tetap atau tanpa

percepatan, sehingga jarak yang ditempuh

dalam gerak lurus beraturan adalah

kelajuan kali wakttu.

S = vt



Keterangan : s = jarak tempuh (m)

v = kecepatan (m/s)

t = waktu (s)

b. Gerak Lurus Berubah Beraturan

(GLBB)

Gerak Lurus Berubah Beraturan

(GLBB) adalah gerak lurus suatu objek,

dimana kecepatannya berubah terhadap

waktu akibat adanya percepatan yang

tetap.Akibat adanya percepatan rumus

jarak yang ditempuh tidak lagi linier

melainkan kuadratik. Dengan kata lain

benda yang melakukan gerak dari keadaan

diam atau mulai dengankecepatan awal

akan berubah kecepatannya karena ada

percepatan (a = +) atau perlambatan (a = -).

Pada umumnya GLBB didasari oleh

Hukum Newton II (∑F=ma).

Vt = V0 + at



Vt2 = V02 + 2as

S = V0t + 12

at2

Keterangan :

V0 = kecepatan awal (m/s)

Vt = kecepatan akhir (m/s)

a = percepatan (m/s2)

t = waktu (s)

S = jarak yang ditempuh (m)

GLBB dibagi menjadi dua macam :

1) GLBB dipercepat

GLBB dipercepat adalah GLBB yang

kecepatannya makin lama makin cepat,

contoh GLBB dipercepat adalah gerak buah

jatuh dari pohonnya.



Grafik hubungan antara v terhadap t pada

Sedangkan grafik hubungan antara s terhadap

t pada GLBB dipercepat adalah :

Gambar 2.6 grafik s terhadap t


V (m/s)

t (s)

t (s)

S (m)

Gambar 2.5 grafik v terhadap t


2) GLBB diperlambat

GLBB diperlambat adalah GLBB yang

kecepatannya makin lama makin kecil

(lambat).Contoh GLBB diperlambat adalah

gerak benda dilempar keatas.

Grafik hubungan antara v terhadap t pada

GLBB diperlambat :

Gambar 2.7 grafik v terhadap t

Grafik hubungan antara s terhadap t pada

GLBB diperlambat :


t (s)

V (m/s)


Gambar 2.8 grafik s terhadap t

Persamaan yang digunakan dalam GLBB

Sebagai berikut :

Untuk menentukan kecepatan akhir

v = v0 at

Keterangan : v = kecepatan (m/s)

v0 = kecepatan awal (m/s)


t = waktu (s)


t (s)

s (m)


Untuk menentukan jarak yang ditempuh

Setelah t detik adalah sebagai berikut :

s = v0t 12

at2

Keterangan : v = kecepatan (m/s)

v0 = kecepatan awal (m/s)


t = waktu (s)

s = jarak (m)

Yang perlu diperhatikan dalam

menggunakan persamaan di atas adalah

saat GLBB dipercepat tanda yang

digunakan adalah (+).Untuk GLBB

diperlambat tanda yang digunakan

adalah (-), catatan penting disini adalah

nilai percepatan (a) yang dimasukkan

pada GLBB diperlambat bernilai positif



karena dirumusnya sudah menggunakan

tanda negatif.

5. Gerak Rotasi

Gerak melingkar atau gerak rotasi

merupakan gerak melingkar suatu benda pada

porosnya pada suatu lintasan melingkar. Bila

sebuah benda mengalami gerak rotasi melalui

porosnya, ternyata pada gerak ini akan berlaku

persamaan gerak yang ekuivalen dengan

persamaan gerak linier.

Momen inersia merupakan representasi

dari tingkat kelembaman benda yang bergerak

rotasi. Semakin besarmomen inersia suatu

benda semakin malas dia berputar dari keadaan

diam dan semakin malas pula ia untuk

mengubah kecepatan sudutnya ketika sedang

berputar. Sebagai contoh, dalam ukuran yang

sama sebuah silinder yang terbuat dari sebuah

besi memiliki momen inersia yang lebih besar

daripada silinder kayu. Hal ini bisa

diperkirakan karena terasa lebih berat lagi bagi



kita untuk memutar silinder besi dibandingkan

dengan memutar silinder kayu.

Momen inersia pada gerak rotasi bisa

dianalogikan dengan massa pada gerak

translasi. Sedangkan gaya pada gerak translasi

dapat dianalogikan dengan momen gaya pada

gerak translasi. Jika gaya menyebabkan

timbulnya percepatan pada gerak translasi

maka momen gaya itulah yang menyebabkan

timbulnya percepatan sudut pada gerak rotasi.

Saat kita memutar sebuah roda atau membuka

daun pintu, saat itu kita sedang memberikan

momen gaya pada benda-benda tersebut.

Dengan memanfaatkan pengertian momen

gaya, kita dapat mengadaptasi Hukum II

Newton untuk diterapkan pada gerak rotasi.

Bentuk persamaan HUkum II Newton adalah :

F = ma

Dengan menganalogikan gaya dengan

momen gaya, massa dengan momen inersia,



dan percepatan dengan percepatan sudut, akan

kita temukan hasil adaptasi dari Hukum II

Newton dalam gerak rotasi sebagai berikut :

= I

Keterangan := momen gaya (Nm)

I = momen inersia (kgm2)

= percepatan sudut (rad/s2)

Pesawat atwood adalah alat yang

digunakan untuk yang menjelaskan hubungan

antara tegangan, energy potensial dan energy

kinetic dengan menggunakan dua pemberat

(massa berbeda) dihubungkan dengan tali pada

sebuah katrol. Benda yang lebih berat

diletakkan lebih tinggi posisinya disbanding

yang lebih ringan. Jadi benda yang berat akan

turun karena gravitasi dan menarik benda yang

lebih ringan karena ada tali dan katrol.



2.3 Modulus Elastisitas

ELASTISITAS

Sifat elastis atau elastisitas adalah

kemampuan suatu benda untuk kembali ke bentuk

awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan

kepada benda itu dihilangkan. Seperti pada

sebuah pegas yang digantungi dengan beban pada

salah satu sisi ujungnya, akan kembali ke bentuk

semula jika beban tersebut kita ambil kembali.

Contoh lainnya adalah ketapel dan karet gelang

jika kita rentangkan maka akan terjadi

pertambahan panjang pada kedua benda tersebut,

tapi jika gaya yang bekerja pada kedua benda

tersebut dihilangkan maka kedua benda tersebut

akan kembali ke bentuk semula.

Sebuah benda dapat dikatakan elastis

sempurna jika gaya penyebab perubahan bentuk

hilang maka benda akan kembali ke bentuk



semula. Benda yang bersifat elastis sempurna

yaitu mempunyai batas-batas deformasi yang

disebut limit elastic sehingga jika melebihi dari

limit elastic maka benda tidak akan kembali ke

bentuk semula.

Benda yang tidak elastis adalah benda

yang tidak kembali kebentuk awalnya saat gaya

dilepaskan misalnya saja pada adonan kue. Bila

kita menekan adonan kue, bentuknya akana

berubah, tetapi saat gaya dilepaskan dari adonan

kue tersebut, maka adonan kue tidak dapat

kembali ke bentuk semula.

Perbedaan antara sifat elastis dan plastis

adalah pada tingkatan dalam besar atau kecilnya

deformasi yang terjadi.dalam pembahasan sifat

elastis pada benda perlu diasumsikan bahwa

benda-benda tersebut ,e,punyai sifat-sifat berikut :

• Homogeny artinya setiap bagian

benda mempunyai kerapatan yang

sama



• Isotropic artinya pada setiap titik

pada benda mempunyai sifat-sifat

fisis yang sama ke segala arah.

Deformasi pada benda akan menyebabkan

perubahan bentuk tetapi tidak ada perubahan

volume dan benda yang mengalami kompresi

akan terjadi perubahan volume tetapi tidak terjadi

deformasi. Nilai keelastisitasan ini disebut juga

modulus elastisitas.

Gambar 2.9 Modulus elastisitas sumber : Laboratorium Fisika Unjani

TEGANGAN

Tegangan (stress) didefinisikan sebagai

gaya yang diperlukan oleh benda untuk kembali



ke bentuk semula. Atau gaya F yang diberikan

pada benda dibagi dengan luas penampang A

tempat gaya tersebut bekerja.

Tegangan dirumuskan oleh :

= FA

Keterangan := tegangan (N/m2)

F = gaya (N)

A = luas penampang (m2)

REGANGAN

Perubahan relative dalam ukuran atau

bentuk suatu benda karena pemakaian tegangan

disebut regangan (starin).Regangan adalah suatu

besaran yang tidak memiliki dimensi karena

rumusnya yaitu meter per meter. Definisi

regangaan berdasarkan rumusnya adalah

perubahan panjang Ldibagi dengan panjang

awal benda L. secara metematis dapat ditulis



e = L

L0

Bahan –bahan logam biasanya

diklasifikasikan sebagai bahan liat (ductile) atau

bahan rapuh (brittle). Bahan liat mempunyai gaya

regangan (tensile strain) relative besar sampai

dengan titik kerusakan seperti baja atau

aluminium. Sedangkan bahan rapuh mempunyai

gaya regangan yang relative kecil sampai dengan

titik yang sama. Batas regangan 0,05 sering

dipakai untuk garis pemisah diantara kedua kelas

bahan ini. besi cord an beton merupakan contoh

bahan rapuh.

MODULUS ELASTISITAS

Modulus elastisitas suatu benda dapat

dihitung melalui pemberian beban sebagai

tegangan yang diberikan pada benda tersebut dan

mengamati penunjukan oleh garis rambut sebagai

regangannya. Besar pelenturan (f) ditentukan

melalui persamaan matematis sebagai berikut:

f = BL3 / 4Ebh3



dari rumus pelenturan diatas dapat ditentukan

persamaan matematis Modulus Elastisitasnya :

E = BL 3

4 fbh3

Keterangan :

E = Modulus elastisitas

B = berat beban (dyne)

L = panjang batang antara dua tumpuan (cm)

f = pelenturan (cm)

b = lebar batang (cm)

h = tebal batang (cm)

HUKUM HOOKE

Hubungan antara tegangan dan regangan

erat kaitannya dalam teori elastisitas.Apabila

hubungan antara tegangan dan regangan

dilukiskan dalam bentuk grafik, dapat diketahui



bahwa diagram tegangan-regangan berbeda-beda

bentuknya menutu jenis bahannya.Hal ini

membuktikan bahwa keelastisitasan benda

dipengaruhi bahan dari bendanya.

Hukum Hooke dinamakan sesuai dengan

nama pencentusnya yaitu Robert Hooke, seorang

arsitek yang ditugaskan untuk membangun

kembali gedung-gedung di London yang

mengalami kebakaran pada tahun 1666. Beliau

menyatakan bahwa :

“Jika gaya tarik tidak melampaui batas

elastisitas pegas, maka pertambahan panjang

pegas benbanding lurus (sebanding) dengan gaya

tariknya”.

Pernyataan tersebut di atas dikenaal

dengan nama Hukum Hooke, dan dapat ditulis

melalui persamaan :

F = kx



2.4 Bandul Sederhana dan Resonansi Bandul

Sederhana

Dalam kehidupan sehari-hari sering kali

kita melihat atau membuat benda bergetar. Semua

benda akan bergetar apabila kita berikan

simpangan. Benda yang beregetar ada yang dapat

dilihat dengan kasat mata karena simpangan yang

diberikan sangat besar.

Ayunan sederhana

Sebuah sistem bandul matematis atau

bandul sederhana terdiri atas sebuah benda yang

bermassa m yang dimensinya kecil, sehingga dapat

dianggap sebagai partikel berupa titik,

digantungkan pada seutas tali (yang tidak mulur

dan massanya dapat diabaikan) membentuk sistem

ayunan seperti pada gambar.



Jika bandul berayun dengan sudut

simpangan yang kecil (<10o), maka gerak ayunan

ini dapat dianggap sebagai getaran selaras.

Periode getaran selaras ini dapat dinyatakan

dengan persamaan :

T=2 π √ lg

Dimana :

l = panjang tali (meter)

g= percepatan gravitasi (ms-2)

T= periode bandul sederhana (s)


Gambar 2.10 Bandul sederhana

Sumber :google.com (2015)


Dari rumus di atas diketahui bahwa

periode bandul sederhana tidak bergantung pada

massa dan simpangan bandul, melaikan hanya

bergantung pada panjang dan percepatan

gravitasi, yaitu:

g= 4 π 2 lT 2

Gerak osilasi yang sering dijumpai adalah

gerak ayunan.Jika simpangan osilasi tidak terlalu

besar, maka gerak yang terjadi dalam gerak

harmonik sederhana. Ayunan sederhana adalah

suatu sistem yang terdiri dari sebuah massa dan

tak dapat mulur. Ini dijunjukkan pada gambar

dibawah ini. Jika ayunan ditarik kesamping dari

posisi setimbang, dan kemudian dilepasskan,

maka massa m akan berayun dalam bidang

vertikal kebawah pengaruh gravitasi. Gerak ini

adalah gerak osilasi dan periodik.Kita ingin

menentukan periode ayunan.

Gerak harmonik sederhana adalah gerak

bolak –balik benda melalui suatu titik

keseimbangan tertentu dengan banyaknya getaran



benda dalam setiap sekon selalu konstan. Gerak

harmonik sederhana dapat dibedakan menjadi dua

bagian, yaitu :

1. Gerak harmonik sederhana linier, misalnya

penghisap. Menentukan percepatan gravitasi

bumi (g) dengan bandul matematis dalam

silinder gas, gerak osilasi air raksa atau air

dalam pipa U, gerak horizontal atau vertikal

dari pegas, dan sebagainya.

2. Gerak harmonik sederhana angular, misalnya

gerak bandul atau bandul fisis, osilasi ayunan

torsi, dan sebagainya.

Ada beberapa contoh gerak harmonik sederhana,

diantaranya :

1. Gerak harmonik pada bandul. Ketika beban

digantungkan pada ayunan dan tidak

diberikan gaya, maka benda akan diam di titik

keseimbangan. Jika beban ditarik ke titik A

dan dilepaskan, maka beban akan bergerajk ke

B, C, lalu kembali lagi ke A. gerakan beban

akan terjadi berulang secara periodic, dengan



kata lain beban pada ayunan di bawah

melakukan gerak harmonik sederhana.

Gambar 2.11 Gerak harmonik sederhana

Sumber : Google.com (2015)

2. Gerak harmonik pada pegas. Ketika sebuah

benda dihubungkan ke ujung sebuah pegas,

maka pegas akan meregang (bertambah

panjang) sejauh titik tertentu. Pegas akan

mencapai titik kesetimbangan jika tidak

diberikan gaya luar (ditarik atau digoyang).

Syarat sebuah benda melakukan gerak

harmonik sederhana adalah apabila gaya pemulih

sebanding dengan simpangannya. Apabila gaya

pemulih sebanding dengan simpangan x atau


BA C


sudut maka pendulum melakukan gerak

harmonik sederhana.

Periode adalah selang waktu yang

diperlukan oleh suatu benda untuk melakukan

satu getaran lengkap.Getaran adalah gerakan

bolak balik yang ada di dekitar titik

kesetimbangan dimana kuat lemahnya

dipengaruhi besar kecilnya energi yang

diberikan.Satu getaran frekuensi adalah satu kali

gerak bolak – balik penuh.Satu getaran lengkap

adalah gerakan dari a-b-c-b-a.

2.5 Resonansi Gelombang Heliks

Gelombang adalah bentuk dari getaran yang

merambat pada suatu medium.Pada gelombang yang

merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium

perantaranya.Suatu gelombang dapat dilihat

panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah

dan bukit (gelombang transversal) atau menghitung



jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan

(gelombang longitudinal).

Tipe-tipe gelombang

Gelombang-gelombang dapat dikelompokkan ke

dalam tiga golongan tipe utama :

1. Gelombang mekanik. Ini adalah gelombang-

gelombang yang paling kita kenal karena kita

hampir selalu menjumpainya; contoh-contoh yang

paling umum adalah gelombang (riak) air,

gelombang suara, dan gelombang (getaran)

seismic. Semua gelombang dari tipe ini memiliki

dua fitur terpenting: gelombang-gelombang itu

diatur oleh hukum-hukum Newton, dan hanya

dapat ada di dalam sebuah medium bahan, seperti

air, udara, dan batu.

2. Gelombang elektromagnetik. Gelombang-

gelombang ini kurang begitu akrab di telinga kita,

namun sebenarnya selalu digunakan; contoh-

contoh yang paling umum adalah: cahaya tampak

dan ultraviolet, gelombang-gelombang radio dan

televisi, gelombang-gelombang mikro



(microwave), sinar-X, dan gelombang-gelombang

radar. Gelombang-gelombang semacam ini tidak

membutuhkan medium bahan untuk dapat ada.

Misalnya, gelombang cahaya yang datang dari

bintang-bintang merambat melalui ruang angkasa

yang hampa untuk dapat mencapai bumi. Semua

gelombang elektromagnetik merambat di dalam

ruang hampa dengan kecepatan yang sama yaitu,

c = 299792458 m/s.

3. Gelombang materi. Walaupun gelombang-

gelombang ini biasa digunakan bersama teknologi

modern, mungkin kita sangat tidak mengenalnya.

Gelombang-gelombang ini dikaitkan dengan

electron, proton, dan partikel-partikel dasar

lainnya, dan bahkan dengan atom dan molekul.

Karena kita biasanya menganggap partikel-

partikel semacam itu merupakan materi

pembentuk, maka gelombang-gelombang ini

disebut gelombang materi.



Gelombang transversal dan gelombang

longitudinal

Sebuah gelombang yang merambat disepanjang

tali yang diregangkan dan sangat tegang merupakan

contoh gelombang mekanik paling

sederhana.Gelombang mekanik dapat dikelompokkan

menjadi dua jenis yaitu, gelombang transversal dan

gelombang longitudinal.

Gelombang transversal adalah gelombang yang

arah gangguannya (arah getarannya) tegak lurus

terhadap arah merambat gelombang.Gelombang ini

memiliki bentuk seperti gunung dan lembah yang

berurutan.Gelombang transversal merambat pada

medium padat karena gelombang ini membutuhkan

medium yang relative kaku untuk merambatkan

energy getarnya. Jika medium tempat merambat tidak

kaku, partikel medium akan saling meluncur. Dengan

demikian, gelombang transversal tidak dapat

merambat dalam medium fluida (zat cair dan gas).



Terdapat tiga hal penting yang mendukung

terbentuknya gelombang transversal yaitu :

1. Adanya gaya tali yang menimbulkan perpindahan

pada waktu pulsa melewatinya

2. Tali harus bersifat elastic

3. Tali harus mempunyai kelembaman, sehinggga

akan menghasilkan getaran harmonis yang

sederhana.

Berikut islustrasi gelombang transversal :

Gambar 2.12 Ilustrasi gel.transversal 1

Sumber :Google.com (2015)

Gelombang longitudinal adalah

gelombang yang getarannya punya arah yang

sama dengan arah perambatannya. Pada

gelombang ini gerakan dari medium gelombang



searah dengan propagasi gelombang.Bunyi adalah

salah satu contoh dari gelombang ini.pada

gelombang bunyi yang menjadi medium perantara

adalah uadara. Medium tersebut secara bergantian

merapat dan merenggang karena adanya

pergeseran getaran (berpindah tempat).

Berikut ilustrasi gelombang longitudinal

dan istilah-istilah dalam gelombang longitudinal :

Gambar 2.13 Rapatan dan renggangan 1

Sumber : google.com (2015)

Rapatan : daerah sepanjang gelombang yang

mempunyai rapatan atau tekanan molekul lebih

tinggi

Renggangan : daerah sepanjang gelombang yang

rapatan molekul yang lebih rendah.



Panjang satu gelombang : jarak antara dua

rapatan atau antara dua renggangan yang saling

berdekatan.

Panjang Gelombang dan Frekuensi

Panjang gelombang adalah jarak diantara

dua unit berulang dari gelombang, yang diukur

dari satu titik pada gelombang ke titik yang sesuai

di unit berikutnya.Sebagai contoh, jarak dari atas

– disebut puncak – satu unit gelombang ke

puncak berikutnya adalah satu panjang

gelombang.Dalam notasi fiska, panjang

gelombang seringditunjuk oleh huruf Yunani

lambda ().

Frekuensi adalah banyaknya getaranyang

terjadi dalam setiap satuan waktu.Menurut

ensiklopedi dan Wikipedia, frekuensi adalah

ukuran jumlah putaran ulang setiap peristiwa atau

kejadian dalam satuan waktu yang diberikan.

Pengertian dari sumber lain menyebutkan bahwa

frekuensi merupakan jumlah getaran yang terjadi



dalam waktu satu detik atau banyaknya

gelombang listrik yang dihasilkan tiap detik.

Istilah frekuensi terkadang disamakan

dengan periode, tapi keduanya memiliki

pengertian yang berbeda.Periode merupakan lama

waktu yang ditempuh untuk melakukan satu

getaran sempurna suatu gelombang.Periode

getaran adalah waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan satu kali getaran penuh. Dari kedua

pengertian secara umum tersebut sudah dapat

dipastikan bahwa frekuensi dengan periode

merupakan dua hal yang sangat berbeda satu

sama lain. Hubungan antara frekuensi dengan

periode adalah berbanding terbalik. Maksudnya

adalah semakin besar frekuensinya, maka

periodenya akan semakin kecil. Begitu pula

sebaliknya, semakin kecil frekuensinya maka

akan semakin besar periode yang dibutuhkan.



Secara matematis hubungan antara

frekuensi dengan perioda dapat dirumuskan

seperti berikut :

f =1T

atau T = 1f

Berdasarkan pengertian frekuensi yang

telah disebutkan sebeleumnya, untuk menghitung

frekuensi, seseorang harus menetapkan jarak

waktu, menghitung jumlah kejadian atau

peristiwa, dan membagi hitungan tersebut dengan

panjang waktunya.Dalam satuan internasional

mengenai frekuensi, hasil perhitungan tersebut

dinyatakan dalam satuan hertz (Hz). Satuan

tersebut diambuil dari nama ahili ilmu fisika dari

jerman yang menemukan fenomena mengenai

frekuensi pertama kali yakni, Heinrich Rudolf

Hertz. Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan suatu

peristiwa yang terjadi satu kali tiap detik.

Ada dua jenis frekuensi yanag umum

dipakai dalam kehidupan sehari-hari.Yakni

frekuensi audio dan frekuensi radio. Berikut ini



pemaparan yang rinci mengenai kedua jenis

frekuensi tersebut :

1. Frekuensi audio atau frekuensi suara adalah suatu

getaran frekuensi yang dapat didengar oleh

manusia dengan standar getaran antara 20-20.000

Hertz. Sesuai dengan kemampuan mendengarnya,

sistem pendengaran manusia dibagi menjadi tiga

macam, yakni infrasonic, audible, dan ultrasonik.

Frekuensi infrasonic adalah frekuensi dengan

rentang gelombang antara 0-20 Hertz. Frekuensi

audible adalah frekuensi dengan rentang

gelombang anatara 20-20.000 Hertz. Sedangkan

frekuensi ultrasonic adalah frekuensi dengan

rentang gelombang diatas 20.000 Hertz.

2. Frekuensi radio merupakan salah satu jenis

gelombang yang mengacu pada spectrum

elektromagnetik yang bisa dihasilkan oleh

pemberian arus bolak-balik ke sebuah antenna.

Dengan adanya frekuensi tersebut, kita bisa

mendengarkan siaran radio melalui gelombang

suara seperti yang kita lakukan sehari-hari.

Gelombang radio sendiri dibagi menjadi dua,



yakni gelombang frekuensi AM dan gelombang

frekuensi FM.

Panjang gelombang () memiliki

hubungan inverse terhadap frekuensi (f), jumlah

puncak untuk melewati sebuah titik dalam sebuah

waktu yang diberikan. Panjang gelombang sama

dengan kecepatan gelombang dibagi oleh

frekuensi gelombang. Hubungan tersebut dapat

dirmuskan secara matematis sebagai berikut :

= vf

Keterangan : = panjang gelombang (m)

v = kecepatan gelombang (m/s)

f = frekuensi gelombang (Hz)

Bayangkan suatu gelombang sinusoidal

menjalar kea rah positif dari suatu sumbu x.

ketika gelombang merambat melewati elemen

yang di depannya (yaitu, bagian yang sangat

pendek) dari dawai, elemen-elemen bergetar

sejajar dengan sumbu y. Pada waktu t,



perpindahan y dari elemen berlokasi pada posisi x

diberikan oleh persamaan:

Y(x,t) = ym sin (kx - t).

Keterangan :

ym = amplitudo (m)

k = konstanta atau bilangan gelombang sudut

(rad/m)

Bilangan gelombang sudut dapat dicari melalui

perhitungan matematis yaitu :

k = 2❑

= kecepatan sudut (rad/s)

Kecepatan sudut dapat dicari melalui perhitungan

matematis yaitu :

= 2 / T

AMPLITUDO DAN FASA



Amplitudo (ym) dari suatu gelombang

adalah besar dari perpindahan maksimum elemen-

elemen dari posisi kesetimbangan ketika

gelombang melewati posisi tersebut.

Fasa dari suatu gelombang adalah

argument kx - t dari fungsi sinus pada

persamaan gelombang sinusoidal. Ketika

gelombang merambat melewati suatu elemen

dawai pada suatu posisi khusus x, fasa berubah

secara linear dengan waktu t. Ini artinya bahwa

nilai sinus juga berubah, berosilasi antara +1 dan

-1.

CEPAT RAMBAT GELOMBANG

Cepat rambat gelombang adalah jarak

ditempuh oleh gelombang dalam satuan sekon.

Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v

dan satuannya m/s. Hubungan antara v, f, , dan

T :

v = f dan v = ❑T



Keterangan :

= panjang gelombang (m)

v = cepat rambat gelombang (m/s)

T = periode gelombang (s)

f = frekuensi gelombang (Hz).

2.6 Hambatan Listrik

Arus dalam sebuah penghantar ditimbulkan oleh

adanya tegangan (tekanan listrik) yang melalui

penghantar. Dengan kata lain, arus ditimbulkan oleh

tegangan. Dengan demikian dalam sebuah konduktor

ada hubungan antara tegangan (v) dan arus

(I).Tujuan percobaan ini menemukan hubungan

tersebut.Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan

(variasi) tegangan melalui “penghantar” yang disebut

resistor dan mengukur arus yang ditimbulkan untuk

setiap tegangan yang digunakan.Dengan mengubah

tegangan, kita dapatkan arus untuk setiap nilai

tegangan.Untuk mencapai hal tersebut, kita harus



mengukur pasangan tegangan (V) dan arus (I).hal itu

dapat dilakukan dengan memparalelkan voltmeter

dengan resistor dan menghubungkan ampermeter

dan resistor secara seri.

Dari suatu percobaan yang dilakukan untuk

mengetahui bagaimana hubungan antara kuat arus,

tegangan, dan hambatan listrik bahwa :

1. Bila dialirkan arus listrik melalui suatu kawat

penghantar tertentu :

Diberikan tegangan yang besar maka kuat

arusnya besar

Diberikan tegangan yang kecil maka kuat

arusnya kecil.

2. Bila percobaan dilakukan dengan suatu tegangan

tertentu :

Dipergunakan kawat penghantar yang

hambatannya kecil maka kuat arusnya besar

Dipergunakan kawat penghantar yang

hambatannya besar maka kuat arusnya kecil.

Dari hasil percobaan tersebut menghasilkan

Hukum Ohm yang berbunyi :



“Hukum Ohm menyatakan bahwa arus yang

mengalir pada suatu rangkaian sebanding dengan

tegangan pada rangkaian dan berbanding terbalik

dengan resistansi rangkaian dalam keadaan

konstan”.

Sebuah benda penghantar dikatakan

mematuhi Hukum Ohm apabila nilai resistansinya

tidak bergantung terhadap besar dan polaritas

beda potensial yang dikenakan kepadanya. Secara

matematis Hukum Ohm dapat dirumuskan :

I = VR

Keterangan :

I = arus listrik yang mengalir pada suatu

pengahantar (Ampere)

V = tegangan listrik yang (Volt)



R = hambatan listrik (resistansi) yang tedapat

pada suatu penghantar dengan satuan Ohm

().

Berdasarkan Hukum Ohm, 1 Ohm

didefinisikan sebagai hambatan yang digunakan

dalam suatu rangkaian yang dilewati kuat arus

sebesar 1 Ampere dengan beda potensial 1 Volt.

Oleh karena itu, dapat didefinisikan pengertian

hambatan yaitu perbandingan antara

bedapotensial dan kuat arus. Semakin besar

sumber tegangan maka semakin besar arus yang

dihasilkan.Jadi, besar kecilnya hambatan listrik

tidak dipengaruhi oleh besar tegangan dan arus

listrik tetapi dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu

panjang, luas, dan jenis bahan.

Hambatan berbanding lurus dengan

panjang benda, semakin panjang maka semakin

besar hambatan suatu benda.Hambatan juga

berbanding terbalik dengan luas penampang

benda, semakin luas penampang benda maka

semakin kecil hambatannya.



Secara umum rangkaian hambatan

dikelompokkan menjadi rangkaian hambatan seri,

hambatan parallel, maupun gabungan keduanya.

Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun

parallel minimal diperlukan dua hambatan.

Adapun, untuk membuat rangkaian kombinasi

seri-paralel minimal diperlukan tiga hambatan.

A. Hambatan seri

Dua hambatan atau lebih yang disusun

secara berdampingan disebut hambatan seri.

Hambatan yang disusun seri akan membentuk

rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus

mengalir disetiap titik besarnya sama. Tujuan

rangkaian hambatan seri untuk memperbesar

nilai hamabatan listrik dan membagi beda

potensial dari sumber tegangan. Rangkaian

hambatan seri dapat diganti dengan sebuah

hambatan yang disebut dengan hambatan

pengganti seri. Tiga buah lampu masing-

masing hambatannya R1, R2, R3 disusun seri

dihubungkan dengan baterai yang

tegangannya V. menyebabkan arus listrik



yang mengalir I. tegangan sebesar v dibagikan

ketiga hambatan masing-masing V1, V2, dan

V3 sehinggga berlaku :

V = V1 + V2 + V3

B. Hambatan paralel

Dua hambatan atau lebih yang disusun

secara berurutan disebut hambatan parallel.

Hambatan yang disusun paralel akan

membentuk rangkaian listrik bercabang dan

memiliki lebih dari satu jalur arus listrik.

Susunan hambatan paralel dapat diganti

dengan sebuah hambatan yang disebut

hambatan pengganti paralel.Rangkaian

hambatan paralel berfungsi untuk membagi

arus listrik.Tiga buah lampu masing-masing

hambatannya R1, R2, R3 disusun paralel

dihubungkan dengan baterai yang

teganggannya (V) menyebabkan arus listrik

yang mengalir (I).

2.7 Elektromagnet



Medan magent terbangkitkan oleh arus

listrik.Misalnya, pada sebuah kawat lurus yang

dialiri arus. Medan magnet terbangkitkan sepanjang

kawat berarus dengan arah sesuai dengan kaidah

tangan kanan : jika arus listrik adalah ibu jari pada

sumbu-z positif, maka medan magnet yang

terbangkitkan adalah pada bidang-xy dengan arah

empat jari lain (berlawan arah jarum jam).

Kekuatan medan magnet bergantung pada kuat

arus yang mengalir dan posisi titik pengukuran.

Medan magnet pada konduktor terdiri dari medan

magnet disekitar kawat lurus, medan magnet disekitar

kawat melingkar, medan magnet pada solenoid, dan

medan magnet pada toroida.

1. Medan magnet disekitar kawat lurus

Besarnya medan magnet disekitar kawat lurus

panjang berarus listrik. Dipengaruhi oleh

besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan

terhadap kawat.Semakin besar kuat arus semakin

besar kuat dan magnetnya. Semakin jauh jaraknya

terhadap kawat semakin kecil kuat medan



magnetnya. Berdasarkan perumusan matematik

oleh Biot-Savart maka besarnya kuatv medan

magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan

dengan :

B=o I2 a

untuk jumlah N maka

B=o I N2 a

Keterangan :

B = medan magnet dalam tesla (T)

o = permeabilitas ruang hampa =

4 x 10-7 wb/amp.m

I = kuat arus listrik dalam ampere (A)

a = jarak titik p dari kawat dalam meter (m)

Arah medan magnet menggunakan aturan tangan

kanan. Medan magnet adalah besaran vector,

sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh



beberapa medan magnet maka di dalam

perhitungannya menggunakan operasi vektor

2. Medan magnet disekitar kawat melingkar

Besar dan arah medan magnet disumbu

kawat melingkar berarus listrik dapat dutentukan

dengan rumus :

Bp=o I a sin❑2(r .r )

Untuk sejumlah N lilitan kawat

Bp=o I aN sin❑2(r . r)

Keterangan :

Bp = induksi magnet di p pada sumbu kawat

melingkar dalam tesla (T).

I = kuat arus pada kawat (A)

a = jarak p ke lingkaran kawat (m)



r = jari-jari kawat melingkar (m)

= sudut antara sumbu kawat dan garis hubung p

ke titik pada lingkaran kawat (o)

Besarnya medan magnet di pusat kawat

melingkar dapat dihitung :

B=o I2 a

Untuk jumlah N lilitan kawat, maka :

B=o I N2 a

Keterangan :

B = medan magnet (T)


4 x 10-7 wb/amp.m

3. Medan magnet pada solenoida

Sebuah kawat dibentuk seperti spiral yang

selanjutnya disebut kumparan, apabila dialiri



arus listrik maka akan berfungsi seperti magnet

batang. Kumparan ini disebut dengan solenoid.

Besarnya medan magnet disumbu pusat

solenoid dapat dihitung :

Bo=o I NL

Keterangan :

Bo = medan magnet pada pusat solenoida

(T)


4 x 10-7 wb/amp.m

I = kuat arus listrik (A)

N = jumlah lilitan dalam solenoid

L = panjang solenoid (m)

Besarnya medan magnet di ujung solenoid :

Bp=o I N2 L

Sifat-sifat elektromagnet :



a. Bila sebuah konduktor dialiri arus listrik,

maka disekeliling konduktor akan timbul

medan magnet

b. Arah medan magnet yang timbul tergantung

dari arah arus yang melewati konduktor

tersebut

c. Makin besar arus yang mengalir, makin besar

medan magnet yang timbul

d. Bila gulungan atau coil dialiri arus listrik,

maka gulungan atau coil tersebut akan timbul

medan magnet

e. Arah gulungan atau arah arus listrik berubah,

maka arah medan magnet yang timbul juga

akan berbalik.

f. Untuk memperbesar medan magnet dapat

dilakukan :

Memperbesar arus yang mengalir

Menambahkan inti besi ke dalam gulungan atau

coil

Memperbanyak jumlah gulungan atau coi

2.8 Kalorimeter



KALOR

Kalor didefinisikan sebagai energy panas

yang dimiliki oleh suatu zat.Secara umum untuk

mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu

benda yaitu dengan mengukur suhu benda

tersebut.Jika suhunya tinggi maka kalor yang

dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga

sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang

dikandung sedikit.

Dari hasil percobaan yang sering

dilakukan, besar kecilnya kalor yang dibutuhkan

suatu benda (zat) bergantung pada tiga faktor

yaitu :

1. Massa zat

2. Jenis zat (kalor jenis)

3. Perubahan suhu

Sehinggga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = mc(t2 – t1)

Keterangan :



Q = kalor yang dibutuhkan (J)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis (J/kgC)

t = perubahan suhu (t2 – t1) (0C)

Kalor dapat dibagi menjadi dua

jenis.Kalor yang digunakan untuk menaikkan

suhu.Kalor yang digunakan untuk mengubah

wujud (kalor laten0, persamaan yang digunakan

dalam kalor late nada dua macam yaitu :

Q = mU dan Q = mL

Dengan :

U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah

kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua konsep

yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas

kalor (H) dan kalor jenis (c). Kapasitas kalor

adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk

menaikkan suhu benda sebesar 1 0C.



H = Q / (t2 – t1).

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang

dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat

sebesar 1 0C.Alat yang digunakan untuk

menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

c = Q/m(t2 – t1)

bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka

terbentuk persamaan baru .

H = m.c

KALORIMETER

Kalorimeter adalah alat untuk menentukan

kalor jenis suatu zat. Prinsip kerja kalorimeter

adalah sebagai berikut : kalorimeter terdiri atas

bejana logam yang jenisnya telah diketahui,

dinding penyekat terdiri dari isolator yang

berfungsi untuk mencegah terjadinya perambatan

kalor ke lingkungan sekitar, termometer, dan

pengaduk. Bejana logam berisi air yang suhu

awalnya dapat diketahui dari thermometer.Sebuah



bahan yang belum diketahui kalor jenisnya

dipanaskan, kemudian dimasukkan ke dalam

calorimeter dengan cepat, kalor jenis bahan

tersebut dapat dihitung.

Kalorimeter tidak hanya digunakan untuk

mengukur kalor jenis bahan logam, melainkan

juga dapat digunakan untuk keperluan lain yang

berkaitan dengan kalor (jumlah kalor). Beberapa

kegunaan kalorimeter yang lain adalah untuk

menunjukkan Asas Black, menukur kesetaraan

kalor listrik, menukur kalor lebur es, mengukur

kalor uap, dan menukur kalor jenis cairan.

Gambar 2.14 Kalorimeter

Sumber :Google.com



Jenis-jenis kalorimeter

A. Kalorimeter bom

Merupakan kalorimeter yang khusus

digunakan untuk menentukan kalor dari reaksi-

reaksi pembakaran. Kalorimeter bom

digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai

kalori) yang dibebaskan pada pembakaran

sempurna (dalam O2 berlebih) suatu senyawa.,

bahan makanan, dan bahan bakar. Kalorimeter

ini terdiri dari sebuah bom (tempat

berlangsungnya reaksi pembakaran, terbuat

dari bahan stainless steel dan diisi dengan gas

oksigen pada tekanan tinggi) dan sejumlah air

yang dibatasi dengan wadah yang kedap panas.

Reaksi pembakaran yang terjadi di dalam bom,

akan menghasilkan kalor dan diserap oleh air

dan bom.

Karena tidak ada kalor yang terbuang

ke lingkungan, maka :

Qreaksi = -(Qair + Qbom )



Jumlah kalor yang diserap oleh air

dapat dihitung dengan rumus :

Qair = mct

Keterangan :

m = massa air dalam kalorimeter (g)

c = kalor jenis air dalam kalorimeter

(J/goC) atau (J/gK)

t = perubahan suhu (oC atau K)

Jumlah kalor yang diserap oleh bom dapat

dihitung dengan rumus :

Qbom = Cbom xt

Dengan :

Cbom = kapasitas kalor bom (J /oC) atau (J /K)

t = prubahan suhu (oC atau K)

Reaksi yang berlangsung pada kalorimeter

bom berlangsung pada volume tetap (V = nol ).



Oleh karnea itu, perubahan kalor yang terjadi di

dalam sistem = perubahan energi dalamnya.

DE = q + w

Dimana :

DE = qv

Contoh kalorimeter bom adalah kalorimeter

makanan.

B. Kalorimeter larutan

Alat yang digunakan untuk mengukur

jumlah kalor yang terlibat pada reaksi kimia

dalam sistem larutan.Pada dasarnya, kalor

yang dibebaskan/diserap menyebabkan

perubahan suhu pada kalorimeter.Berdasarkan

perubahan suhu per kuantitas pereaksi

kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi

sistem larutan tersebut. Kini kalorimeter

larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat

diperoleh dipasaran



ASAS BLACK

Asas Black adalah suatu prinsip dalam

termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph

Black. Asas ini menjabarkan :

Jika dua buah benda yang berbeda suhunya

dicampurkan, benda yang panas memberi

kalor pada benda yang dingin sehinggga suhu

akhirnya sama.

Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama

dengan jumlah kalor yang dilepas benda

panas.

Benda yang didinginkan melepas kalor yang

sama besar dengan kalor yang diserap bila

dipanaskan.

Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut :

“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor

yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama

dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang

suhunya lebih rendah”.



Secara umum Asas Black dapat dirumuskan

sebagai berikut :

Qlepas = Qterima

Keterangan :

Qlepas = jumlah kalor yang dilepas oleh zat

Qterima = jumlah kalor yang diterima oleh zat.

Rumus berikut adalah penjabaran dari rumus di

atas :

(m1 x C1)(t1 – ta) = (m2 x C2)(ta – t2)

Keterangan :

m1 = massa benda yang mempunyai tingkat

temperatur lebih tinggi

C1 = kalor jenis benda yang mempunyai tingkat

temperatur lebih tinggi

t1 = temperatur benda yang mempunyai tingkat

temperature lebih tinggi.

ta = temperatur akhir pencampuran kedua benda



m2 = massa benda yang mempunyai tingkat

temperatur lebih rendah.

C2 = kalor jenis benda yang mempunyai tingkat

tempratur lebih rendah.

t2 = tempratur benda yang mempunyai tingkat

tempratur lebih rendah.

Pada pencampuran antara dua zat,

sesunggguhnya terdapat kalor yang hilang ke

lingkungan sekitar. Misalnya, wadah

pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil

kali antara massa, kalor jenis, dan kenaikan suhu

wadah.

Hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi menyatakan

energi tidak dapat dimusnahkan dan tidak dapat

diciptakan melainkan hanya dapat diubah dari

satu bentuk ke bentuk lain. Di alam ini banyak

terdapat energi seperti energi listrik, energi kalor,

energi bunyi, namun energi kalor hanya

dapatdirasakan seperti panas matahari.Dalam



kehidupan sehari-hari kita sering melihat alat-alat

pemanas yang menggunakan energi listrik seperti

teko pemanas, penanak nasi, kompor listrik

ataupun pemanas ruangan. Pada dasarnya alat-alat

tersebut memiliki cara kerja yang sama yaitu

merubah energi listrik yang mengalir pada

kumparan kawat menjadi energi kalor atau panas.

Sama halnya dengan kalorimeter yaitu alat yang

digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai

kalori) yang dibebaskan.

Energi memilki hukum kekekalan, dimana

energi itu tidak dapat diciptakan dan tidak dapat

dihilangkan terpakai atau musnah tetapi hanya

berubah. Banyaknya energi yang berubah menjadi

bentuk energi lain sama dengan banyaknya energi

yang berkurang sehingga total energi dalam

sistem tersebut adalah tetap. Dengan demikian,

dapat kita simpulkan bahwa energi tidak dapat

diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat

berubah bentuk menjadi bentuk energi lain.

Pernyataan ini dikenal sebagai hukum kekekalan

energi.



Perubahan bentuk energi

Suatu bentuk energi dapat berubah

menjadi bentuk energi yang lain. Perubahan

bentuk energi yang biasa dimanfaatkan sehari-

hari antara lain sebagai berikut :

Energi kimia menjadi energi listrik.

Perubahan energi pada baterai dan aki

merupakan contoh perubahan energi kimia

menjadi energi listrik.

Energi mekanik menjadi energi panas.

Contoh perubahan energi mekanik menjadi

energi panas adalah dua buah benda yang

bergesekan.

Energi listrik menjadi energi panas. Contoh

perubahan energi listrik menjadi menjadi

energi panas terjadi pada mesin pemanas

ruangan, kompor listrik, setrika listrik,

heater, selimut listrik, dan solder.

Energi listrik menjadi energi cahaya dan

kalor. Perubahan energi listrik menjadi

energi cahaya dan kalor terjadi pada



berpijarnya bohlam lampu. Seperti telah

disebutkan sebelumnya bahwa energi cahaya

biasanya disertai bentuk energi lainnya.

misalnya kalor. Coba dekatkan tanganmu ke

bohlam lampu yang berpijar! Lama

kelamaan tanganmu akan merasa semakin

panas.

Energi mekanik menjadi energi bunyi.

Perubahan energi mekanik menjadi energi

bunyi dapat terjadi ketika kita bertepuk

tangan atau ketika kita memukulkan dua

buah benda keras.

Energi cahaya menjadi energi kimia.

Perubahan energi cahaya menjadi energi

kimia dapat kita amati pada proses

pemotretan hingga terbentuknya foto.

Rumus atau persamaan mekanik yang

berhubungan dengan hukum kekekalan energi :

Em = Ep + Ek



Keterangan :

Em = energi mekanik

Ep = energi potensial

Ek = energi kinetik.


bab ii landasan teori

Documents