TUGAS_FISIKA_DASAR_MEKANIKA_FLUIDA

MEKANIKA FLUIDA

Pendahuluan : Mekanika Fluida sangat luas cakupannya dalam kehidupan sehari-hari. Karenan rata-rata peralatan rumamh tangga menggunakan prinsip mekanika fluida seperti pembersih debu,air kran dll. Mekanika Fluida merupakan cabang ilmu yang mempelajari tentang zat alir dalam keadaan bisa mengalir dan bisa memberikan sedikit hambatan ketika ditekan. Berdasarkan zatnya fluida terbagi atas fluida cairan dan gas sedangkan berdasarkan mengalir atau tidaknya fluida terbagi atas fluida statis dan dinamis. Fluida memiliki 4 ciri-ciri aliran yaitu aliran tunak (stedy) dan aliran tak tunak (non-stedy), aliran termampatkan (compressible), aliran berolak (rotational), dan yang terakhir yaitu aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Berikut akan dijelaskan secara terperinci. Silahkan dibaca J J

A.   Pengertian Mekanika Fluida

Mekanika fluida adalah subdisiplin dari mekanika kontinum yang mempelajari tentang fluida. Sedangkan Fluida sendiri adalah zat alir yang mengalami perubahan-perubahan bentuknya secara continue dan bisa memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu. Hal ini disebabkan oleh lemahnya ikatan antara molekul yang disebut kohesi (gaya tarik menarik antar partikel sejenis). Contohnya susu, minyak pelumas, air, dll.

B.    Jenis-Jenis Fluida

1.     Fluida Statis

Adalah fluida atau zat alir yang tidak bergerak. Hal yang dibahas pada fluida statis misalnya massa jenis, tekanan zat cair, hukum pascal, tekanan hidrostatis, hukum Archimedes, gaya apung, tegangan permukaan, bejana berhubungan, kapilaritas.

Eksperimen yang dilakukan bisa menghubungkan zat cair antar pipa yang berbeda luas dan penampang, menentukan massa jenis benda, mengukur massa gas dalam ruangan atau tabung. Satuan yang digunakan adalah satuan tekanan (pascal, N/m², atmosfer, psi), satuan volume (liter,dm>sup>3,m³, milliliter), satuan gaya (Newton, dyne).

Contoh fluida statis misalnya air dalam bak yang tidak dikenai oleh gaya apapun, air sungai yang memiliki kecepatan seragam pada tiap partikel di berbagai lapisan dari permukaan sampai dasar sungai.

2.    Fluida Dinamis

Adalah flluida yang bergerakatau dalam hal ini fluida yang mengalir. Aliran fluida secara umum bisa dibedakan menjadi dua macam, yaitu aliran lurus, laminar dan turbulen.

Aliran lurus bisa kita sebut sebagai aliran mulus, Karena setiap partikel fluida yang mengalir tidak saling berpotongan. Salah satu contoh airan laminar adalah naiknya asap dari ujung rokok yang terbakar. Mula-mula asap naik secara teratur (mulus), beberapa saat kemudia asap sudah tidak bergerak secara teratur lagi tetapi berubah menjadi airan laminer. Aliran turbulen ditandai dengan adanya lingkaran-lingkaran kecil dan menyerupai pusaran dan kerap disebut sebagai arus eddy. Contoh aliran turbulen adalah pusaran air.

C.    Ciri-Ciri Aliran Fluida

1.     Aliran fluida bisa berupa aliran tunak (steady) dan tak tunak (non-steady). Aliran fluida dikatakan aliran tunak jika kecepatan setiap partikel di suatu titik selalu sama, contohnya aliran air yang mengalir dengan tenang. Sedangkan aliran fluida dikatakan aliran tak tunak (non-steady) jika partikel di suatu titik yang sama selalu berubah.

2.    Aliran fluida bisa berupa aliran termampatkan (compressible) dan tak termampatkan (incompressible). Jika fluida yang mengalir mengalami perubahan volume ketika fluida tersebut ditekan, maka aliran fluida itu disebut aliran termampatkan. Sebaliknya apabila aliran fluida yang mengalir tidak mengalami perubahan volume ketika ditekan, maka aliran fluida tersebut dikatakan tak termampatkan.

3.    Aliran fluida bisa berupa aliran berolak (rotational) dan tak berolak (irrotational). Untuk memahaminya, bayangkan sebuah kincir mainan yang dibuang ke dalam air yang mengalir. Jika kincir itu bergerak tapi tidak berputar maka gerakannya adalah tak berolak. Sebaliknya, jika bergerak sambil berputar maka gerakannya disebut berolak.

4.    Aliran fluida bisa berupa aliran kental (viscous) dan aliran tak kental (non-viscous). Kekentalan dalam fluida tersebut mirip seperti gesekan pada benda padat. Makin kental fluida, gesekakn antara partikel akan semakin besar.

D.   Terapan Fluida Dalam Kehidupan Sehari-Hari

Manfaat dan penerapan fluida baik fluida statis maupun dinamis bagi kehidupan sangatlah banyak. Antara lain yang sering kita gunakan adalah dongkrak hidrolik, pompa hidrolik ban sepeda, mesin hidrolik, hydrometer, rem piringan hidrolik, kapal laut, kapal selam, balon udara, karburator, sayap pesawat terbang, dsb.

TUGAS_KULIAH_FISIKA_DASAR_LISTRIK_DAN_MAGNET

LISTRIK DAN MAGNET

Pendahuluan : Hukum newton tentang grafitasi tak dapat menjelaskan seluruh fenomena yang ada dalam kehidupan sehari-hari. Fenomena alam yang muncul dan tak sesuai dengan konsep gaya grafitasi diantaranya ketika magnet menempel pada besi, jarum kompas yang mengarah ke utara, dan fenomena-fenomena lainnya. Dari hukum newton I dijekaskan bahwa adanya perubahan pada benda dipengaruhi oleh suatu gaya. Selain gaya grafitasi gaya listrik dan gaya magnet sangat berpengaruh dan dikenal dalam kehidupan.

A.   Gaya Listrik

    Apabila kedua benda didekatkan maka akan timbul dua reaksi, yaitu :

·     Tolak Menolak, pada suatu percobaan kaca digosokkan ke sutra, dan kaca tersebut disentuhkan ke suatu benda dan benda tersebut menjauh dari kaca. Hal ini disebabkan adanya dua muatan benda yang sejenis.

·     Tarik Menarik, penggaris yang digososkkan ke kain dan penggaris tersebut didekatkan ke rambut, maka rambutnya akan berdiri atau mendekat pada penggaris. Hal ini disebabkan adanya interaksi antara dua benda yang berbeda muatan.

Aktivitas  perubahan benda tersebut dipengaruhi oleh sebuah gaya yang disebut gaya listrik. Gaya listrik atau yang biasa disebut listrik dobedakan menjadi dua, yaitu :

·        Listrik Statis

           Yaitu listrik yang tidak mengalir atau yang muatan-muatan listriknya dalam keadaan diam

·        Listrik Dinamis

     Yaitu listrik yang dapat bergerak.

1.     Perbedaan Gaya Listrik dan Gaya Grafitasi

·        Gaya listrik lebih kuat dari gaya gravitasi

·        Gaya gravitasi selalu menarik kedua benda

2.    Perpindahan Elektron

Elektron memiliki muatan negatif, sedangkan nukleus bermuatan positif. Dalam atom, elektron bergerak mengelilingi nukleus. Elektron dapat berpindah dari satu aton ke atom lain. Jika pada suatu atom memilki kelebihan electron, maka electron tersebut akan berpindah ke atom yang kekurangan electron atau bermuatan positif. Itulah sebabnya ada tarik menarik.

3.    Hukum Coulomb

Charles Augustian de Coulomb (1736-1806) melalui pengukuran, menemukan bahwa gaya listrik di beberapa jalan hal memiliki persamaan dengan gaya gravitasi. Dia meneliti bahwa jika dua benda bermuatan listrik berpindah jauh dari benda lainnya, maka gayanya akan ssemakin kecil, seperti gaya gravitasi. Hukum Coulomb “gaya yang timbul antara dua titik muatan, yang terpisahkan jarak tertentu, dengan nilai muatan dan jarak pisah keduanya”

4.    Medan Listrik

Adalah efek yang ditimbulkan oleh keberadaan muatan listrik, seperti electron, ion, atau proton, dalam ruangan yang ada disekitarnya. Medan listrik memiliki satuan N/C (newton/coulomb).

B.    Gaya Magnet

      Magnet secara alami terjadi dalam besi. Jika ada suatu batuan magnet yang di dekatkan pada besi, maka besi itu akan tertarik oleh magnet.

      William Gilbert menemukan bahwa magnet memiliki karakteristik, yaitu kutub yang ada didalamnya. Ada dua kutub dalam sebuah magnet, yaitu kutub utara dan selatan. Planet bumi adalah kutub magnet terbesar. Kutub magnet bumi ada di Canada (kutub utara) dan Antartika (kutub selatan).

1.     Medan Magnet

     Sama halnya dengan listrik, magnet pun memiliki medan magnet. Medan magnet dapat didefinisikan sebagai suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang di letakkan di dalam medan tersebut. Medan magnet ini terjadi karena adanya dua kutub yang berbeda.

2.    Baterai dan Arus Listrik

Suatu aliran dari muatan partikel disebut arus listrik. Sebagai hasil dari Investigasi Alexandro Volta dalam pekerjaan Galvani, Volta mengembangkan baterai pertama. Sebuah alat yang mengubah energi kimia dalam komponen di dalam baterai tersebut menjadi energi kinetik dari electron yang pergi keluar sistem baterai itu.

Baterai pertama sangatlah sederhana, tapi sesuai dengan perkembangan daya pikir manusia, baterai sampai sekarang menjadi salah satu sumber energi yang sangat berguna dalam kehidupan, seperti untuk menjalankan mobil, alat-alat elektronik, dll.

3.    Rangkaian Listrik

     Rangkaian listrik adalah suatu rangkaian yang continue dari benda yang membawa arus listrik. Setiap rangkaian listrik terdiri dari tiga bagian, yaitu sumber energi seperti baterai, kabel yang dapat menghantarkan arus, dan sebuah benda elektronik, seperti lampu bel.

     Rangkaian listrik terdiri dari rangkaian parallel (memiliki beberapa loops yang terpisah) dan rangkaian seri (memiliki lebih dari satu garis dalam 1 loops yang sama dalam kabel).

4.    Hukum OHM

“Arus dalam rangkaian sebanding dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan resistansi. Semakin besar tekanan listrik, semakin besar aliran muatan. Semakin besar resistansi ke aliran, semakin kecil aliran yang terjadi”. George OHM (1787-1854).

V = I.R

V = Volt/tegangan (volts)

R = resistansi (ohms)

I = arus (amp)

C.    Efek Magnet dan Listrik

       Medan magnet dapat terbentuk dari gerakan muatan-muatan listrik. Hans Cristians Oersted menggunakan baterai dalam mendemonstrasikan peralatan listrik. Ketika ia menyalakan baterai, jarum kompas yang ada dimeja bergerak dan berpindah. Dan ketika ia menon-aktifkan baterai, jarum kompas kembali kearah utara. Ini menandakan bahwa listrik mempengaruhi medan magnet.

D.   Pengaruh Listrik dari Magnet

       “Medan Listrik dan arus listrik dapat diproduksi oleh pergantian medan magnet”. Michael Faraday (1791-1867) berdasarkan percobaan ditunjukkan bahwa gerakan magnet didalam kumparan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Jika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum galvanometer menyimpang kekanan.jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tiak menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang kekiri.

       Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparan terdapat arus listrik listrik. Peristiwa timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik. Adapun beda potensial yang timbul pada ujung kumparan disebut gaya gerak listrik induksi.

MOMENTUMLINEAR_IMPULS_DAN_TUMBUKAN

Pendahuluan : sebelum kita membahas tentang impuls dan momentum terlebih dahulu kita pahami apa yang dimaksud dengan impuls dan momentum. Impuls adalah besaran vektor yang arah nya sejajar dengan arah gaya  yang menyebabkan perubahan momentum. Sedangkan momentum adalah hasil kali antara massa benda dengan kecepatan gerak benda tersebut.

Misalnya anda berada dalam sebuah bus yang sedang bergerak kencang kemudian direm mendadak, anda akan merasakan badan anda terlempar ke depan. Hal ini dikarenakan adanya sifat kelambaman, yaitu sifat untuk mempertahankan keadaan semula.

Pembahasan :

A.  Pengertian Impuls, Momentum dan Tumbukan

1.  Impuls

Adalah besarnya perubahan momentum yang disebabkan oleh gaya yang terjadi pada waktu singkat. Definisi lain dari impuls (diperoleh dari menurunan Hukum II Newton) adalah hasil kali antara gaya singkat yang bekerja pada benda dengan waktu kontak gaya pada benda. Seccara matematis impuls dapat dirumuskakn, sbb :

I = F.∆t

Keterangan : I = impuls (Nt)

F = gaya (N)

∆t = waktu (s)

Contoh soal : Lionel messi mengambil tendangan bebas tepat di garis area pinalti lawan. Jika ia menendang dengan gaya 300 N dan kakinya bersentuhan dengan bola dalam waktu 0,15 sekon. Hitunglah berapa besar impuls yang terjadi.

Jawab : I = F.∆t

I = 300 x 0,15

I = 45 Nt

2.  Momentum

Adalah hasil kali antara massa benda dengan kecepatan gerak benda tersebut. Semakin besar gaya maka semakin besar momentumnya. Secara matematis momentum didefinisikan sbb :

p = m.v

Keterangan :  p = momentum (kg.m/s)

m = massa benda (kg)

 v = kecepatan benda (m/s)

contoh soal : Andi memiliki berat badan 70 Kg berlari dengan kecepatan tetap 72 km/jam. Berapa momentum andi tersebut ?

jawab : kecepatan harus dalam m/s jadi 72000/3600 = 20 m/s

p = m.v

p = 70 x 20

p = 1400 kg.m/s

3.  Tumbukan

Tumbukan merupakan peristiwa bertemunya dua buah benda yang bergerak. Saat tumbukan berlaku hukum kekekalan momentum tetapi tidak selalau berlaku hukum kekekalan energy kinetic. Karena mungkin sebagian energi kinetic dirubah menjadi energi panas akibat adanya tumbukan. Ada tiga jenis tumbukan, yaitu :

a.  Tumbukan Lenting Sempurna

Dua buah benda dikatakan mengalami tumbukan lenting sempurna jika pada tumbukan tersebut tidak ada energi yang hilang sehingga berlaku hukum kekekalan energi kinetik. Jika dua benda bertumbukan lenting sempurna, maka koefisien restitusinya sama dengan satu. Dengan begitu dapat disimpulkan bahwa pada tumbukan lenting sempurna akan berlaku :

1.  Hukum Kekekalan Momentum

Rumus : m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’

Dengan :

m1 = massa benda 1 (kg)

m2 = massa benda 2 (kg)

v1 = kecepatan awal benda 1 (m/s)

v2 = kecepatan awal benda 2 (m/s)

v1’ = kecepatan akhir benda 1 (m/s)

v2’ = kecepatan akhir benda 2 (m/s)

2.  Hukum Kekekalan Energi Kinetik

Rumus : ½ m1v12 + ½ m2v22 = ½ m1v1’2 + ½ m2v2’2

3.  Koefisien Restitusi (e=1)

Rumus : e = (v1’-v2’/(v1-v2)

Contoh soal : jika benda bermassa 2kg bergerak ketimur dengan kecepatan 4 m/s dan bertumbukan lenting sempurna dengan benda bermasa 1kg yang bergerak ke barat dengan kecepatan 6 m/s, berapakah kecepatan masing-masing benda setelah tumbukan ?

Pembahasan : ingat bahwa momentum merupakan besaran vektor maka perhatikan arah kecepatan dalam penjumlahannya. Untuk tujuan praktis, jika kecepatan kekanan atau keatas maka gunakan tanda positif dan begitu pula sebalikanya.

Dari soal diatas diketahui :

m1 = 2kg dan v1 = 4 m/s (ke kanan)

m2 = 1kg dan v2 = -6 m/s (ke kiri)

e = 1

Dari koefisien restitusi :

e = - (v1’–v2’)/(v1-v2)

1 = - (v1’-v2’)/(4-(-6))

-10 = v1’ – v2’

v1’ = v2’ – 10 …………… pers (1)

Dari hukum kekekalan momentum :

m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’

ð  2(4) – 1(6) = 2v1’ + 1v2’

ð  8 – 6 = 2v1’ + v2’

ð  2 = 2v1’ + v2’ …………… pers (2)

Substitusikan pers 1 ke pers 2 :

2 = 2v1’ + v2’

ð  2 = 2(v2’ – 10) + v2’

ð  2 = 2v2’ – 20 + v2’

ð  2 + 20 = 2v2’ + v2’

ð  22 = 3v2’

ð  v2’ = 22/3 m/s (ke kanan)

Selanjutnya :

V1’ = v2’ – 10

ð  v1’ = 22/3 - 10

ð  v1’ = -8/3 m/s (ke kiri)

b.  Tumbukan Lenting Sebagian

Pada tumbukan lenting sebagian, ada energy yang hilang sehingga tidak berlaku hukum kekekalan energi kinetic. Akan tetapi, pada tumbukan ini juga berlaku hukum kekekalan momentum dan dengan koefisien restitusi diantara 0-1 ( 0<e<1).

Contoh soal : bola 1 bermassa 1kg dan bola 2 bermassa 2kg bergerak searah dan bertumbukan, bola 1 bergerak dengan kelajuan 10 m/s dan bola 2 bergerak dengan kelajuan 5 m/s. tentukan kelajuan bola 1 setelah bertumbukan apabila kelajuan bola 2 setelah tumbukan adalah 4 m/s.

Pembahasan :

Diketahui : massa bola 1 (m1) = 1kg

massa bola 2 (m2) = 2kg

kelajuan awal bola 1 (v1) = 10 m/s

kelajuan awal bola 2 (v2) = 5 m/s

kelajuan akhir bola 2 (v2’) = 4 m/s

kedua benda beegerak seaerah sehingga kecepatan mempunyai tanda sama (dipilih positif)

Ditanya : kelajuan akhir bola 1 (v1’)

Jawab :

m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’

(1)(10) + (2)(5) = (1)(v1’) + (2)(4)

10 + 10 = V1’ + 8

20 = V1’ + 8

V1’ = 8 – 20

v1’ = 12 m/s

Jadi, kelajuan bola 1 setelah tumbukan adalah 12 m/s.

c.   Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali

Ketika dua benda bertumbukan tidak lenting sempurna, maka setelah tumbukan kedua benda akan saling menempel sehingga mereka akan bergerak dengan kecepatan yang sama kearah yang sama. Pada tumbukan lenting tidak sempurna, berlaku :

1.     Hukum Kekekalan Momentum, karena kecepatan benda setelah tumbukan sama besar, maka rumus kekekalan momentum dapat disederhanakan menjadi :

Rumus : m1v1 + m2v2 = (m1 + m2) v’

Dengan :

m1 = massa benda 1 (kg)

m2 = massa benda 2 (kg)

v1 = ecepatan awal benda 1 (m/s)

v2 = kecepat awal benda 2 (m/s)

v:v1’:v2’ = kecepatan akhir benda (m/s)

2.    Koefisien restitusi (e=0)

3.    Kecepatan benda setelah tumbukan sama

Contoh soal : sebuah benda masing-masing bermassa m1=3kg dan m2=4kg bergerak berlawanan arah saling mendekati dengan kelajuan v1=10m/s dan v2=12m/s. kedua benda bertumbukan dan saling memnempel. Kecepatan kedua benda setelah tumbukan adalah ?

Pembahasan :

Diketahui : massa benda 1 (m1) = 3kg

massa benda 2 (m2) = 4kg

kelajuan benda 1 (v1) = -10 m/s

kelajuan benda 2 (v2) = 12 m/s

Ditanya : kelajuan kedua benda setelah tumbukan (v’)

Jawab :

m1v1 + m2v2 = (m1’ + m2) v’

(3)(-10) + (4)(12) = (3+4) v’

-30 + 48 = 7 v’

18 = 7 v’

v’ = 18/7

v’ =2,6 m/s

jadi, kelajuan kedua benda setelah tumbukan adalah 2,6 m/s.

sumber :

buku fisika SMA kelas XI

www.edutafsi.com >HOME>BAHAN BELAJAR FISIKA > KONSEP FISIKA > MOMENTUM

fisikastudycenter.com

gurumuda.net > pembahasan soal fisika SMA