Categories
Uncategorized

Penjelasan Hukum Gravitasi Newton

(Ringkasan Fisika). Dalam memahami perilaku benda-benda di alam semesta dengan semua interaksi yang mungkin terjadi antar benda tersebut, Hukum Gravitasi Newton merupakan salah satu instrumen penting yang dapat digunakan dalam memberikan penggambaran terhadap perilaku tersebut. Walaupun Hukum Kepler merupakan langkah penting untuk mengerti gerakan planet-planet, namun hukum tersebut tetap hanya aturan empiris yang diperoleh dari hasil pengamatan astronomis yang pernah dilakukan oleh Brahe.

Dalam merumuskan hukum gravitasinya, Newton mengambil suatu langkah raksasa ke depan dan menghubungkan percepatan sebuah planet dalam orbitnya dengan gaya yang dilakukan oleh matahari pada planet yang berubah secara terbalik dengan kuadrat jarak antara matahari dan planet tersebut. Selain Newton, orang lain juga menyadari bahwa gaya-gaya semacam itu memang ada dan sudah umum berlaku terhadap semau benda.  Tetapi, hanya Newton yang mampu memberikan bukti bahwa gaya yang berubah secara terbalik dengan kuadrat jarak pisah akan menghasilkan orbit eliptis seperti yang diamati oleh Kepler.
Setelah itu, Newton berasumsi bahwa gaya semacam itu ada antara tiap dua benda dalam alam semesta, atau gaya itu berlaku secara umum. Sebelum Newton, belum ada yang berani berasumsi bahwa hukum-hukum Fisika yang bekerja pada bumi juga berlaku untuk benda-benda lainnya di langit. Hukum Gravitasi Newton menyatakan terdapat gaya tarik pada sebuah benda yang bekerja pada benda lainnya yang sebanding dengan massa kedua benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara mereka. Hukum gravitasi Newton dapat ditulis dengan rumusan vektor sederhana.  
Misalkan, m1 dan m2
adalah massa titik dari dua benda yang dipisahkan oleh jarak r12,
yaitu magnitude vector r12 yang mengarah dari massa m1 ke
m2.

Gambar di atas adalah sebuah partikel bermassa m1
di posisi r1 dan partikel kedua bermassa m2 di posisi r2.
Vektor r12 mengarah dari m1 ke m2. Gaya F12
yang diberikan oleh massa m1 pada m2 adalah:

Dengan r12 adalah vektor
satuan yang mengarah dari m1 ke m2 dan G adalah konstanta
gravitasi universal yang nilainya 
G = 6,67 x 10-11
N.m2/kg2.
Dari hukum ketiga Newton, gaya F21
yang dikerjakan oleh m2 pada m1 adalah negatif dari F12.
Artinya F21 adalah sama besarnya dengan F12 tetapi
arahnya berlawanan. Besarnya gaya gravitasi yang dikerjakan oleh sebuah
partikel bermassa m1 pada partikel lain bermassa m2 yang
jauhnya r diberikan oleh:

F = G m1.m2
/ r­2
Newton menerbitkan teori
gravitasinya
pada tahun 1686. Newton menunjukkan bahwa pada umumnya, bila
sebuah benda bergerak mengelilingi pusat gaya seperti matahari ke mana benda
itu ditarik oleh sebuah gaya yang berubah dengan 1/r2, lintasan
benda itu adalah elips, parabola atau hiperbola. Lintasan parabola dan
hiperbola berlaku untuk benda-benda  yang
hanya sekali mendekati satu lewatan matahari dan tak pernah kembali. Orbit
semacam itu bukan orbit tertutup. Satu-satunya orbit tertutup yang mungkin
dalam medan gaya berbanding terbalik kuadrat adalah elips. Jadi, Hukum I Kepler merupakan akibat
langsung dari Hukum Gravitasi Newton.
Categories
Uncategorized

Jenis dan Sifat Gelombang Elektromagnetik

Salah satu jenis gelombang yang terdapat di alam adalah gelombang elektromagnetik. Cahaya yang kita nikmati setiap harinya termasuk ke dalam gelombang elektromagnetik. Sinar inframerah sinar ultraviolet juga masuk dalam kategori gelombang elektromagnetik. Defenisi gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dalam perambatannya tidak memerlukan medium. Setiap jenis gelombang mempunyai sifat tersendiri.
Sifat gelombang elektromagnetik, yaitu:
  1. Gelombang elektromagnetik dapat menjalar, melalui ruang hampa dengan kecepatan mendekati 300 juta meter per detik (m/s).
  2. Gelombang elektromagnetik terdiri atas medan listrik dan medan magnet, dan termasuk gelombang transversal. Gelombang elektromagnetik dihasilkan oleh getaran medan-medan listrik dan medan-medan magnet yang saling tegak lurus dan menghasilkan arah penjalaran gelombang saling tegak lurus satu dengan lainnya. 
Gelombang elektromagnetik dipancarkan ketika energi partikel-partikel bermuatan listrik berubah dalam dua cara. Cara pertama, yaitu ketika sebuah elektron berpindah ke orbit yang lebih dalam (orbit yang energinya lebih rendah). Cara kedua, yaitu ketika elektron-elektron atau inti atom bergetar, sehingga energi kinetisnya berubah. Makin besar perubahan energi, atau makin cepat getarannya, makin tinggi frekuensi atau makin pendek panjang gelombang yang dipancarkan. Misalnya perubahan energi untuk menghasilkan sinar-X lebih besar daripada untuk menghasilkan gelombang radio.
Gelombang radio termasuk ke dalam jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang terbesar atau frekuensi terkecil. Gelombang ini dihasilkan dengan membuat elektron-elektron bergetar pada antena. Gelombang radio digunakan untuk memancarkan bumyi dan informasi gambar melalui jarak yang sangat jauh. Gelombang radio meliputi daerah panjang gelombang dari beberapa mm sampai ke beberapa km. Panjang gelombang terpendek disebut gelombang mikro (microwaves). Gelombang ini dipancarkan oleh antena berbentuk piring kecil berbentuk antena. Gelombang mikro digunakan pada radar. Gelombang ini dapat digunakan dalam sebuah oven untuk memasak makanan dengan cepat. Gelombang mikro menghasilkan efek panas ketika gelombang ini diserap. Makanan menyerap frekuensi gelombang mikro tertentu dengan sangat kuat, sehingga makanan masak dengan cepat.
Jenis gelombang elektromagnetik lainnya adalah sinar-X. Sinar-X memiliki panjang gelombang lebih kecil daripada sinar ultraungu. Sinar-X dihasilkan ketika elektron-elektron yang bergerak cepat kehilangan energi dengan cepat. Sinar-X dapat menembus benda-benda padat, misal: kayu yang tebalnya beberapa cm, pelat aluminium setebal 1 cm. Sinar-X dapat memberi efek pada film. Tulang-tulang pada badan kita tidak mudah ditembus cahaya seperti jaringan sel-sel tubuh lainnya. Oleh karena itu sinar-X dapat digunakan untuk memotret kedudukan tulang-tulang, khususnya untuk menentukan letak tulang yang patah.
Sinar gamma termasuk juga dalam jenis gelombang elektromagnetik. Sinar ini memiliki spektrum gelombang yang memiliki daya tembus lebih kuat dan lebih berbahaya daripada sinar-X. Sinar ini dihasilkan dari peristiwa radioaktivitas dari unsur-unsur tidak stabil atau dari proses penghancuran antara positron dan elektron.
Categories
Uncategorized

Peristiwa Pemantulan dan Pembiasan

Dalam pembahasan tentang pemantulan cahaya, terdapat seperangkat hukum-hukum pemantulan cahaya yang bekerja jika cahaya jatuh pada bidang pantul (misalnya: cermin). Berbicara tentang cermin, kita tentunya sudah sangat akrab dengan benda yang satu ini. Cermin dapat memantulkan sinar yang mengenainya dengan arah tertentu. Ini memerlukan sedikit keterampilan untuk mengarahkan berkas sinar ke tempat yang kita inginkan. Lantas, bagaimana berkas sinar itu dapat dipantulkan? Para ilmuwan menemukan hukum-hukum yang akan menolong mereka untuk memperkirakan bagaimana benda-benda akan berkelakuan. Hukum pemantulan cahaya juga memberikan penjelasan tentang bagaimana sinar-sinar cahaya dipantulkan pada sebuah cermin datar.
Jadi, apa itu hukum pemantulan cahaya? Hukum pemantulan cahaya terdiri dari dua rumusan pernyataan, yaitu:
  1. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal bertemu pada satu titik dan terletak pada satu bidang datar yang sama
  2. Sudut datang sama dengan sudut pantul (i = r).
Pemantulan sendiri terbagi atas dua jenis, yaitu pemantulan teratur dan pemantulan baur (tidak teratur). Jika berkas cahaya mengenai permukaan bahan-bahan seperti cermin, aluminium, baja maka semua sinar dipantulkan dalam arah yang sama. Ini disebabkan permukaan bahan yang halus (rata), ini masuk dalam peristiwa pamantulan baur. Sedangkan, jika cahaya jatuh pada permukaan yang tidak kasar atau tidak rata, maka cahaya tersebut akan dipantulkan dengan arah sembarang ke segala arah, sehingga terjadi peristiwa pemantulan baur atau diffus (tidak teratur). Peristiwa pemantulan cahaya berbeda-beda sifatnya tergantung dari bidang pantulnya. Bidang pantul yang umum dikaji dalam subtopik fisika adalah cermin datar, cermin cekung, dan cermin cembung (sifat pantulannya masing-masing akan kita bahas pada tulisan terpisah). 
Selain peristiwa pemantulan, cahaya juga dapat mengalami peristiwa pembiasan. Pembiasan ini dapat terjadi jika cahaya melalui dua medium yang berbeda. Pernahkah anda memperhatikan sendok dalam gelas berisi air yang tampak bengkok? Ini akibat dari adanya pembiasan cahaya. Dalam peristiwa pembiasan cahaya, terdapat beberapa hukum dasar yang bisa menjelaskan perilaku pembiasan cahaya, hukum ini ditemukan oleh Snellius Hukum pembiasan cahaya berbunyi:
  1. Sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang datar.
  2. Jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (n1 < n2), sinar akan dibelokkan mendekati garis normal; jika sinar datang dari medium lebih rapat ke medium kurang rapat (n1 > n2), sinar akan dibelokkan menjauhi garis normal.

Contoh peristiwa pembiasan dalam kehidupan sehari-hari diantaranya adalah:

  1. Pembengkokan pensil pada air
  2. Fatamorgana
  3. Kolam yang dalam akan tampak dangkal
Sekian dulu pembahasan mengenai Peristiwa Pemantulan dan Pembiasan. Tulisan ini sebenarnya masih bersifat umum. Kita akan membahas lagi lebih spesifik mengenai Perstiwa Pemantulan dan Pembiasan Cahaya pada kesempatan yang lain

Categories
Uncategorized

Masalah Ketersediaan Energi

(Ringkasan Fisika). Kita terus menerus dihimbau untuk menghemat energi Namun, menurut hukum pertama termodinamika, energi selalu kekal. Dalam suatu sistem yang tertutup, jumlah energi total tidak dapat berubah. Lalu, apa yang dimaksud dengan menghemat energi jika jumlah energi total di alam kita tidak berubah apa pun yang kita lakukan? Sebagai catatam bahwa, ternyata hukum pertama termodinamika belum menceritakan seluruhnya. Energi selalu kekal, namun beberapa bentuk energi lebih berguna dibandingkan yang lain. Kemungkinan atau ketidakmungkinan untuk membuat energi berguna adalah pokok persoalan hukum kedua termodinamika. Bila dinyatakan secara sederhana, untuk mengubah usha mekanika atau energi dalam suatu sistem seluruhnya menjadi panas atau energi dalam dari suatu sistem dan mengubah seluruhnya menjadi usaha mekanika tanpa perubahan lainnya merupakan hal mudah.

Fakta eksperimental ini merupakan satu pernyataan tentang hukum kedua termodinamika. Jadi, terdapat suatu kekurangsimetrian dalam peran yang dimainkan oleh panas dan usaha yang memang tidak jelas dari hukum pertama. Kekurangsimetrian ini berhubungan dengan fakta bahwa beberapa proses bersifat irreversibel. Sebuah contoh sederhana tentang konservasi energi mekanik menjadi energi dalam adalah gerakan dengan geseken kinetik. Perhatikan misalnya, sebuah balok dengan suatu energi kinetik awal yang bergerak sepanjang meja kasar. Dalam proses ini, energi mekanik, energi kinetik awal balok, diubah menjadi energi dalam balok dan meja. Namun, proses kebalikannya tak pernah terjadi. Energi dalam balok dan meja tidak pernah berubah secara spontan menjadi energi kinetik sehingga membuat balok bergerak sepanjang meja dan balok menjadi dingin.
Bagaimanapun, kejadian yang menakjubkan semacam ini tidak akan menentang kekekalan energi atau hukum fisika lainnya yang telah kita pelajari. Meskipun begitu, kejadian ini memang menentang hukum kedua termodinamika. 
Terdapat banyak proses irreversibel, yang seakan-akan cukup berbeda satu sama lain, tetapi semua berhubungan dengan hukum kedua. Misalkan sebagai contoh, kita menuangkan selapisan pasir hitam ke dalam sebuah guci dan menutupnya dengan selapisan pasir putih. Jika sekarang kita kocok guci tersebut, pasir akan tercampur. Namun, kita tak dapat mengembalikan guci itu “tak terkocok”. Artinya, kita tak dapat mengembalikan pengocokan hingga pasir hitam kembali  ke dasar dan yang putih di atas. Contoh lain proses irreversibel adalah konduksi panas. Jika kita menempatkan sebuah benda panas bersinggungan dengan benda yang dingin, maka panas akan mengalir dari benda yang panas ke benda yang dingin, sampai temperaturnya sama. Namun, kebalikannya tak terjadi. Dua benda bersinggungan pada temperatur yang sama tetap berada pada temperatur itu. Panas tidak mengalir dari satu benda ke benda lain, dan membuat satu benda lebih dingin dan yang lainnya lebih panas. Hukum kedua termodinamika meringkas fakta bahwa proses jenis ini tak terjadi.
Categories
Uncategorized

Penjelasan Gerak Melingkar

(Ringkasan Fisika). Gerak melingkar adalah gerak yang banyak ditemukan dalam alam dan dalam pengalaman kita sehari-hari. Bumi berputar mengelilingi matahari dalam orbit yang hampir mendekati melingkar; demikian juga bulan mengelilingi bumi. Roda berputar melingkar, mobil bergerak dalam busur melingkar, jika memutari suatu sudut, dan seterusnya. Bayangkan, sebuah partikel yang bergerak dalam sebuah lingkaran dengan kelajuan konstan. Dalam pemakaian sahari-hari, kita mungkin mengatakan bahwa karena kelajuan konstan partikel tidak dipercepat. Namun, kita telah mendefenisikan percepatan sebagai laju perubahan vektor kecepatan dan bila sebuah partikel bergerak dalam suatu lingkaran, vektor kecepatannya terus-menerus berubah arah.

Newton adalah orang pertama yang mengakui akan pentingnya gerak melingkar. Ia menunjukkan bahwa jika sebuah partikel bergerak dengan kelajuan konstan v dalam lingkaran berjari-jari r, partikel tersebut mempunyai percepatan yang besarnya v2/r dan berarah ke pusat lingkaran tersebut. Percepatan ini dinamakan percepatan sentripental.
Misalkan, sebuah satelit yang bergerak dalam orbit melingkar mengelilingi bumi. Mengapa satelit ini tidak jatuh ke bumi? Jawabannya adalah bahwa tidak ada gaya gravitasi yang bekerja pada satelit. Pada ketinggian 200 km di atas permukaan bumi, gaya gravitasi yang bekerja pada satelit adalah sekitar 94 % dari gaya yang ada jika satelit itu berada di permukaan bumi. Untuk melihat hal ini, perhatikan gambar dibawah ini:
 
Pada gambar di atas, jika satelit tidak dipercepat, satelit bergerak dari titik P1 ke titik P2 dalam dalam suatu waktu t. Satelit tiba pada titik P2 dalam gerak melingkarnya. Jadi, sepertinya satelit itu “jatuh”

sejauh h yang terlihat di gamba. Jika waktu t diambil sangat kecil, titik P2 dan P2 berada pada hampir satu garis radial, seperti terlihat pada gambar, dan kita dapat menggunakan pendekatan bahwa h jauh lebih kecil daripada jari-jari orbit r. (Dari gambar, kita dapat melihat bahwa makin kecil waktu t, makin pendek jarak vt, dan h akan semakin kecil untuk tiap jari-jari orbital yang diberikan). Jadi kita dapat menghitung h dari segitiga siku-siku dengan sisi vt, r, dan r + h. Karena r + h adalah sisi miring segitiga siku-siku itu, teorema Pythagoras memberikan:

(r + h)2 = (vt)2 + r2

r2 + 2hr + h2 = v2t2
+ r2, atau

h(2r + h) = v2t2

Untuk waktu t yang sangat kecil, h akan jauh lebih kecil daripada r, sehingga kita dapat mengabaikan h dibandingkan dengan 2r untuk suku dalam kurung. Jadi,
  
2rh = v2t2
Dengan membandingkan hasil ini dengan persamaan percepatan konstan h = ½ at2 kita lihat bahwa besar percepatan satelit adalah:
a = v2/r (percepatan sentripental)

Arah percepatan adalah ke dalam ke arah pusat lingkaran. Seringkali lebih mudah untuk menggambarkan gerak melingkar sebuah partikel dengan kecepatan konstan dalam waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran lengkap, yang dinamakan periode T. Jika jari-jari lingkaran adalah r, partikel menempuh jarak 2pr/T selama satu periode sehingga kelajuannya dihubungkan dengan jari-jari dan periode oleh:

v = 2 phi r / T
Sekian dulu pembahasan mengenai gerak melingkar. Jenis gerak yang lain akan kita bahas pada kesempatan lain.
Categories
Uncategorized

Sejarah Hukum 1 Newton

(Ringkasan Fisika). Mekanika klasik atau mekanika newton adalah teori tentang gerak yang didasarkan pada konsep massa dan gaya dan hukum-hukum yang menghubungkan konsep-konsep fisis ini dengan besaran kinematika, yakni perpindahan, kecepatan, dan percepatan. Semua gelaja dalam mekanika klasik dapat digambarkan dengan menggunakan hanya tiga hukum sederhana yang dinamakan hukum Newton tentang gerak. Hukum Newton menghubungkan percepatan sebuah benda dengan massanya dan gaya-gaya yang bekerja padanya. Pada tulisan kali ini, team zakapedia akan berusaha mengkaji tiap hukum Newton secara rinci, dan kita akan mendefenisikan konsep gaya dan massa secara tepat. Kita akan melihat bagaimana gaya-gaya yang besarnya konstan atau tetap. Dan juga kita akan menguji penerapan hukum Newton yang lebih umum.

Hukum 1 Newton berbunyi: “Sebuah benda tetap pada keadaan awalnya yang diam atau bergerak dengan kecepatan sama kecuali ia dipengaruhi oleh suatu gaya tidak seimbang, atau gaya eksternal neto”. Gaya neto diartikan sebagai gaya resultan, adalah jumlah vektor semua gaya yang bekerja padanya: Fnetto  = “sigma” F. Dari bunyi hukum ini, terdapat kecendrungan dari sebuah benda untuk mempertahankan keadaan awalnya, atau seringkali dinamakan dengan kelembaman. Karena itulah, Hukum 1 Newton seringkali dinamakan Hukum Kelembaman. Sebelum masa Gallileo, pada umumnya dipikirkan bahwa gaya, seperti dorongan atau tarikan, diperlukan untuk mempertahankan benda agar terus bergerak dengan kecepatan konstan.
Dalam kehidupan sehari-hari, jika sebuah buku didorong di atas sebuah meja kemudian dibiarkan, buku akan meluncur untuk beberapa saat kemudian berhenti. Galileo dan kemudian Newton, mengakui bahwa dalam keadaan semacam itu buku itu tidak bebas dari gaya eksternal karena ada gaya gesekan. Jika kita memperhalus permukaan meja, buku meluncur lebih jauh, dan berkurangnya kecepatan dalam suatu waktu tertentu lebih kecil. Jika kita topang buku itu pada bantalan udara yang tipis (misalnya bantalan dari udara), buku itu akan meluncur untuk waktu dan jarak yang jauh dengan hampir tanpa perubahan nyata dalam kecepatannya.
Galileo mempelajari gerakan dengan melakukan eksperimen di mana ia menggelindingkan bola naik dan turun bidang-bidang miring. Ia kemudian menemukan, misalnya, bahwa jika sebuah bola digelindingkan menuruni bidang miring, kelajuannya bertambah dengan jumlah yang sama dalam selang waktu yang sama.

Yang perlu diperhatikan adalah Hukum 1 Newton tidak membuat perbedaan antara benda diam dan benda yang bergerak dengan kecepatan konstan. Pertanyaan tentang apakah sebuah benda sedang diam atau bergerak dengan kecepatan konstan tergantung pada kerangka acuan di mana benda itu diamati.Tetapi, perlu juga diingat bahwa Hukum 1 Newton tidak berlaku dalam semua kerangka acuan. Sebuah kerangka acuan dimana Hukum 1 Newton dapat berlaku dinamakan Kerangka Acuan Inersial. Tiap kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif terhadap suatu kerangka acuan inersial adalah juga kerangka inersial.
Dalam kehidupan sehari-hari, Hukum 1 Newton dapat dilihat penerapannya pada peristiwa berikut:
  • Pada saat berkendaran, enumpang akan seperti terdorong maju saat mobil yang bergerak cepat direm mendadak.
  • Sekeping koin yang berada di atas kertas di meja akan tetap pada posisinya ketika kertas ditarik secara cepat.
  • Gerakan Ayunan bandul sederhana.
  • Pemakaian roda gila pada mesin mobil.
Sekian dulu mengenai Sejarah Hukum 1 Newton, kita akan lanjutkan pembahasan untuk Hukum 2, dan 3 Newton pada kesempatan yang lain.
Categories
Uncategorized

Medan Listrik Muatan

(Ringkasan Fisika). Apa itu Medan Listrik? Gaya listrik yang dilakukan oleh suatu muatan pada muatan lain merupakan contoh dari suatu gaya aksi pada suatu jarak yang mirip dengan gaya gravitasi yang dilakukan suatu massa terhadap massa yang lain. Untuk menghindari permasalahan gaya pada suatu jarak diperkenalkan konsep medan listrik E. Suatu muatan menghasilkan medan listrik E di mana saja di dalam ruang, dan medan ini melakukan gaya pada muatan yang lain yang berada pada suatu jarak tertentu ketimbang melakukan gaya pada muatan itu sendiri.

Bayangkan sekumpulan muatan titik Q1, Q2, dan Q3, yang terletak sembarang di dalam ruang. Jika kita letakkan satu muatan Qo pada suatu titik di dekat sistem muatan tersebut, akan ada gaya yang bekerja pada Qo umumnya akan merubah distribusi awal dari muatan lainnya, khususnya jika muatan tersebut adalah konduktor. Namun demikian kita dapat memilih Qo yang cukup kecil sehingga pengaruhnya terhadap distribusi awal muatan dapat diabaikan. Kita sebut muatan kecil tersebut sebagai muatan uji karena muatan tersebut digunakan untuk menguji medan dari muatan lain tanpa perlu mengganggunya. Gaya total yang dilakukan pada Qo merupakan jumlah vektor dari masing-masing gaya yang bekerja pada Qo oleh setiap muatan lain pada sistem tersebut.

Dengan menggunakan Hukum Coulumb, setiap gaya ini besarnya berbanding lurus dengan Qo, sehingga gaya total juga akan berbanding lurus dengan Qo. Medan listrik E pada suatu titik didefenisikan sebagai gaya total pada muatan uji positif Qo dibagi dengan Qo. Secara matematis dapat dituliskan dengan:

E = F / Qo, (Qo kecil)
Defenisi ini mirip dengan defenisi untuk medan gravitasi Bumi sebagai gaya per satuan massa yang dilakukan oleh Bumi pada suatu benda. Medan gravitasi Bumi g menggambarkan sifat dari ruangan di sekitar Bumi, sedemikian rupa sehingga jika ada massa m diletakkan pada suatu titik, gaya yang dilakukan Bumi adalah m.g

Menurut sistem satuan SI, satuan medan listrik adalah Newton/Coulomb (N/C). Medan listrik adalah suatu besaran vektor dan medan listrik memenuhi prinsip superposisi. Oleh sebab itu, medan listrik yang diakibatkan oleh suatu sistem muatan dapat ditentukan dengan cara menghitung medan listrik dari masing-masing muatan secara terpisah dan menambahkan vektor-vektor yang dihasilkan untuk memperoleh medan listrik total. Medan listrik E merupakan vektor yang menggambarkan keadaan di dalam ruang yang dibentuk oleh sistem muatan. Dengan menggerakkan muatan uji Qo dari satu titik ke titik lain, kita bisa memperoleh E pada semua titik di dalam ruang (kecuali pada titik yang diduduki oleh Q). Dengan demikian medan listrik E merupakan vektor yang bergantung pada tempat.

Categories
Uncategorized

Bahan Konduktor dan Isolator

(Ringkasan Fisika). Pada beberapa material, seperti tembaga dan logam-logam lainnya, jumlah elektron dapat bergerak bebas di dalam material tersebut. Material seperti ini disebut konduktor. Pada material atau bahan yang lain, seperti kayu atau gelas, semua elektron terikat kuat pada atom-atomnya dan tidak dapat bergerak bebas. Bahan-bahan yang demikian disebut dengan isolator.Di dalam satu atom tembaga, ada 29 elektron yang terikat inti akibat gaya tarik elektrostatik antara elektron yang berada lebih dalam. Hal ini disebabkan karena elektron luar letaknya lebih jauh dari inti dan terdapat gaya tolak-menolak dari elektron-elektron yang lebih dalam.

Ketika atom-atom dalam tembaga bergabung membentuk sekeping logam tembaga, ikatan elektron-elektron pada masing-masing atom mengalami perubahan akibat adanya interaksi dengan atom-atom terdekat. Satu atau lebih elektron terluar dari tiap atom Cu tersebut tidak lagi terikat pada masing-masing atom, tetapi dapat bergerak bebas di dalam keping tembaga tersebut, seperti halnya molekul -molekul gas yang bergerak bebas di dalam sebuah kotak. Jumlah elektron bebas bergantung pada jenis logamnya, tetapi pada umumnya satu elektron di setiap atom. Atom Cu yang kekurangan satu elektron akan bermuatan positif dan disebut ion positif. Di dalam logam tembaga, ion-ion tembaga tertata dalam susunan yang teratur yang disebut dengan kisi.
Umumnya, sebuah konduktor bersifat netral karena terdapat suatu ion kisi yang membawa satu muatan -e. Suatu konduktor dapat diberi muatan dengan cara menambahkan atau mengurangi elektron-elektron bebasnya. Suatu metode sederhana dan praktis untuk memberi muatan pada suatu konduktor dilakukan dengan menggunakan elektron-elektron bebasnya yang siap bergerak dalam konduktor tersebut. Misalkan terdapat dua buah logam yang tidak bermuatan berada di dalam kotak. Ketika sebuah batang bermuatan dibawa mendekati salah satu dari kedua bola tersebut, terjadi aliran elektron dari satu bola ke bola yang lain. Jika batang bermuatan positif, batang akan menarik elektron yang bermuatan negatif dan bola yang berada di dekat batang akan menerima elektron dari bola konduktor lainnya.
Hal ini menyebabkan bola sisi kiri bermuatan negatif dan bola sisi kanan bermuatan sama besar tetapi bertanda positif. Jika kedua bola terpisah sedangkan batang tetap berada paa tempat semula, kedua bola akan mempunyai muatan yang sama besar dan berlawanan tanda. Hasil yang sama akan diperoleh untuk batang yang bermuatan negatif, di mana elektron mengalir dari bola yang dekat ke batang bola yang lebih jauh. 
Dalam dua kasus tersebut, bola diberi muatan tanpa menyentuh batang dan muatan batang yang berada pada batang tidak terganggu. Proses ini dikenal dengan induksi elektrostatis atau pemuatan dengan cara induksi. Jika sebuah bola konduktor bermuatan disentuhkan dengan bola konduktor lain yang sama tetapi tidak bermuatan, muatan pada bola pertama akan terdistribusi sama besar ke dalam kedua bola. Jika kemudian kedua bola dipisahkan, masing-masing bola konduktor akan memiliki muatan sebesar setengah kali muatan bola pertama.
Categories
Uncategorized

Pengantar Kelistrikan: Muatan Listrik

(Ringkasan Fisika). Kita mulai pembahasan tentang muatan listrik dengan suatu percobaan sederhana yang melibatkan gaya tarik-menarik muatan. Andaikan kita menggosok suatu batang plastik dengan bulu binatang dan menggantungkan batang tersebut dengan seutas tali sehingga dapat berputar bebas. Jika kita dekatkan batang ini dengan batang plastik kedua yang juga telah digosok dengan bulu binatang, terlihat bahwa kedua batang saling tolak menolak. Kita dapat mengulangi percobaan dengan hasil yang sama dengan menggunakan dua batang gelas yang telah digosok dengan sehelai kain sutera. Walaupun demikian, jika digunakan sebatang plastik yang digosok dengan sutera, dapat diamati bahwa kedua batang akan saling tarik-menarik.

Ketika kita menggosok sebatang plastik dengan bulu binatang atau sebatang gelas dengan sutera, kita membuat batang menjadi “bermuatan” atau termuati. Jika percobaan diulangi dengan berbagai macam material, kita temukan bahwa semua benda-benda bermuatan dapat diklasifikasikan menjadi dua golongan-yaitu benda-benda yang bermuatan seperti batang plastik yang digosok dengan bulu binatang dan benda-benda bermuatan seperti batang gelas yang digosok dengan sutera. Negarawan dan Ilmuwan besar Amerika Benjamin Franklin, mengusulkan suatu model untuk menjelaskan mengapa ini semua terjadi. Dia menyatakan bahwa secara normal setiap benda mempunyai sejumlah muatan listrik dan jika kedua benda digosok bersama, sebagian muatan-muatan ini akan berpindah dari benda yang satu ke benda yang lainnya. Hal ini mengakibatkan salah satu benda menjadi kelebihan muatan dan benda lainnya kekurangan muatan dalam jumlah yang sama. Franklin menggambarkan muatan-muatan yang dihasilkan dengan tanda positif (+) dan negatif (-).
Franklin memilih jenis muatan yang diterima oleh batang gelas yang digosok dengan sutera sebagai muatan positif, sehingga dapat diartikan bahwa potongan sutera menerima muatan negatif dalam jumlah yang sama. Selanjutnya, atas dasar perjanjian Franklin, plastik yang digosok dengan bulu binatang menerima muatan negatif dan bulu binatang menerima muatan positif yang sama besarnya. Seperti yang dapat diamati dari percobaan, jika dua benda yang keduanya bermuatan positif, atau keduanya bermuatan negatif akan tolak menolak dan dua benda yang membawa muatan berlawanan jenis akan saling tarik menarik.
Kita telah mengetahui bahwa materi terdiri atas atom-atom yang bersifat netral secara kelistrikan. Setiap atom mempunyai suatu inti kecil yang padat yang terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Jumlah proton di dalam suatu inti sama dengan nomor atom Z dari inti tersebut. Di sekitar inti ada sejumlah elektron bermuatan negatif yang sama banyaknya. Elektron dan proton merupakan partikel yang sangat berbeda. Proton memiliki massa 2000 kali massa elektron. Tetapi muatan proton dan elektron sama besar dan berlawanan tanda. Proton pembawan muatan positif, sedangkan elektron pembawan muatan negatif.
Ketika benda-benda berada dalam keadaan saling bergesekan, seperti ketika keduanya digosokkan satu sama lain, elektron-elektron berpindah dari satu benda ke benda yang lain. Satu benda mengalami kelebihan sejumlah elektron sehingga menjadi bermuatan negatif dan benda lainnya mengalami kekurangan elektron sehingga bermuatan positif. Dalam proses ini, muatan tidak diciptakan, tetapi hanya mengalami perpindahan. Muatan total dari kedua benda tidak berubah. Dalam hal ini, muatan bersifat kekal. Hukum Kekekalan Muatan merupakan suatu hukum dasar dari alam. Pada interaksi-interaksi tertentu antara partikel-partikel dasar (partikel elementer), partikel bermuatan seperti elektron akan diciptakan atau dianihilasi.
Dalam sistem SI, satuan muatan adalah Coulomb, yang diartikan dalam bentuk arus listrik, Ampere. Ampere merupakan satuan arus yang digunakan sehari-hari dalam pekerjaan yang berhubungan dengan listrik. Coulomb adalah jumlah muatan yang mengalir melalui suatu penampang kawat dalam waktu satu detik bila besarnya arus dalam kawat adalah satu ampere.
Categories
Uncategorized

Sejarah Hukum Pertama Termodinamika

(Ringkasan Fisika). Hukum pertama termodinamika adalah pernyataan kekekalan energi. Hukum ini menggambarkan hasil banyak eksperimen yang menghubungkan usaha yang dilakukan pada sistem, panas yang  ditambahkan pada atau dikurangkan dari sistem, dan energi internal sistem. Dari defenisi mula-mula kalori, kita tahu bahwa dibutuhkan suatu kalori panas untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan 1 derajat celcius. Akan tetapi kita juga dapat menaikkan temperatur air atau sistem lain apapun dengan melakukan usaha padanya tanpa menambahkan sedikit pun panas.

Gambar di atas merupakan tampilan skematik peralatan Joule yang digunakan dalam eksperimennya yang paling terkenal di mana ia menentukan jumlah usaha yang ekivalen dengan sejumlah panas tertentu, yaitu, jumlah usaha yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air dengan satu Celcius derajat. Ketika ekivalensi panas dan energi eksperimental ditetapkan, eksperimen Joule dapat digambarkan sebagai menentukan ukuran kalori dalam satuan energi yang biasa. Air pada gambar di atas tertutup dalam dinding insulasi agar temperatur sistem tak dapat dipengaruhi oleh panas yang masuk atau keluar darinya. Bila beban jatuh pada kelajuan konstan, maka mereka memutar suatu kincir, yang melakukan usaha melawan air. Jika rugi energi yang terjadi lewat gesekan dalam bantalan, dan sebagainya, dapat diabaikan, maka usaha yang dilakukan oleh kincir melawan air sama dengan hilangnya energi mekanika beban yang jatuh.
Bagian yang terakhir ini mudah diukur dengan menentukan jarak jatuhnya beban itu. Hasil eksperimen Joule dan eksperimen orang lain sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4,18 satuan usaha mekanika (Joule) untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan 1 derajat Celcius. Hasil bahwa 4,18 J energi mekanika adalah ekivalen dengan 1 kal energi panas dikenal sebagai ekivalensi mekanis dari panas. Dari sejarah, adalah lazim untuk menyatakan energi panas dalam kalori dan kemudian menggunakan ekivalensi mekanis dari panas untuk mengubahnya ke satuan dasar energi mekanis. Sekarang, semua bentuk energi biasanya dinyatakan dalam satuan Joule.
Hukum pertama termodinamika adalah rumusan kekekalan dari energi. Energi panas yang diberikan pada sistem diperhitungkan sebagai usaha yang dilakukan oleh sistem atau sebagai kenaikan energi internal sistem atau sebagai kombinasi tertentu dari keduanya. Hukum pertama termodinamika berbunyi: “Total panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut”.