ruang lingkup ilmu fisika

Kuliah Fisika Dasar
'
$
RUANG LINGKUP ILMU FISIKA
✍ Definisi Ilmu Fisika
• Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang
tidak hidup serta interaksi dalam lingkup ruang dan waktu.
Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos
yang artinya “alamiah”.
• Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati perilaku dan sifat materi dalam bidang yang beragam, mulai dari
partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai
satu kesatuan kosmos.
• Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika karena banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis
dan perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan
pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material
• Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, misalnya Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb.
• Teori utama dalam ilmu Fisika
1. Mekanika Klasik :Hukum Newton, Mekanika Lagrangian,
Mekanika Hamiltonian, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum.
&
2. Elektromagnetik :Elektrostatik, Listrik, Magnetik, dan Per-
[email protected]
-1-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
samaan Maxwell.
3. Mekanika Kuantum : Persamaan Schrödinger dan Teori
medan kuantum.
4. Relativitas : Relativitas khusus dan umum.
• Bidang utama dalam Fisika
1. Astrofisika : Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma Big
Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi
universal.
2. Fisika atom, molekul dan optik
3. Fisika partikel :Fisika Akselerator dan Fisika nuklir.
4. Fisika benda kondensasi :Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer dsb.
&
[email protected]
-2-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
BESARAN DALAM ILMU FISIKA
✍ Besaran Pokok
• Besaran Pokok adalah besaran yang tidak tergantung pada besaran yang lain.
Menurut Sistem International(SI) 1960,“Bureau of Weight
and Measures”(Paris)
Besaran
Simbol
Satuan
Panjang
l
m-meter
Massa
m
kg -kilogram
Waktu
t
s-detik
Arus listrik
I
A-ampere
Temperatur
T
K -kelvin
Intensitas penyinaran
Lc
Cd-candela
Banyak zat
N
mol
• Selain besaran pokok ada juga besaran yang melengkapi
besaran pokok yaitu sudut bidang dalam Radian(Rad) dan
sudut ruang dalam Steradian(Sr). Sudut terbesar pada su-
4π rad dan sudut terbesar pada sudut
ruang adalah 4π Sr .
dut bidang adalah
&
[email protected]
-3-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
r
r
r
1 Sr
r
1 rad
r
Luas
(a) Sudut Bidang
(b) Sudut Ruang
Gambar 1: Sudut bidang(radian) dan Sudut ruang(steradian)
✍ Besaran Turunan
• Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan antara lain :
Kecepatan, Percepatan, Gaya, Momentum dan Impuls, Energi dan Kerja, Gaya Listrik dan Magnetik, Medan Listrik, dan
Magnetik, Potensial listrik dan Induksi magnetik, dsb
✍ Satuan
• Satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Ada dua macam bentuk satuan yaitu : Metrik dan non–Metrik masingmasing terdiri atas sistem statik dan dinamik
• Sistem rasionalisasi ada dua macam yaitu Statik dan Dinamik.
• Sistem statik terdiri atas sistem gravitasi dan sistem teknis(praktis) seperti meter–kilogram–sekon dan ft–lbwt-sec/ft–
&
lbf–sec.
[email protected]
-4-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
• Sistem dinamik terdiri atas sistem cgs(cm–gram–sekon) dan
$
mks(meter–kilogram–sekon).
• Satuan Internasional adalah Sistem MKS yang telah disempurnakan
⊲ Meter: satu meter adalah panjang lintasan cahaya di ruang
vakum selama
1
299.792.458
detik.
⊲ Kilogram : satu kilogram adalah massa kilogram berbentuk
silinder yang dibuat dari bahan platina iridium(Sévres Perancis).
⊲ Second: satu detik adalah interval waktu dari 9.192.631, 770
133
kali getar radiasi dari atom Cs
⊲ Ampere: satu ampere adalah arus tetap yang terjadi bila dua
konduktor lurus sejajar dengan panjang tak berhingga berjarak satu meter diletakkan dalam ruang vakum akan menghasilkan gaya antara dua konduktor sebesar 2 × 10
⊲ Kelvin: satu kelvin adalah
1
273
−7
N.
bagian dari temperatur termo-
dinamis dari titik triple air.
⊲ Candela: satu candela adalah kuat penerangan tegak lurus
1
permukaan yang luasnya 600000
m2 dari sebuah benda hitam pada titik beku platina(2046.65K )dan tekanan 1 atm.
✍ Dimensi
• Dimensi adalah penulisan suatu formula fisika dengan menggunakan besaran-besaran pokok, seperti Massa [M ], Panjang [L], Waktu [T ], Temperatur [θ], Arus listrik [I]
&
%
[email protected]
-5-
Kuliah Fisika Dasar
'
Besaran
Dimensi
Kecepatan
LT −1
Percepatan
LT −2
Gaya
M LT −2
Energi
M L2 T −2
Momentum
M LT −1
$
Vektor dan Skalar
• Besaran Vektor adalah besaran yang memiliki besar(nilai)
dan mempunyai arah misalnya : pergeseran, kecepatan,
percepatan, medan listrik-magnet dsb.
• Besaran Skalar adalah besaran yang hanya memiliki besar(nilai) saja misalnya massa, temperatur, kerja, energi dsb.
✍ Notasi vektor
• Vektor dilambangkan dengan tanda panah(→) atau huruf
~ atau A
tebal. Misalkan vektor A dilambangkan dengan A
~ b̂ atau Bb̂
dan diikuti dengan vektor satuan B
• Dalam sistem koordinat Cartesius dengan sumbu x, y dan
z pada arah positif adalah vektor satuannya x̂, ŷ, ẑ atau
î, ĵ, k̂. Sehingga penulisan suatu vektor dalam ruang da&
[email protected]
-6-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
pat dinyatakan sbb:
~ = Ax̂
~ + Aŷ
~ + Aẑ
~ atau A = Ax̂ + Aŷ + Aẑ
A
~ =B
~ î + B
~ ĵ + B
~ k̂ atau B = Bî + Bî + Bk̂
B
A
A=−B
A
A
(1)
B
Gambar 2: Gambar vektor dan penulisan vektor
✍ Perhitungan vektor
• Suatu vektor dikatakan sama besar jika besar, sejajar dan
arahnya sama seperti vektor ~
a = ~b dan jika berlawanan
a = −~b.
arah maka vektor ~
• Penjumlahan Vektor
~a = ~aî + ~aĵ + ~ak̂ dan ~b = ~bî + ~bĵ + ~bk̂
(2)
~ dan vektor B
~ adalah
Maka penjumlahan vektor A
~ +B
~ = (A
~ + B)
~ î + (A
~ + B)
~ ĵ + (A
~ + B)
~ k̂
A
(3)
~ dan vek• Pengurangan Vektor Maka pengurangan vektor A
~ adalah
tor B
~ −B
~ = (A
~ − B)
~ î + (A
~ − B)
~ ĵ + (A
~ − B)
~ k̂
A
&
[email protected]
(4)
-7-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
• Sifat-sifat Aljabar Vektor
1.
A+B=B+A
2.
A + (B + C) = (A + B) + C
3.
mA = Am
4.
m(nA) = (mn)A
5.
(m + n)A = mA + nA
(Sifat Distributif)
6.
m(A + B) = mA + nA
(Sifat Distributif)
(Sifat Komutatif)
(Sifat Asosiatif)
(Sifat Komutatif Perkalian)
(Sifat Asosiatif Perkalian)
• Vektor Satuan Vektor satuan dinyatakan sebagai
~
A
â =
|A|
(5)
Arah vektor satuan sama dengan arah vektor dan dinyatakan dengan î, ĵ
z
k
j
i
y
O
x
Gambar 3: Vektor satuan
&
[email protected]
-8-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
Mencari Resultan Vektor
✍ Metode Jajaran Genjang
~
• Ada vektor ~a dan ~b maka resultannya R
a
r=a+b
θ
φ
b
Gambar 4: Resultan vektor dengan metode jajaran genjang
q
~ = |~a + ~b| = |~a|2 + |~b|2 + 2|~a||~b| cos θ
|R|
(6)
~ dapat ditentukan oleh sudut antara R
~ dan ~a atau ~b
• Arah R
misalkan φ maka
|~b|
sin φ
=
sin φ
=
|~a + ~b|
sin(180 − θ)
|~b| sin θ
|~a + ~b|
(7)
(Aturan Sinus)
• Mencari selisih vektor sama dengan penjumlah vektor yaitu
&
[email protected]
~
~ = |~a − ~b| = |~a + −b|
|R|
q
=
|~a|2 + |~b|2 − 2|~a||~b| cos θ
(8)
-9-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
~ adalah
Arah resultannya vektor R
| − ~b|
sin φ
=
sin φ
=
|~a − ~b|
sin θ
|~b| sin θ
(9)
|~a − ~b|
✍ Metode Segitiga
• Metode ini mencari resultannya mirip dengan metode jajaran genjang yaitu
q
~ = |~a + ~b| = |~a|2 + |~b|2 + 2|~a||~b| cos θ
|R|
(10)
~ dapat ditentukan oleh sudut antara R
~ dan ~a atau ~b
• Arah R
misalkan φ maka
|~a + ~b|
|~b| sin θ
|~b|
=
→ sin φ =
sin φ
sin(180 − θ)
|~a + ~b|
R=a+b
b
θ
a
&
Gambar 5: Resultan vektor dengan metode segitiga
[email protected]
-10-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
✍ Metode Uraian Komponen Vektor
• Metode uraian komponen yaitu penguraian komponennya
a = ~aî+~aĵ
dalam arah x, y dan z misalkan ada dua vektor ~
~ =R
~ î + R
~ ĵ
dan vektor ~b = ~bî + ~bĵ maka resultannya R
vektor
komponen x
komponen y
~a
~b
~aî
~bî
~aî
~bî
~ î = ~aî + ~bî
R
~ ĵ = ~aĵ + ~bĵ
R
Y
1111111111111
0000000000000
0000000000000
1111111111111
0000000000000
1111111111111
0000000000000
1111111111111
0000000000000
1111111111111
by
45o
b
ay
T2y
T1y
a
β
ax
30o
X
α
T 1x
T
2x
bx
Massa
Mg
Gambar 6: Resultan vektor dengan metode uraian vektor
&
[email protected]
-11-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
Perkalian Vektor
• Vektor dengan konstanta
k~a = k~aî + k~aĵ + k~aĵ k=konstanta
(11)
• Perkalian titik(dot product)
~a · ~b = |~a||~b| cos(~a, ~b)
(12)
j
i .j =0
W=F. s
F
i . i =1
F
s
k
i
Gambar 7: Perkalian dot
Sifat-sifat perkalian dot
1.
A·B =B·A
2.
A · (B + C) = A · B + A · C
3.
m(A · B) = (mA) · B = A · (mB)
4.
î · î = ĵ · ĵ = k̂ · k̂ = 1 dan î · ĵ = ĵ · k̂ = k · î = 0
5.
A · B = 0; A dan B saling tegak lurus
m=skalar
• Perkalian kali(cross product)
&
[email protected]
~a × ~b = |~a||~b| sin(~a, ~b)
(13)
-12-
%
Kuliah Fisika Dasar
'
$
^
j
F
F =q v x B
B
i x j =k
^i
^
k
v
Gambar 8: Perkalian cross
~
~a × b = î
ĵ
~ax ~ay
~bx ~by
k̂ ~az = (~ay~bz − ~az~by )î
~bz − (~ax~bz − ~az~bx )ĵ + (~ax~by − ~ay~bx )k̂
Sifat-sifat perkalian cross
1.
A × B = −B × A
2.
A × (B + C) = A × B + A × C
3.
m(A × B) = (mA) × B = A × (mB)
4.
î × î = ĵ × ĵ = k̂ × k̂ = 0 dan î × ĵ = k, ĵ × k̂ =
î, k × î = ĵ
5.
A × B = 0; A dan B sejajar atau vektor kosong
&
[email protected]
(Komutatif)
(Distributif)
m=skalar
-13-
%