FISIKA DASAR

1
FISIKA DASAR
Silabi
Tujuan Instruksional Umum (TIU)
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
2
TUJUAN UMUM

• Memberikan konsep-konsep dan prinsip-prinsip
  dasar fisika yang diperlukan untuk belajar fisika
  lebih lanjut atau ilmu pengetahuan lainnya.
• Memberikan ketrampilan dalam penyelesaian
  persoalan fisika dasar terutama dalam pemakaian
  kalkulus dasar sebagai alat bantu.

3
RENCANA KEGIATAN MINGGUAN

• PENDAHULUAN FISIKA, PENGUKURAN DAN PENGENALAN
  VEKTOR
• KINEMATIKA BENDA KECEPATAN DAN PERCEPATAN BENDA
• GERAK 1 DIMENSI, GERAK LINEAR DAN GERAK ROTASI
• GERAK 2 DIMENSI, GERAK PELURU DAN GERAK
  MELINGKAR, GERAK RELATIF
• DINAMIKA BENDA HUKUM NEWTON
• USAHA DAN ENERGI, KEKEKALAN ENERGI
• MOMENTUM DAN IMPULS, KEKEKALAN MOMENTUM LINEAR
• KINEMATIKA DAN DINAMIKA ROTASI
• STATIKA DAN DINAMIKA FLUIDA

4
BUKU ACUAN

• Serway, Reymond A, Physics for Scientist and
  Engineers with Modern Physics, 2nd Ed.
  Saunders, 1986
• Nolan, Peter J., 1993, Fundamentals of College
  Physics, Wm. C. Brown Publisher, Melbourne,
  Australia.
• Giancoli, Douglas C, Physics for Scientist and
  Engineers, 2nd Ed., Prentice Hall, 1988.
• Ohanian, Hans C., Physics, 2nd Ed, Norton, 1989.

5
Apakah Fisika Itu ?

• Fisika merupakan ilmu pengetahuan dasar yang
  mempelajari sifat-sifat dan interaksi antar
  materi dan radiasi.
• Fisika merupakan ilmu pengetahuan yang didasarkan
  pada pengamatan eksperimental dan pengukuran
  kuantitatif (Metode Ilmiah).

6
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 perilakudan sifat materi dalambidang
  yang beragam,mulai dari partikel submikroskopis
  yang membentuk segala materi (fisikapartikel)
  hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu
  kesatuan kosmos.

7

• Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika
  karena banyak teori fisika dinyatakan dalam
  notasi matematis. 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.

8

• Teori utama dalam ilmu Fisika
• 1. Mekanika Klasik Hukum Newton, Mekanika
  Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Dinamika
  fluida, Mekanika kontinuum.
• 2. Elektromagnetik Elektrostatik, Listrik,
  Magnetik, dan Persamaan Maxwell.
• 3. Mekanika Kuantum Persamaan Schrodinger dan
  Teori medan kuantum.
• 4. Relativitas Relativitas khusus dan umum.

9

• Bidang utama dalam Fisika
• 1. Astrofisika Kosmologi, Ilmu planet, Fisika
  plasma, BigBang, 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.

10
PERISITIWA ALAM
Perilaku partikel di dalam ruang dari waktu ke
waktu, termasuk bagaimana mereka berinteraksi
satu sama lain.
Interaksi

• Gravitasi

• Elektromagnet

• Lemah

• Kuat

11
Fisika
Klasik
Kuantum
(sebelum 1920)
(setelah 1920)

• Posisi dan Momentum partikel dapat
  ditetapkan secara tepat
• ruang dan waktu merupakan dua hal yang
  terpisah

• Ketidak pastian Posisi dan Momentum
  partikel
• ruang dan waktu merupakan satu kesatuan

12
STRUKTUR KEILMUAN FISIKA
Teknik-Teknik Eksperimental
Zat padat Molekul Atom Inti Partikel Elementer dll
Bumi Atmosfer Kehidupan, dll.
Reaktor nuklir, dll.
Sistem Alam
Sistem Rekayasa
Sistem Lain
Cahaya Akustik dll.
Gejala Alam
Interaksi Fundamental
Struktur materi
Kajian Keilmuan Fisika
Diskripsi Mikroskopik
Mekanika Kuantum Mekanika Statistik
Interaksi gravitasi Interaksi elektromagnetik Inte
raksi kuat Interaksi lemah
Mekanika Termodinamika Gelombang
Diskripsi Makroskopik
Diskripsi keadaan dan Interaksi
Model Interaksi
Perangkat Keilmuan Fisika
jalinan
13
Metode Ilmiah
Pengamatan terhadap Peristiwa alam
Hipotesa
TidakCocok
Eksperimen
Uji prediksi
Perbaiki teori
Teori
Hasil positif
Hasil negatif
Prediksi
14
BESARAN FISIKA DANSISTEM SATUAN
15
Apakah yang diukur ?
Besaran Fisika
Pengukuran
PengamatanPeristiwa Alam
Model
Eksperimen
16
Pengukuran
Alat Ukur
Kuantitas (Hasil Pengukuran)
Kalibrasi
Sistem Matrik
SI
Penyajian
Harga
Satuan
Standar ukuran
Sistem satuan
17
Besaran Pokok
besaran yang ditetapkan dengan suatu standar
ukuran
Konseptual
Besaran Turunan
Besaran yang dirumuskan dari besaran-besaran
pokok
Besaran Fisika
Besaran Skalar
hanya memiliki nilai
Matematis
Besaran Vektor
memiliki nilai dan arah
18
Besaran Pokok(dalam SI)
Satuan(dalam SI)
Massa
kilogram (kg)
Panjang
meter (m)
Waktu
sekon (s)
Arus listrik
ampere (A)
Suhu
kelvin (K)
Jumlah Zat
mole (mol)
Intensitas
kandela (cd)
19
SISTEM MATRIK DALAM SI
Awalan
Simbol
Faktor
Faktor
Awalan
Simbol
10-1
desi-
d
1018
exa-
E
10-2
senti-
c
1015
peta-
P
10-3
mili-
m
1012
tera-
T
10-6
mikro-
m
109
giga-
G
10-9
nano-
n
106
mega-
M
10-12
piko-
p
103
kilo-
k
10-15
femto-
102
hekto-
h
f
10-18
ato-
101
deka-
da
a
20
Definisi standar besaran pokok

• Panjang - meter
• Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang
  hampa yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu
  1/299,792,458 sekon.
• Massa - kilogram
• Satu kilogram adalah massa silinder platinum
  iridium dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm.
• Waktu - sekon
• Satu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode
  (getaran) radiasi yang dipancarkan oleh atom
  cesium-133 dalam transisi antara dua tingkat
  energi (hyperfine level) yang terdapat pada aras
  dasar (ground state).

21
Besaran Turunan

• Contoh
• Kecepatan
• pergeseran yang dilakukan persatuan waktu
• satuan meter per sekon (ms-1)
• Percepatan
• perubahan kecepatan per satuan waktu
• satuan meter per sekon kuadrat (ms-2)
• Gaya
• massa kali percepatan
• satuan newton (N) kg m s-2

22
Dimensi

• Dimensi menyatakan esensi dari suatu besaran
  fisika yang tidak bergantung pada satuan yang
  digunakan.
• Jarak antara dua tempat dapat dinyatakan dalam
  meter, mil, langkah,dll. Apapun satuannya jarak
  pada dasarnya adalah panjang.

Besaran Pokok
SimbolDimensi
Besaran Pokok
SimbolDimensi
M
Massa
Suhu
Q
L
Jumlah Zat
N
Panjang
Intensitas
T
Waktu
J
I
Arus listrik
23
Analisa Dimensi

• Suatu besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan
  apabila memiliki dimensi yang sama.
• Setiap suku dalam persamaan fisika harus memiliki
  dimensi yang sama.

24
Contoh
Perioda ayunan sederhana T dinyatakan dengan
rumus berikut ini yang mana l panjang tali
dan g percepatan gravitasi dengansatuan panjang
per kwadrat waktu. Tunjukkan bahwa per-samaan
ini secara dimensional benar !
Jawab
T
Dimensi perioda T
L
Dimensi panjang tali l
Dimensi percepatan gravitasi g
LT-2
p tak berdimensi
25
VEKTOR
2.1
26
2.1 BESARAN SKALAR DAN VEKTOR
Sifat besaran fisis

• Skalar
• Vektor

• Besaran Skalar

Besaran yang cukup dinyatakan oleh besarnya saja
(besar dinyatakan oleh bilangan dan
satuan). Contoh waktu, suhu, volume, laju,
energi Catatan skalar tidak tergantung sistem
koordinat

• Besaran Vektor

Besaran yang dicirikan oleh besar dan arah.
Contoh kecepatan, percepatan, gaya Catatan
vektor tergantung sistem koordinat
2.2
27
2.2 PENGGAMBARAN DAN PENULISAN (NOTASI) VEKTOR
Gambar
Titik P Titik pangkal vektor Titik Q Ujung
vektor Tanda panah Arah vektor Panjang PQ
PQ Besarnya (panjang) vektor
Besar vektor A A A (pakai tanda mutlak)
Notasi Vektor
A Huruf tebal
Pakai tanda panah di atas
A Huruf miring
Catatan Untuk selanjutnya notasi vektor yang
digunakan huruf tebal
2.3
28
a. Dua vektor sama jika arah dan besarnya sama
A B
b. Dua vektor dikatakan tidak sama jika
1. Besar sama, arah berbeda
2. Besar tidak sama, arah sama
3. Besar dan arahnya berbeda
2.4
29
2.3 OPERASI MATEMATIK VEKTOR

1. Operasi jumlah dan selisih vektor
2. Operasi kali

2.3.1 JUMLAH DAN SELISIH VEKTOR
Metode

1. Jajaran Genjang
2. Segitiga
3. Poligon
4. Uraian

1. Jajaran Genjang
R A B
Besarnya vektor R R
Besarnya vektor AB R R
?

cos
2
AB
B
A

2
2
2.5
Besarnya vektor A-B S S
?
-

cos
2
AB
B
A
2
2
30
2. Segitiga
3. Poligon (Segi Banyak)
2.6
31
4. Uraian
Vektor diuraikan atas komponen-komponennya (sumbu
x dan sumbu y)
Y
A Ax.i Ay.j B Bx.i By.j Ax A cos ?
Bx B cos ? Ay A sin ? By B sin ?
A
Ay
B
By
Ax
Bx
X
Besar vektor A B AB R
Ry Ay By
Rx Ax Bx
R A B
Arah Vektor R (terhadap sb.x positif) tg ?
?
arc tg
2.7
32
2.3.2 PERKALIAN VEKTOR
1. Perkalian Skalar dengan Vektor
2. Perkalian vektor dengan Vektor

1. Perkalian Titik (Dot Product)
2. Perkalian Silang (Cross Product)

1. Perkalian Skalar dengan Vektor
Hasilnya vektor
k Skalar A Vektor
C k A
Vektor C merupakan hasil perkalian antara skalar
k dengan vektor A
Catatan

• Jika k positif arah C searah dengan A
• Jika k negatif arah C berlawanan dengan A

2.8
33
2. Perkalian Vektor dengan Vektor

1. Perkalian Titik (Dot Product)

Hasilnya skalar
A ? B C
C skalar
Besarnya C AB Cos ? A A besar
vektor A B B besar vektor B T sudut
antara vektor A dan B
2.9
34

• Catatan
• Jika A dan B saling tegak lurus ? A ? B 0
• Jika A dan B searah ? A ? B A ? B
• Jika A dan B berlawanan arah ? A ? B - A ? B

2.10
35

1. Perkalian Silang (Cross Product)

Hasilnya vektor
Catatan Arah vektor C sesuai aturan tangan
kanan Besarnya vektor C A x B A B sin ?

• Sifat-sifat
• Tidak komutatif ? A x B B x A
• Jika A dan B saling tegak lurus ? A x B B x A
• Jika A dan B searah atau berlawan arah ? A x B 0

2.11
36
2.4 VEKTOR SATUAN
Vektor yang besarnya satu satuan
Notasi
Dalam koordinat Cartesian (koordinat tegak)
Z
A
k
Arah sumbu x
j
Arah sumbu y
Y
i
Arah sumbu z
X

2.12
37

• Sifat-sifat Perkalian Titik (Dot Product) Vektor
  Satuan

• Sifat-sifat Perkalian silang (Cross Product)
  Vektor Satuan

2.13
38
Contoh Soal
1. Lima buah vektor digambarkan sebagai berikut
Besar dan arah vektor pada gambar di samping
Vektor Besar (m) Arah (o)
A 19 0
B 15 45
C 16 135
D 11 207
E 22 270
Hitung Besar dan arah vektor resultan.
Jawab
Vektor Besar (m) Arah(0) Komponen X(m) Komponen Y (m)
A B C D E 19 15 16 11 22 0 45 135 207 270 19 10.6 -11.3 -9.8 0 0 10.6 11.3 -5 -22
RX 8.5 RY -5.1
39
3. Tentukanlah hasil perkalian titik dan
perkalian silang dari dua buah vektor berikut ini

Jawab
Perkalian titik
A . B 2.1 (-2)(-3) 4.2 16
40
Besaran Vektor
Besaran yang memiliki besar (nilai/angka) dan arah
Contoh besaran Vektor
Perpindahan, kecepatan, percepatan, gaya,dll
Besaran Skalar
Besaran yang hanya memiliki besar (nilai/angka)
saja
Gambar Vektor
Garis kerja Vektor
Arah Vektor
Besar Vektor
Titik tangkap/titik pangkal Vektor
Garis kerja Vektor
41
PENULISAN VEKTOR
A
Vektor A

AB

Vektor AB
A
B
PENJUMLAHAN PENGURANGAN VEKTOR
Vektor hasil penjumlahan pengurangan Vektor
Resultan
( R )
Cara Poligon
Penjumlahan Pe ngurangan Vektor
Cara Jajaran Genjang
Soal-soal
42
Nilai dan Arah Resultan Dua Buah Vektor Yang
Membentuk Sudut a
a. a ? 90º
A
R A B
a
B
a. a 90º
R A B
A
B
43
Penguraian Vektor Menjadi Komponen- Komponennya
Y
?
Ay
R
X
a
Ax
???
Dari Mana
44
Kesimpulan Dari Beberapa Kasus
Besar Resultan yang mungkin dari dari dua buah
vektor A dan B adalah
? A B ? R ? A B ?
? 100 ?
5
100
? 3 ? 3
? 5 ?
? - 3 ? 3
? - 100 ?
? - 5 ?
5
100
Keterangan Bila sebuah bilangan diberi tanda
mutlak ( ? . ? ), maka diambil nilai yang positif