Minggu, 11 November 2012
Sabtu, 10 November 2012
fluida statis
FLUIDA STATIS
Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu.
Definisi Tekanan
Tekanan dalam mekanika benda titik unsur dinamika yang utama adalah gaya, maka dalam mekanika fluida unsur itu adalah tekanan.Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu titk pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematik tekanan P didefinisikan melalui hubungan
dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida.
Rumus Tekanan
p = F/A
Ket :
P = Tekanan (Pa)
F = Gaya (N)
A = Luas Benda (m2)
Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal,penemu hukum Pascal.
1Pa = 1 Nm-2
Aplikasi
Tekanan ini biasanya diaplikasikan pada pemain seluncur es, dan pemain ski, dimana pada sepatu pemain seluncur terdapat pisau dibagian bawah yang berfungsi untuk memberikan tekanan besar pada lapisan salju dan pada pemain ski alas yang digunakan memberikan tekanan pada salju sehingga ketika seseorang meluncur maka papan seluncur tidak terbenam di dalam salju .
Tekanan Hidrostatis
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.
Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:
P = ρgh
dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.
Pemahaman tekanan Hidrostatis dengan melakukan percobaan yang menggunakan kaleng bekas tanpa tutup yang diberi lubang berbeda pada ketinggian,tetapi terletak pada satu garis vertical
Maka seluruh lubang akan memancarkan air.Tetapi,masing-masing lubang memancarkan air dengan jarak yang berbeda.Lubang paling dasarlah yang memancrakan air paling deras.
Jadi,Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam wadah selalu tertarik kebawah.Makin tinggi zat cair dalam wadah,makin besar zat cair itu,sehingga makin besar juga tekanan zat cair pada dasar wadahnya.
Tekanan Gauge
Tekanan Gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar).Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge.Adapun tekanan sesungguhnya disebut dengan tekanan mutlak.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer
P = Pgauge + Patm
Tekanan Mutlak Pada Suatu Kedalaman Zat Cair
Tekanan hidrostatis zat cair dapat kita miripkan dengan tekanan gauge.Dengan demikian,tekanan mutlak pada kedalam h dirumuskan oleh,
P =P0 + ρgh
Ket :
P = Tekanan Hidrostatika (Pa)
P0 = Tekanan Atmosfer (0,01 x 105 Pa)
ρ = Massa jenis (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi 9,8 m/s2
h = Kedalaman (m)
Pemahaman tekanan gauge dengan melakukan percobaan yang menggunakan sebuah kaleng/wadah yang diberikan dua lubang pada sisinya kemudian diisi dengan air hingga penuh.
Pabsolut = Patmosfer + Phidrostatis
P = p atm + p gh
Air terpancar dari lubang-lubang kedua sisi kaleng.Ketika kaleng diangkat dan dipercepat keatas maka jarak pancaran air dari kedua lubang semakin jauh dengan lubang.Tapi,ketika kaleng dijatuhkan dari suatu ketinggian,jarak pancaran air dari kedua lubang menjadi dekat dengan lubang.
Alat Ukur Tekanan Dan Pengukuran Tekanan
Beberapa alat telah diciptakan untuk mengukur tekanan, diantaranya yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka, seperti diperlihatkan pada Gambar 9.5. Manometer tersebut digunakan untuk mengukur tekanan tera yang terdiri dari sebuah tabung yang berbentuk U yang berisi cairan, umumnya mercury (air raksa) atau air.
Fluida adalah zat alir adalah zat dalam keadaan bisa mengalir. Ada dua macam fluida yaitu cairan dan gas. Salah satu ciri fluida adalah kenyataan bahwa jarak antara dua molekulnya tidak tetap, bergantung pada waktu.
Definisi Tekanan
Tekanan dalam mekanika benda titik unsur dinamika yang utama adalah gaya, maka dalam mekanika fluida unsur itu adalah tekanan.Tekanan adalah gaya yang dialami oleh suatu titk pada suatu permukaan fluida persatuan luas dalam arah tegak lurus permukaan tersebut. Secara matematik tekanan P didefinisikan melalui hubungan
dF=pdA
dimana dF adalah gaya yang dialami oleh elemen luas dA dari permukaan fluida.
Rumus Tekanan
p = F/A
Ket :
P = Tekanan (Pa)
F = Gaya (N)
A = Luas Benda (m2)
Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (disingkat Pa) untuk memberi penghargaan kepada Blaise Pascal,penemu hukum Pascal.
1Pa = 1 Nm-2
Aplikasi
Tekanan ini biasanya diaplikasikan pada pemain seluncur es, dan pemain ski, dimana pada sepatu pemain seluncur terdapat pisau dibagian bawah yang berfungsi untuk memberikan tekanan besar pada lapisan salju dan pada pemain ski alas yang digunakan memberikan tekanan pada salju sehingga ketika seseorang meluncur maka papan seluncur tidak terbenam di dalam salju .
Tekanan Hidrostatis
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.
Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:
P = ρgh
dimana ρ adalah masa jenis cairan, g (10 m/s2) adalah gravitasi, dan h adalah kedalaman cairan.
Pemahaman tekanan Hidrostatis dengan melakukan percobaan yang menggunakan kaleng bekas tanpa tutup yang diberi lubang berbeda pada ketinggian,tetapi terletak pada satu garis vertical
Maka seluruh lubang akan memancarkan air.Tetapi,masing-masing lubang memancarkan air dengan jarak yang berbeda.Lubang paling dasarlah yang memancrakan air paling deras.
Jadi,Gaya gravitasi menyebabkan zat cair dalam wadah selalu tertarik kebawah.Makin tinggi zat cair dalam wadah,makin besar zat cair itu,sehingga makin besar juga tekanan zat cair pada dasar wadahnya.
Tekanan Gauge
Tekanan Gauge adalah selisih antara tekanan yang tidak diketahui dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar).Nilai tekanan yang diukur oleh alat pengukur tekanan adalah tekanan gauge.Adapun tekanan sesungguhnya disebut dengan tekanan mutlak.
Tekanan mutlak = tekanan gauge + tekanan atmosfer
P = Pgauge + Patm
Tekanan Mutlak Pada Suatu Kedalaman Zat Cair
Tekanan hidrostatis zat cair dapat kita miripkan dengan tekanan gauge.Dengan demikian,tekanan mutlak pada kedalam h dirumuskan oleh,
P =P0 + ρgh
Ket :
P = Tekanan Hidrostatika (Pa)
P0 = Tekanan Atmosfer (0,01 x 105 Pa)
ρ = Massa jenis (kg/m3)
g = Percepatan gravitasi 9,8 m/s2
h = Kedalaman (m)
Pemahaman tekanan gauge dengan melakukan percobaan yang menggunakan sebuah kaleng/wadah yang diberikan dua lubang pada sisinya kemudian diisi dengan air hingga penuh.
Pabsolut = Patmosfer + Phidrostatis
P = p atm + p gh
Air terpancar dari lubang-lubang kedua sisi kaleng.Ketika kaleng diangkat dan dipercepat keatas maka jarak pancaran air dari kedua lubang semakin jauh dengan lubang.Tapi,ketika kaleng dijatuhkan dari suatu ketinggian,jarak pancaran air dari kedua lubang menjadi dekat dengan lubang.
Alat Ukur Tekanan Dan Pengukuran Tekanan
Beberapa alat telah diciptakan untuk mengukur tekanan, diantaranya yang paling sederhana adalah manometer tabung terbuka, seperti diperlihatkan pada Gambar 9.5. Manometer tersebut digunakan untuk mengukur tekanan tera yang terdiri dari sebuah tabung yang berbentuk U yang berisi cairan, umumnya mercury (air raksa) atau air.
LATIHAN SOAL
1. Air yang mengalir dalam sebuah pip
Jumat, 09 November 2012
termodinamika
Termodinamika
Termodinamika adalah kajian tentang kalor
(panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas
tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau
disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar)
sistem disebut lingkungan.
Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor
ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap
sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan
volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang
dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.
W = p∆V= p(V2 – V1)
Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai
Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.
Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V2 < V1 dan usaha gas bernilai negatif.
Energi Dalam
Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan
memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas
tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas
tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi
yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat
ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas
partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan
partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel
yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas.
Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi
kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh
partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan,
energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu,
perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara
matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai
untuk gas monoatomik
untuk gas diatomik
Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).
Hukum I Termodinamika
Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu
sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah
panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu
sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin).
Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari
hukum kekekalan energi.
Gambar
Sistem yang mengalami perubahan volume akan
melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami
perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan
menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam.
Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika
atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I
termodinamika dituliskan sebagai
Q = W + ∆U
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan
(atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan
mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan
benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.
Proses Isotermik
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika
dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses
yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan
proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi
perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).
Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam
volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena
gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W
= 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya.
Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan
menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik.
Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana
γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar
gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar
dari 1 (γ > 1).
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.
LATIHAN SOAL
1. Hitunglah kalor jenis gas
Oksigen pada volume dan tekanan tetap bila massa molekul gas Oksigen 32 gram/mol.
2. Hitunglah kalor jenis
gas-gas berikut ini pada volume dan tekanan tetap.
a. Gas Neon monoatomik, bila
masa molekulnya 2,018 gram/mol
b. Gas Hidrogen diatomik,
bila massa
molekulnya 2,016 gram/mol
3. Kapasitas panas jenis
Nitrogen pada volume tetap adalah 7,14 x
102 J/kg 0K. Carilah kapasitas panas jenisnya pada
tekanan tetap. Diketahui massa
molekul Nitrogen 28 gram/mol dan konstanta umum gas R = 8,317 J/mol0K
4. Hitunglah kalor jenis gas
Argon beratom satu pada volume tetap bila kalor jenisnya pada tekanan tetap
5,23 x 102 J/kg 0K = 1,67
5. Hitunglah kalor jenis pada
tekanan tetap dari gas Oksida zat lemas beratom dua bila kalor jenisnya pada
volume tetap adalah 6,95 x 102 J/kg. 0K dan = 1,4
Fluida Statis dan Fluida Dinamis
Fluida Statis dan Fluida Dinamis
Pengertian Fluida
Dalam
fisika, fluida diartikan sebagai suatu zat yang dapat mengalir. Anda
mungkin pernah belajar di sekolah bahwa materi yang kita temui dalam
kehidupan sehari-hari terdiri dari zat padat, cair dan gas. Nah, istilah
fluida mencakup zat cair dan gas, karena zat cair seperti air atau zat
gas seperti udara dapat mengalir. Zat padat seperti batu atau besi tidak
dapat mengalir sehingga tidak bisa digolongkan dalam fluida. Untuk
lebih memahami penjelasan gurumuda, alangkah baiknya jika kita tinjau
beberapa contoh dalam kehidupan sehari-hari. Ketika dirimu mandi, dirimu
pasti membutuhkan air. Untuk sampai ke bak penampung, air dialirkan
baik dari mata air atau disedot dari sumur. Air merupakan salah satu
contoh zat cair. Masih ada contoh zat cair lainnya seperti minyak
pelumas, susu dan sebagainya. Semuanya zat cair itu dapat kita
kelompokan ke dalam fluida karena sifatnya yang dapat mengalir dari satu
tempat ke tempat yang lain.
Selain
zat cair, zat gas juga termasuk fluida. zat gas juga dapat mengalir
dari satu satu tempat ke tempat lain. Hembusan angin merupakan contoh
udara yang berpindah dari satu tempat ke tempat lain.
Zat
padat tidak dapat digolongkan ke dalam fluida karena zat padat tidak
dapat mengalir. Batu atau besi tidak dapat mengalir seperti air atau
udara. Hal ini dikarenakan zat pada t cenderung tegar dan mempertahankan
bentuknya sedangkan fluida tidak mempertahankan bentuknya tetapi
mengalir. Selain zat padat, zat cair dan zat gas, terdapat suatu jenis
zat lagi yang dinamakan plasma. Plasma merupakan zat gas yang
terionisasi dan sering dinamakan sebagai “wujud keempat dari materi”.
Mengenai plasma dapat anda pelajari di perguruan tinggi. Yang pasti,
plasma juga tidak dapat digolongkan ke dalam fluida.
Fluida
merupakan salah satu aspek yang penting dalam kehidupan kita
sehari-hari. Setiap hari kita menghirupnya, meminumnya dan bahkan
terapung atau teggelam di dalamnya. Setiap hari pesawat udara terbang
melaluinya, kapal laut mengapung di atasnya; demikian juga kapal selam
dapat mengapung atau melayang di dalamnya. Air yang kita minum dan udara
yang kita hirup juga bersirkulasi di dalam tubuh kita setiap saat,
hingga kadang tidak kita sadari. Jika ingin menikmati bagaimana indahnya
konsep mekanika fulida bekerja, pergilah ke pantai.
Fluida statis
Pada
penjelasan panjang lebar di atas, gurumuda telah menerangkan makna
fluida yang menjadi pokok bahasan kita kali ini. Nah, dalam mempelajari
Fluida, kita memilahnya menjadi dua bagian yakni Fluida statis (Fluida
diam) dan Fluida Dinamis (Fluida bergerak). Kataya fluida bergerak, kok ada fluida yang diam ?Jangan
bingung, fluida memang merupakan zat yang dapat mengalir. Yang kita
tinjau dalam Fluida statis adalah ketika fluida yang sedang diam pada
keadaan setimbang. Jadi kita meninjau fluida ketika tidak sedang
bergerak. Pada Fluida Dinamis, kita akan meninjau fluida ketika
bergerak.
Fluida dinamis
Aliran
fluida secara umum bisa kita bedakan menjadi dua macam, yakni aliran
lurus alias laminar dan aliran turbulen. Aliran lurus bisa kita sebut
sebagai aliran mulus, karena setiap partikel fluida yang mengalir tidak
saling berpotongan. Salah satu contoh aliran laminar adalah naiknya asap
dari ujung rokok yang terbakar. Mula-mula asap naik secara teratur
(mulus), beberapa saat kemudian asap sudah tidak bergerak secara teratur
lagi tetapi berubah menjadi aliran turbulen. Aliran turbulen ditandai
dengan adanya linkaran-lingkaran kecil dan menyerupai pusaran dan kerap
disebut sebagai arus eddy. Contoh lain dari aliran turbulen adalah
pusaran air.
Energi Kinetik Rotasi
Jika
energi kinetik translasi merupakan energi yang dimiliki oleh
benda-benda yang bergerak pada lintasan lurus, maka energi kinetik
rotasi merupakan energi yang dimiliki oleh benda yang melakukan gerak
rotasi. Bedanya, dalam gerak lurus kita menganggap setiap benda sebagai
partikel tunggal, sedangkan dalam gerak rotasi, setiap benda dianggap
sebagai benda tegar (Benda dianggap terdiri dari banyak partikel.
Mengenai hal ini sudah gurumuda jelaskan pada pokok bahasan momen
inersia).
Persamaan energi kinetik
rotasi mirip dengan rumus energi kinetik. Kalau dalam gerak lurus,
setiap benda (benda dianggap partikel tunggal) mempunyai massa (m), maka
dalam gerak rotasi, setiap benda tegar mempunyai momen inersia (I).
Temannya massa tuh momen inersia. Kalau dalam gerak lurus ada kecepatan,
maka dalam gerak rotasi ada kecepatan sudut. Secara matematis, energi
kinetik rotasi benda tegar, dinyatakan dengan persamaan :
EK rotasi = ½ I ��2
Keterangan:
EK = Energi Kinetik
I = Momen Inersia
�� = Kecepatan sudut
Persamaan
Energi Kinetik Rotasi benda tegar yang sudah gurumuda tulis di atas,
sebenarnya bisa kita turunkan dari persamaan energi kinetik translasi.
Setiap benda tegar itu dianggap terdiri dari partikel-partikel. Untuk mudahnya perhatikan ilustrasi di bawah.
Ini
contoh sebuah benda tegar. Benda tegar bisa dianggap tersusun dari
partikel-partikel. Pada gambar, partikel diwakili oleh titik berwarna
hitam. Partikel-partikel tersebar di seluruh bagian benda itu. Jarak
setiap partikel ke sumbu rotasi berbeda-beda. Pada gambar, sumbu rotasi
diwakili oleh garis berwarna biru.
Ketika
benda tegar berotasi, semua partikel yang tersebar di seluruh bagian
benda itu juga berotasi. Ingat bahwa setiap partikel mempunyai massa
(m). Ketika benda tegar berotasi, setiap partikel itu juga bergerak
dengan kecepatan (v) tertentu. Kecepatan setiap partikel bergantung pada
jaraknya dari sumbu rotasi. Semakin jauh sebuah partikel dari sumbu
rotasi, semakin cepat partikel itu bergerak (kecepatannya besar).
Sebaliknya, semakin dekat partikel dari sumbu rotasi, semakin lambat
partikel itu bergerak (kecepatannya kecil). Untuk membantumu memahami
penjelasan gurumuda ini, silahkan mendorong pintu rumah. Dibuktikan
sendiri, kalo dirimu belum percaya…
Ketika
kita mendorong pintu, pintu juga berotasi alias berputar pada sumbu.
Engsel yang menghubungkan pintu dengan tembok berfungsi sebagai sumbu
rotasi. Nah, ketika pintu berputar, bagian tepi pintu bergerak lebih
cepat (kecepatannya lebih besar). Sebaliknya, bagian pintu yang berada
di dekat engsel bergerak lebih pelan (kecepatannya lebih kecil). Jadi
ketika sebuah benda berotasi, kecepatan (v) setiap partikel
berbeda-beda, tergantung jaraknya dari sumbu rotasi.
Karena
setiap partikel mempunyai massa (m) dan kecepatan (v), maka kita bisa
mengatakan bahwa ketika sebuah benda tegar berotasi, semua partikel yang
menyusun benda itu memiliki energi kinetik (energi kinetik = energi
kinetik translasi… jangan lupa ya). Nah, total energi kinetik semua
partikel yang menyusun benda tegar = energi kinetik benda tegar. Secara
matematis, bisa ditulis sebagai berikut :
EK benda tegar = Total semua Energi Kinetik partikel
EK benda tegar = EK1 + EK2 + EK3 + …. + EKn
EK benda tegar = ½ m1v12 + ½ m2v22 + ½ m3v32 + …. + ½ mnvn2
Keterangan :
EK1 = ½ m1v12 = Energi Kinetik Partikel 1
EK2 = ½ m2v22 = Energi Kinetik Partikel 2
EK3 = ½ m3v32 = Energi Kinetik Partikel 3
Karena partikel yang menyusun benda tegar sangat banyak, maka kita cukup menulis titik-titik (…..)
EKn = ½ mnvn2 = Energi Kinetik partikel yang terakhir
Persamaan di atas bisa kita tulis lagi seperti ini :
Walaupun
kecepatan linear setiap partikel berbeda-beda, kecepatan sudut semua
partikel itu selalu sama. Dengan kata lain, ketika sebuah benda tegar
berotasi, kecepatan sudut semua bagian benda itu selalu sama. Hubungan
antara kecepatan linear dan kecepatan sudut, dinyatakan dengan persamaan
:
Karena kecepatan sudut semua partikel sama, maka persamaan ini bisa ditulis menjadi :
Ini adalah persamaan energi kinetik rotasi benda tegar… Satuan energi kinetik rotasi = joule
Tekanan
Satuan tekanan dapat dihubungkan dengan satuan volume (isi) dan suhu.
Semakin tinggi tekanan di dalam suatu tempat dengan isi yang sama, maka
suhu akan semakin tinggi. Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan
mengapa suhu di pegunungan lebih rendah dari pada di dataran rendah,
karena di dataran rendah tekanan lebih tinggi.
Rumus dari tekanan
dapat juga digunakan untuk menerangkan mengapa pisau yang diasah dan
permukaannya menipis menjadi tajam. Semakin kecil luas permukaan, dengan
gaya yang sama akan dapatkan tekanan yang lebih tinggi.
Tekanan udara dapat diukur dengan menggunakan barometer.
Keseimbangan Benda Tegar : Titik Berat
Telah
dikatakan sebelumnya bahwa suatu benda tegar dapat mengalami gerak
translasi (gerak lurus) dan gerak rotasi. Benda tegar akan melakukan
gerak translasi apabila gaya yang diberikan pada benda tepat mengenai
suatu titik yang yang disebut titik berat.
Mari
kita tinjau suatu benda tegar, misalnya tongkat pemukul kasti, kemudian
kita lempar sambil sedikit berputar. Kalau kita perhatikan secara
aeksama, gerakan tongkat pemukul tadi dapat kita gambarkan seperti
membentuk suatu lintasan dari gerak translasi yang sedang dijalani
dimana pada kasus ini lintasannya berbentuk parabola. Tongkat ini memang
berputar pada porosnya, yaitu tepat di titik beratnya. Dan, secara
keseluruhan benda bergerak dalam lintasan parabola. Lintasan ini
merupakan lintasan dari posisi titik berat benda tersebut.
Demikian
halnya seorang peloncat indah yang sedang terjun ke kolam renang. Dia
melakukan gerak berputar saat terjun. sebagaimana tongkat pada contoh di
atas, peloncat indah itu juga menjalani gerak parabola yang bisa
dilihat dari lintasan titik beratnya. Perhatikan gambar berikut ini.
Cara
untuk mengetahui letak titik berat suatu benda tegar akan menjadi mudah
untuk benda-benda yang memiliki simetri tertentu, misalnya segitiga,
kubus, balok, bujur sangkar, bola dan lain-lain. Yaitu d sama dengan
letak sumbu simetrinya. Hal ini jelas terlihat pada contoh diatas bahwa
letak titik berat sama dengan sumbu rotasi yang tidak lain adalah sumbu
simetrinya.
Langganan:
Postingan (Atom)