Gudang Materi

Showing posts with label Fisika. Show all posts

Berbagai Teori Model Atom

Dalam memahami teori model atom tentunya kita tidak hanya berpatokan pada satu teori semata, melainkan kita harus mengkomparasikan atau membandingkannya dengan teori sejenis. Maka dari itu, pembahasan kali ini akan membicarakan berbagai teori model atom, dari model atom modern, model atom dalton, model atom thomson, model atom rutherford, dan model atom bohr.

Model Atom Modern

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

Persamaan Schrodinger

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini:

Gambar diatas merupakan model atom mutakhir atau model atom mekanika gelombang yang menggambarkan bahwa awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Ciri Khas Atom Mekanika Gelombang

Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)

Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron

Percobaan Chadwick

Kelemahan Model Atom Modern

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal

Model Atom Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts).

Lavosier mennyatakan bahwa "Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi". Sedangkan Prouts menyatakan bahwa "Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap". Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom yakni : "Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi".

Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Dalam studi Fisika kita mengenal Teori Atom Dalton yang menyatakan bahwa : "Atom adalah partikel terkecil dan tidak dapat dibagi lagi"

Percobaan Lavoisier

Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama.

Percobaan Joseph Pruost pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap. Hal ini didasarkan pada hasil pengamatan berikut :

Kelebihan dan Kelemahan Teori Atom Dalton

+ Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom
- Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus - listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menghantarkan arus listrik.

Model Atom Thomson

Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.

Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson.Yang menyatakan bahwa: "Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron"

Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal.

Percobaan Sinar Katode

Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson

+ Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.
- Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Model Atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden)melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas.

Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.

Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesimpulan beberapa berikut:
"Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif."

Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.

Percobaan Rutherford

Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Rutherford

+ Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti.
- Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama - kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar. Lama kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang tali tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.

Model Atom Bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:

Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.

Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.

Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.

Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

Percobaan Bohr

Kelebihan dan Kelemahan Teori Atom Bohr

+ Atom Bohr menyatakan bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.
- Model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack

Baca Selengkapnya ..

Pusat Massa dan Titik Berat

STATIKA adalah ilmu kesetimbangan yang menyelidiki syarat-syarat gaya yang bekerja pada sebuah benda/titik materi agar benda/titik materi tersebut setimbang.

PUSAT MASSA DAN TITIK BERAT

Pusat massa dan titik berat suatu benda memiliki pengertian yang sama, yaitu suatu titik tempat berpusatnya massa/berat dari benda tersebut. Perbedaannya adalah letak pusat massa suatu benda tidak dipengaruhi oleh medan gravitasi, sehingga letaknya tidak selalu berhimpit dengan letak titik beratnya.

1. PUSAT MASSA

Koordinat pusat massa dari benda-benda diskrit, dengan massa masing-masing M1, M2,....... , Mi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2),........, (xi,yi) adalah:

X = (å Mi . Xi)/(Mi)
Y = (å Mi . Yi)/(Mi)

2. TITIK BERAT (X,Y)

Koordinat titik berat suatu sistem benda dengan berat masing-masing W1, W2, ........., Wi ; yang terletak pada koordinat (x1,y1), (x2,y2), ............, (xi,yi) adalah:

X = (å Wi . Xi)/(Wi)
Y = (å Wi . Yi)/(Wi)

LETAK/POSISI TITIK BERAT

1. Terletak pada perpotongan diagonal ruang untuk benda homogen berbentuk teratur.
2. Terletak pada perpotongan kedua garis vertikal untuk benda sembarang.
3. Bisa terletak di dalam atau diluar bendanya tergantung pada homogenitas dan bentuknya.

TITIK BERAT BEBERAPA BENDA

Garis lurus
yo = 1/2 AB
z = di tengah-tengah AB

Busur lingkaran
yo = AB/AB .
AB = tali busur
AB = busur AB
R = jari-jari lingkaran

Busur setengah lingkaran
yo = 2.R/p
R = jari-jari lingkaran

Juring lingkaran
yo = AB/AB.2/3.R
AB = tali busur
AB = busur AB
R = jari-jari lingkaran

Setengah lingkaran
yo = 4.R/3 p
R = jari-jari lingkaran

Selimut setengah bola
yo = 1/2 R
R = jari-jari lingkaran

Selimut limas
yo = 1/3 t
t = tinggi limas

Selimut kerucut
yo = 1/3 t
t = tinggi kerucut

Setengah bola
yo = 3/8 R
R = jari-jari bola

Limas
yo = 1/4 t
t = tinggi limas

Kerucut
yo = 1/4 t
t = tinggi kerucut

Cat. : Dalam menyelesaikan persoalan titik berat benda, terlebih dahulu bendanya dibagi-bagi sesuai dengan bentuk benda khusus yang sudah diketahui letak titik beratnya, kemudian baru diselesaikan dengan rumusan yang ada.

Contoh Soal Titik Berat :

Dua silinder homogen disusun seporos dengan panjang dan massanya masing-masing: l1 = 5 cm ; m1 = 6 kg ; l2 = 10 cm ; m2 = 4 kg.
Tentukan letak titik berat sistem silinder tersebut !

Jawab:

Kita ambil ujung kiri sebagai acuan, maka:

x1 = 0.5 . l1 = 2.5 cm
x2 = l2 + 0.5 . l1 = 5 + 5 = 10 cm

X = (å mi . xi)/(mi)
X = (m1.x1) + (m1.x1)/(m1 + m2)

X = (6 . 2.5 + 4 . 10)/(6 + 4)
X = (15 + 40)/(10) = 5.5 cm

Jadi titik beratnya terletak 5.5 cm di kanan ujung m1

sumber : bebas.ui.ac.id dengan perubahan.

Baca Selengkapnya ..

Konsep Gelombang Elektromagnetik

Advance Organizer

Pernahkah kamu membayangkan jika dunia ini tanpa cahaya? Akankah kamu dapat melakukan aktivitas? Tentu jawabnya tak mungkin ada aktivitas, karena untuk melakukan aktvitas manusia perlu tahu tentang keadaan di sekelilingnya. Benda-benda untuk dapat terlihat harus memantulkan cahaya. Tanpa cahaya kamu tak pernah tahu dan tak pernah melihat apa sebenarnya yang ada di sekitarmu. Cahaya termasuk salah satu spektrum gelombang elektromagnetik dapat dilihat oleh mata.

Gelombang elektromagnetik memiliki rentang spektrum dari sinar gamma sampai gelombang radio. Banyak aplikasi teknologi yang berdasar konsep gelombang elektromagnetik ini. Pulsa handphone antara lain dikirim dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Ketika kamu berkomunikasi dengan HP gelombang suaramu diubah menjadi gelombang elektromagnetik oleh sistem relay sehingga pihak yang kamu ajak komunikasi dapat mendengar suaramu.

Konsep Dasar Gelombang Elektromagnetik

Bermula dari banyak pendapat mulai dari Al hasan, Aristoteles, Newton, Planck, Maxwell dan yang lain diyakini spektrum gelombang elektromagnetik adalah berkecepatan cahaya. Perkembangan teori, prinsip, dan konsep gelombang elektromagnetik menghasilkan teknologi tentang gelombang elektromagnetik yang bermanfaat. Aplikasi gelombang elektromagnetik pada berbagai bidang memungkinkan manusia berbuat banyak. Diantaranya bidang telekomunikasi antar wilayah global, bahkan menembus ruang angkasa.

Peranan satelit komunikasi relai yang menangkap gelombang elektromagnetik dan memantulkannya kembali bermanfaat bagi penyiaran gelombang TV, gelombang radio dan gelombang mikro. Dalam bab ini kamu akan memperdalam spektrum dan aplikasi gelombang elektromagnetik.

Penelaahan dalam jangka waktu lama dari gelombang elektromagnetik seiring penyelidikan tentang cahaya mendatangkan pemahaman benar tentang hakekat gelombang elektromagnetik. Spektrum gelombang elektromagnetik telah berhasil dipetakan antara lain terdiri dari sinar gamma, sinar X, sinar ultraviolet, cahaya tampak, sinar inframerah, gelombang mikro, gelombang radar, gelombang TV, dan gelombang radio.Masing-masing memiliki karakteristik yang spesifik dan memiliki kegunaan tertentu.

sumber : http://mustofaabihamid.blogspot.com/2011/02/konsep-dasar-gelombang-elektromagnetik.html

Baca Selengkapnya ..

Generator Frekuensi Radio

Pendahuluan

Pengujian sistem elektronika seringkali memerlukan pemakaian suatu sinyal AC dengan frekuensi dari amplitudo yang diketahui untuk masukan suatu sistem, dan memeriksa hasil yang terjadi di bagian lain dari sistem tersebut. Peralatan elektronika yang memberikan sinyal-sinyal demikian tadi dikenal sebagai generator sinyal frekuensi-audio (AF), generator sinyal frekuensi-radio (RF), dan generator fungsi (beragam bentuk-gelombang).

Generator AF yang sederhana dapat menghasilkan gelombang-sinus, gigi-gergaji atau segitiga, dan tegangan ac gelombang-persegi pada frekuensi dapat dipilih dari 20 sampai dengan lebih dari 20.000 Hz. Tegangan keluarannya dapat berubah-ubah dari 10 V rms menurun sampai nol. Rangkaian yang biasa digunakan adalah osilator umpan-balik (feedback) 360 ° jembatan Wien 2-komponen, yang menghasilkan tegangan ac gelombang-sinus dengan cacat yang sangat kecil.

Sebuah penguat akan meningkatkan keluarannya sampai pada level yang dikehendaki. Untuk menghasilkan tegangan ac gelombang persegi, tegangan ac gelombang sinusnya harus sangat diperkuat tetapi kemudian amplitudonya dipotong dengan diode paralel. generator sinyal AF yang lebih canggih (sophisticated) dapat meliputi lebar-pita yang lebih lebar dan dapat menggunakan rangkaian pembentukan gelombang persegi elektronik, seperti misalnya rangkaian pemicu Schmitt (Schmitt trigger) untuk mendapatkan keluaran gelombang-persegi.

Generator sinyal RF menggunakan osilator frekuensi-variabel, seperti misalnya Hartley atau Colpitts, dengan sebuah kapasitor variabel tetapi dengan enam sampai sepuluh kumparan yang berlainan ukurannya untuk menghasilkan osilasi dari 20 kHz sampai dengan 100 MHz. di samping menghasilkan sinyal gelombang kontinu (continuous wave = CW), sebagian besar osilator-osilator ini menerapkan cara modulasi amplitude (AM) atau modulasi frekuensi (FM) (Bab 17 dan 19) pada keluarannya agar sinyalnya dapat terdengar di penerima.

Untuk pita VHF dan UHF osilator LC, tangki-linear, atau jenis tangki-rongga yang mencakup dari 50 sampai dengan 200 MHz. generator sinyal gelombang-mikro menggunakan beragam jenis osilator untuk mencakup sekitar 2 sampai dengan 20 GHz, dengan “pengganda” untuk menghasilkan sinyal 20 sampai dengan 40 GHz. Di samping CW, sistem-sistem tersebut dapat menggabungkan rangkaian FM dan modulasi-pulsa di dalamnya.

Generator sinyal pemadu ditala dengan sakelar atau tombol-tekan dari 0,01 Hz sampai lebih 1 GHz dengan kestabilan yang berasal dari osilator jam kristal 10 MHz yang dipunyainya , dan dapat mempunyai keluaran CW, AM, dan FM.

Generator fungsi menghasilkan beragam bentuk gelombang, seperti misalnya gelombang-sinus, gelombang-persegi, dan gelombang-segitiga, pulsa-pulsa positif dan negatif dengan berbagai lebar dan bentuk, dan tegangan tanjak (ramp) atau penyapuan (naik-lambat turun-cepat). generator fungsi bekerja dalam daerah frekuensi mulai dari kurang satu hertz sampai lebih dari 10 MHz. generator tersebut dapat berupa osilator LC atau sistem sintesaiser.

Gebagian besar generator sinyal jenis-rekayasa saat ini dibuat agar bekerja pada beban 50ohm atau 600 ohm. Keluarannya dapat diatur dari sekitar 10 V menurun sampai nol.

Pembahasan

Generator Frekuensi Audio Adalah alat tes elektronik yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal atau gelombang listrik. Bentuk gelombang pada umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu sinusoida, persegi, dan segitiga. Pada gambar dapat dilihat salah satu jenis generator Frekuensi Audio.

Dengan generator frekuensi audio ini seorang teknisi dapat melakukan pengetesan suatu alat yang akan dites (devices under test). Dari analisis terhadap hasil berbagai bentuk gelombang respons alat tersebut, akan dapat diketahui ketepatan karakteristik sesuai dengan ketentuan yang dikehendaki.

A. Kegunaan Generator Frekuensi Audio

Adapun kegunaan dari Generator Frekuensi Audio adalah.
· Sebagai pembangkit gelombang listrik sinusoidal, segitiga, dan kotak.
· Untuk memahami bentuk dan pola gelombang listrik.
· Sebagai acuan untuk menyelidiki rangkaian yang kurang baik dari suatu rangkaian/sirkuit listrik atau elektronika
· Dapat digunakan sebagai sumber tegangan/arus AC untuk percobaan rangkaian penguatan transistor.
Selain kegunaan di atas, Generator Frekuensi Audio juga dapat digunakan sebagai media pembelajaran, yakni. sebagai alat yang pendukung pada kegiatan percobaan siswa dalam hal:
· mengenali bentuk gelombang sinus dan kotak;
· mempelajari cara mengukur periode dan frekuensi gelombang;
· sebagai sumber bunyi;
· memperkenalkan perpaduan gelombang bunyi;

B. Konstruksi dan Cara Kerja

Generator Frekuensi audio mempunyai rangkaian jembatan wein sebagai rangkaiannya.
Jembatan Wien terdiri dari 2 pembagi tegangan, yaitu: Rangkaian Wien (R1, C1, R3, C3) dan sebuah rangkaian resistor murni R2 dan R4. Dalam penggunaan normal kesetimbangan jembatan DV’ = Vo – Vo’ = DV’ = 0, yaitu bila Vo = Vo’ se-fase dan se-magnetudo. Kedua kondisi tersebut harus dipenuhi secara serentak dengan menyetimbangkan jembatan AC.

Untuk mendapatkan kondisi setimbang, pertama tegangan keluaran Vo’ dari pembagi potensial bersifat resistif selalu sefasa dengan tegangan masukan Vi’. Kondisi sefasa ini dicapai jika w = wo’ (fasa setimbang). Nilai wo dinyatakan dengan oleh persamaan.

Dalam sebuah jembatan praktis, kapasitor Cl dan C3 adalah kapasitor tetap dan resistor R1 dan R3 adalah resistor variabel yang dikontrol oleh sebuah poros bersama. Dengan menetapkan R2 = 2R4, maka jembatan dapat digunakan sebagai alat pengukur frekuensi yang disetimbangkan oleh suatu pengontrol tunggal. Pengontrol ini dapat dikalibrasi langsung dalam frekuensi.

Sinyal masukan (Vi) dari sumber yang dipilih dengan frekuensi (f) tertentu dilewatkan pada jembatan dan arus akan terbagi pada masing-masing lengan. Dengan memilih nilai-nilai resistor dan kapasitor tertentu sehingga R1 = R2 = R dan C1 = C2 = C sehingga diperoleh frekuensi sebesar:

f = 1/2RC

Dari frekuensi inilah dihasilkan gelombang sinusoidal. Akan tetapi, dewasa ini telah dilakukan penyesuaian sehingga generator bisa menghasilkan tak hanya gelombang sinus, tapi juga gelombang segitiga, dan kotak.

Blok diagram generator audio dapat dilihat pada gambar 2. Pada umumnya frekuensi yang dibangkitkan dapat divariasi dengan mengatur kapasitor dalam rangkaian LC atau RC. Dalam instrumen ini frekuensi dikendalikan oleh variasi arus yang mengemudikan integrator.

Generator audio memberikan keluaran berbentuk gelombang sinus, segitiga dan kotak dengan jangkauan frekuensi dari 20 Hertz sampai 20 kilo Hertz. Frekuensi terkendali tegangan (frequency controlled voltage) mengatur dua sumber arus Upper dan Lower Constant Current Source. Upper Constant Current Source mensuplai arus tetap ke integrator yang menghasilkan tegangan output naik secara linier terhadap waktu, menurut persamaan berikut :
Voutput = -1/C ∫ idt

Kenaikan dan penurunan arus akan mengakibatkan naik atau turunnya slope tegangan output, yang akan mengatur besarnya frekuensi. Tegangan komparator akan mengubah keadaan ke level maksimum tegangan output integrator yang telah ditetapkan. Perubahan ini akan memutus sumber arus konstan Upper beralih ke Lower constant current source

Sumber arus konstan Lower akan mencatu arus balik ke integrator, sehingga tegangan output turun secara linier terhadap waktu. Bila output mencapai batas minimum yang ditetapkan, maka tegangan komparator akan berubah keadaan dan menyambung ke Upper constant current source, demikian seterusnya kembali seperti semula. Dengan demikian terjadilah siklus yang terus menerus.Tegangan output integrator adalah bentuk gelombang segitiga yang besar frekuensinya tergantung pada besar kecil arus yang dicatu oleh kedua sumber arus konstan Upper dan Lower.

Keluaran komparator memberikan tegangan gelombang kotak (SQUARE) dengan duty cycle 50%. Rangkaian diode resistance mengatur slope dari gelombang segitiga (TRIANGLE) sehingga amplitudonya berubah menghasilkan gelombang SINUS dengan distorsi kurang dari 1 %.

Jenis konektor yang dipakai tergantung frekuensi kerjanya. Kebanyakan generator audio generasi terbaru frekuensi kerjanya sampai 20MHz memakai konektor jenis-BNC, dengan terminasi 50 ~ 75 Ω.

Generator frekuensi audio seperti lazimnya kebanyakan generator sinyal, terdapat juga bagian attenuator, beberapa jenis gelombang modulasi output, dan memiliki fasilitas frekuensi gelombang sapuan yang memberi kemampuan untuk pengetesan respons frekuensi dari rangkaian elektronik yang diberikan. Beberapa generator audio dilengkapi kemampuan membangkitkan sinyal derau putih (pink noise).

- Instrumen ini menghasilkan gelombang-gelombang : sinus, segitiga, dan persegi dengan rangkuman frekuensi dari 0,5 Hz sampai 11 KHz.
- Jaringan pengontrol frekuensi diatur oleh cakera frekuensi pada panel depan instrumen atau oleh sebuah tegangan pengontrol yang dimasukkan dari luar. Tegangan pengontrol frekuensi mengatur dua sumber arus.
- Sumber arus atas mensuplai arus yang konstan ke integrator segitiga yang tegangan keluarannya bertambah secara linier terhadap waktu. Tegangan keluaran diberikan oleh hubungan :
eout = - 1/C ∫ i dt …………………… ( * )
- Suatu pertambahan atau penurunan arus yang disuplai dari sumber arus atas akan memperbesar atau memperkecil kemiringan tegangan keluaran. Multivibrator tegangan berubah keadaan pada suatu level yang telah ditentu-kan sebelumnya pada kemiringan tegangan keluaran integrator yang positif. Perubahan keadaan ini akan menghentikan penyaluran arus atas menuju integrator dan menghubungkan suplai arus bawah.
- Sumber arus bawah mensuplai suatu arus balik menuju integrator, sehingga keluarannya berkurang secara linier terhadap waktu. Jika tegangan keluaran mencapai suatu level yang telah ditentukan lebih dahulu dengan kemiringan bentuk gelombang keluaran yang negatif, pembanding tegangan sekali lagi

C. Spesifikasi Alat

Spesifiikasi alat pada generator frekuensi audio lazimnya adalah sebagai berikut.
· Bentuk gelombang keluaran; sinus, segitiga, dan kotak;
· Mempunyai impedansi keluaran dua buah: 8 Ohm, dan 600 Ohm;
· Jangkauan frekuensi keluaran dapat disetel: 1 Hz s.d 11000Hz;
· Daya keluaran : 8 Watt pada beban 8 Ohm;
. Voltage keluaran dapat disetel : 20mV s.d. 200 mV pick-to-pick
· Tegangan daya masukan utama : 220 Volt.

D. Bagian- bagian Generator Frekuensi Audio

Bagian-bagian Generator Frekuensi Audio adalah sebagai berikut.
1. Tombol On-Off/Power
Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan sambungan listrik ke dalam rangkaian generator. Atau berfungsi untuk menyalakan generator.
2. Pengatur Amplitudo (level)
Berfungsi untuk mengatur amplitudo output gelombang yang dihasilkan oleh generator.
3. Pemilih bentuk sinyal / gelombang
Untuk memilih bentuk sinyal. Terdiri dari sinyal/gelombang sinus, persegi, gerigi, dan segitiga
4. Pengatur Frekuensi
Mengatur frekuensi keluaran Generator Frekuensi Audio
5. Pengatur jangkauan Frekuensi (Freq Range)
Untuk mengatur Frekuensi Frekuensi keluaran. Hubungannya dengan pengatur frekuensi adalah bahwa keduanya adalah kontrol dari frekuensi keluaran generator. Sebagai contoh ketika kita meninginkan frekuensi output sebesar 150 Hz, maka yang harus kita lakukan adalah memindahkan Frreq Range pada 100 dan kontrol frekuensi pada 1,5 Hz.
6. Terminal Keluaran 8 ohm
Merupakan bagian yang digunakan untuk menghubungkan Generator Frekuensi Audio pada alat lain untuk mengetahui keluaran generator audio. Kabel yang digunakan adalah kabel daya biasa. Dengan tahanan sebesar 8 ohm.
7. Terminal Keluaran 600 ohm
Bagian yang digunakan untuk menghubungkan audio generator dengan alat lain dengan menggunakan kabel BNC-BNC (misalnya). Dengan Tahanan sebsear 600 ohm.

E. Prosedur Penggunaan

Dalam uraian tentang prosedur pengoperasian generator audio akan dijelaskan cara menghubungkan Generator dengan Osiloskop, antara lain :
1. Siapkan signal audio generaror di atas meja yang dekat dengan stopkontak jaringan PLN.
2. Pasangkan Audio Generator pada stop kontak tersebut.
3. Nyalakan signal dengan menghidupkan tombol power.
4. Setelah itu siapkan osiloskope.
5. Hubungkan keluaran signal dengan osiloskope pada bagian keluaran beban 600 Ohm.
Atau bisa juga dengan menggunakan kabel daya biasa, dengan cara menghubungkan kabel daya yang telah terhubung pada terminal keluaran utama generator tersebut dengan penjepit buaya pada osiloskop yang telah terhubung pada input osiloskop. Nyalakan osiloskope dan tunggu sampai keluar bentuk pola gelombang keluarannya.
6. Atur bentuk tayangan gelombang dengan mengeset osiloskope pada posisi yang mudah diamati.
7. Putar pengatur frekuensi signal sambil memperhatikan bentuk gelombang. Apakah terjadi perubahan. Jika ya berarti signal sudah dapat bekerja dengan baik.

F. Aplikasi penggunaan Generator Audio

Berikut ini adalah aplikasi penggunanaan Generator audio, yakni:
troubleshooting dengan teknik signal tracing, penggunaan generator audio sebagai bias dan sumber sinyal, karakteristik penguat dengan beban lebih (overload), , pengetesan speaker dan rangkaian impedansi. Uraian berikut akan berisi penjelasan cara pengetesan, setting up peralatan, dilengkapi dengan uraian dan gambar kerja tentang pelaksanaan pengetesan masing-masing.

1. Troubleshooting dengan teknik signal tracing

Salah satu teknik troubleshooting untuk mencari kerusakan pada komponen system audio adalah, dengan mengijeksikan sinyal dari generator frekuensi audio pada bagian input alat yang akan dites. Kemudian osiloskop dipakai untuk memeriksa output setiap tingkat dari penguat. Hal ini dimulai dari bagian input dan bergerak kearah output. Bila suatu tingkat memberikan sinyal output yang cacat atau tidak ada output sama sekali, maka dapat diduga pada tingkat tersebut terdapat kerusakan. Sinyal input yang lazim digunakan berbentuk sinusoida dengan amplitudo rendah, sedemikian rupa supaya tidak menimbulkan cacat bentuk pada tingkat berikutnya. Pada gambar 14 dapat dilihat troubleshooting pada rangkaian penguat audio menggunakan teknik signal tracing.

Teknik yang sama dapat diterapkan pada peralatan nonaudio. Umumnya generator frekuensi audio dapat menghasilkan sinyal sampai 2 MHz, bahkan beberapa model mampu memberikan frekuensi sampai 10 MHz atau lebih tinggi. Pada teknik sinyal tracing ini tidak diperlukan tegangan DC-offset dari generator frekuensi audio, walaupun rangkaian penguat audio menggunakan kopling kapasitor yang mampu memblokir tegangan DC yang berasal dari sumber.

2. Penggunaan generator fungsi sebagai bias dan sumber sinyal

Beberapa generator audio modern mampu mencampurkan tegangan DC-offset pada tegangan output ACnya.
Seperti nampak pada gambar 15 kemampuan ini dapat dipakai untuk membias transistor penguat yang dites dengan melengkapi komponen AC dari sinyal input. Dengan mengamati output penguat pada osiloskop, amplitudo dan bias transistor dapat dioptimalkan pada output tidak cacat. Dengan melakukan variasi DC-offset, maka pengaruh beberapa bias (klas A, B dan C) dapat ditentukan.

3. Karakteristik beban lebih pada amplifier

Titik beban lebih (overload) dari beberapa penguat sulit ditentukan dengan cara pengetesan menggunakan input gelombang sinusoida. Bentuk gelombang segitiga merupakan bentuk gelombang ideal untuk keperluan ini, karena setiap titik awal dari linieritas mutlak suatu gelombang dapat dideteksi dengan baik. Dengan output segitiga kondisi puncak pembebanan lebih dari sebuah penguat akan mudah ditentukan.

4. Pengetesan speaker dan rangkaian impedansi

Generator fungsi dapat dipakai untuk memperoleh informasi mengenai impedansi input suatu speaker atau sembarang rangkaian impedansi yang lain terhadap frekuensi. Dengan kata lain frekuensi resonansi rangkaian dapat ditentukan. Adapun prosedur pengetesannya adalah sebagai berikut:

1. Hubungkan peralatan seperti tertera pada gambar 17 osiloskop dapat dipakai untuk memastikan apakah output generator fungsi tidak dalam kondisi terpotong.
2. Bila menggunakan metode voltmeter, variasikan nilai frekuensi sampai range penuh dan logaritmik tegangan terukurpada terminal speaker terhadap frekuensi. Skala dB dari Voltmeter AC sesuai untuk mengkonversi data ke dalam satuan respons standar.
3. Bila memilih menggunakan CRO, maka gunakan sweep untuk pengukuran respons frekuensi.
4. Dalam pengetesan speaker tegangan sinyal percakapan akan naik pada frekuensi rendah. Frekuensi resonansi dihasilkan seperti pada kurva gambar 18. Hal ini sangat dipengaruhi oleh konstruksi kotak speaker. Para perancang kotak speaker dapat menggunakan karakteristik yang dihasilkan, untuk mengevaluasi pengaruh berbagai faktor seperti bahan peredam, jenis bahan kotak speaker, dan tentu saja jenis speakernya sendiri.
5. Dalam pengetesan rangkaian impedansi, tidak perlu terjadi resonansi pada frekuensi rendah. Tetapi bila mendekati resonansi level sinyal akan naik. Impedansi rangkaian dapat diukur pada frekuensi resonansi, atau pada frekuensi lain bila dikehendaki, dengan cara seperti berikut :
(a) Hubungkan resistor variabel non-konduktif, seperti pada gambar 18.
(b) Ukur tegangan pada titik E1 dan E2 dan atur resistor variabel R1, sehingga tegangan E2 = ½ dari E1.
(c) Impedasi dari rangkaian = nilai resistor variabel R1 yang diperoleh.

F. Keselamatan Kerja

1. Periksa apakah tegangan pada ground Generator terhadap netral stop kontak tetap 0 Volt.
2. Bila ternyata tegangan ground tersebut tidak sama dengan nol, laporkan pada teknisi atau instruktur, hentikan sementara percobaan
3. Jangan biasakan memutar tombol-tombol kontrol diluar ketentuan praktikum
4. Jangan coba masukkan tegangan DC atau apapun keterminal output Generator.
5. Jangan menggunakan Generator pada tempat yang bersuhu sangat tinggi, kelembaban tinggi dan dalam medan elektromagnetik tinggi.
6. Simpanlah Generator di tempat yang sejuk, dan bebas debu. Sebaiknya disimpan dalam almari tertutup dan berilah silika-gel untuk menghindari kelembaban dalam almari.

sumber : http://mustofaabihamid.blogspot.com/2011/03/generator-frekuensi-audio.html

Baca Selengkapnya ..

Gas Ideal dan Gas Nyata

a. Persamaan keadaan van der Waals

Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hukum Charles, yakni hukum gas ideal , disebut gas ideal. Namun, didapatkan, bahwa gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal. Semakin tinggi tekanan gas, atau dengan dengan kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya.

Paling tidak ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. Peratama, definisi temperatur absolut didasarkan asumsi bahwa volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan. Molekul gas pasti memiliki volume nyata walaupun mungkin sangat kecil. Selain itu, ketika jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul.

Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Sehingga didapat:

[P + (n^2a/V^2)] (V – nb) = nRT

a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals (Tabel 6.1). Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhbungan denagn kemudahan gas tersebut dicairkan.

Tabel 1 : Nilai tetapan gas yang umum kita jumpai sehari-hari.

b. Temperatur dan tekanan kritis

Karena uap air mudah mengembun menjadi air, telah lama diharapkan bahwa semua gas dapat dicairkan bila didinginkan dan tekanan diberikan. Namun, ternyata bahwa ada gas yang tidak dapat dicairkan berapa besar tekanan diberikan bila gas berada di atas temperatur tertentu yang disebut temperatur kritis. Tekanan yang diperlukan untuk mencairkan gas pada temperatur kritis disebut dengan tekanan kritis, dan wujud materi pada temperatur dan tekanan kritis disebut dengan keadaan kritis.

Temperatur kritis ditentukan oleh atraksi intermolekul antar molekul-molekul gas. Akibatnya temperatur kritis gas nonpolar biasanya rendah. Di atas nilai temperatur kritis, energi kinetik molekul gas jauh lebih besar dari atraksi intermolekular dan dengan demikian pencairan dapat terjadi.

Tabel 2 : Temperatur dan tekanan kritis beberapa gas yang umum dijumpai.

c. Pencairan gas

Di antara nilai-nilai koreksi tekanan dalam tetapan van der Waals, H2O, amonia dan karbon dioksida memiliki nilai yang sangat besar, sementara oksigen dan nitrogen dan gas lain memiliki nilai pertengahan. Nilai untuk helium sangat rendah.

Telah dikenali bahwa pencairan nitrogen dan oksigen sangat sukar. Di abad 19, ditemukan bahwa gas-gas yang baru ditemukan semacam amonia dicairkan dengan cukup mudah. Penemuan ini merangsang orang untuk berusaha mencairkan gas lain. Pencairan oksigen atau nitrogen dengan pendinginan pada tekanan tidak berhasil dilakukan. Gas semacam ini dianggap sebagai “gas permanen” yang tidak pernah dapat dicairkan.

Baru kemudian ditemukan adanya tekanan dan temperatur kritis. Hal ini berarti bahwa seharusnya tidak ada gas permanen. Beberapa gas mudah dicairkan sementara yang lain tidak. Dalam proses pencairan gas dalam skala industro, digunakan efek Joule-Thomson. Bila suatu gas dimasukkan dalam wadah yang terisolasi dengan cepat diberi tekan dengan menekan piston, energi kinetik piston yang bergerak akan meningkatkan energi kinetik molekul gas, menaikkan temperaturnya (karena prosesnya adiabatik, tidak ada energi kinetik yang dipindahkan ke dinding, dsb).

Proses ini disebut dengan kompresi adiabatik. Bila gas kemudian dikembangkan dengan cepat melalui lubang kecil, temperatur gas akan menurun. Proses ini adalah pengembangan adiabatik. Dimungkinkan untuk mendinginkan gas dengan secara bergantian melakukan pengembangan dan penekanan adiabatik cepat sampai pencairan.

Dalam laboratorium, es, atau campuran es dan garam, campuran es kring (padatan CO2) dan aseton biasa digunakan sebagai pendingin. Bila temperatur yang lebih rendah diinginkan, nitrogen cair lebih cocok karena lebih stabil dan relatif murah.

sumber : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/gas1/gas-ideal-dan-gas-nyata/

Baca Selengkapnya ..

Simbol - Simbol dalam Fisika

Fisika menciptakan berbagai macam besaran dan satuan untuk menggambarkan peristiwa-peristiwa alam (juga yang buatan) yang terjadi. Untuk menuliskannya, diciptakanlah simbol yang berhubungan dengan penyebutannya, yang berasal dari beberapa sumber.

Beberapa besaran dan satuan dinamai dengan nama penemunya, sedangkan lainnya dinamai dalam bahasa Inggris. Lainnya bahkan lebih ajaib lagi. Semua simbol tersebut tentu perlu dipersingkat penulisannya, sering kali menjadi satu huruf saja.

Huruf apa saja yang dipakai oleh para ahli fisika? Berikut ini contohnya.

A: Ampere, satuan arus listrik; a untuk akselerasi atau percepatan.
B: Medan induksi magnet. Mungkin berasal dari Biot-Savart.
C: Coulomb, satuan muatan listrik; c untuk kecepatan cahaya.
D: Medan listrik pergeseran (displacement); d sering dipakai untuk jarak (distance)
E: Energi; medan listrik (electric field). e untuk muatan listrik elektron.
F: Gaya (force); f untuk frekuensi.
G: konstanta gravitasi Newton; g dipakai untuk percepatan gravitasi.
H: Medan magnet akibat arus listrik. Juga H untuk Henry, satuan induktansi. h untuk konstanta Planck.
I: Arus listrik.
J: Joule, satuan energi. Juga untuk rapat arus listrik.
K: Biasa dipakai sebagai konstanta (misal: F = k q1 q2 / r2 ). k untuk konstanta Boltzmann.
L: Liter; momentum sudut; bilangan kuantum orbital. Juga biasa dipakai untuk panjang (length).
M: Massa, magnetisasi, meter.
N: Newton, satuan gaya. Juga bilangan kuantum utama dan jumlah partikel (number) dalam mol.
O: Baiklah, huruf ini tidak dipakai karena bentuknya mirip angka nol. Kalau saja bentuknya lain, mungkin akan dipakai sebagai satuan resistansi, Ohm.
P: Daya (power); tekanan (pressure); polarisasi listrik; p untuk momen dipol listrik dan momentum linear.
Q: Sering dipakai dalam termodinamika untuk usaha. q untuk muatan listrik.
R: biasa dipakai untuk jari-jari lingkaran (radius) dan jarak (range).
S: Entropi. s untuk detik (second) dan spin dalam fisika kuantum.
T: Waktu; periode; temperatur. Juga T untuk Tesla, satuan untuk medan induksi magnet.
U: Energi dalam. Kadang-kadang dipakai untuk menyatakan kecepatan, jika huruf v sudah dipakai.
V: Kecepatan, dari velocity. Juga besaran dan satuan tegangan listrik (Voltase dan Volt) dan potensial pada umumnya.
W: Usaha (Work). Watt adalah satuan daya.
X,Y,Z dipakai sebagai koordinat. Y untuk modulus Young; dalam fisika nuklir, Z menyatakan jumlah proton dalam inti.

Bahkan setelah menghabiskan (hampir) semua huruf dalam alfabet Latin, para fisikawan masih merasa belum cukup. Mereka mengeluarkan persediaan huruf Yunani:

α (alfa): Percepatan sudut.
β (beta), γ (gamma): Jenis radiasi nuklir, bersama-sama dengan α. Dalam relativitas khusus, γ berarti faktor Lorentz.
δ (delta): Fungsi delta Dirac.
ε (epsilon): konstanta permitivitas listrik.
η (eta): Dalam beberapa kesempatan, berarti efisiensi.
θ (theta): Sudut.
κ (kappa): Modulus Bulk.
λ (lambda): Panjang gelombang; rapat muatan listrik per satuan panjang.
μ (mu): Momen magnetik. Juga dipakai untuk menyatakan permeabilitas magnetik.
ν (nu): Frekuensi.
ξ (xi): Satu jenis baryon dinamai dengan huruf besarnya (Ξ)
π (pi): Selain untuk bilangan 3,1415926535… juga untuk parity yang berhubungan dengan simetri.
ρ (rho): Rapat massa atau muatan listrik per satuan volum, juga resistivitas listrik (hambat jenis).
σ (sigma): Konduktivitas listrik; rapat muatan listrik per satuan luas. Juga untuk konstanta Stevan-Boltzmann.
τ (tau): Torsi.
φ (phi): Dalam huruf besarnya (Φ) berarti fluks magnet.
χ (chi): Suseptibilitas. χm untuk magnet dan χe untuk listrik.
ψ (psi): Dalam fisika kuantum, digunakan untuk menyatakan fungsi gelombang, yang menyatakan keadaan.
ω (omega): Kecepatan sudut. Huruf besarnya, Ω, untuk Ohm.

sumber : http://ferry18abc.blogspot.com/2010/02/simbol-simbol-dalam-fisika.html

Baca Selengkapnya ..

Prinsip Gaya Angkat Pesawat Terbang

Para penemu pesawat, yang pertama kali menciptakan pesawat, diilhami oleh burung. Burung punya sayakkan seperti sayap burung. Kegunaan sayap pada pesawat adalah untuk membuat perbedaan ap, maka pesawat juga diberi sayap. Tapi, sayap pesawat bu badan pesawat. Kecepatan angin di atas badan pesawat lebih cepat daripada kecepatan angin di bkan berarti untuk dikepak-kepkecepatan angin di atas badan pesawat dan di bawahawah. Pada giliranya, ini akan memicu perbedaan tekanan udara di atas badan pesawat dan di bawah badan pesawat.

Tekanan udara di atas badan pesawat akan lebih kecil di bawah badan pesawat, sehingga si pesawat bisa mendongak ke atas. Selama penerbangan, ada empat gaya yang bekerja. Pertama, yaitu gaya angkat atau gaya ke atas. Kedua, gaya berat atau gaya ke bawah. Ketiga, gaya maju. Dan keempat, gaya ke belakang.

Gaya berat bekerja menarik benda kembali ke bumi. Contohnya, kalau kita lempar batu ke atas, makan akan jatuh lagi ke bawah. Sementara itu, gaya ke belakang, contohnya, kalau kita mengendarai sepeda, maka terasa ada hambatan dari depan. Nah, gaya angka dan gaya maju merupakan gaya kunci untuk penerbangan. Kedua gaya itu diperhitungkan untuk mengatasi gaya berat dan gaya ke belakang.

Gaya angkat dihasilkan oleh permukaan sayap yang dirancang agar tekanan udara di atas permukaan lebih kecil daripada di bagian bawah. Sedangkan gaya maju bekerja agar pesawat tetap berada di udara. Gaya maju ini menarik pesawat ke arah depan. Gaya maju ini diperoleh dari putaran baling-baling mesin atau dorongan mesin jet. Nah, jadi, gaya maju dan gaya angkat akan bekerja bersamaan untuk menarik pesawat ke arah depan dan meninggalkan darat.

Suatu pernyataan da Vinci yang begitu visioner adalah metode separasi. Sekitar 1500 tahun yang lalu da Vinci telah mengemukakan bahwa untuk bisa terbang cukuplah dilakukan dengan sayap tetap dan memberinya gaya dorong. Hal ini didasari dari hasil pengamatannya dari teknik burung untuk terbang. Menurutnya, sayap burung terdiri dari dua bagian yang memiliki fungsi masing-masing. Bagian pangkal sayap burung yang relatif tetap (fixed) berfungsi membangkitkan gaya angkat. Sedangkan bagian ujung sayap burung berfungsi untuk mengepak dan membangkitkan gaya dorong. Separasi gaya menjadi gaya angkat dan gaya dorong inilah yang sampai sekarang dipakai untuk menciptakan mesin terbang.

Lalu bagaimana pesawat udara dapat terbang? Adalah suatu yang salah jika kita berfikir bahwa mesin (engine) lah menyebabkan pesawat dapat terbang. Pada dasarnya, sayap lah yang memberi gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang, sedangkan engine hanya memberi gaya dorong (thrust) untuk bengerak maju. Jadi, kesimpulan mudahnya adalah bahwa pesawat udara (bukan pesawat antarikasa) dapat terbang karena memiliki sayap.

Pertanyaan selanjutnya, bagaimana gaya angkat (lift) dapat terbangkit di sayap? Secara mudah dapat dijelaskan bahwa gaya angkat terbangkitkan karena ada perbedaan tekanan di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Bentuk airfoil sayap diciptakan sedemikian rupa agar tercipta karakteristik aliran yang sesuai dengan keinginan. Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah permukaan sayap. Sesuai hukum Bernoulli semakin cepat kecepatan aliran maka tekanannya makin rendah. Besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan Luas permukaan sayap, kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat.

Jadi, untuk pesawat udara, engine berfungsi memberikan gaya dorong agar pesawat dapat bergerak maju. Akibat gerak maju pesawat maka terjadi gerakan relatif udara di permukaan sayap. Dengan bentuk geometri airfoil tertentu dan sudut serang sayap (angel of attack) tertentu maka akan menghasilkan suatu karakteristik aliran udara dipermukaan sayap yang kemudian akan menciptakan beda tekanan dipermukaan atas dan permukaan bawah sayap yang kemudian membangkitkan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang.

Ada 4 gaya yang bekerja pada pesawat udara selama penerbangan yaitu Gaya angkat ( LIFT) atau gaya keatas, Gaya berat ( WEIGHT ) atau gaya kebawah, selanjutnya Gaya maju ( THRUST ) serta Gaya kebelakang ( DRAG ). Dua gaya berikut dapat mudah dipahami. Gaya berat ( WEIGHT ) bekerja menarik benda kembali ke bumi, sebagai contoh apabila kita melemparkan batu ke atas maka akan jatuh. Selanjutnya apabila kita mengendarai sepeda, maka terasa hambatan dari depan.

Perhatikan gambar berikut :

Sumber : Federasi Aerosport Indonesia Aeromodelling

Gaya lain yang bekerja pada pesawat selama diudara yaitu LIFT dan THRUST yang keduanya merupakan kunci untuk penerbangan. Gaya-gaya tersebut oleh para perancang pesawat diperhitungkan untuk mengatasi DRAG dan WEIGHT. Gaya angkat ( LIFT ) dihasilkan oleh permukaan sayap yang dirancang agar tekanan udara diatas permukaan lebih kecil dari bagiah bawah. Gaya-gaya lain yang bekerja untuk menjaga agar pesawat tetap berada di udara yaitu THRUST. Gaya ini menarik pesawat kearah depan, biasanya gaya ini diperoleh dari putaran baling-baling ( PROPELLER ) mesin atau dorongan mesin jet. Gaya maju ( THRUST ) dan gaya angkat ( LIFT ) akan bekerja bersamaan untuk menarik pesawat kearah depan dan meninggalkan darat.

sumber : http://ilmukuluas.blogspot.com/2009/07/mangapa-pesawat-bisa-terbang.html

Baca Selengkapnya ..

Pencacah Geiger

Pencacah Geiger, atau disebut jugaPencacah Geiger-Müller adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah Geiger bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung Geiger-Müller, sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor ketikapartikel atau foton radiasi menyebabkan gas (umumnya Argon) menjadi konduktif.

Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bisa berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel. Pada kondisi tertentu, pencacah Geiger dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma, walaupun tingkat reliabilitasnya kurang. Pencacah geiger tidak bisa digunakan untuk mendeteksi neutron.

Tabung Geiger-Müller

Sebuah tabung Geiger-Muller (or tabung GM ) adalah unsur pengindera ( sensor ) dari sebuah Geiger counter yang dapat mendeteksi sebuah partikel tunggal dari sebuah radiasi ionisasi. Adalah Hans Geiger yang memberinya nama tabung GM pada tahun 1908. Dan Walther Müller berkolaborasi dengan Geiger dalam pengembangan yang lebih lanjut pada tahun 1928. Ini adalah jenis gas ionisasi detektor dioperasikan dengan tegangan di Geiger plateau (daerah plato ).

Daerah plato

Daerah plato adalah tegangan dalam rentang counter Geiger-Müller beroperasi. Tergantung pada karakteristik spesifik pencacahan ( ukuran, jenis gas dll), lebih tepatnya tegangan jangkauannya berbeda-beda. Di wilayah ini, potensi perbedaan di pencacahan cukup kuat untuk mengionisasi semua gas di dalam tabung, tergantung pemicu radiasi ionisasi yang masuk (alfa, beta atau radiasi gamma).

Dataran di bawah tegangan tinggi ( plateau ) tidak cukup untuk menyebabkan discharge; dimana Townsend avalanche yang dibatasi adalah hasil, dan tabung bertindak sebagai counter proporsional, dan pulsa ukuran output tergantung pada awal ionisasi yang dibuat oleh radiasi. Tegangan yang lebih tinggi menyebabkan fenomena yang disebut quenching yang dikenakan ion-ion positif yang diambil ke katoda sehingga membuat pulsa terus listrik di pencacah.

Dataran akan condong sedikit jika terjadi peningkatan kepekaan terhadap energi radiasi rendah, hal ini disebabkan oleh peningkatan tegangan pada perangkat. Normalnya bila partikel memasuki tabung dan mengionisasi salah satu gas atom, ionisasi gas akan terjadi. Sekali energi partikel yang rendah memasuki counter, ada kemungkinan bahwa energi kinetis di samping potensi energi dari tegangan yang mencukupi untuk tambahan ionisasi terjadi, maka ion terekombinasi. Pada tegangan yang lebih tinggi, dengan ketinggian minimum untuk radiasi tingkat tetes, maka sensitivitas pencacah meningkat.

daerah plato untul GM

Penilaian karakteristik detektor GM ditentukan oleh bentuk platonya. Detektor GM yang baik mempunyai panjang plato sekitar 200 Volt, kemiringan atau slopnya cukup kecil. Tegangan kerja detektor GM pada umumnya terletak antara 1,3 sampai 0,5 panjang plato, dihitung dari titik V1.

Keterangan dan operasi

Sebuah tabung Geiger-Müller terdiri dari tabung yang diisi gas dengan tekanan rendah (0,1 ~ ATM) seperti helium, neon atau Argon, dalam beberapa kasus pada Penning mixture dan uap organik atau halogen berisi gas dan elektroda, diantaranya ada beberapa ratus tegangan volt, tapi tidak ada arus listrik yang mengalir. Dinding dari tabung yang baik di dalam atau di luarnya adalah logam, atau bagian dalammnya hanya dilapisi dengan logam atau grafit untuk membentuk katoda sedangkan anode adalah kawat yang lulus dari pusat tabung.

Ketika ionisasi radiasi melewati tabung, beberapa molekul gas terionisasi, menciptakan ion positif dan elektron. Kuatnya medan listrik dibuat oleh tabung elektroda yang membuat ion-ion bergerak menuju katoda dan elektron menuju anode. Pasangan ion yang cukup mendapatkan energi untuk mengionisasi molecules gas melalui tabrakan pada prosesnya, menciptakan avalanche dari partikel.

Hasilnya secara singkat, pulsa yang saat ini yang lewat (atau cascades) dari elektroda negatif ke elektroda positif diukur atau dihitung.

Jumlah pulsa per detik menunjukan intensitas medan radiasi. Beberapa pencacah Geiger menampilkan rata-rata pengeksposan (mR·h), namun ini tidak berhubungan dengan mudah ke tingkat dosis.

Quenching

Dari mekanisme deteksi diketahui bahwa ion positif yang tiba pada dinding detektor setelah terjadinya pulsa akan menyerahkan energi kinetiknya kepada dinding detektor. Energi yang diserahkan ini sebagian besar diubah dalam bentuk panas. Sedangkan energi yang semula sibawa oleh ion positif digunakan untuk mengeksitasi atom dari dinding. Salam proses kembali ke tingkat dasarnya, atom tersebut akan melepas energi eksitasi melalui pemancaran sinar foton ultra violet. Pada saat demikian medan listrik sekitar anoda sudah kembali sepenuhnya ke intensitas semula.

Dalam keadaan demikian interaksi antara foton ultraviolet dengan gas di dalam detektor mungkin dapat menimbulkan prose avalanche. Proses avalanche ini menyebabkan gangguan pada pencacahan atau spurious count. Hal ini harus dicegah, pencegahan ini disebut dengan quenching atau pemadaman, atau pemuduran, atau pendinginan. Quenching dapat dilakukan secara elektronis, yaitu dengan menurunkan tegangan anoda setelah terjadinya denyut (pulsa) sampai semua ion positif terkumpul.

Cara quenching yang lain adalah secara kimia, yaitu dengan menggunakan gas polyatom, seperti gas halogen, metana, gas ether dan alkohol. Quenching dengan cara kimia disebut juga self quenching. Gas quenching dapat menyerap foton ultraviolet tanpa mengalami ionisasi. Foton ultraviolet yang diserap gas quenching akan hilang dengan cara mendisosiasi gas polyatom. Detektor dengan cara quenching dapat hidup selama molekul gas quenching masih cukup. Umur atau wakyi hidup detektor biasanya ditentukan oleh banyaknya radiasi yang tertangkap, umurnya berorde sekitar 108 cacahan.

Apabila sebagai gas quenching digunakan gas halogen maka setelah gas halogen menyerap energi foton ultraviolet tidak akan mengalami disosiasi. Oleh karena itu detektor GM yang menggunakan gas halogen mempunyai umur yang tidak dibatasi oleh jumlah cacahan ya ng dihasilkan detektor. Dalam hal ini detekyor yang menggunakan gas halogen umurnya dipengaruhi oleh keadaan katodenya, apakh sudah termakan gas halogen atau belum. Perlu diketahui bahwa gas halogen bersifat sangat reaktif dan mudah membentuk radikal bebas.

Resolving Time

Apabila ada dua zarah radiasi masuk ke dalam detektor berurutan dalam waktu yang berdekatan maka peristiwa avalanche ion dari zarah radiasi pertama akan melumpuhkan detektor.

Selama beberapa saat detektor tak dapat mencatat adanya zarah radisi yang datang kemudian dalam waktu yang sangat berdekatan dengan zarah radiasi yang datang pertama. Intensitas medan listrik yang paling besar adalah di daerah pemukiman anoda, karena avalanche pengionan bermula di daerah yang sangat dekat dengan anoda dan dengan cepat akan melebar ke sepanjang anoda.

Ion negatif (elektron) yang terbentuk bergerak ke arah anoda, sedang ion positif bergerak ke arah katoda. Elektron bergerak sangat cepat dan terkumpul di anoda dalam waktu yang jauh lebih cepat bila dibandingkandengan waktu yang diperlukan oleh ion positif untuk sampai di katoda.

Waktu yang diprlukan untuk mengumpulkan ion positif yang terbentuk di dekat pemukiman anoda akan mengikuti persamaan berikut:

Dengan catatan:

a = jari-jari anoda (cm)
b = jari-jari katoda (cm)
p = tekanan gas di dalam detektor
V = beda potensial antara elektroda (Volt)
µ = mobilitas ion positif [(cm/s)(V/cm)], untuk udara µ = 1070, untuk Argon, µ = 1040

Ion positif yang bergerak perlahan ini akan membentuk tabir pelindung di sekeliling anoda yang bermuatan positif. Hal ini menyebabkan sangat turunnya medan listrik di sekeliling anoda dan karena itu tak mungkin terjadi avalanche oleh lewatnya zarah radiasi berikutnya.

Bilamana ion bergerak ke arah katoda, intensitas medan listrik bertambah, sehingga pada suatu saatavalanche akan mulai lagi. Waktu yang diperlukan untuk mengembalikan intensitas medan ke harga semula disebut waktu mati atau dead time.

Pada akhir periode waktu mati, meskipun dapat terjadi avalanche lagi, tetapi denyut keluaran belum tertangkap lagi untuk menghasilkan pula pada detektor GM. Ketika ion positif meneruskan perjalanannya menuju ke dinding katoda, denyut keluaran yang dihasilkan dari zarah radiasi lain akan bertambah besar. Bila denyut keluaran sudah cukup tinggi dan dapat melampaui batas diskriminator maka akan dapat di cacah.

Dalam keadaan ini detektor dapat dikatakan telah “pulih” kembali dari keadaan mati. Selang waktu antara akhir waktu mati dengan “pulih kembali penuh” disebut sebagai waktu pemulihan atau recovery time.

Jumlah waktu mati atau dead time ditambah dengan waktu pemulihan atau recovery time disebut resolving time. Resolving time dapat didevinisikan sebagai waktu minimum yang diperlukan agar zarah radiasi berikutnya dapat dicatat setelah terjadinya pencatatan atas zarah radiasi yanng datang sebelumnya. Resolving time berorde sekitar 100 mikrodetik atau lebih. Untuk detektor proporsional jauh lebih cepat bila dibandingkan dengan detektor Geiger Muller, yaitu sekitar beberapa mikro detik saja.

Cara penentukan Resolving Time

Pada laju cacahan yang sangat tinggi, jumlah zarah yang tak dapat tercatat karena masuk detektor dalam selang resolving time, cukup berarti. Oleh karena itu perlu dilakukan koreksi terhadap resolving time ini.

Resolving time dapat ditentukan melalui dua sumber radiasi. Dua buah sumber radiai yang berintensitas sama, dicacah. Pertama, dicacah sendiri-sendiri sehingga akan memberikan hasil cacahan N1 dan N2. Kemudian dicacah bersama-sama yang akan menghasilkan pencacahan N12. Secara teoritis apabila tidak ada cacahan yang hilang karena adaanya resolving tadi, maka:

N12 = N1 + N2

Akan tetapi dalam kenyataannya harga:

N12 N1 + N2

Dalam hal ini resolving time dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut

N1, N2, N12, dan Nb adalah jumlah cacah persatuan waktu. Di dalam persamaan tersebut Nb adalah jumlah cacah latar atau background counting. Oleh karena N12 harganya hampir sama dengan N1 + N2 maka percobaan untuk mengukur besarnya harga resolving time memerlukan ketelitian yang tinggi.

Apabila laju pencacahan dalam pengukuran diketahui sama dengan N0 dan harga resolving time T diketahui, maka laju pencacahan yang sebenarnya yaitu pencacahan yang akan diperoleh seandainya tidak ada kehilangan karena adanyja resolving time.

N sebenarnya = N0 / ( 1 - N0T )

Jadi dalam melakukan laju pencacahan dengan menggunakan detektor GM jangan lupa untuk mengoreksi hasil pencacahan dengan harga resolving time.

sumber :
physics.indstate.edu/swez/MPLab/gm%20counting.htm
http://id.wikipedia.org/wiki/Pencacah_Geiger
http://en.wikipedia.org/wiki/Geiger-M%C3%BCller_tube
http://meoagung.blogspot.com/2010/03/pencacah-geiger.html

Baca Selengkapnya ..

Teori Relativitas Einstein

Teori Relativitas Einstein adalah teori yang sangat terkenal, tetapi sangat sedikit yang kita pahami. Utamanya, teori relativitas ini merujuk pada dua elemen berbeda yang bersatu ke dalam sebuah teori yang sama: relativitas umum dan relativitas khusus. Theori relativtas khusus telah diperkenalkan dulu, dan kemudian berdasar atas kasus-kasus yang lebih luas diperkenalkan teori relativitas umum.

Konsep teori relativitas

* Teori relativitas khusus Einstein-tingkah laku benda yang terlokalisasi dalam kerangka acuan inersia, umumnya hanya berlaku pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya.

o Transforasi Lorentz-persamaan transformasi yang digunakan untuk menghitung perubahan koordinat benda pada kasus relativitas khusus.

o Teori relativitas umum Einstein-Teori yang lebih luas, dengan memasukkan graviti sebagai fenomena geometris dalam sistem koordinat ruang dan waktu yang melengkung, juga dimasukkan kerangka acuan non inersia (misalnya, percepatan).
Prinsip relativitas fundamental.

Apakah relativitas itu?

Relativitas klasik (yang diperkenalkan pertama kali oleh Galileo Galilei dan didefinisikan ulang oleh Sir Isaac Newton) mencakup transformasi sederhana diantara benda yang bergerak dan seorang pengamat pada kerangka acuan lain yang diam (inersia).

Jika kamu berjalan di dalam sebuah kereta yang bergerak, dan seseorang yang diam diatas tanah (di luar kereta) memperhatikanmu, kecepatanmu relatif terhadap pengamat adalah total dari kecepatanmu bergerak relatif terhadap kereta dengan kecepatan kereta relatif terhadap pengamat. Jika kamu berada dalam kerangka acuan diam, dan kereta (dan seseorang yang duduk dalam kereta) berada dalam kerangka acuan lain, maka pengamat adalah orang yang duduk dalam kereta tersebut.

Permasalahan dengan relatifitas ini terjadi ketika diaplikasikan pada cahaya, pada akhir 1800-an, untuk merambatkan gelombang melalui alam semesta terdapat substansi yang dikenal dengan eter, yang mempunyai kerangka acuan(sama seperti pada kereta pada contoh di atas).

Eksperimen Michelson-Morley, bagaimanapun juga telah gagal untuk mendeteksi gerak bumi relatif terhadap eter, dan tak ada seorangpun yang bisa menjelaskan fenomena ini. Ada sesuatu yang salah dalam interpretasi klasik dari relatifitas jika diaplikasikan pada cahaya…dan kemudian muncullah pemahaman baru yang lebih matang setelah Einstein datang untuk menjelaskan fenomena ini.

Pengenalan tentang relativitas khusus

Pada tahun 1905, albert eintein mempubilkasikan (bersama dengan makalah lainnya) makalah yang berjudul, “On the Electrodynamics of Moving Bodies” atau dalam bahasa indonesianya kurang lebih demikian,”Elektrodinamika benda bergerak” dalam jurnal Annalen der physik. Makalah yang menyajikan teori relativitas khusus, berdasarkan dua postulat utama:

Postulat Einstein

Prinsip relativtas (pestulat pertama): Hukum-hukum fisika adalah sma untuk setiap kerangka acuan

Prinsip kekonstanan kecepatan cahaya (postulat kedua): Cahaya dapat merambat dalam vakum (misalnya, ruang vakum, atau “ruang bebas”), kecepatan cahaya dinotasikan dengan c, yang konstan terhadap gerak benda yang meiliki radiasi.

sebenarnya, makalah tersebut menyajikan lebih formal, formulasi matematika dari postulat tersebut. Bentuk dari postulat mungkin sedikit berbeda dari buku teks yang satu dengan yang lain karena translasi dari bentuk matematika Jerman dengan bentuk Inggris yang selama ini sering kita lihat.

Postulat kedua sering ditulis sembarangan dengan memasukkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah c untuk setiap kerangka acuan. Sebenarnya postulat ini adalah berasal dari dua postulat, bukan dari postulat kedua itu sendiri.

Postulat pertama kelihatan lebih masuk akal, tetapi bagaimanapun juga postulat kedua merupakan revolusi besar dalam ilmu fisika. Einstein sudah memperkenalkan teori foton cahaya dalam makalahnya pada efek fotolistrik (yang menghasilkan kesimpulan ketidakperluan eter). Postulat kedua, adalah sebuah konsekuensi dari foton yang tak bermassa bergerak dengan kecepatan c pada ruang hampa. Eter tidak lagi memiliki peran khusus sebagai kerangka acuan inersia “mutlak” alam semesta, jadi bukan hanya tidak perlu, tetapi juga secara kualitatif tidak berguna di dalam relativitas khusus.

Adapun makalah tersebut adalah untuk menggabungkan persamaan Maxwell untuk listrik dan magnet dengan gerak elektron dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Hasil dari makalah Einstein adalah memperkenalkan transformasi koordinat baru, dinamakan transformasi Lorentz, antara kerangka acuan inersia. Pada kecepatan lambat, transformasi ini pada dasarnya identik dengan moel klasik, untuk kecepetan yang mendekati kecepatan cahaya, menghasilkan nilai yang berbeda secara radikal.

Efek dari Relativitas Khusus

* Relativitas khusus menghasilkan beberapa konsekuensi dari penggunaan transformasi Lorentz pada kecepatan tinggi (mendekati kecepatan cahaya). Diantaranya adalah :
* Dilatasi waktu (termasuk “paradok kembar” yang terkenal)
* Konstraksi panjang
* Transformasi kecepatan
* Efek doppler relativistk
* Simultanitas dan sinkronisasi waktu
* Momentum relativistik
* Energi kinetik relativistik
* Massa relativistik
* Energi total relativistik

Selain itu, manipulasi aljabar sederhana dari konsep-konsep di atas menghasilkan dua hasil signifikan yang pantas dijelaskan sendiri.

Hubungan Massa-Energi

Enstein mampu menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara massa dan energi, melalui rumus yang sangat terkenal E=mc2. Hubungan ini telah dibuktikan dengan peristiwa yang sangat dramatis di dunia, ketika bom nuklir melepaskan energi dari massa di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir perang dunia kedua.

Kecepatan Cahaya

Tak ada objek bermassa yang dapat bergerak dipercepat menuju kecepatan cahaya. Hanya objek tak bermassa, seperti foton, yang dapat bergerak dengan kecepatan cahaya. (foton tidak bergerak dipercepat menuju kecepatan cahaya, tetapi foton selalu bergerak dengan kecapatan cahaya).

Tetapi bagi objek fisis, kecepatan cahaya adalah terbatas. Energi kinetik pada kecepatan cahaya menjadi tak terbatas, jadi tidak pernah dapat dicapai dengan percepatan.

Beberapa telah menunjukkan bahwa sebuah objek secara teori dapat bergerak melebihi kecepatan cahaya, tetapi sejauh ini tidak ada entitas fisik yang dapat menujukkan itu.

Adopsi Relativitas Khusus

Pada 1908, Max Plank mengaplikasikan bentuk “teori relativitas” untuk menjelaskan konsep relativitas khusus, karena aturan kunci dari relativitas memainkan peran dalam konsep tersebut. Pada waktu itu, tentunya bentuk yang diaplikasikan hanya pada relativitas khusus, karena memang belum terdapat relativitas umum.

Relativitas Einstein tidak segera diterima oleh fisikawan secara keseluruhan, karena kelihatan sangat teoretis dan conterintuitif. Kemudian Einstein menerima penghargaan Nobel pada 1921, khususnya penyelesaiannya untuk efek fotolistrik dan kontribusinya pada fisika teori. Tetapi Relativitas masih menjadi kontroversi untuk menjadi referensi spesifik.

Seiring berjalannya waktu, bagaimanapun juga, presiksinya terhadap relativitas khusus akhirya menjadi kenyataan. Misalkan, jam terbang di selruh dunia telah menunjukkan adanya perlambatan dengan durasi yang diprediksi oleh teori relativitas.

Albert Einstein tidak menciptakan sendiri transformasi koordinat yang dibutuhkan untuk relativitas khusus. Dia tidak harus melakukannya, karena transformasi yang dibutukan telah ada sebelumnya. Einstein menjadi seorang yang ahli dalam pekerjaannya yang terdahulu dan menyesuaikan diri pada situasi yang baru, dan juga dengan transformasi Lorentz seperti yang telah Planck gunakan pada 1900 untuk menyelesaikan permasalahan bencana ultraviolet pada radiasi benda hitam, Einstein merancang solusi untuk efek fotolistrik, dan dengan demikian dia telah mengembangkan teori foton untuk cahaya.

Asal Mula Transformasi Lorentz

Transformasi Lorentz sebenarnya pertama kali telah diperkenalkan oleh Joseph Larmor pada 1897. Versi yang sedikit berbeda telah diperkenalkan pada beberapa dekade sebelumnya oleh Woldemar Voigt, tetapi versinya memiliki bentuk kuadrat pada persamaan dilatasi waktu. Tetapi, persamaan dilatasi waktu kedua versi tersebut dapat ditunjukkan sebagai invarian dalam persamaan Maxwell.

Seorang Matematikawan dan fisikawan Hendrik Antoon Lorentz mengusulkan gagasan “waktu lokal” untuk menjelaskan relatif simultanitas pada 1895, walaupun dia juga bekerja secara terpisah pada transformasi yang sama untuk menjelaskan hasil “nol” pada percobaan Michelson dan Morley. Dia mengenalkan transformasi koordinatnya pada 1899, dan menambahkan dilatasi waktu pada 1904.

Pada 1905, Henri Poincare memodifikasi formulasi aljabar dan menyumbangkannya kepada Lorentz dengan nama “Transformasi Lorentz,” formulasi Poincare pada transformasi tersebut pada dasarnya identik dengan apa yang digunakan Einstein.

Transformasi Lorentz tersebut menggunakan sistem koordinat empat dimensi, yaitu tiga koordinat ruang (x, y, dan z) dan satu koordinat waktu (t). Koordinat baru ditandai dengan tanda apostrof diucapkan “abstain,” seperti x’ dibaca “x-abstain.” Pada contoh dibawah ini, kecepatan adalah dalam arah x’, dengan besar u:

x’=(x-ut)/√(1-u2/c2 )
y’=y
z’=z
t’={t-(u/c^2 )x}/√(1-u2/c2)

Transformasi tersebut hanya untuk demonstrasi. Aplikasi dari persamaan tersebut akan ditangani secara terpisah. Bentuk √((1-u2/c2) sering muncul dalam relativitas sehingga dilambangkan dengan simbol yunani γ (dibaca gamma) dalam beberapa penyajian.

Perlu diingat bahwa pada kasus u << c (u jauh lebih kecil dibandingkan c), maka u²/c² akan menjadi sangat kecil sehingga di dalam bentuk akar akan menghasilkan nilai satu, maka nilai γ akan menjadi satu. Oleh karena itu, dilatasi ruang dan waktu menjadi sangat tidak berpengaruh untuk benda yang bergerak jauh dibawah kecepatan cahaya.

Konsekuensi dari Transformasi Lorentz

Relativitas khusus menghasilkan beberapa konsekuensi dari penggunaan Transformasi Lorentz pada kecepatan tinggi (mendekati kecepatan cahaya). Diantaranya adalah :

* Dilatasi waktu (termasuk “paradok kembar” yang terkenal)
* Konstraksi panjang
* Transformasi kecepatan
* Efek doppler relativistk
* Simultanitas dan sinkronisasi waktu
* Momentum relativistik
* Energi kinetik relativistik
* Massa relativistik
* Energi total relativistik

Kontroversi Lorenz dan Einstein

Beberapa orang mengatakan bahwa sebenarnya sebagian besar pekerjaan dari relativitas khusus yang telah dikerjakan einstein telah ada dalam transformasi Lorentz. Konsep dilatasi dan simultanitas untuk pergerakan benda telah disebutkan dan secara matematis telah dikembangkan oleh Lorentz dan Poincare. Beberapa orang mengganggap bahwa Einstein adalah seorang plagiator.

Tentunya terdapat validitas untuk tuduhan tersebut. Tentu saja, revolusi besar Einstein dibangun berdasarkan pekerjaan-pekerjaan orang lain, dan Einstein mendapatkan banyak hasil atas apa yang telah mereka hasilkan secara kasar.

Pada waktu yang sama, tetapi harus dipertimbankan bahwa Einstein mengambi konsep-konsep dasar ini dan memebangunnya menjadi sebuah kerangka teori yang menjadikan konsep-konsep tersebut untuk bukan hanya sekedar trik matematis untuk menyelamatkan dying teori (teori sekarat) seperti teori eter, melainkan menggunakan aspek-aspek fundamental alam pada tempatnya. Terdapat ketidakjelasan bahwa Larmor, Lorentz, atau Poincare yang dimaksudkan agar berani bergerak, namun sejaraha telah memberikan penghargaan kepada Einstein atas wawasan dan keberainannya.

Pada 1905, Teori Einstein (relativitas khusus), dia menunujukkan bahwa diantara kerangka acuan inersia tidak terdapat kerangka acuan “utama.” Perkembangan dari relativitas umum terjadi, sebagian sebagai upaya untuk menunjukkan bahwa ini benar di antara non-inersia (yaitu mempercepat) kerangka acuan juga.

Evolusi Relativitas Umum

Pada 1907, Einstein mempublikasikan artikelnya yang pertama pada Efek gravitasi pada cahaya dibawah relativitas khusus. Pada makalah tesebut, Einstein menguraikan “prinsip ekuivalensi,” yang menyatakan bahwa pengamatan pada percobaan di bumi (dengan percepatan gravitasi g) akan identik dengan pengamatan pada percobaan dalam roket yang bergerak dengan kecepatan g. Prinsip ekuivalensi tersebut diformulasikan sebagai:

we [...] assume the complete physical equivalence of a gravitational field and a corresponding acceleration of the reference system.

Yang artinya kurang lebih demikian :

Kami [...] mengasumsikan kesetaraan fisis lengkap dari medan gravitasi dan hubungannya dengan percepatan dari sistem kerangka acuan.

Seperti yang dikatakan Einstein atau pada buku Fisika Modern:

There is no local experiment that can be done to distinguish between the effects of a uniform gravitational field in a nonaccelerating inertial frame and the effects of a uniformly accelerating (noninertial) reference frame.

Atau dalam bahasa indonesia kurang lebih demikian :

Tidak ada percobaaan lokal yang dapat dilakukan untuk membedakan antara efek dari medan gravitasi seragam dalam kerangka acuan yang tidak dipercepat dan efek dari percepatan seragam (tidak inersia) kerangka acuan.

Artikel kedua pada subjek muncul pada tahun 1911, dan 1912 Einstein secara aktif bekerja untuk memahami sebuah teori relativitas umum yang bisa menjelaskan relativitas khusus, tetapi juga akan menjelaskan gravitasi sebagai fenomena geometris.

Pada tahun 1915, Einstein menerbitkan serangkaian persamaan diferensial yang dikenal sebagai persamaan medan Einstein. Relativitas umum Einstein menggambarkan alam semesta sebagai suatu sistem geometris tiga ruang dan satu dimensi waktu. Kehadiran massa, energi, dan momentum (kuantutasi secara kolektif sebagai kepadatan massa-energi atau tekanan-energi) yang dihasilkan dalam tekukan sistem koordinat ruang-waktu. Gravitasi, oleh karena itu, merupakan sebuah pergerakan sepanjang “sederhana” atau paling tidak rute energetik sepanjang lengkungan ruang-waktu.

Bentuk Matematika Dari Relativitas Umum

Pada bentuk yang sederhana, dan menghilangan matematika yang kompleks, Einstein menemukan hubungan antara kelengkungan ruang-waktu dengan kerapatan massa-energi:

(Kelengkungan ruang-waktu) = (kerapatan massa-energi)*8µG/c4

Persamaan tersebut menunjukkan hubungan secara langsung, proporsional terhadap kontanta. Kontanta gravitasi G, berasal dari hukum Newton untuk gravitasi, sementara ketergantungan terhadap kecepatan cahaya, c, adalah berasal dari teori relativitas khusus. Dalam kasus nol (atau mendekati nol) (yaitu ruang hampa), ruang-waktu berbentuk datar. Gravitasi klasik adalah kasus khusus untuk manifestasi gravitasi pada medan gravitasi lemah, dimana bentuk c4 (denominator yang sangat besar) dan G (nilai yang sangat kecil) membuat koreksi kelengkungan kecil.

Sekali lagi, Einstein tidak tidak keluar dari topik. Dia bekerja keras dengan geometri Riemannian (geometri non Euclidean yang dikembangkan oleh matematikawan Bernhard Riemann beberapa tahun sebelumnya), meskipun ruang yang dihasilkan adalah 4 dimensi Lorentzian bermacam-macam daripada geometri Riemann ketat. Namun, karya Riemann sangat penting bagi persamaan medan Einstein.

Apakah sebenarnya Relativitas Umum?

Untuk analogi relativitas umum, pertimbangkan bahwa kamu membentangkan sebuah seprai atau suatu lembaran yang datar dan elastik. Sekarang kamu meletakkan sesuatu dengan berat yang bervariasi pada lembaran tersebut. Jika kita menempatkan sesuatu yang sangat ringan maka bentuk seprai akan sedikit lebih turun sesuai dengan berat benda tersebut. Tetaoi jika kamu meletakkan sesuatu yang berat, maka akan terjadi kelengkungan yang lebih besar.

Asumsikan terdapat benda yang berat berada pada lembaran tersebut, dan kamu meletakkan benda lain yang lebih ringan di dekatnya. Kelengkungan yang diciptakan oleh benda yang lebih berat akan menyebabkan benda yang lebih ringan “terpeleset” disepanjang kurva ke arah kurva tersebut, karena benda yang lebih ringan mencoba untuk mencapai keseimbangan sampai pada akhirnya benda tersebut tidak bergerak lagi (dalam kasus ini, tentu saja terdapat pertimbangan lain, misalnya bentuk dari benda tersebut, sebuah bola akan menggelinding, sedangkan kubus akan terperosot, karena pengaruh gesekan atau semacamnya).

Hal ini serupa dengan bagaimana relativitas umum menjelaskan gravitasi. Kelengkungan dari cahaya bukan karena beratnya, tetapi kelengkungan yang diciptakan oleh benda berat lain yang membuat kita tetap melayang di luar angkasa. Kelengkungan yang diciptakan oleh bumi membuat bulan tetap bergerak sesuai dengan orbitnya, tetapi pada waktu yang sama, kelengkungan yang diciptakan bulan cukup untuk mempengaruhi pasang surut air laut.

Pembuktian Relativitas Umum

Semua temuan-temuan relativitas khusus juga mendukung relativitas umum, karena teori-teori ini adalah konsisten. Relativitas umum juga menjelaskan semua fenomena-fenomena mekanika klasik, yang juga konsisten. Selain itu, beberapa temuan mendukung prediksi unik dari relaivitas umum:

* Presisi dari perihelion Merkurius
* Pembelokan gravitasi cahaya bintang
* Pelebaran alam semesta (dalam bentuk konstanta kosmologis)
* Delay dari gema radar
* Radiasi Hawking dari black hole

Prinsip-Prinsip Fundamental dari Relativitas

* Prinsip umum relativitas: Hukum-hukum fisika harus sama untuk setiap pengamat, terlepas dari mereka dipercepat atau tidak.
* Prinsip kovarian umum: hukum-hukum fisika harus memiliki bentuk yang sama dalam semua sistem koordinat.
* Gerak Inersia adalah gerak geodesik: Garis dunia dari partikel yang tidak terpengarus oleh gaya-gaya (yaitu gerak inersia) adalah bakal waktu atau null geodesik dari ruang waktu. (ini berarti tangen vektornya negatif atau nol.)
* Invarian lokal Lorentz: aturan-aturan dari relativitas khusus diaplikasikan secara lokal untuk semua pengamat inersia.
* Lengkungan ruang-waktu: seperti yang dijelaskan oleh persamaan medan Einstein, lengkungan ruang dan waktu, sebagai responnya terhadap massa, energi, dan momentum menghasilkan pengaruh gravitasional yang dilihat sebagai bentuk gerak inersia.

Prinsip ekuivalensi, di mana Albert Einstein menggunakannya sebagai titik awal untuk relativitas umum, membuktikan konsekuensinya terhadap prinsip-prinsip tersebut.

Relativitas Umum dan Konstanta Kosmologis

Pada 1922, para ilmuwan menemukan bahwa aplikasi dari persamaan medan Einstein pada bidang kosmologi menghasilkan perluasan alam semesta. Einstein percaya bahwa alam semesta itu statis (dan karena itu pemikiran persamaannya menjadi salah), penambahan konstanta kosmologis pada persamaan medan, yang memungkinkan hasil statis.

Edwin Hubble, pada 1929, menemukan bahwa terdapat pergesaranmerah dari bintang-bintang jauh, yang menyiratkan bahwa bintang-bintang itu bergerak terhadap bumi. Alam semesta tampaknya berkembang. Einstein menghilangkan kontanta kosmologis dari persamaannya dan menyebutnya sebagai kesalahan terbesar dalam karirnya.

Pada 1990, ketertarikan pada konstanta kosmologis kembali ada dalam bentuk dark energy. Solusi untuk teori medan kuantum telah menghasilkan sejumlah besar energi dalam ruang hampa kuantum yang berakibat pada percepatan perluasan alam semesta.

Relativitas Umum dan Mekanika Kuantum

Ketika para fisikawan berupaya untuk menerapkan teori medan kuantum pada medan gravitasi, hal-hal menjadi sangat kacau. Pada betuk matematis, kuantitas fisis terjadi penyimpangan, atau hasil yang tak terhingga. Medan gravitasi di bawah relativitas umum memerlukan koreksi angka tak terhingga atau “renormalisasi”, konstanta-kontanta untuk penyesaiannya ke dalam persamaan yang terpecahkan.

Upaya untuk memecahkan “masalah renormalization” terletak di jantung teori kuantum gravitasi. Teori-teori gravitasi kuantum biasanya bekerja mundur, meramalkan sebuah teori dan kemudian mengujinya dan bukan benar-benar mencoba untuk menentukan konstanta yang tak terbatas diperlukan. Ini trik lama dalam fisika, tapi sejauh ini tidak ada teori telah cukup terbukti.

Beberapa Kontrovesi Lainnya.

Masalah utama dengan relativitas umum, yang telah sebaliknya sangat sukses, adalah keseluruhan ketidaksesuaian dengan mekanika kuantum. Potongan besar teori fisika ditujukan ke arah mencoba untuk menyamakan dua konsep: pertama yang memprediksi fenomena makroskopik melintasi ruang dan kedua yang memprediksi fenomena mikroskopik, sering kali dalam ruang yang lebih kecil daripada sebuah atom.

Selain itu, ada beberapa kekawatiran Einstein yang sangat diperhatikan terhadap ruang-waktu. Apa itu ruang-waktu? Apakah hal tesebut ada secara fisik? Beberapa telah memperkirakan “busa kuantum” yang menyebar ke seluruh alam semesta. Usaha baru pada teori string (dan pada teori anakannya) menggunakan ini atau penggambaran kuantum lain dari ruang-waktu. Sebuah artikel dari majalah New Scientist meperkirakan bahwa ruang-waktu mungkin adalah sebuah superfluida kuantum dan bahwa seluruh alam semesta dapat berputas pada sumbu.

Beberapa orang telah menunjukkan bahwa jika ruang-waktu sebagai substansi fisik, itu akan bertindak sebagai kerangka acuan universal, seperti eter. Penganut Anti-relativitas sangat gembira mendengar ini, sementara yang lain melihatnya sebagai upaya non ilmiah untuk mendiskreditkan Enstein dengan membangkitkan sebuah konsep abad-mati.

Isu-isu tertentu dengan singularitas black hole, di mana lengkung ruang-waktu mendekati pada tak terhingga, juga telah menimbulkan keraguan apakah relativitas umum secara akurat dapat menggambarkan alam semesta. Sangat sulit untuk diketahui secara pasti, bagaimanapun juga, selama black hole hanya dapat dipelajari seperti saat ini.

Sampai ia berdiri sekarang, relativitas umum adalah teori yang sangat sukses tetapi sangat sulit dibayangkan dan akan merugikan banyak orang karena ketidakkonsistennya dan kontroversi sampai mucul fenomena yang sangat bertentangan dengan prediksi dari teori.

Kutipan Mengenai Relativitas

“Spacetime grips mass, telling it how to move, and mass grips spacetime, telling it how to curve” — John Archibald Wheeler.

“The theory appeared to me then, and still does, the greatest feat of human thinking about nature, the most amazing combination of philosophical penetration, physical intuition, and mathematical skill. But its connections with experience were slender. It appealed to me like a great work of art, to be enjoyed and admired from a distance.”— Max Born

sumber : http://kurniafisika.wordpress.com/2009/10/03/gambaran-umum-teori-relativitas-einstein/

Baca Selengkapnya ..

Besaran dan Satuan dalam Pengukuran

BESARAN POKOK

Pengukuran adalah proses membandingkan nilai besaran yang diukur dengan besaran sejenis yang dipakai sebagai satuan. Hasil dari pada pengukuran merupakan besaran. Besaran adalah sesuatu yang dapat di ukur dan dinyatakan dengan angka atau nilai dan memiliki satuan. Dalam fisika terdapat dua besaran yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang satuannya didefinisikan terlebih dahulu dan tidak dapat dijabarkan dari besaran lain.

Panjang adalah jarak antara dua titik di dalam ruang. Lebar, tinggi, jari-jari lingkaran termasuk dalam

besaran panjang. Dalam SI satuan panjang adalah meter. Standar panjang internasional yang pertama adalah sebuah batang terbuat dari bahan campuran platina iridium, dan di simpan di the international Bureau of Weight and Measures. Tahun 1960 para ahli menetapkan bahwa satu meter sama dengan 1.650.763,73 kali panjang gelombang pancaran sinar jingga-merah dari atom kripton-86 dalam ruang hampa. Alat ukur panjang adalah mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Pada mikrometer sekrup mempunyai tingkat ketelitian 0,01 mm sedangkan jangka sorong mempunyai tingkat ketelitian 0,1 mm .

Satuan standar untuk massa adalah kilogram. Massa adalah jumlah materi yang terkandung dalam suatu benda. Satu kilogram adalah massa sebuah silinder logam yang terbuat dari campuran platina iridium yang disimpan di lembaga Berat dan Ukuran Internasional di Paris, Prancis. Untuk menggukur besaran massa antara lain adalah sebagai berikut :

1. Neraca lengan, ada yang terdiri dari dua lengan atau tiga lengan.
2. Neraca kimia, biasa digunakan untuk mengukur massa yang kecil.
3. Neraca elektronik/digital.

Satuan waktu dalam SI adalah sekon. Pada mulanya satuan waktu didasarkan pada waktu perputaran bumi mengelilingi sumbunya. Untuk mendapatkan pengukuran waktu yang lebih teliti, sekarang orang menggunakan jam atom. Jam ini diatur oleh gerakan atom tertentu (misalnya atom Cesium) dimana 1 detik adalah 9.192.631.770 periode getaran atom cesium-133. Alat ukur waktu yang digunakan untuk mengukur besaran waktu antara lain adalah sebagai berikut :

1. Jam matahari, jam pasir, jam air.
2. Arloji
3. Stopwatch

Suhu adalah ukuran derajat panas atau dinginnya suatu benda. Satuan suhu adalah "kelvin" (disingkat K). Alat yang digunakan untuk mengukur suhu benda dengan tepat dan menyatakannya dengan angka disebut termometer.

Perbandingan Skala Termometer

Supaya suhu suatu benda dapat diukur dengan menggunakantermometer hingga diketahui nilainya, maka dinding kaca termometer diberi skala dengan cara menandai titik-titik tertentu pada kaca. Setelah
itu masing-masing titik tersebut diberi angka untuk menunjukkan derajat panas atau dinginnya suatu benda. Perbandingan empat skala suhu, yaitu skala suhu Celsius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin.

1) Termometer Celsius

Dibuat oleh Anders Celsius dari Swedia pada tahun 1701 - 1744.
• Titik tetap atas menggunakan air yang sedang mendidih (100 0C).
• Titik tetap bawah menggunakan air yang membeku atau es yang
sedang mencair (00 C).
• Perbandingan skalanya 100.

2) Termometer Reamur

Dibuat oleh Reamur dari Perancis pada tahun 1731.
• Titik tetap atas menggunakan air yang mendidih (800R).
• Titik tetap bawah menggunakan es yang mencair (00R).
• Perbandingan skalanya 80.

3) Termometer Fahrenheit

Dibuat oleh Daniel Gabriel Fahrenheit dari Jerman pada tahun 1986
- 1736
• Titik tetap atas menggunakan air mendidih (2120F).
• Titik tetap bawah menggunakan es mencair (00F).
• Perbandingan skalanya 180.

4) Termometer Kelvin

Dibuat oleh Kelvin dari Inggris pada tahun 1848-1954
• Titik tetap atas menggunakan air mendidih (373 K).
• Titik tetap bawah menggunakan es mencair (273 K).
• Perbandingan skalanya 100.
Hubungan antara Celsius, Reamur, Fahrenheit dan Kelvin sebagai
berikut :
C : R : (F – 32) : K
5 : 4 : 9 : 5

BESARAN TURUNAN

Besaran Turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari besaran pokok. Jika suatu besaran turunan merupakan perkalian besaran pokok , satuan besaran turunan itu juga merupakan perkalian satuan besaran pokok, begitu juga berlaku didalam satuan besaran turunan yang merupakan pembagian besaran pokok.

contoh :

Luas = Panjang x Lebar
Satuan luas = satuan besaran panjang x satuan besaran panjang
= m x m
= m2

SISTEM SATUAN INTERNASIONAL

Sistem satuan internasional telah disepakati pada tahun 1960 oleh Konferensi Umum Kesebelas mengenai berat dan ukuran, dengan nama Sistem international (SI).
Sistem satuan internasional menggunakan satuan dasar meter, kilogram, dan sekon, atau biasa disebut sistem MKS dan satuan yang lain yang biasa dipakai dalam fisika adalah centimeter, gram sekon atau sistem CGS

sumber : e-dukasi.net , wikipedia, bse.depdiknas
http://catatankuliahdigital.blogspot.com/2009/12/besaran-dan-satuan.html

Baca Selengkapnya ..

Gaya dalam Gerak Benda

PENGERTIAN GAYA

Jika kita naik bis dengan berdiri kita harus berpegangan dengan tujuan agar badan kita tidak terpental ke depan jika bis direm mendadak. Apa yang menyebabkan badan kita terpental ke depan ketika bis direm mendadak.

Ketika kita menarik atau mendorong benda maka kita dikatakan melakukan gaya terhadap benda. Jadi, gaya adalah besaran fisika berupa tarikan atau dorongan. Gaya termasuk besaran vektor karena selain memiliki nilai juga memiliki arah.

Suatu gaya dapat digambarkan dengan diagram vektor berupa anak panah. Titik O disebut titik pangkal dan titik A disebut titik ujung. Panjang OA menyatakan nilai gaya dan arah panah menyatakan arah gaya.
Contoh:

* Gaya F1 sebesar 4 N ke kanan dapat digambarkan anak panah yang panjangnya 4 cm dengan arah ke kanan.

* Gaya F2 sebesar 6 N ke kiri dapat digambarkan anak panah yang panjangnya 6 cm dengan arah ke kiri.

Satuan gaya menurut satuan SI adalah newton (N) satuan yang lain adalah dyne.
1 N = 105 dyne
Gaya dapat diukur dengan neraca pegas.

sumber : http://catatankuliahdigital.blogspot.com/2010/01/gaya-dan-percepatan.html

Baca Selengkapnya ..

Ruang Raksasa dalam Atom

Udara, air, gunung, binatang, tumbuhan, tubuh anda, kursi yang anda duduki, singkatnya segala yang anda saksikan, sentuh dan rasakan, dari yang paling berat hingga yang paling ringan tersusun atas atom-atom. Setiap halaman yang anda baca tersusun atas miyaran atom. Atom adalah partikel yang sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop yang paling hebat sekalipun. Diameter atom hanyalah berkisar seper satu juta milimeter.

Tidaklah mungkin bagi seseorang untuk melihat benda sekecil ini. Di bawah ini dipaparkan sebuah contoh untuk memahami dimensi atom:

Anggaplah bahwa anda memegang sebuah kunci di tangan. Sudah pasti, mustahil bagi anda untuk melihat atom-atom pada kunci tersebut. Jika anda bersikeras untuk melihat atom penyusun kunci tersebut, maka anda harus memperbesar kunci menjadi seukuran bumi. Jika anda telah berhasil melakukan pembesaran ini, maka atom-atom yang menyusun kunci tersebut akan terlihat berukuran sebesar buah cherry.

Di bawah ini satu lagi contoh agar kita dapat lebih memahami betapa kecilnya atom, dan bagaimana atom memenuhi segala tempat dan ruang yang ada.

Anggaplah kita ingin menghitung semua atom yang ada dalam sebutir garam dan anggaplah kita mampu menghitung satu milyar atom per detik. Kendatipun kita sangat terampil dalam berhitung, kita akan memerlukan lebih dari lima ratus tahun untuk menghitung jumlah keseluruhan atom yang menyusun sebutir garam yang sangat kecil ini. Subhanallaah…ini baru sebutir garam, bagaimana dengan jumlah atom yang menyusun alam semesta dan seisinya?

Kendatipun ukurannya yang teramat mungil, terdapat sebuah susunan yang sempurna, tanpa cacat, unik dan kompleks dalam atom tersebut yang kecanggihannya dapat disejajarkan dengan sistem yang kita lihat ada pada jagat raya.

Setiap atom tersusun atas sebuah inti dan sejumlah elektron yang bergerak mengikuti kulit orbital pada jarak yang sangat jauh dari inti. Di dalam inti terdapat partikel lain yang disebut proton dan netron.

Kekuatan Tersembunyi pada Inti

Inti atom terletak di bagian paling tengah dari atom dan terdiri dari proton dan netron dengan jumlah sesuai dengan sifat-sifat atom tersebut. Jari-jari inti atom berukuran sekitar seper sepuluh ribu jari-jari atom. Untuk menuliskannya dalam angka, jari-jari atom adalah 10-8 (0,00000001) cm, jari-jari inti adalah 10-12 (0,000000000001) cm. Jadi, volume inti atom adalah setara dengan seper sepuluh milyar volume atom.

Dikarenakan kita tidak dapat membayangkan benda sekecil ini, marilah kita ambil permisalan buah cherry di atas. Atom-atom akan terlihat sebesar buah cherry ketika kunci yang anda pegang diperbesar hingga mencapai ukuran bumi. Akan tetapi perbesaran ini masih sama sekali belum memungkinkan kita untuk melihat inti atom yang terlalu kecil untuk dilihat.

Jika kita benar-benar ingin melihatnya maka kita harus meningkatkan perbesaran sekali lagi. Buah cherry yang mewakili ukuran atom harus diperbesar hingga menjadi sebuah bola raksasa dengan diameter dua ratus meter. Bahkan dengan perbesaran ini, inti atom tersebut berukuran tidak lebih dari sebutir debu yang teramat kecil.

Ketika kita bandingkan diameter inti atom yang berukuran 10-13 cm dan diameter atom itu sendiri, yakni 10-8 cm, maka yang kita dapatkan adalah sebagaimana berikut: jika kita asumsikan atom tersebut berbentuk bola, maka untuk mengisi bola tersebut hingga penuh, kita akan membutuhkan 1015 (1,000,000,000,000,000) inti atom!

Ada lagi yang lebih mengherankan: kendatipun ukuran inti hanya seper sepuluh milyar ukuran atomnya, inti tersebut memiliki berat 99,95% dari keseluruhan berat atom. Dengan kata lain, hampir seluruh berat atom terpusatkan pada inti. Misalkan anda memiliki rumah dengan luas 10 milyar m2 dan anda harus meletakkan semua perabotan rumah tangga dalam kamar seluas 1 m2 di dalam rumah tersebut.

Mampukah anda melakukan hal ini? Sudah pasti anda tidak mampu melakukannya. Akan tetapi inilah yang terjadi pada inti atom akibat sebuah gaya yang sangat kuat yang tidak ada duanya di alam ini. Gaya ini disebut “strong nuclear force (gaya inti kuat)”, satu di antara empat gaya fundamental yang ada di alam semesta yakni: 1. strong nuclear force (gaya inti kuat), 2. weak nuclear force (gaya inti lemah), 3. gravitational force (gaya grafitasi), dan 4. electromagnetic force (gaya elektromagnetik).

Gaya inti kuat, yang merupakan gaya paling kuat yang ada di alam, mengikat inti atom sehingga stabil dan mencegahnya dari pecah berkeping-keping. Semua proton-proton pembentuk inti bermuatan positif dan, oleh karenanya, mereka saling tolak-menolak akibat gaya electromagnetik mereka yang sejenis. Akan tetapi, gaya inti kuat yang memiliki kekuatan 100 kali lebih besar dari gaya tolak-menolak proton ini menjadikan gaya electromagnetik tidak efektif. Hal inilah yang mampu menjadikan proton-proton pada inti terikat dan bergabung pada inti atom.

Singkat kata, terdapat dua gaya yang saling berinteraksi dalam sebuah atom yang amat kecil. Inti atom tersebut dapat terus-menerus berada dalam keadaan terikat dan stabil disebabkan karena gaya-gaya yang memiliki nilai yang akurat ini.

Ketika kita memperhatikan ukuran atom yang sangat kecil dan kemudian jumlah keseluruhan atom di jagat raya, sungguh tidak sepatutnya kita tidak mampu memahami adanya keseimbangan dan rancangan yang luar biasa pada alam ciptaan Allah ini. Sungguh jelas bahwa gaya-gaya fundamental di alam telah diciptakan Allah secara khusus dengan ilmu, hikmah dan kekuasaan yang maha besar.

Pengetahuan Tuhanku meliputi segala sesuatu. Maka apakah kamu tidak dapat mengambil pelajaran. QS. Al-An’aam, 6:80)

Ruang Kosong pada Atom

Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, bagian terbesar dari sebuah atom terdiri dari ruang kosong. Mungkin kita bertanya-tanya dalam hati: “Mengapa mesti ada ruang kosong ini?” Marilah kita merenung sejenak. Secara sederhana, atom terdiri atas sebuah inti yang dikelilingi oleh elektron-elektron.

Antara inti dan orbit elektron ini tidak dijumpai partikel atau benda kecil apapun. Jarak mikroskopis (yang padanya tidak dijumpai partikel apapun) ini ternyata sangat besar jika dilihat dari skala atom. Kita dapat memisalkan skala ini sebagaimana berikut: jika sebutir kelereng berdiameter 1 cm mewakili elektron yang terdekat dengan inti atom, maka inti atom tersebut berada pada jarak 1 km dari kelereng ini. Di bawah ini sebuah kutipan yang memberikan gambaran yang lebih jelas kepada kita tentang dimensi ruang kosong pada atom:

Terdapat ruang kosong besar [yang mengisi ruang] antara partikel-partikel dasar [penyusun atom]. Jika saya umpamakan proton dari inti atom oksigen sebagai kepala jarum yang tergeletak di atas meja di depan saya, maka elektron yang berputar mengelilinginya akan membuat orbit lingkaran yang melalui negeri Belanda, Jerman dan Spanyol (penulis kutipan ini hidup di Perancis). Oleh karenanya, jika semua atom yang menyusun tubuh saya saling mendekatkan diri satu sama lain, hingga semua atom ini saling bersentuhan, maka anda tidak akan mampu melihat saya lagi. Anda benar-benar tidak akan pernah dapat melihat saya dengan mata telanjang. [Tubuh] saya akan [menjadi] sekecil partikel debu berukuran seper sekian ribu milimeter.

(Jean Guitton, Dieu et La Science: Vers Le Métaréalisme, Paris: Grasset, 1991, hal. 62)

Sampai di sini, kita telah memahami bahwa terdapat kemiripan antara ruang kosong pada sistem paling kecil seperti atom dengan ruang kosong pada sistem paling besar seperti alam semesta. Ketika kita arahkan penglihatan kita pada bintang-bintang, akan kita lihat ruang hampa sebagaimana ada pada atom. Terdapat ruang hampa berjarak milyaran kilometer di antara berbagai bintang dan di antara galaksi-galaksi. Namun, di kedua macam ruang hampa ini, terdapat sebuah keteraturan yang luar biasa yang sulit dipahami akal manusia.

Yang telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat pada ciptaan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihatlah berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang? Kemudian pandanglah sekali lagi niscaya penglihatanmu akan kembali kepadamu dengan tidak menemukan sesuatu cacat dan penglihatanmu itupun dalam keadaan payah. (QS. Al-Mulk, 67:3-4)

Wallaahu a’lam

sumber : http://harunyahyaindonesia.com/index/ruang-raksasa-dalam-atom.html

Baca Selengkapnya ..