fisikaonline

Melayani siapa saja untuk belajar fisika kapan saja dan dimana saja


Monday, March 29, 2021

Torsi dan Aplikasinya pada Kehidupan Sehari-hari

torsi

Sahabat fisioner kali ini kita akan membahas topik tentang torsi dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat beberapa penerapan torsi dalam kehidupan kita, misalnya membuka baut dengan kuncinya, membuka mur pada roda dengan kunci, membuka pintu engsel, dan yang lainnya. Sudah tahukah sahabat fisioner dengan torsi? Untuk lebih memahaminya silahkan sahabat fisioner mempelajari topik torsi dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari berikut ini. 

Topik: Torsi dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

1. Konsep Torsi

Apakah Torsi Itu?
Untuk melihat suatu benda diam menjadi bergerak translasi (lurus), anda perlu mengerjakan gaya pada benda itu. Analog dengan itu, untuk membuat suatu benda tegar berotasi (berputar) terhadap suatu poros tertentu, anda perlu mengerjakan torsi (dari bahasa latin torquere; memutar) pada suatu benda. Momen gaya atau torsi merupakan besaran yang mengakibatkan benda berotasi atau berputar. Besaran-besaran apakah yang berkaitan dengan torsi?
dr 3
Berdasarkan Gambar di atas, orang memberikan gaya kepada kunci sehingga kunci dapat memutar baut. Baut berfungsi sebagai sumbu rotasi, sedangkan perpanjangan garis gaya disebut garis kerja gaya. Jika gaya yang diberikan tangan (garis kerja gaya) tegak lurus terhadap lengan kunci, maka lengan kunci ini berfungsi sebagai lengan gaya. Namun, jika gaya yang diberikan tidak tegak lurus lengan kunci, maka lengan gaya merupakan jarak yang tegak lurus dari sumbu rotasi dengan garis kerja gaya.
dr 4
Sekarang coba perhatikan Gambar d atas! Untuk memutar baut, kedudukan tangan seperti gambar (c) lebih mudah dilakukan daripada kedudukan tangan pada gambar (b) dan (a). Sementara kedudukan tangan seperti gambar (b) lebih mudah dilakukan daripada seperti gambar (a). Gaya yang diperlukan untuk memutar baut pada kedudukan (c) lebih kecil dari gaya yang diperlukan pada gambar (b) atau (a). Berdasarkan fakta ini, besar gaya putar atau momen gaya tidak hanya ditentukan oleh besar gaya, tetapi juga panjang lengan gaya. Hubungan ketiga faktor ini, diberikan dengan persamaan berikut.
dr 5
Berdasarkan sifat perkalian silang dua vektor, besar momen gaya dapat dicari dengan rumus:
dr 6
Seperti halnya gaya F, torsi t juga termasuk vektor, yang memiliki besar dan arah. Bedanya, arah torsi hanya dua, searah atau berlawanan arah jarum jam. Kedua arah torsi ini cukup dibedakan dengan memberikan tanda positif atau negatif. Supaya konsisten dengan aturan matematika maupun aturan arah pada momentum sudut dan gaya Lorentz, penentuan arah positif untuk torsi mengikuti aturan putaran tangan kanan (Gambar berikut).
kaidah tangan kanan torsi

Aturan putaran tangan kanan untuk torsi

Putar keempat jari yang dirapatkan dari arah kepala vektor gaya F menuju arah poros rotasi melalui sudut terkecil, maka arah ibu jari menunjuk menyatakan arah torsi. Jika arah putaran keempat jari berlawanan arah jarum jam, torsi bertanda positif (+), sebaliknya jika arah putaran keempat jari searah jarum jam, torsi bertanda negatif (-).

2. Contoh Soal

Perhatikan gabar berikut ini!
Salah satu ujung sebuah jungkat-jungkit dinaiki anak yang beratnya 25 kg. Ujung satunya dinaiki anak yang beratnya 30 kg. Jarak masing-masing anak dari titik tumpu adalah 1 m dan 0,5 m. Berapa torsi masing masing, dan berapa torsi totalnya? Ke mana arah putaran batang ?
Penyelesaian:
Arah gaya dan sumbu rotasi membentuk sudut siku-siku (900), sehingga nilai sin θ = sin 900 = 1. Jika kita misalkan massa 25 kg mengakibatkan torsi 1 dan massa 30 kg menyebabkan torsi 2 maka:
τ1= r1.F1.sin θ = r1.(m1.g).1= r1. m1. g = (1 m)(25 kg)(9,8 m/det2)   = 245 Nm
τ2= r2.F2.sin θ = r2.(m2.g).1= r2. m2. g = (0,5 m)(30 kg)(9,8 m/det2) = 147 Nm
Torsi satu membuat jungkat jungkit bergerak searah arah jarum jam, torsi kedua membuat jungkat-jungkit bergerak berlawanan arah jarum jam. 
Besar torsi total adalah :
τ1– τ2= 245 – 147 = 98 Nm, arah putaran searah jarum jam.

3. Aplikasi torsi dalam kehidupan sehari-hari

Torsi

Terdapat beberapa penerapan torsi dalam kehidupan kita, misalnya membuka baut dengan kuncinya. Yang bertindak sebagai pemberi gaya atau torsi adalah tangan manusia, baut sendiri menjadi pusat rotasi dan jarak baut ke posisi tangan (melalui kunci) disebut dengan lengan gaya. Contoh lainnya adalah membuka pintu engsel, pada kasus ini yang menjadi pemberi gaya adalah tangan kita sedangkan pusat rotasi adalah bagian as engsel. 

Demikianlah penjelasan tentang torsi dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Semoga memberikan wawasan dan memberikan semangat untuk senantiasa belajar fisika.

Artikel lainnya:

Sunday, March 28, 2021

Hukum Kekekalan Momentum Sudut dan Aplikasinya pada Penari Balet

Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Sahabat fisioner kali ini kita akan membahas topik tentang hukum kekekalan momentum sudut dan aplikasinya pada penari balet. Terdapat beberapa penerapan hukum kekekalan momentum sudut dalam kehidupan kita, misalnya penari balet, atlet ice skating, atlet loncat indah, dan yang lainnya. Sudah tahukah sahabat fisioner dengan hukum kekekalan momentum sudut? Untuk lebih memahaminya silahkan sahabat fisioner mempelajari topik tentang hukum kekekalan momentum sudut dan aplikasinya pada penari balet berikut ini. 

Topik: Hukum kekekalan momentum sudut dan aplikasinya pada penari balet

1. Konsep hukum kekekalan momentum

Momentum Sudut

Anda telah mengenal besaran momentum linear yang dinyatakan oleh P = m.v. Pada gerak rotasi, yang analog dengan momentum linear adalah momentum sudut. Massa analog dengan momen inersia, kecepatan linear analog dengan kecepatan sudut, maka momentum sudut momentum sudut didefinisikan sebagai perkalian antara momen inersia dan kecepatan sudut. Secara matematis, ditulis sebagai berikut.
dr 25
Momentum sudut merupakan besaran vektor karena memiliki besar dan arah. Arah momentum sudut dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar di atas. Arah putaran keempat jari menunjukkan arah rotasi, sedangkan ibu jari menunjukkan arah momentum sudut. Jika lengan torsi terhadap poros r dan kecepatan linear v benda (benda dianggap partikel) diberikan, besar momentum sudut L dapat dihitung sebagai berikut.
dr 27

Formulasi Hukum Kekekalan Momentum Sudut pada Gerak Rotasi

Hukum kekekalan momentum linear menyatakan bahwa jika pada suatu sistem tidak bekerja resultan gaya luar (SF = 0 ), momentum linear sistem adalah kekal (tetap besarnya). Pada gerak rotasi pun anda akan menjumpai hukum kekekalan momentum sudut. Jika momen gaya luar sama dengan nol, berlaku Hukum Kekekalan Momentum Sudut, yaitu momentum sudut awal akan sama besar dengan momentum sudut akhir. Secara matematis, pernyataan tersebut ditulis sebagai berikut.

Hukum Kekekalan momentum sudut

“ jika tidak ada resultan momen gaya luar yang bekerja pada sistem (St = 0), momentum sudut sistem adalah kekal (tetap besarnya)”.

Dari persamaan hukum kekekalan momentum sudut, dapat dilihat bahwa apabila I bertambah besar, ω akan semakin kecil. Sebaliknya, apabila ω semakin besar maka I akan mengecil.

2. Contoh Soal

Seorang penari balet memiliki momen inersia 8 kgm2 ketika kedua lengannya terlentang dan 2 kgm2 ketika merapat ke tubuhnya. Pada saat kedua lengannya terlentang, penari tersebut berputar dengan kelajuan 3 putaran/s. Setelah itu, kedua lengannya dirapatkan ke tubuhnya. Tentukanlah laju putaran penari ketika kedua lengannya merapat!
Penyelesaian
Diketahui:
I = 8 kgm2
I’= 2 kg m2
ω = 3 putaran/s
Ditanyakan : ω ' = ...?
Jawab:
Jadi lajunya adalah 12 putaran/s. 

3. Aplikasi hukum kekekalan momentum sudut pada penari balet

Hukum Kekekalan Momentum Sudut

Terdapat beberapa penerapan hukum kekekalan momentum sudut dalam kehidupan kita, misalnya pada penari balet. Penari balet dalam melakukan putaran mengaplikasikan hukum kekekalan momentum. Saat akan memulai putaran badan, penari balet merentangkan lengannya (momen inersia penari akan semakin besar karena jarak lengan dengan badan bertambah). Kemudian, ia merapatkan kedua lengannya ke arah atas badannya agar momen inersianya mengecil (karena jarak lengan dengan badan mengecil) sehingga putaran badannya akan semakin cepat (kecepatan sudutnya membesar).

Demikianlah penjelasan tentang hukum kekekalan momentum sudut dan aplikasinya pada penari balet. Semoga memberikan wawasan dan memberikan semangat untuk senantiasa belajar fisika.

Artikel lainnya:

Kapasitor dan Aplikasinya dalam Kehidupan Sehari-hari

kapasitor

Sahabat fisioner kali ini kita akan membahas topik tentang kapasitor dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat beberapa penerapan kapasitor dalam kehidupan kita, misalnya power suply, amplifier, radio, flash cammera, dan yang lainnya. Sudah tahukah sahabat fisioner dengan kapasitor? Untuk lebih memahaminya silahkan sahabat fisioner mempelajari topik kapasitor dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari berikut ini. 

Topik: Kapasitor dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

1. KONSEP KAPASITOR

Kapasitor
kapasitor
Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang terdiri atas dua keping bermuatan listrik yang sama besarnya, tetapi berlawanan jenisnya. Bentuk kapasitor bermacam-macam, diantaranya berbentuk keping sejajar, bola sepusat, dan bentuk silinder atau tabung.

Kegunaan Kapasitor
Kapasior digunakan untuk menghindari terjadinya loncatan listrik pada rangkaian-rangkaian yang mengandung kumparan bila tiba-tiba arus listrik diputuskan. Kapasitor dapat juga berfungsi sebagai penyimpan muatan atau energi listrik dan sebagai tunning untuk memilih panjang gelombang yang dikehendaki pada pesawat radio.

Kapasitas Kapasitor
Kapasitas adalah kemampuan menyimpan muatan. Sesuai dengan kegunaannya, kapasitas suatu kapasitor bergantung pada dimensi atau ukurannya dan medium-medium yang ada di dalam kapasitor tersebut. Makin besar ukuran suatu kapasitor, makin besar pula kemampuannya untuk menyimpan muatan listrik. Kapasitor mempunyai kapasitas C, yang dinyatakan sebagai perbandingan yang tetap antara muatan q dari salah satu penghantarnya terhadap beda potensial antara keping penghantar itu.
Sedangkan kapasitas kapasitor untuk keping sejajar akan menjadi:

Dimana: 
C = kapasitas kapasitor (Farad)
εo = permitivitas ruang hampa/udara
A = luas tiap-tiap keping (m2)
d = jarak antar keping (m)

Jika kapasitor diisi bahan /medium lain selain vakum/udara maka persamaannya menjadi:

Dimana ε = ε r ε o adalah permitivitas suatu medium dan ε r adalah permitivitas relatifnya.
Kapasitas kapasitor yang berbentuk bola dirumuskan dengan:

Dengan R adalah jari-jari bola.

Susunan Kapasitor

1. Kapasitor disusun seri
Dua kapasitor atau lebih bila disusun seri maka muatan pada tiap-tiap kapasitornya sama sebab muatan total seluruh kapasitor sama dengan muatan tiap-tiap kapasitor.
Untuk kapasitor yang disusun seri:
sehingga diperoleh kapasitas kapasitor pengganti untuk kapasitor yang disusun seri adalah:

2. Kapasitor disusun paralel
Apabila ada beberapa buah kapasitor dipasang paralel maka kapasitor-kapasitor tersebut akan mempunyai beda potensial yang sama, dan sama dengan beda potensial gabungan seluruh kapasitor.Sedangkan kapasitas gabungannya lebih besar dari kapasitas tiap-tiap kapasitor. Jadi, untuk mendapatkan kapasitas kapasitor yang besar, kapasitor-kapasitor harus disusun secara paralel.

Untuk kapasitor yang disusun paralel:
sehingga diperoleh kapasitas kapasitor pengganti untuk kapasitor yang disusun secara paralel yaitu:
Cg = C1 + C2 + C3

3. Susunan gabungan
Kapasitor juga dapat disusun secara gabungan yaitu secara seri dan paralel sekaligus seperti gambar di bawah ini. 
Untuk menentukan kapasitas kapasitor pengganti untuk susunan kapasitor seperti gambar di atas yaitu ditentukan dahulu kapasitas kapasitor yang disusun paralel (Cp = C3 + C4 + C5) kemudian diselesaikan secara seri antara C1 , C2 , dan Cp.

Energi yang Tersimpan dalam Kapasitor
Bila sebuah kapasitor diberikan muatan listrik, sesungguhnya yang terjadi adalah perpindahan muatan dari satu keping ke keping yang lainnya. Untuk itu diperlukan usaha. Usaha yang telah dipakai untuk pemberian muatan itu akan disimpan oleh kapasitor sebagai energi. Secara matematis usaha tersebut dirumuskan sebagai:

2. Contoh Soal

1. Tentukan kapasitas kapasitor keping sejajar yang mempunyai luas keping 2 cm2 dan jarak antarkepingnya 0,4 cm , bila muatan tiap-tiap keping sebesar 10-6 μC dan εo = 8,85 x 10-12 C2/Nm2. Di antara keping ada medium dengan permitivitas relatif 2!
Penyelesaian

Diketahui:

A = 2 cm2 = 2 x 10-4 m2

d = 0,4 cm = 4 x 10-3 m

q = 10-6 μC = 10-12 C

εo = 8,85 x 10-12 C2/Nm2

εr = 2

Ditanyakan: C = .... ?

Jawab:

2. Dua buah kapasitor masing-masing kapasitasnya 2 μF dan 3 μF dipasang secara seri. Beda potensial antara ujung-ujung gabungannya 10 volt. Tentukanlah:

a. kapasitas gabungannya

b. muatan tiap-tiap kapasitor

c. beda potensial tiap-tiap kapasitor

Penyelesaian

Diketahui:

susunan seri → q sama di tiap-tiap kapasitor

C1 = 2 μF = 2 x 10-6 F

C2 = 3 μF = 3 x 10-6 F

Vg = 10 V

Ditanyakan:

a. Cg = .... ?

b. C1 = .... ? dan C2 = .... ?

c. V1 = .... ? dan V2 = .... ?

Jawab:

3. Dua buah kapasitor dipasang paralel, yang masing-masing kapasitanya 1 μF dan 2 μF. Beda potensial antara ujung-ujungnya 12 volt. Tentukanlah:

a. kapasitas penggantinya

b. muatan tiap-tiap kapasitor

c. muatan gabungannya

Penyelesaian

Diketahui:

susunan paralel → V sama untuk tiap-tiap kapasitor

C1 = 1 μF = 1 x 10-6 F

C2 = 2 μF = 2 x 10-6 F

V = 12 V

Ditanyakan:

a. Cg = .... ?

b. q1 = .... ? dan q2 = .... ?

c. qg = .... ?

Jawab:

4. Tiga buah kapasitor disusun seperti gambar di bawah ini. Jika C1 = 1 μF, C2 = 2 μF, C3 = 3 μF, Vab = 12 volt. Tentukanlah:

a. kapasitas gabungannya

b. muatan pada kapasitor C1

c. muatan pada kapasitor C2 dan C3

Penyelesai

Diketahui:

C1 = 1 μF = 1 x 10-6 F

C2 = 2 μF = 2 x 10-6 F

C3 = 3 μF = 3 x 10-6 F

Vab = Vg = 12 V

Ditanyakan:

a. Cg =.... ?

b. q1 = .... ?

c. q2 = .... ? dan q3 = .... ?

Jawab:

5. Dua buah kapasitor dipasang secara seri dengan kapasitas masing-masing 1 μF dan 2 μF dan beda potensial antara ujung-ujungnya 6 volt. Tentukanlah energi yang tersimpan pada tiap-tiap kapasitor!

Penyelesaian

Diketahui:

susunan seri → q sama di tiap-tiap kapasitor

C1 = 1 μF = 1 x 10-6 F

C2 = 2 μF = 2 x 10-6 F

Vg = 6 V

Ditanyakan: W1 = .... ? dan W2 = .... ?

Jawab:

3. Aplikasi kapasitor dalam kehidupan sehari-hari

kapasitor

Terdapat beberapa penerapan kapasitor dalam kehidupan kita sehari-hari. Beberapa alat elektronik yang memanfaatkan kapasitor diantaranya:

1. Amplifier

2. Lampu neon

3. Power supply

4. Radio

5. Flash kamera

Demikianlah penjelasan tentang kapasitor dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Semoga memberikan wawasan dan memberikan semangat untuk senantiasa belajar fisika.

Artikel lainnya:

Cepat Rambat Bunyi dan Pengukuran Kedalaman Laut

 

aplikasi cepat rambat bunyi

Sahabat fisioner kali ini kita akan membahas topik tentang cepat rambat bunyi dan aplikasinya dalam mengukur kedalaman laut. Terdapat beberapa penerapan cepat rambat bunyi dalam kehidupan kita, misalnya untuk mengukur kedalaman laut. Sudah tahukah sahabat fisioner dengan cepat rambat bunyi? Untuk lebih memahaminya silahkan sahabat fisioner mempelajari topik cepat rambat bunyi dan aplikasinya dalam mengukur kedalaman laut berikut ini. 

Topik: Cepat rambat bunyi dan aplikasinya dalam mengukur kedalaman laut

1. Konsep Cepat Rambat Bunyi

Cepat rambat bunyi adalah hasil bagi jarak tempuh dengan waktu tempuh gelombang bunyi. Secara matematis:
                         v = s / t
Dimana:
v = cepat rambat bunyi (m/s)
s = jarak yang ditempuh (m)
t = selang waktu (s)

2. Contoh Soal

1. Sebuah petir terdengar 4 s setelah kilat terlihat di langit. Berapakah jarak petir tersebut dari kita jika kecepatan bunyi di udara 330 m/s?
Penyelesaian:
Diketahui:
t = 4 s
v = 330 m/s
Ditanya:   s = .... ?
Jawab:
s = v . t = 330 . 4 = 1.320 m
Jadi jarak petir tersebut adalah 1.320 m

2. Berapakah cepat rambat gelombang bunyi dalam batang logam yang terbuat dari baja jika diketahui modulus young baja adalah 2,0 x 1011 Pa dan massa jenisnya 7,8 x 103 kg/m3?
Penyelesaian:
Diketahui:
E = 2,0 x 1011 Pa
ρ = 7,8 x 103 kg/m3 
Ditanya:   v = .... ? 
Jawab:
Jadi besar cepat rambatnya adalah 5064 m/s.

3. Tentukan kecepatan perambatan gelombang bunyi dalam zat cair, jika diketahui modulus bulk zat cair adalah 2,25 x 109 N/m2, dan massa jenis zat cair 103  kg/m3!
Penyelesaian
Diketahui:
modulus bulk = 2,25 x 109 N/m2
massa jenis = 103  kg/m3
Ditanyakan: v = ....?
Jawab:
Jadi cepat rambat gelombang bunyi tersebut pada zat cair adalah 1.500 m/s.

3. Aplikasi cepat rambat bunyi dalam mengukur kedalaman laut

aplikasi cepat rambat bunyi
Terdapat beberapa penerapan cepat rambat bunyi dalam kehidupan kita, misalnya untuk mengukur kedalaman laut. Kedalaman laut akan diukur dengan teknik pantulan gelombang suara atau sistem sonar. Kapal mengirim pemancar atau transmitter gelombang suara ke dalam air laut, kemudian gelombang tersebut akan merambat di air laut dan nanti akan mengenai dasar laut. Setelah mengenai dasar lautan gelombang suara tersebut akan terpantulkan kembali ke kapal pengirim sinyal gelombang suara tersebut. Sinyal pantulan tersebut ditangkap oleh penerima atau detektor kapal. Dengan mengetahui lamanya waktu gelombang suara dari mulai di transmisikan sampai di tangkap kembali oleh detektor kapal, maka analisis kedalaman laut bisa dilakukan. 

Contoh soal

Suatu gelombang sonar yang memiliki cepat rambat 1.500 m/s pada zat cair digunakan pada suatu kapal untuk mengukur kedalaman laut. Jika waktu yang diperlukan sonar tersebut dari saat dibunyikan sampai kembali lagi diterima ke kapal adalah 4 sekon, tentukan kedalaman laut tersebut!
Penyelesaian
Diketahui:
v = 1.500 m/s
t = 4 s
Ditanyakan: h = .....?
Jawab:
s = v . t = 1.500 x 4 = 6.000 m
Ini adalah jarak bolak balik dari kapal ke dasar laut sampai ke kapal lagi. Jadi untuk ke dalaman laut adalah setengah dari jarak tersebut.
h = 1/2 . s = 1/2 . 6.000 =3000 m
Jadi kedalaman laut tersebut adalah 3.000 m.

Demikianlah penjelasan tentang cepat rambat bunyi dan aplikasinya dalam mengukur kedalaman laut. Semoga memberikan wawasan dan memberikan semangat untuk senantiasa belajar fisika.

Artikel lainnya:
Subscribe to: Posts (Atom)