Teori Lengkap Relativitas Khusus Docx

Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya. Lazim disebut eter.

Pada tahun 1887 Michelson dan Morley mengadakan percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan.

Hasil percobaan Michelson dan Morley mencakup dua hal yang penting.

1. Hipotesa tentang medium eter tidak dapat diterima sebagai teori yang benar, sebab medium eter tidak lulus dari ujian pengamatan. 
2. Kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak bergantung kepada gerak bumi.

AZAS RELATIVITAS EINSTEIN.

Di atas telah dibahas bahwa kecepatan cahaya ke segala arah adalah sama, tidak bergantung pada gerak bumi. Tetapi bumi bukanlah satu-satunya planet yang ada dalam jagad raya ini. Kalau begitu bagaimana kecepatan cahaya itu ditinjau dari planet lain yang geraknya berbeda dengan gerakan bumi. 

Pada tahun 1905, Einstein mengusulkan bahwa kecepatan cahaya yang besarnya sama ke segala arah itu berlaku ditempat-tempat lain dalam alam semesta ini. Tegasnya kecepatan cahaya adalah sama, tidak bergantung kepada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya. 

Teori Einstein membawa akibat-akibat yang sangat luas dirasakan agak menyimpang dari pengalaman-pengalaman yang kita peroleh sehari-hari. 

a. Relativitas penjumlahan kecepatan. 

Bila v₁ adalah laju kereta api terhadap tanah, dan v₂ adalah laju orang terhadap kereta api, maka laju orang terhadap tanah :

c adalah kecepatan cahaya

b. Dilatasi waktu (Perpanjangan waktu)

Waktu yang diamati oleh pengamat yang diam (t₀) dengan waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v adalah berbeda.

Hubungannya :

dengan t9 adalah waktu yang tercatat menurut pengamatan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v

c. Kontraksi Lorentz.

Benda yang panjangnya L, oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang benda dan dengan kecepatan v, panjangnya akan teramati sebagai L9.

d. Massa dan Energi.

Massa benda yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda, berbeda dengan massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap benda.

m9 adalah massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap tanah dan m₀ massa yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda.

Didalam mekanika yang disempurnakan, lazimnya disebut mekanika relativistik, energi benda yang kecepatannya v dan massanya m (dalam keadaan diam), bukan 1/2m.v², melainkan 

Besaran energi kinetik menunjukkan dua besaran, yaitu :

Einstein menginterpretasikan bahwa  sebagai energi total benda yang bermassa m dan kecepatan v, sedangkan mc² energi total ketika diam

E Total = E diam + Ek
Akibat interpretasi ini, benda yang bermassa m memiliki energi sebesar E = mc².
Dengan perkataan lain massa setara dengan energi.

LATIHAN SOAL RELATIVITAS KHUSUS

1.      Sebuah pesawat angkasa bergerak dengan kecepatan 0,5 c terhadap pengamat yang diam. Pesawat angkasa ke-dua bergerak dengan kecepatan 0,5 c relatif terhadap pesawat yang pertama. Berapa kecepatan pesawat ke-dua menurut pengamat yang diam ?

2.  Seseorang yang bergerak dengan laju 0,8 c melihat orang yang memungut sebuah jam. Menurut pengamatannya orang itu memungut jam dalam tempo 10 detik. Berapa lama waktu itu dirasakan oleh orang yang memungut jam ?

3.  A dan B berumur 25 tahun. Pada usia tersebut A berkelana dengan pesawat antariksa ke suatu planet diluar tata surya kita. A kembali ke bumi tepat ketika B berusia 35 tahun. Jika kecepatan pesawat antariksa 0,98 c, berapakah umur B menurut pengamatan A ?

4.  Sebuah benda dalam keadaan diam massanya 1 kg. Berapakah massa benda itu jika bergerak dengan kecepatan 0,4 c ?

5.    Berapa Joule dan berapa eV sesuai dengan massa :

1. 1 gram
2. 1 satuan massa atom.

6.  Benda yang panjangnya 100 m diamati oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang kawat dan dengan laju 2.10⁵ km/s. Berapakah panjang benda itu menurut pengamatan orang yang bergerak ?

7.   Seorang antariksawan dari dalam pesawatnya melihat pesawat lain bergerak dengan kecepatan 0,4 c mendekati pesawatnya. Pesawat itu dilihat dari bumi bergerak dengan kecepatan 0,5 c. Menurut Eisntein berapa kecepatan pesawat yang dinaiki antariksawan tersebut bila diamati dari bumi.

8.   Hitunglah kecepatan sebuah partikel yang mempunyai energi kinetik 5/3 energi diamnya.

By : Dede Taufiq

Dualisme Gelombang Partikel Lengkap Docx

Gejala Foto Listrik.

Yang dimaksud dengan gejala foto listrik adalah emisi (pancaran) elektron dari logam sebagai akibat penyinaran gelombang elektromagnetik (cahaya) pada logam tersebut.

Cahaya biasa mampu melepaskan elektron dari logam-logam alkali.

Hasil-hasil percobaan yang seksama menunjukkan bahwa :

• Makin besar intensitas cahaya, semakin banyak elektron-elektron yang diemisikan.
• Kecepatan elektron-elektron yang diemisikan hanya bergantung kepada frekwensi cahaya, makin besar frekwensi cahaya makin besar pula kecepatan elektron yang diemisikan.
• Pada frekwensi cahaya yang tertentu (frekwensi batas) emisi elektron dari logam tertentu sama.

Peristiwa-peristiwa di atas tidak dapat diungkap dengan teori cahaya Huygens.

Pada tahun 1901, Planck mengetengahkan hipotesa bahwa cahaya (gelombang elektromagnetik) harus dianggap sebagai paket-paket energi yang disebut foton. Besar paket energi tiap foton dirumuskan sebagai :

E = Energi tiap foton dalam Joule.

f = Frekwensi cahaya.

h = Tetapan Planck yang besarnya ( 6,625 .10 –34 J.det)

Cahaya yang intensitasnya besar memiliki foton dalam jumlah yang sangat banyak. Tiap-tiap foton hanya melepaskan satu elektron. Kiranya mudah dipahami bahwa semakin besar intensitas cahaya semakin banyak pula elektron-elektron yang diemisikan.

Tiap foton yang datang pada logam, sebagian energinya digunakan untuk melepaskan elektron dan sebagian menjadi energi kinetik elektron. Jika energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron sebesar a dan energi yang menjadi energi kinetik sebesar Ek maka dapat ditulis persamaan :

Dari persamaan nampak jelas, makin besar frekwensi cahaya, makin besar kecepatan yang diperoleh elektron.

Bila frekuensi cahaya sedemikian sehingga h.f = a, maka foton itu hanya mampu melepaskan elektron tanpa memberi energi kinetik pada elektron. Penyinaran dengan cahaya yang frekuensi lebih kecil tidak akan menunjukkan gejala foto listrik.

Sifat Kembar Cahaya

Gejala-gejala interferensi dan difraksi memperlihatkan sifat gelombang yang dimiliki cahaya, dilain pihak cahaya memperlihatkan sifat sebagai paket-paket energi (foton). 

Timbul suatu gagasan apakah foton itu dapat diartikan sebagai partikel-partikel. 

Untuk menjawab pertanyaan ini A.H. Compton mempelajari tumbukan-tumbukan antara foton dengan elektron. 

Kesimpulan yang diperolehnya menunjukkan bahwa foton dapat berlaku sebagai partikel dengan momentum.

Tidak ada keraguan lagi bahwa cahaya memiliki sifat kembar, sebagai gelombang dan sebagai partikel.

Hipotesa De Broglie

Jika cahaya yang memiliki sifat gelombang, memiliki sifat partikel, maka wajarlah bila partikel-partikel seperti elektron memiliki sifat gelombang, demikian hipotesa yang dikerjakan oleh de Broglie (tahun 1892). 

Panjang gelombang cahaya dengan frekuensi dan kecepatannya mempunyai hubungan sebagai berikut :

Menuurut Compton

Hubungan ini berlaku pula bagi partikel, demikian usul de Broglie. Menurut de Broglie, jika ada partikel yang momentumnya p, maka partikel itu dapat bersifat sebagai gelombang dengan panjang gelombang :

Percobaan Davisson dan Germer

Jika partikel berlaku sebagai gelombang, harus dapat ditunjukkan bahwa partikel dapat menimbulkan pola-pola difraksi seperti halnya pola-pola difraksi pada gelombang. 

Pada tahun 1927 Davisson dan Germer memilih elektron sebagai partikel untuk menguji hipotesa de Broglie. Elektron-elektron diperoleh dari filamen yang dipijarkan, kemudian elektron-elektron itu dipercepat dalam medan listrik yang tegangannya 54 Volt. Setelah dipercepat elektron-elektron memiliki energi kinetik.

Ek = 54 eV = 54 . 1,6 .10 ^–19 Joule

Momentum elektron

p = mv = 4 .10 ^–24 kg m/det

Menurut de Broglie, panjang gelombang elektron

Untuk memperoleh pola difraksi diperlukan kisi-kisi yang lebar celahnya kira-kira sama dengan panjang gelombang yang akan diuji. Sebab jika celah terlampau lebar, tidak menimbulkan gangguan pada gelombang, dan jika kisi terlampau sempit, pola-pola difraksi sukar teramati.

Kisi-kisi yang tepat untuk memperoleh pola difraksi gelombang elektron adalah kisi yang terjadi secara alamiah yakni celah-celah yang berada antara deretan atom-atom kristal bahan padat, dalam hal ini dipergunakan kisi kristal nikel.

Hasil percobaan Davisson dan Germer menunjukkan bahwa elektron-elektron dapat menimbulkan pola-pola difraksi.

Kini tidak disangsikan lagi bahwa apa yang kita kenal sebagai materi dapat pula menunjukkan sifat gelombang, tepat seperti yang diramalkan oleh de Broglie.

Usaha dan Energi Lengkap Docx

Usaha adalah hasil kali komponen gaya dalam arah perpindahan dengan perpindahannya 

Jika suatu gaya F menyebabkan perpindahan sejauh x, maka gaya F melakukan usaha sebesar W, yaitu

W = usaha

F = gaya

x = perpindahan

a = sudut antara gaya dan perpindahan

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Usaha (W)	joule	Erg
Gaya (F)	newton	Dyne
Perpindahan ( x)	meter	Cm

1 joule = 10⁷ erg

Catatan : Usaha (work) disimbolkan dengan huruf besar  W

               Berat  (weight) disimbolkan dengan huruf kecil w

Jika ada beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda, maka usaha total yang dilakukan terhadap benda tersebut sebesar :

Jumlah usaha yang dilakukan tiap gaya,  atau Usaha yang dilakukan oleh gaya resultan.

DAYA
Daya (P) adalah usaha yang dilakukan tiap satuan waktu.

P = daya

W = usaha

t = waktu

Daya termasuk besaran skalar yang dalam satuan MKS  mempunyai satuan watt atau J/s

Satuan lain adalah :

1 HP = 1 DK = 1 PK = 746 watt    

HP = Horse power

DK = Daya kuda

PK = Paarden Kracht

1 Kwh adalah satuan energi besarnya = 3,6 .10⁶watt.detik = 3,6 . 10⁶ joule

KONSEP ENERGI

Suatu sistem dikatakan mempunyai energi/tenaga, jika sistem tersebut mempunyai kemampuan  untuk melakukan usaha. Besarnya energi suatu sistem sama dengan besarnya usaha yang mampu ditimbulkan oleh sistem tersebut. Oleh karena itu, satuan energi sama dengan satuan usaha dan energi juga merupakan besaran skalar.

Dalam fisika, energi dapat digolongkan menjadi beberapa macam antara lain :

Energi mekanik (energi kinetik + energi potensial) , energi panas , energi listrik, energi kimia, energi nuklir, energi cahaya, energi suara, dan sebagainya.

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan yang terjadi hanyalah transformasi/perubahan suatu bentuk energi ke bentuk lainnya, misalnya dari energi mekanik diubah menjadi energi listrik pada air terjun.

ENERGI KINETIK

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki oleh setiap benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda besarnya berbanding lurus dengan massa benda dan kuadrat kecepatannya.

Ek : Energi kinetik

m  : massa benda

v   : kecepatan benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi kinetik (Ek)	Joule	erg
Massa (m)	Kg	gr
Kecepatan (v)	m/det	cm/det

Usaha = perubahan energi kinetik

ENERGI POTENSIAL GRAVITASI

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki oleh suatu benda karena pengaruh tempatnya (kedudukannya). Energi potensial ini juga disebut energi diam, karena benda yang diam-pun dapat memiliki tenaga potensial.

Sebuah benda bermassa m digantung seperti di bawah ini

Jika tiba-tiba tali penggantungnya putus, benda akan jatuh.

Maka benda melakukan usaha, karena adanya gaya berat (w) yang menempuh jarak h.

Besarnya Energi potensial benda sama dengan usaha yang sanggup dilakukan gaya beratnya selama jatuh menempuh jarak h.

Ep = Energi potensial

w = berat benda

m = massa benda

g = percepatan grafitasi

h = tinggi benda

SATUAN

BESARAN	SATUAN MKS	SATUAN CGS
Energi Potensial (Ep)	joule	erg
Berat benda (w)	newton	dyne
Massa benda (m)	Kg	gr
Percepatan grafitasi (g)	m/det2	cm/det2
Tinggi benda (h)	m	cm

Energi potensial gravitasi tergantung dari :

• percepatan gravitasi bumi
• kedudukan benda
• massa benda

ENERGI POTENSIAL PEGAS.

Energi potensial yang dimiliki benda karena elastik pegas.

                       Gaya pegas (F)  = k . x

                       Ep Pegas     (Ep) = ½ k. x²

 

k = konstanta gaya pegas

x = regangan

Hubungan usaha dengan Energi Potensial :

                                        W = DEp = Ep₁ – Ep₂

ENERGI MEKANIK
Energi mekanik (Em) adalah jumlah antara energi kinetik dan energi potensial suatu benda.

                                          Em = Ek + Ep

HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.
Jadi energi itu adalah KEKAL.

                                     Em₁   =    Em₂

                           Ek₁ + Ep₁  =  Ek₂ + Ep₂

_{LATIHAN SOAL USAHA DAN ENERGI}

*  Sebuah benda meluncur di atas papan kasar sejauh 5 m, mendapat perlawanan gesekan dengan papan sebesar 180 newton. berapa besarnya usaha dilakukan oleh benda tersebut ?.

*  Gaya besarnya 60 newton bekerja pada sebuah gaya. Arah gaya membentuk sudut 30^odengan bidang horizontal. Jika benda berpindah sejauh 50 m. Berapa besarnya usaha ?

*  Gaya besarnya 60 newton menyebabkan benda yang massanya 15 kg (g = 10 m/s²) berpindah horizontal sejauh 10 m. Berapa besarnya usaha dan besarnya perubahan energi potensial ?

*  Berapa besar usaha jika sebuah  elevator yang beratnya 2000 N dinaikkan setinggi 80 m ? Berapa besar energi potensial elevator setelah dinaikkan ?

*  Berapa besar usaha untuk menaikkan 2 kg setinggi 1,5 m di atas lantai ? Berapa besar energi potensial benda pada kedudukan yang baru ? (g = 10 m/s²)

*  Berapa besar gaya diperlukan untuk menahan 2 kg benda, tetap 1,5 m di atas lantai dan berapa besar usaha untuk menhan benda tersebut selama 5 detik

     ( g = 9,8 m/s²)

*  Untuk menaikkan kedudukan benda yang massanya 200 kg ke tempat x meter lebih tinggi, diperlukan kerja sebesar 10.000 joule. Berapa x ? (g = 9,8 m/s²)

*  Gaya besarnya 300 newton dapat menggerakkan benda dengan daya 1 HP. Berapa besarnya kecepatan benda.

*  Berapa besar energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan 20 m/s, jika massa benda 1000 kg ?

*  Benda massanya 1 kg mempunyai energi kinetik besarnya 1 joule berapa kecepatan benda ?

*  Benda yang massanya 2 kg (g = 9,8 m/s²) jatuh dari ketinggian 4 m di ats tanah. Hitung besar energi potensial benda dalam joule dan dalam erg.

*  Benda massanya 5 kg, jatuh dari ketinggian 3 m di atas tanah ( g = 9,8 m/s²) Berapa energi kinetik benda pada saat mencapai tanah ?

*  Benda massanya m kg bergerak di atas papan kasar dengan kecepatan 10 m/s. Jika besarnya koefisien gesekan 0,25. Hitunglah waktu dan jarak yang ditempuh benda setelah benda berhenti (g = 10 m/s²)

*  Sebuah bom yang massanya m kg ditembakkan dengan kecepatan 600 m/s oleh meriam yang panjangnya 6 m. Berapa besar gaya yang diperlukan untuk menembakkan bom tersebut ?

*  Gaya besarnya 80 newton bekerja pada benda massanya 50 kg. Arah gaya membentuk sudut 30^o dengan horizontal. Hitung kecepatan benda setelah berpindah sejauh 10 m.

*  Benda beratnya w Newton (g = 9,8 m/s²) mula-mula dalam keadaan diam. Gaya besarnya 10 newton bekerja pada benda selama 5 detik. Jika gaya telah melakukan usaha sebesar 2500 joule, berapa w dan berapa besarnya daya dalam watt dan HP.

*  Benda yang massanya 2 kg sedang bergerak. Berapa besar usaha untuk :

menaikkan kecepatan benda dari 2 m/s menjadi 5 m/s

Menghentikan gerak benda yang kecepatannya 8 m/s  (g = 9,8 m/s²)

*  Kereta api beratnya 196.000 newton bergerak dengan kecepatan 54 km/jam. Kereta api itu dihentikan oleh rem yang menghasilkan gaya gesek besarnya 6000 newton. Berapa besar usaha gaya gesek dan berapa jarak ditempuh kereta api selama rem, bekerja (g = 9,8 m/s²)

*  Sebuah batu massanya 0,2 kg ( g = 9,8 m/s2) dilemparkan vertical ke bawah dari ketinggian 25 m dan dengan kecepatan awal 15 m/s. Berapa energi kinetik dan energi potensial 1 detik setelah bergerak ?

*  Di dalam suatu senapan angin terdapat sebuah pegas dengan konstanta pegas 25.000 dyne/cm. Ketika peluru dimasukkan, per memendek sebanyak 2 cm. Hitunglah berapa kecepatan peluru ketika keluar  dari senapan itu. Gesekan peluru dengan dinding senapan diabaikan, massa peluru 5 gram.

*  Sebuah benda dijatuhkan bebas dari ketinggian 200 m jika grafitasi setempat 10 m/s² maka hitunglah kecepatan dan ketinggian benda saat Ek = 4 Ep

*  Sebuah benda jatuh bebas dari ketinggian 78,4 m (g = 9,8 m/s²) Hitunglah keceptan benda waktu tiba di tanah ?

*  Sebuah peluru massa 10 gram mengenai paha dan menembus sedalam 3 cm dengan kecepatan 600 m/s. Hitunglah gaya yang diderita paha tersebut.

<sub>Sekian, semoga bermanfaat

By Dede Taufiq</sub>

Pembiasan, Pemantulan, Dispersi Cahaya dan Spektrum Gelombang Elektromagnetik Lengkap

Indeks Bias Cahaya

Pembiasan cahaya dapat terjadi karena terdapat perbedaan laju cahaya pada kedua medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan dengan laju cahaya pada medium yang kurang rapat. 

Menurut Christian Huygens (1629-1695): “Perbandingan laju cahaya dalam ruang hampa dengan laju cahaya dalam suatu zat dinamakan indeks bias.”

Pembiasan Cahaya Pada Prisma

Bahan bening yang dibatas oleh dua bidang permukaan yang bersudut disebut prisma. Tetesan air hujan merupakan salah satu benda yang dihasilkan oleh alam, namun memiliki sifat seperti prisma. Maksudnya jika sebuah cahaya menembus tetesan air, maka cahaya tersebut akan dibiaskan. 

1. Pemantulan Cahaya

Cahaya sebagai gelombang dapat memantul bila mengenai permukaan suatu benda. Pemantulan cahaya dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu pemantulan sempurna dan pemantulan baur. 

Pemantulan sempurna terjadi jika cahaya mengenai permukaan yang mengkilap, seperti cermin. Saat cahaya mengenai permukaan cermin, kita dapat memprediksi arah pemantulannya.

Sedangkan Pemantulan baur dapat terjadi jika cahaya mengenai permukaan yang tidak rata, seperti kertas atau batu. Pemantulan sinar adalah peristiwa terjadinya perubahan arah rambat cahaya ke sisi yang berbeda. Hal yang menarik dan harus dicatat bahwa pembiasan dan pemantulan merupakan manifestasi dari satu hukum yang disebut Fermat's Principle, yang menyatakan cahaya mencapai yang sampai ke mata telah diteruskan jauh dari sumbernya.

2. Dispersi Cahaya

Dispersi cahaya merupakan gejala penyebaran gelombang ketika menjalar melalui celah sempit atau tepi tajam suatu benda. Seberkas cahaya polikromatik jika melalui prisma akan mengalami proses penguraian warna cahaya menjadi warna-warna monokromatik. Dispersi cahaya terjadi jika ukuran celah lebih kecil dari panjang gelombang yang melaluinya.

Gejala Dispersi cahaya adalah gejala peruraian cahaya putih (polikromatik) menjadi cahaya berwarna-warni (monokromatik). Cahaya putih merupakan cahaya polikromatik, artinya cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Jika cahaya putih diarahkan ke prisma, maka cahaya putih akan terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

Cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda. Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Disperi pada prisma terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya. Perhatikan Gambar dibawah ini !

Gambar Dispersi cahaya pada Prisma

Seberkas cahaya polikromatik diarahkan ke prisma. Cahaya tersebut kemudian terurai menjadi cahaya merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu. Tiap-tiap cahaya mempunyai sudut deviasi yang berbeda. Selisih antara sudut deviasi untuk cahaya ungu dan merah disebut sudut dispersi. Besar sudut dispersi dapat dituliskan sebagai berikut:

Φ = δ_u - δ_m = (n_u– n_m)β

Keterangan:
Φ  : sudut dispersi
n_u  : indeks bias sinar ungu
n_m : indeks bias sinar merah
δ_u  : deviasi sinar ungu δm=deviasi sinar merah

δ_{m : deviasi sinar merah}

3. Hukum Snellius 

Pada sekitar tahun 1621, ilmuan Belanda bernama Willebrord Snell melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. 

a. Hukum Snellius terhadap Pemantulan Cahaya 

1. Sinar datang, sinar pantul dan garis normal terletak pada satu bidang datar Sudut datang sama dengan sudut pantul

2. Sudut datang sama dengan sudut pantul

b. Hukum Snellius terhadap Pembiasan Cahaya

Jika cahaya merambat dari medium yang kerapatannya rendah menuju medium yang kerapatannya tinggi, maka cahaya akan dibiaskan mendekati garis normal.Jika cahaya merambat dari medium yang kerapatannya tinggi menuju medium yang kerapatannya rendah, maka cahaya akan dibiaskan menjauhi garis normal.

Selanjutnya kita dapat menghitung sudut datang dan sudut bias berdasarkan Hukum Snellius:

Besar ukuran sudut bias dan sudut pelangi masing-masing warna pelangi dipengaruhi oleh panjang gelombang dan indeks bias masing-masing gelombang warna. Berikut ini merupakan data panjang gelombang dan indeks bias warna pelangi.

Tabel 1. Data Panjang Gelombang dan Indeks Bias Warna Pelangi

Warna-warna seperti pada tabel diatas merupakan komponen dari cahaya putih yang disebut cahaya tampak (visible light) atau gelombang tampak. Komponen lainnya adalah cahaya yang tak tampak (invisible light), seperti inframerah (di sebelah kanan warna merah) dan ultraviolet (di sebelah kiri jingga).

Sinar putih yang biasa dilihat (disebut juga cahaya tampak atau visible light) terdiri dari semua komponen warna dalam spektrum di atas - tentu saja ada komponen lain yang tidak terlihat, disebut invisible light. Alat paling sederhana yang sering dipakai untuk menguraikan warna putih adalah prisma kaca. Sebuah prisma kaca menguraikan cahaya putih yang datang menjadi komponen-komponen cahayanya.

Sekian, semoga bermanfaat.

Prinsip-Prinsip Fisika dalam Pesawat terbang

Pada Abad 21 ini, Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi telah berkembang dengan begitu pesat, salah satunya adalah perkembangan di bidang teknologi transportasi.

Seiring dengan perkembangannya, Alat-alat transportasi terbaru pun silih berganti bermunculan, baik Alat transportasi darat (Motor,Mobil,Kereta api), transportasi air/laut (Kapal) maupun alat transportasi udara (Pesawat terbang).

Manfaat dari perkembangan teknologi transportasi tersebut sudah banyak kita rasakan , perjalanan antar kecamatan, antar kota, antar pulau, antar Negara, maupun antar benua pun dapat kita tempuh dengan waktu yang lebih cepat. Dahulu manusia butuh waktu berminggu-minggu bahkan berbulan-bulan ketika ingin melakukan perjalanan antar negara / benua namun sekarang perjalanan tersebut dapat kita tempuh dalam beberapa jam saja dengan menggunakan alat transportasi udara ( Pesawat terbang ).

Pesawat terbang,

Tentu, sekarang kita sudah sangat familiar nama alat transportasi udara tersebut. Saya juga yakin , kalian sudah pernah melihat bentuk dan ukuran pesawat terbang secara langsung. Mungkin diantara kita juga ada yang pernah bertanya, Bagaimana mungkin hal tersebut dapat terjadi ??

Pesawat ukuranya kan sangat besar, massanya pun ber ton-ton, bagaimana benda yang sangat berat tersebut dapat terbang ??

Dulu waktu saya kecil saya juga sempat bingung dengan masalah tersebut, namun semenjak saya belajar fisika, akhirnya saya mengerti kenapa pesawat dapat terbang.

Pengen tau jawabannya ??

Ayo, yang semangat belajar fisikanya !

Fisika itu menyenagkan kawan J

Dalam kajian ilmu Fisika, masalah seperti bagaimana pesawat dapat terbang sebetulnya bukan peristiwa yang mustahil untuk terjadi.

Tentunya kalian sudah mengetahui, jika semua benda di bumi selalu jatuh menuju pusat bumi karena adanya gaya gravitasi (gaya berat), namun juga selalu ada gaya keatas yang arahnya berlawanan dengan gaya berat tersebut (gaya Normal), Kedua gaya tersebutlah yang berusaha di manipulaasi/ direkayasa ( gaya keatas lebih besar daripada gaya kebawah ) sehingga pesawat dapat terbang 

Proses bagaimana pesawat dapat terbang erat kaitannya dengan beberapa konsep fisika, antara lain Prinsip Bernoulli, Hukum 3 Newton dan efek coanda, berikut penjelasannya :

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida (untuk ketinggian yang relatif sama), maka tekanannya akan mengecil sehingga terjadi perbedaan antara tekanan udara dibawah sayap dengan tekanan udaraa diatas sayap. Hal tersebut yang menciptakan gaya angkat. Selain itu, Sayap pesawat juga memiliki kontur potongan melintang yang unik yaitu airfoil. 

Pada airfoil, permukaan atas sedikit melengkung membentuk kurva cembung, sedangkan permukaan bawah relatif datar. Bila udara mengenai kontur ini, maka udara bagian atas akan memiliki kecepatan lebih tinggi daripada udara bagian bawah.

Gambar. Penampang dan diagram aliran angin di sekeliling sayap pesawat

Selain itu jika kita mengmati penampang melintang sayap pesawat, kita dapati bahwa bidang sayap pesawat tidaklah sejajar dengan tubuh pesawat, tetapi agak miring di bagian depan (yang disebut sebagai angle of attack) dengan sudut sekitar 4 derajat untuk pesawat-pesawat kecil. Dengan bentuk seperti ini, udara yang dilintasi pesawat akan sedikit ‘tertahan’ di bagian bawah sayap, yang akhirnya mendorong sayap ke atas. Prinsip-prinsip inilah, dengan sedikit kontribusi prinsip Bernoulli, yang menjadi faktor utama di balik terbangnya sebuah pesawat.

Hukum 3 Newton

Hukum III Newton menekankan pada prinsip perubahan momentum manakala udara dibelokkan oleh bagian bawah sayap pesawat. 

Dari prinsip aksi reaksi, muncul gaya pada bagian bawah sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk membelokkan udara. Bentuk sayap air foil membuat udara yang mengalir di atas ‘diarahkan’ sehingga secara umum lebih banyak udara yang dihembuskan ke arah bawah”. Dari fakta ini, sesuai hukum III Newton, dengan adanya udara yang dihembuskan ke bawah oleh sayap, udara di bawah pesawat akan ‘balas mendorong’ pesawat.

Efek Coanda

Efek Coanda menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir di bagian atas sayap. Bagian atas sayap pesawat yang cembung memaksa udara untuk mengikuti kontur tersebut. Pembelokan kontur udara tersebut dimungkinkan karena adanya daerah tekanan rendah pada bagian atas sayap pesawat . Perbedaan tekanan tersebut menciptakan perbedaan gaya yang menimbulkan gaya angkat.

Gaya –Gaya yang bekerja 

Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi Gaya angkat (lift), Gaya dorong (thrust), Gaya berat (weight), dan Gaya hambat udara (drag). Gaya-gaya tersebutlah yang mempengaruhi terbang semua benda-benda di udara, seperti burung-burung yang bisa terbang atau pesawat

• Gaya dorong (Thrust), dihasilkan oleh mesin (powerplant)/ baling-baling. Gaya ini kebalikan dari gaya hambatan (drag). 
• Gaya hambatan (Drag), arahnya kebelakang disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. 
• Gaya berat (Weight), merupakan gabungan dari berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat, bahan bakar, dan kargo atau bagasi. Gaya berat menarik pesawat ke arah bawah karena dipengaruhi gaya gravitasi bumi. 
• Gaya angkat (Lift), dihasilkan dari efek dinamis udara yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift dari sayap.

Gaya angkat pesawat terbang juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : 

1. Sudut pertemuan antara sayap dan udara, gaya angkat akan makin besar jika sudut pertemuan antara sayap dan udara makin besar. 
2. Massa jenis udara, semakin besar nilai massa jenis udara makin besar pula gaya angkatnya 
3. Kecepatan pesawat relatif terhadap udara, semakin cepat gerak pesawat maka semakin besar gaya angkat yang dihasilkan. 
4. Desain airfoil 

Bagamana, sudah paham kan ??
Dengan menggunakan konsep/ilmu fisika ternyata hal-hal yang dulu terasa mustahil, sekarang sudah menjadi kenyataaan.

Baca juga : Kereta Terbang

Sekian, semoga bermanfaat

Referensi :

https://pustakafisika.wordpress.com/

fisika itu muda, yohannes surya, 2003

Bulan Sinodik Dan Siderik Lengkap

Bulan sebagai satelit alami bumi selalu setia mengikuti dan berevolusi mengelilingi bumi. Sebagai benda angkasa yang periode revolusinya dapat dikatakan selalu tetap maka bulan dapat digunakan sebagai penanda waktu atau kalender.

Dalam mengelilingi bumi, orbit bulan berbentuk elips dengan panjang sumbu semi-mayornya 384.400 km dengan Eksentrisitas 0,055. Karena orbit bulan berbentuk elips, maka jarak bumi-bulan akan berbeda-beda.
Jarak terdekat bumi-bulan disebut dengan Perigee adalah sekitar 356.400 km yang diukur dari pusat bumi ke pusat bulan. Sedangkan jarak terjauh bumi-bulan yang disebut dengan Apogee adalah sekitar 406.700 km. orbit bullan juga miring sebesar 5^o terhadap bidang ekliptika.

Bulan dalam periode revolusinya mengelilingi bumi, dikenal dua istilah yaitu Periode Siderik atau Bulan Siderik dan Periode Sinodik atau Bulan Sinodik. Apa dan bagaimana perbedaan keduanya?

Bulan Siderik adalah selang waktu bulan untuk mengelilingi bumi tepat satu putaran atau 360^o. untuk mengetahui perputaran sebesar 360^o maka perlu titik acuan yang dianggap tetap atau tidak bergerak, titik acuan yang digunakan adalah bintang yang sangat jauh. Periode siderik sekitar 27 1/3 hari atau lebih tepatnya 27,322 hari.

Sedangkan Bulan Sinodik adalah periode bulan berdasarkan fase-fase bulan, yaitu mulai dari bulan baru sampai bulan baru berikutnya. Fase bulan adalah bentuk bulan yang berbeda-beda (sabit, kuartir, benjol, purnama) yang dilihat oleh pengamat di bumi. Bulan tampak bersinar karena memantulkan cahaya matahari. 

Setengah bagian bulan yang menghadap ke matahari akan terang dan sebaliknya, Setengah bagian yang membelakangi matahari akan gelap. Akan tetapi fase bulan yang terlihat dari bumi bergantung pada kedudukan relatif matahari, bulan, dan bumi. Karena bumi sebagai tempat pengamat juga berevolusi mengelilingi matahari, maka bulan harus berevolusi lebih dari satu putaran untuk dapat membentuk fase bulan dari bulan baru sampai bulan baru berikutnya.

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini !!

Ketika bumi berada pada kedudukan E₁ dan bulan berada pada kedudukan M₁, matahari, bumi dan bulan berada pada satu garis lurus dimana bulan berada di antara bumi dan matahari, kedudukan ini disebut dengan Konjungsi. 

Bagian bulan yang menghadap bumi tampak gelap, fase ini disebut dengan Bulan baru. Saat bumi berevolusi dan sampai pada kedudukan E₂ bulan juga telah berevolusi mengelilingi bumi sebesar satu putaran penuh (360^o) dalam selang waktu 27 1/3 hari pada kedudukan M_2, Periode 27 1/3 hari inilah yang disebut dengan Bulan Siderik, namun karena kedudukan bumi telah berpindah, pengamat di bumi melihat bulan belum pada fase bulan baru berikutnya. 

Untuk mencapai fase bulan baru, bulan harus berevolusi lagi dengan sudut sebesar θ agar tiba di kedudukan M₃ yaitu ketika matahari, bulan, dan bumi berada pada satu garis dan bulan mengalami fase bulan baru. Selang waktu dari fase bulan baru sampai bulan baru berikutnya memerlukan waktu 29 ½ hari, Periode 29 ½ hari inilah yang disebut dengan Bulan Sinodik.

Sekian, Semoga Bermanfaat
By : Dede Taufiq

Asal Medan Magnet Bumi Lengkap Docx

William gilbert adalah orang yang pertama kali berani mengatakan bahwa bumi kita ini terdiri dari magnet yang sangat besar, kutub dari magnet bumi tidak tepat berada di kutub selatsan bumi. Demikian juga dengan kutub selatan magnet bumi tidak tepat berada di kutub utara bumi. Arah dari kutub-kutub magnet ini dapat diketahui dengan menggunakan sebuah kompas. Kutub utara kompas selalu menunjukkan arah kutub selatan magnet bumi.

Sudut simpang kutub utara magnet bumi dengan garis meridian (garis yang menghubungkan kedua kutub bubmi) dinamakan sudut deklinasi magnet. Sudut ini besarya 11,5^o.

Pengetahuan tentang magnet bumi sangat penting untuk pelayaran dan untuk komunikasi masa mendatang. Itulah sebabnya orang mempelajar magnet bumi ini dengan serius. Satu hal penting yang masih dalam penyelidikan adalah tentang asal magnet bumi. Sampai sekarang belum ditemukan teori lengkap yang dapat enerangkan terjadinya magnet bumi.

Dahulu orang menyangka magnet bumi berasal dari magnet permanen yang besar sekali dan tertanam dalam tanah. Tapi hal ini tidak mungkin karena suhu di dalam bumi sangat tinggi. Pada suhu tinggi semua material di dalam bumi akan kehilangan sifat magnetiknya.

Sekarang walaupun belum sempurna, orang banyak menerima teori dynamo untuk menerangkan terjadinya magnet bumi. Menurut teori ini seperti digambarkan pada gambar di atas, bumi terdiri atas inti padat yang dikelilingo oleh batuan cair. Di atas batuan cair ini terdapat lagi batuan padat. Ketika bumi berotaasi (berputar pada sumbunya) partikel-partikel bermuatan yang terdapat pada batuan cair ini bergerak sehingga menimbulkan arus listrik. Arus listrik ini akan menimbulkan medan magnetic bumi. Semakin cepat bumi berotasi semakin besar arus yang timbul sehingga semakin besar medan magnetic yang ditimbulkan.

Teori ini ditopang oleh kenyataan bahwa planet-planet atau benda angkasa yang gerak rotasinya sangat cepat mempunyai medan megnetik yang sangat besar misalnya planet Yupiter yang berputar sangat cepat (periode rotasinya hanya 10 jam) mempunyai medan magetik sangat kuat. Sebaliknya bulan yang periode rotasinya 27 hari mempunyai medan magnetic sangat kecil.

Teori lain yang cukup beralasan adalah dengan menganggap bahwa sumber magnet bumi adalah panas yang berasaldari inti bum. Inti bumi sangat panas sekali. Inti ii akan memanaskan batuan cairan di atasnya seperti air dipanaskan di atas kompor. Ketika dipanaskan, pada cairan ini terjadi konveksi. Cairan yang panas ke atas dan cairan yang dingin ke bawah. Akibat gerakan konveksi ini ion-ion dalam cairan panas ini akan menimbulkan medan magnetic.

Kedua teori di atas telah digunakan untuk menerangkan medan magnetic bumi sekitar permukaan bumi.

Untuk tempat yang lebih tinggi medan magneti bumi diperkirakan berasal dari listrik atmosfer atau angin matahari. Listrik atmosfer merupakan ion-ion yang ada di atmosfer. Ion-ion ini terbentuk akiibat proses ionisasi atom-atom atmosfer oleh sinar ultraviolet dan sinar X dari matahari. Sedangkan angin matahari adalah pancaran partikel-partikel bermuatan dari matahari. Partikel-partikel bermuatan dari listrik atmosfer maupun angin matahari akan menimbulkan arus listrik ketika bergerak (baik yang bergerak kea rah bumi maupun yang tertiup angin). Arus yang ditimbulkan ini akan menyebabkan terjadinya medan megnetik.

Gambar di bawah melukiskan medan magnetic bumi yang jauh sekali dari bumi (bumi dilukiskan sebagai bulatan kecil). Angin matahari datang dari kiri. Medan magnet ini akan terasa pada jarak ribuan kilometer dari bumi. 

Sekian, Semoga Bermanfaat
By Dede Taufiq