Fisika Dasar

Senin, 01 Desember 2014

Peristiwa Fisika Dalam Kehidupan Sehari-hari

Berikut rangkuman peristiwa fisika sehari-hari yang mudah teramati:

1.Gerak semu harian matahari.

Bumi bergerak mengelilingi matahari dari arah barat ke timur. Faktanya, matahari yang terlihat bergerak dari timur ke barat. Gerak matahari dari timur ke barat disebut gerak semu harian mata hari.

2.Lemari hias terbuat dari cermin datar.

Lemari hias selalu menggunakan cermin datar. Orang tidak pernah menggunakan cermin cembung atau cekung. Pada cermin datar, benda sama tinggi dengan bayangannya, jarak benda sama dengan jarak bayangannya. Hanya saja, cermin datar menunjukkan bayangan yang tertukar antara sisi kanan dengan sisi kiri.

3.Spion kendaraan terbuat dari cermin cembung.

Cermin cembung tidak pernah membentuk bayangan terbalik. Semakin jauh jarak benda maka bayangan benda itu semakin kecil, begitu sebaliknya.

4.Kejadian Pelangi.

Pelangi terjadi pada pagi atau sore hari, tidak pernah tengah hari, apalagi malam hari. Jika matahari berada di sebelah barat maka pelangi terjadi di sebelah timur, begitu sebaliknya. Pelangi terjadi saat hujan dan tidak pernah terjadi pada saat cuaca cerah. Pelangi itu merupakan proses penguraian bintik air oleh cahaya matahari.

5.Jam tangan selalu berputar ke arah kanan.

Jam tangan dan alat ukur waktu lainnya selalu berputar ke kanan. Orang menjadikan ini sebagai patokan arah putaran. Misalnya, searah dengan putaran jarum jam. Artinya, berputar ke kanan. Berlawanan dengan putaran jarum jam, berarti berputar kekiri.

5.Ketika kendaraan hendak berangkat kita terdorong ke belakang, begitu sebaliknya. Ini diindikasikan sebagai hukum kelembaman (hukum I Newton).

6.Petir dan kilat terjadi bersamaan, faktanya kilat terklihat terlebih dahulu ketimbang terdengar petir. Ini disebabkan oleh cahaya lebih cepat merambat di udara ketimbang bunyi.

Minggu, 30 November 2014

Jenis dan Proses Terjadinya Pelangi

Pelangi

Pelangi atau bianglala adalah gejala optik dan meteorologi berupa cahaya beraneka warna saling sejajar yang tampak di langit atau medium lainnya. Pelangi merupakan suatu busur spektrum besar yang terjadi karena pembiasan cahaya matahari oleh butir-butir air.

Dalam ilmu fisika, pelangi dapat dijelaskan sebagai sebuah peristiwa pembiasan alam. Pembiasan merupakan proses diuraikannya satu warna tertentu menjadi beberapa warna lainnya (disebut juga spektrum warna), melalui suatu media/ medium tertentu pula.
Proses terurainya warna terjadi ketika cahaya matahari yang berwarna putih terurai menjadi spektrum warna melalui media air hujan. Adapun spektrum warna yang terjadi terdiri atas warna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.

           Fenomena pelangi yang paling menakjubkan akan terjadi apabila udara sedikit mendung dan terjadi hujan rintik-rintik. Saat berdiri membelakangi cahaya matahari, kita akan mengamati pelangi dengan latar belakang awan mendung, warna-warnanya akan tampak jelas dan tegas.
Di Yunani pelangi dikenal mitos bahwa pelangi merupakan jalan dari dunia menuju surga yang dilalui oleh Dewa Pembawa Pesan, Dewa Iris. Mitologi Cina mengatakan bahwa pelangi merupakan torehan yang dibuat oleh Dewi Nuwa dengan menggunakan batu dalam lima warna. Sedangkan pada mitologi India dikenal bahwa pelangi merupakan busur panah Sang Rama sebagai reinkarnasi Wisnu.

Proses Terjadinya Pelangi

           Cahaya matahari adalah cahaya polikromatik (terdiri dari banyak warna). Warna putih cahaya matahari sebenarnya adalah gabungan dari berbagai cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda-beda. Mata manusia sanggup mencerap paling tidak tujuh warna yang dikandung cahaya matahari, yang akan terlihat pada pelangi: merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.
          Panjang gelombang cahaya ini membentuk pita garis-garis paralel, tiap warna bernuansa dengan warna di sebelahnya. Pita ini disebut spektrum. Di dalam spektrum, garis merah selalu berada pada salah satu sisi dan biru serta ungu di sisi lain, dan ini ditentukan oleh perbedaan panjang gelombang.
          Pelangi tidak lain adalah busur spektrum besar yang terjadi karena pembiasan cahaya matahari oleh butir-butir air. Ketika cahaya matahari melewati butiran air, ia membias seperti ketika melalui prisma kaca. Jadi di dalam tetesan air, kita sudah mendapatkan warna yang berbeda memanjang dari satu sisi ke sisi tetesan air lainnya. Beberapa dari cahaya berwarna ini kemudian dipantulkan dari sisi yang jauh pada tetesan air, kembali dan keluar lagi dari tetesan air. Cahaya keluar kembali dari tetesan air ke arah yang berbeda, tergantung pada warnanya. Warna-warna pada pelangi ini tersusun dengan merah di paling atas dan ungu di paling bawah pelangi.

Berbagai Jenis Pelangi

Classic Rainbows

Pelangi Alam terdiri dari enam warna: merah, oranye, kuning, hijau, biru dan ungu. Intensitas warna masing-masing mungkin karena berbagai kondisi atmosfer dan waktu (kemudian).

Circular Rainbows

Pelangi yang benar-benar terlihat seperti busur lingkaran sempurna (dengan radius tepat 42 derajat, menurut Descartes), meskipun melihat pelangi ini sulit karena tanahnya memiliki kebiasaan menghalangi.

Secondary Rainbows

Pelangi primer, sering disertai dengan pelangi sekunder biasanya tipis dan redup daripada pelangi primer. Pelangi sekunder terkenal dengan karakteristik tertentu: spektrum ditampilkan dalam urutan terbalik dari sebuah pelangi primer.

Red Rainbows

Red Rainbows biasanya terlihat saat fajar atau senja ketika ketebalan filter atmosfir bumi menjadi biru, meninggalkan lebih merah atau tetesan cahaya oranye mencerminkan dan membiaskan air. Hasilnya adalah pelangi dengan spektrum ujung merah sangat meningkat.

Sundogs

Yang paling sering terlihat rendah di langit di hari musim dingin yang cerah, sundogs dibuat ketika matahari bersinar melalui kristal es yang tinggi di atmosfer. Sundogs berwarna merah di bagian dalam dan ungu di bagian luar dengan sisa spektrum ramai di antaranya. Semakin tebal konsentrasi kristal es di udara, semakin tebal pula struktur nya.

Fogbows

Fogbows lebih jarang terlihat daripada pelangi karena parameter tertentu yang harus disesuaikan untuk menciptakan mereka. Misalnya, sumber cahaya harus berada di belakang pengamat dan membumi. Juga, kabut di belakang pengamat harus sangat tipis sehingga sinar matahari yang dapat bersinar melalui kabut tebal di depan.

Waterfall Rainbows

Kabut air terjun bercampur ke dalam aliran udara konstan atmosfer terus menerus, terlepas dari cuaca. Hal ini membuat sebuah foto teman-air terjun yang sangat baik untuk pelangi! Seleksi pasangan beberapa gambar air terjun paling terkenal yang berbarengan dengan beberapa pelangi menakjubkan.

Fire Rainbows

Pelangi ini bukan terbuat dari api, Nama yang benar untuk efek optik yang indah ini adalah “circumhorizontal arc”. Fenomena ini hanya dapat dilihat dalam kondisi spesifik tertentu: awan cirrus, yang bertindak seperti prisma harus setidaknya berada di ketinggian 20.000 kaki dan matahari harus menyorot ketika mereka berada di ketinggian 58-68 derajat. Rainbow Fire tidak pernah terlihat di lokasi lebih dari 55 derajat utara atau selatan.

Moonbows

Moonbows, seperti moondogs, adalah mitra untuk pelangi lunar. Mereka juga jauh lebih sulit dilihat karena badai hujan harus berlalu dan, idealnya, bulan purnama yang terang tidak terhalang oleh awan.

Gerak Rotasi

1. Keseimbangan Benda Tegar

Di kelas X kalian telah belajar tentang hukum Newton. Masih ingat hukum I Newton? Tentu saja masih. Jika benda dipengaruhi gaya yang jumlahnya nol ΣF = 0 maka benda akan lembam atau seimbang translasi.

Hukum I Newton di atas itulah yang dapat dikembangkan untuk gerak rotasi. Jika suatu benda dipengaruhi momen gaya yang jumlahnya nol (Στ = 0) maka benda tersebut akan seimbang rotasi.

Kedua syarat di atas itulah yang dapat digu-nakan untuk menjelaskan mengapa sebuah benda tegar itu seimbang. Sebuah benda tegar akan seim-bang jika memenuhi keadaan syarat di atas. Berarti berlaku syarat di bawah.

2. Gerak Rotasi

Kalian sudah belajar tentang keadaan benda yang memiliki resultan momen gaya nol, yaitu bendanya akan setimbang rotasi. Bagaimana jika resultan tidak nol? Jawabannya harus kalian hubungkan hukum II Newton.

Pada hukum II Newton di kelas X, telah kalian pelajari untuk gerak translasi. Jika benda dipengaruhi gaya yang tidak nol maka benda itu akan mengalami percepatan. ΣF = m a.

Apabila hukum II Newton ini kalian terapkan pada gerak rotasi maka saat benda bekerja momen gaya yang tidak bekerja momen gaya yang tidak nol maka bendanya akan bergerak rotasi dipercepat.

Perhatikan Gambar momen gaya yang dapat menyebabkan gerak rotasi dipercepat berikut ini.

Dari penjelasan di atas dapat dibuat simpulan hukum II Newton pada gerak translasi dan rotasi sebagai berikut.

1) Sistem benda

Sistem benda adalah gabungan beberapa benda yang mengalami gerak secara bersama-sama. Pada sistem benda bab ini dapat merupakan gabungan gerak translasi dan rotasi. Contohnya adalah sistem katrol dengan massa tidak diabaikan.

2) Menggelinding

Kalian tentu sudah mengenal kata menggelinding, bahkan mungkin pernah jatuh dan menggelinding. Benda menggelinding adalah benda yang mengalami dua gerak langsung yaitu translasi dan rotasi. Contohnya seperti gerak roda sepeda, motor atau mobil yang berjalan. Selain berotasi roda juga bergerak translasi (lurus).

Pada gerak yang menggelinding akan berlaku kedua syarat secara bersamaan dari persamaan

Gerak Harmonik Sederhana

Definisi Gerak Harmonik Sederhana

Gerak Harmonik Sederhana adalah gerak bolak balik secara teratur melalui titik keseimbangannya dengan banyaknya getaran benda dalam setiap sekon selalu sama atau konstan.

sumber gambar: http://www.rainbowplay.com/

Setiap gerak yang terjadi secara berulang dalam selang waktu yang sama disebut gerak periodik. Karena gerak ini terjadi secara teratur maka disebut juga sebagai gerak harmonik. Apabila suatu partikel melakukan gerak periodik pada lintasan yang sama maka geraknya disebut gerak osilasi/getaran. Bentuk yang sederhana dari gerak periodik adalah benda yang berosilasi pada ujung pegas. Karenanya kita menyebutnya gerak harmonis sederhana.

Apabila dibuatkan grafik, gerak harmonis akan membentuk grafik sinus atau sinusoidal seperti berikut:

Dalam gerak harmonik terdapat beberapa besaran fisika yang dimiliki benda diantaranya:

Simpangan (y): jarak benda dari titik keseimbangan
Amplitudo (A): simpangan maksimum atau jarak terjauh
frekuensi (f): banyaknya getaran setaip waktu
Perioda (T):banyaknya waktu dalam satu getaran

Contoh Aplikasi Gerak Harmonik Sederhana
Biasanya dijelaskan pada kasus Ayunan Bandul dan Pegas
Ayunan Bandul Sederhana atau disebut juga sebagai Pendulum.

Persamaan:

Dalam ayunan bandul sederhana, periode ayunan tergantung dari panjang tali dan gravitasi. Semakin besar panjang tali maka makin besar juga periodanya. Seperti persamaan berikut:

$perioda ayunan bandul$

Keterangan:
T = Perioda (s)
l = Panjang tali (m)
g = percepatan gravitasi (m/s*2)

Bandul sederhana maupun pegas biasanya kita pergunakan untuk menentukan nilai percepatan gravitasi bumi dalam praktikum.

Animasi:

Seorang Anak Bermain Ayunan

Ayunan Bandul/Pendulum

Gerak Harmonik Pada Pegas

gambar: ck-12.org

Untuk pegas nilai periodanya ditentukan menggunakan rumus berikut:

$rumus perioda pegas$

Keterangan:
T = Perioda (s)
m = massa beban (kg)
K = konstanta pegas (N/m)

Pada pegas perioda dipengaruhi oleh massa beban dan nilai konstanta pegas. Semakin besar massa beban maka makin besar nilai periodanya. Beda halnya dengan konstanta pegas, semakin besar konstanta pegas maka makin kecil nilai periodanya.

Animasi:

Gerak Harmonik Pada Pegas

Persamaan Simpangan, Kecepatan dan Percepatan Getar Gerak Harmonis Sederhana.

Persamaan Simpangan Getar:
$Y = A sin \omega\ t$
Keterangan :
Y = simpangan (m)
A = simpangan maksimum (amplitudo) (m)
f = frekuensi (Hz)
t = waktu (s)
$\omega$ = kecepatan sudut (rad/s)

$\omega$ = 2 phi f

Jika posisi sudut awal adalah $\theta_0$ , maka persamaan gerak harmonik sederhana menjadi:
$Y = A sin \omega\ t + \theta_0$
Kecepatan Gerak Harmonik Sederhana
Dari persamaan gerak harmonik sederhana
$Y = A sin \omega\ t$
Kecepatan gerak harmonik sederhana :
$v = \frac{dy}{dt}$ $(sin A sin \omega\ t)$
$v = A \omega\ cos \omega\ t$
Kecepatan maksimum diperoleh jika nilai $cos \omega\ t = 1$
atau $\omega\ t = 0$ , sehingga :
$v maksimum = A \omega$
Kecepatan untuk Berbagai Simpangan
$Y = A sin \omega\ t$
Persamaan tersebut dikuadratkan
$Y^2 = A^2 sin^2 \omega\ t$ , maka :
$Y^2 = A^2 (1 - COS^2 \omega\ t)$
$Y^2 = A^2 - A^2 COS^2 \omega\ t$ ...(1)
Dari persamaan : $v = A \omega\ cos \omega\ t$
$\frac{v}{\omega} = A cos \omega\ t$ ...(2)
Persamaan (1) dan (2) dikalikan, sehingga didapatkan :
$v^2 = \omega\ (A^2 - Y^2)$
Keterangan :
v = kecepatan benda pada simpangan tertentu (m/s)
$\omega$ = kecepatan sudut (rad/s)
A = amplitudo (m)
Y = simpangan (m)
Percepatan Gerak Harmonik Sederhana
Dari persamaan kecepatan : $v = A \omega\ cos \omega\ t$ , maka :
$a = \frac{dv}{dt} = \frac{d}{dt}$
$a = -A \omega^2\ sin \omega\ t$
Percepatan maksimum jika $\omega\ t = 1$
atau $\omega\ t$ = 90⁰ = $\frac \pi 2$
$a maks = -A \omega^2\ sin \frac \pi 2$
$a maks = -A \omega^2\$

Note:
Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa dalam gerak harmonis, percepatan getar benda berbanding lurus dengan simpangannya. semakin besar simpangannya maka semakin besar pula percepatannya.