Fisika Dasar

Termodinamika adalah cabang fisika yang berhubungan dengan studi tentang panas, kerja, dan hubungan di antara mereka. Ini berkaitan dengan transfer energi dari satu tempat ke tempat lain dan konversi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. 

Termodinamika didasarkan pada empat hukum, yang dikenal sebagai hukum termodinamika pertama, kedua, ketiga, dan nol. Hukum-hukum ini menjelaskan hubungan antara panas, kerja, dan energi, dan cara energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. 

Hukum pertama termodinamika, juga dikenal sebagai hukum kekekalan energi, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Hukum ini sering disebut sebagai "prinsip konservasi energi". 

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi total (ukuran ketidakteraturan atau keacakan suatu sistem) dari suatu sistem tertutup akan selalu bertambah dari waktu ke waktu. Hukum ini sering disebut sebagai "hukum peningkatan entropi". 

Hukum termodinamika ketiga menyatakan bahwa ketika suhu sistem mendekati nol mutlak, entropi sistem mendekati nilai minimum. Hukum ke nol termodinamika menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, mereka juga berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. 

Termodinamika adalah cabang fundamental fisika yang memiliki aplikasi luas di berbagai bidang, termasuk teknik, biologi, dan kimia. Ini digunakan untuk memahami perilaku sistem yang melibatkan pertukaran panas dan kerja, seperti mesin, lemari es, dan pompa panas.

Hukum gerak Newton adalah seperangkat tiga hukum dasar fisika yang menggambarkan hubungan antara benda dan gaya yang bekerja padanya. 

Hukum-hukum ini pertama kali dirumuskan oleh fisikawan dan matematikawan Inggris Sir Isaac Newton pada akhir abad ke-17 dan masih digunakan sampai sekarang untuk menggambarkan gerak benda. 

Ketiga hukum gerak tersebut adalah sebagai berikut: 

Hukum pertama, juga dikenal sebagai hukum inersia, menyatakan bahwa benda yang diam cenderung diam, dan benda yang bergerak cenderung tetap bergerak dengan kecepatan konstan, kecuali jika ditindaklanjuti oleh gaya eksternal. 

Hukum ini sering disebut sebagai "prinsip inersia." Hukum kedua menyatakan bahwa percepatan suatu benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja padanya dan berbanding terbalik dengan massanya. Secara matematis, ini dapat dinyatakan sebagai: F = ma, di mana F adalah gaya yang bekerja pada benda, m adalah massa benda, dan a adalah percepatan benda. 

Hukum ketiga menyatakan bahwa untuk setiap tindakan, ada reaksi yang sama dan berlawanan. Ini berarti bahwa ketika satu benda memberikan gaya pada benda lain, benda kedua akan memberikan gaya yang sama dan berlawanan kembali pada benda pertama. 

Hukum-hukum ini sangat mendasar untuk mempelajari fisika dan membentuk dasar untuk pemahaman kita tentang gerak benda. Mereka berlaku untuk berbagai fenomena fisik, termasuk gerak benda di Bumi, perilaku benda langit, dan gerak partikel subatomik.

Besaran skalar adalah besaran fisis yang sepenuhnya digambarkan dengan besaran atau ukuran, seperti massa, suhu, atau waktu. Besaran skalar tidak memiliki arah yang terkait dengannya.

Kuantitas vektor, di sisi lain, adalah kuantitas fisik yang memiliki besaran dan arah. Contoh besaran vektor antara lain perpindahan, kecepatan, dan percepatan. Penting untuk dicatat bahwa besaran vektor tidak sama dengan bilangan kompleks, yang merupakan kombinasi dari komponen real dan imajiner. Kuantitas vektor adalah besaran yang ada di dunia fisik dan dapat diwakili oleh panah, dengan panjang panah yang mewakili besarnya kuantitas dan arah panah yang mewakili arah kuantitas.

Dalam fisika dan matematika, seringkali berguna untuk menyatakan besaran vektor dengan huruf tebal atau dengan panah di atas simbol, untuk membedakannya dari besaran skalar. Misalnya, perpindahan suatu benda dapat dilambangkan dengan simbol vektor "r" atau "→r", sedangkan massa suatu benda dapat dilambangkan dengan simbol skalar "m".

Fisika adalah studi ilmiah tentang materi, energi, dan interaksinya. Ini adalah cabang ilmu alam yang berurusan dengan hukum dasar alam semesta dan sifat materi, energi, dan interaksinya. 

Beberapa konsep kunci dalam fisika meliputi energi, materi, gaya, gerak, gravitasi, listrik, magnet, dan cahaya.   

Fisikawan menggunakan konsep ini untuk mengembangkan teori dan hukum yang menggambarkan perilaku fenomena fisik. Mereka juga menggunakan teori ini untuk membuat prediksi tentang perilaku sistem fisik, yang kemudian dapat diuji melalui eksperimen dan observasi. Fisika memiliki banyak aplikasi praktis, termasuk di bidang teknik, kedokteran, dan teknologi. Ini adalah bidang yang luas dan beragam, dengan subdisiplin termasuk fisika klasik, fisika kuantum, dan relativitas.  

Fisika dasar adalah tingkat dasar studi dalam subjek fisika, yang berkaitan dengan prinsip dan konsep dasar disiplin. Beberapa konsep kunci yang tercakup dalam fisika dasar meliputi:  

Materi dan energi: Materi adalah segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang.  

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja atau menghasilkan perubahan. Ada banyak bentuk energi yang berbeda, termasuk energi kinetik (energi gerak), energi potensial (energi tersimpan), dan energi termal (energi panas).  

Gaya: Gaya adalah setiap dorongan atau tarikan yang dapat menyebabkan suatu benda berubah gerak atau bentuknya. Beberapa jenis gaya yang umum termasuk gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, dan gaya gesekan. 

Gerak: Gerak adalah pergerakan suatu benda melalui ruang. Studi tentang gerak mencakup analisis tentang bagaimana benda bergerak sebagai respons terhadap gaya, dan bagaimana geraknya dapat dijelaskan menggunakan prinsip matematika seperti hukum gerak Newton. 

Gravitasi: Gravitasi adalah gaya tarik-menarik antara dua massa. Ia bertanggung jawab atas pergerakan benda-benda di alam semesta, termasuk orbit planet dan jatuhnya benda ke permukaan Bumi.  

Listrik dan magnet: Listrik dan magnet adalah fenomena yang terkait erat yang melibatkan pergerakan muatan listrik. Mereka dijelaskan oleh seperangkat hukum yang dikenal sebagai persamaan Maxwell, yang menjadi dasar studi elektromagnetisme.

Cahaya: Cahaya adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang bergerak melalui ruang dengan kecepatan konstan. Studi tentang cahaya mencakup analisis sifat-sifatnya, seperti panjang gelombang, frekuensi, dan intensitasnya, dan bagaimana perilakunya ketika berinteraksi dengan materi.

 Physics is the scientific study of matter, energy, and their interactions. It is a branch of natural science that deals with the fundamental laws of the universe and the properties of matter, energy, and their interactions. Some of the key concepts in physics include energy, matter, force, motion, gravitation, electricity, magnetism, and light. 

Physicists use these concepts to develop theories and laws that describe the behavior of physical phenomena. They also use these theories to make predictions about the behavior of physical systems, which can then be tested through experimentation and observation. Physics has many practical applications, including in the fields of engineering, medicine, and technology. It is a broad and multifaceted field, with subdisciplines including classical physics, quantum physics, and relativity.

Basic physics is a foundational level of study in the subject of physics, which deals with the fundamental principles and concepts of the discipline. Some of the key concepts covered in basic physics include:  

Matter and energy: Matter is anything that has mass and occupies space. 

Energy is the ability to do work or produce change. There are many different forms of energy, including kinetic energy (the energy of motion), potential energy (stored energy), and thermal energy (the energy of heat). 

Forces: A force is any push or pull that can cause an object to change its motion or shape. Some common types of forces include gravitational force, electromagnetic force, and frictional force.  

Motion: Motion is the movement of an object through space. The study of motion includes the analysis of how objects move in response to forces, and how their motion can be described using mathematical principles such as Newton's laws of motion.  

Gravitation: Gravitation is the force of attraction between two masses. It is responsible for the movement of objects in the universe, including the orbits of planets and the falling of objects towards the surface of Earth.  

Electricity and magnetism: Electricity and magnetism are closely related phenomena that involve the movement of electric charges. They are described by a set of laws known as Maxwell's equations, which form the basis for the study of electromagnetism.  

Light: Light is a form of electromagnetic radiation that travels through space at a constant speed. The study of light includes the analysis of its properties, such as its wavelength, frequency, and intensity, and how it behaves when it interacts with matter.

Hukum Newton 3 

Sebuah buku diletakkan di atas meja. Pada sistem benda tersebut akan bekerja gaya-gaya seperti pada gambar di bawah ini. Ada empat gaya yang bekerja pada sistem tersebut yaitu:

□ w = berat buku.

□ N = gaya tekan normal meja terhadap buku.

□ N’= gaya tekan normal buku pada meja.

□ F_g = gaya gravitasi bumi pada buku.

Tentukan pasangan gaya yang termasuk aksi reaksi!

Penyelesaian:

Pasangan gaya aksi-reaksi memenuhi sifat: sama besar, berlawanan arah dan bekerja pada dua benda. Dari sifat di atas dapat ditentukan dua pasangan aksi-reaksi yaitu:

□ w dengan F_g

□ N dengan N’

w dan N bukan aksi-reaksi karena bekerja pada satu benda (buku) tetapi hubungan N = w merupakan hukum I Newton yaitu ΣF = 0.

2. Seekor ikan yang bergerak dengan siripnya juga terjadi gaya aksi reaksi. Tentukan pasangan aksi-reaksi yang ada.

Penyelesaian:

Gaya aksi: gaya dorong yang diberikan sirip ikan kepada air.

Gaya reaksi: gaya dorong yang diberikan air kepada sirip ikan sehingga ikan dapat bergerak.

3. Dua balok (m₁ dan m₂) yang bersentuhan mula-mula diam di atas lantai licin seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Jika m₁ = 70 kg, m₂ = 30 kg dan pada balok pertama dikerjakan gaya sebesar 200 N, maka tentukanlah percepatan masing-masing balok dan gaya kontak antar balok tersebut.

Jawab

Diketahui:

m₁ = 70 kg

m₂ = 30 kg

F = 200 N

Ditanyakan: Percepatan dan gaya kontak.

Keadaan benda 1 dan 2 saling bersentuhan sehingga akan timbul gaya kontak atau gaya aksi reaksi berdasarkan Hukum III Newton. Supaya lebih jelas, perhatikan gambar berikut ini.

F₁₂ adalah gaya aksi yang diberikan balok 1 kepada balok 2 (bekerja pada balok 2). Sedangkan F₂₁ adalah gaya reaksi yang diberikan balok 2 kepada balok 1 (bekerja pada balok 1). Kedua gaya ini memiliki besar yang sama.

Untuk menentukan besar percepatan kedua balok dan juga gaya kontak kita tinjau persamaan gerak masing-masing balok menggunakan Hukum II Newton sebagai berikut.

∎ Tinjau Balok 1

Karena lantai licin maka tidak ada gaya gesek yang bekerja, sehingga resultan gaya pada sumbu-Y tidak perlu diuraikan.

ΣF_X = ma

F – F₂₁ = m₁a ............... Pers. (1)

∎ Tinjau Balok 2

ΣF_X = ma

F₁₂ = m₂a ............... Pers. (2)

Karena F₁₂ = F₂₁, maka kita dapat mensubtitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1) sebagai berikut.

F – m₂a = m₁a

F = m₁a + m₂a

F = (m₁ + m₂)a

a = F/(m₁ + m₂) ............... Pers. (3)

Dengan memasukkan nilai yang diketahui dalam soal ke dalam persamaan (3), maka kita peroleh besar percepatan kedua balok sebagai berikut.

a = 200/(70 + 30)

a = 200/100

a = 2 m/s²

Jadi, besar percepatan kedua balok adalah 2 m/s². Untuk menentukan gaya kontak antara balok 1 dan 2, kita subtitusikan nilai percepatan yang kita peroleh ke dalam persamaan (2) sebagai berikut.

F₁₂ = m₂a

F₁₂ = (30)(2)

F₁₂ = 60 N

Dengan demikian, besar gaya kontak antarbalok adalah 60 N.

4. Balok A dan balok B terletak di atas permukaan bidang miring licin dengan sudut kemiringan 37°. Massa balok A 40 kg dan massa balok B 20 kg. Kemudian balok A didorong dengan gaya F sebesar 480 N seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Tentukan besar percepatan gerak kedua balok dan juga gaya kontak antara balok A dan balok B.