Fisika Umum (MA-301)
Sifat-sifat Zat Padat
Gas
Cair
Plasma
Topik hari ini
Sifat Atomik Zat
►Molekul
►Atom
► Inti Atom dan elektron
► Proton dan neutron
►Quarks: up, down, strange, charmed, bottom, and top
Antimateri►Materi tersusun atas atom-atom dengan intinya yang
bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatannegatif
►Antimateri tersusun atas atom-atom dengan intinya yang bermuatan negatif dan elektron-elektron yang bermuatanpositif (positron)
►Contoh Partikel-Antipartikel:Elektron-Positron, Proton-Antiproton, quark-antiquark, dll
►Jika Partikel dan Antipartikel bertemu, maka akan salingmenghilangkan (anihilasi), diubah menjadi energi
Cat:Partikel dan Antipartikel mempunyai massa yang sama tetapi
jenis muatan listrik yang berbeda
Keadaan Zat
ES
(Padat)
AIR
(Cair)UAP
(Gas)
Tambah
panas
Terdapat tiga keadaan bahan (plasma adalah keadaan
yang lain)
Tambah
panas
Apa yang dapat membedakan keadaan-keadaan zat tersebut?
Kerapatan
► Kerapatan bahan yang komposisinya uniform didefinisikan sebagai massa bahan per satuan volume:
Contoh:
► Kerapatan dari kebanyakan cairan dan padat tidakberubah secara tajam dengan perubahan temperaturdan tekanan
► Kerapatan dari gas berubah secara tajam denganperubahan temperatur dan tekanan
V
m
Satuan
SI kg/m3
CGS g/cm3 (1 g/cm3=1000 kg/m3 )
3kubus
2sil inder
3bola
aV
hRV
R3
4V
Keadaan Zat Padat
Volume tetap
Bentuk tetap
Molekul-molekulnya beradapada posisi yang tetapkarena gaya listrik danbergetar terhadap posisikesetimbangan
Dapat dimodelkan sebagaipegas-pegas yang menghubungkan tiapmolekul
Keadaan Zat Padat
Padat Kristal
Atom-atomnya memilikistruktur yang teratur
Contoh pada garam(bola merah adalah ion Na+ , bola biru adalahion Cl-)
Padat Amorf
Atom-atomnya tidakteratur
Contoh pada kaca
Struktur Kristal
Fisikawan Jerman Max von Laue (1912)Menemukan bahwa berkas sinar X yang diarahkan ke kristal terdifraksi dalam pola tertentu yang mengkarakteristik kristal tersebut
Fisikawan Inggris William Henry Bragg dan anaknya William Lawrence BraggMerumuskan formula matematis tentang pola karekteristik kristal hasil difraksi sinar X
ollA
F
ERegangan
Tegangan
dengan:
E = Modulus Young
F = Gaya Tarik/Desak (N)
A = Luas penampang batang (m-2)
l = Pertubahan panjang batang (m)
lo = Panjang batang mula-mula (m)
Jika benda dikenakan gaya luar, maka benda biasanya mengalami perubahan ukuran atau bentuk. Perubahan ini bergantung pada susunan dan ikatan atom pada benda. Jika setelah gaya luar dihilangkan benda kembali ke ukuran atau bentuk semula maka benda dikatakan memiliki sifat elastis
A
FTegangan
ol
lRegangan
Sifat Elastisitas Zat Padat
Tegangan dan Regangan (animasi)
Fenomena Elastisitas (video)
Keadaan Zat Cair
Volumenya tetap
Bentuk tidak tetap
Ada pada temperatur yang lebih tinggi dibanding padat
Molekul-molekul bergeraksecara acak
Gaya antar molekul tidakcukup kuat untukmenjaga molekul tetappada posisinya
Tekanan
Tekanan didefinisikan sebagaigaya per luas dimana gayatersebut bekerja
A
FP
Satuan
SI Pascal (Pa=N/m2)Tekanan dalam fluida
Pertanyaan:
Mengapa tembok bendunganbagian bawah dibuat lebihtebal dibandingkan bagianatasnya?
Tekanan dan Kedalaman
► Jika sebuah fluida dalam keadaandiam pada wadah, semua bagianfluida haruslah dalam keadaankesetimbangan statis
► Semua titik pada kedalaman yang sama haruslah berada dalamtekanan yang sama (kecuali jikafluida tidak dalam kesetimbangan)
► Tiga gaya eksternal bekerja padabagian fluida seluas A
Gaya eksternal: atmosfir, berat, normal (gaya apung)
AghρAPPA:jadiAh,ρVρM:tapi
0,APMgPA0F
0
0
ghPP 0
Tes Konsep 1
Anda sedang mengukur tekanan pada kedalaman 10 cm dalam tiga wadah yang berbeda. Urutkan nilai tekanan dari yang terbesar ke yang terkecil:
a. 1-2-3b. 2-1-3c. 3-2-1d. sama pada ketiganya
10 cm
1 2 3Jawab d
Tekanan dan Persamaan Kedalaman
► Po adalah tekanan atmosfirnormal
1.013 x 105 Pa = 14.7 lb/in2
► Tekanan tidak bergantung padabentuk wadah
ghPP o
Satuan tekanan yang lain:
76.0 cm dari raksa
Satu atmosfir 1 atm = 1.013 x 105 Pa
14.7 lb/in2
Pertanyaan
Andaikan anda menempatkan sebuah benda dalam air. Bagaimana hubungan tekanan pada bagian atas benda dengan tekanan pada bagian bawah benda?
a. Sama.b. Tekanan di atas lebih besar.c. Tekanan di bawah lebih besar.
Prinsip Archimedes
Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida diangkat ke atas oleh sebuah gaya yang sama dengan berat fluida yang dipindahkan
Gaya ini disebut gaya apung.Penyebab fisis: perbedaan tekanan antara bagian atas dan
bagian bawah benda
Prinsip Archimedes
► Gaya apung ke atas adalah B=ρfluidagVbenda
► Gaya gravitasi ke bawah adalah w=mg=ρbendagVbenda
► Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda
Benda akan mengapungatau tenggelam, bergatung pada arah gaya neto
► Kerapatan benda lebih kecil dari fluida ρbenda<ρfluida
► Benda mengalami gaya neto ke atas
Gaya neto adalah B-w=(ρfluida-ρbenda)gVbenda
Kerapatan benda lebih besar dari fluida ρbenda>ρfluida
Gaya neto ke bawah, sehingga percepatan benda ke bawah
Pertanyaan
Andaikan anda punya sepotong baja. Akankah baja ini mengapung di atas air? Mengapa?
Bagaimana sebuah kapal yang terbuat dari bajadapat mengapung?
Prinsip Pascal
► Tekanan yang diberikan padasuatu cairan yang tertutupditeruskan tanpa berkurang ketiap titik dalam fluida dan kedinding bejana.
► Dongkrak hidrolik adalahaplikasi yang penting dariPrinsip Paskal
► Juga digunakan dalam remhidrolik, pengangkat mobil dll.
2
2
1
1
A
F
A
FP
Karena A2>A1, maka F2>F1 !!!
Silet
Apa yang Terjadi di Permukaan Cairan?
Mari, kita lihat lebih dekat…
Molekul-molekul Air
Molekul yang membentuk cairan senantiasa dalam keadaan bergerak acak (random motion)
Kita dapat menganggap molekul-molekul yang berada di lapisanteratas membentuk suatu permukaan
Bagaimana gaya tarik antarmolekul mempengaruhi permukaan?
= gaya tarikantarmolekul
Di bawah permukaan, gaya antarmolekul menarik masing-masing molekul ke segala arah
Molekul-molekul di permukaan mengalami resultan gaya tarik ke arah BAWAH, karena tidak ada molekul-molekul air
di ATAS permukaan yang mampu mengimbangi tarikan tersebut
Akibat tarikan yang dialaminya, molekul-molekul di permukaan terdorong ke BAWAH. Sampai kapan? Sampai
dorongan ke bawah tersebut diimbangi oleh tahanan kompresi (compression resistance) zat cair
Seperti ini…
Dan ini…
Molekul-molekul permukaan semakin rapat, hingga membentuk struktur kulit permukaan dengan jarak
antarmolekul yang lebih dekat dibandingkan molekul-molekul di bawahnya.
Hal ini menjelaskan bentuk membulat tetesan air: seluruh molekul air tertarik menuju ke arah pusat.
• Tegangan permukaan didefinisikan sebagai besar gayayang dialami permukaan fluida per satuan panjang(atau ekivalen dengan energi per satuan luas).
F
l
Tegangan permukaan
(dyne/cm atau N/m)
Gaya yang bekerja di permukaan fluida
(dyne atau N)
Panjang benda di permukaan fluida
(cm atau m)
Secara fisis….
Jadi, ketika nyamuk berdiri di atas air terjadi
tegangan di permukaan air
Fenomena tegangan permukaan lain dalam kehidupan sehari-hari?
Keadaan Gas
Volume tidak tetap
Bentuk tidak tetap
Molekul-molekulnya bergerak acak
Molekul-molekulnya hanyamemberikan gaya lemah padamolekul yang lain
Jarak rata-rata antar molekul lebihbesar dibanding ukuran molekul
Tekanan AtmosferSemakin tinggi suatu tempat maka tekanan udaranya semakin berkurang, mengapa demikian?
Gaya Apung(prinsip Archimides)
PrinsipBernoulli
► Menghubungkan tekanan dengan laju fluida dan ketinggian
► Asumsinya fluid incompressible, nonviskos, dan mengalirtanpa turbulen
► Menyatakan bahwa “ Tekanan pada fluida berkurang ketikalaju fluida bertambah”
► Persamaan lengkap:
tetapgyv2
1P
2
Bagaimana mengukur laju aliran fluida: Venturi Meter
► Menunjukan aliran fluida yang melalui pipa horisontal
► Laju aliran fluida berubah jika diametrnya berubah
► Fluida yang bergerak cepat memiliki tekanan yang lebih kecil dari fluida yang bergerak lebih lambat
Keadaan Zat
►Plasma
Bahan dipanaskan sampai temperatur yang sangat tinggi
Banyak elektron menjadi bebas dari inti
Menghasilkan kumpulan-kumpulan bebas, ion bermuatan secara listrik
Plasma terdapat dalam bintang-bintang, reaktor eksperimen atau bola lampu cahaya fluoresensi
Recommended