Modul 5
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : 2 (dua)
Materi : 1. Getaran dan Gelombang
2. Bunyi
3. Cahaya
4. Alat Optik
Standar Kompetensi
1. Memahami konsep dan penerapan getran, gelombang dan optika dalam produk teknologi sehari-hari
Kompetensi Dasar
1. Mendiskripsikan konsep getaran dan gelombang serta parameter-parameternya.
2. Mendiskripsikan konsep bunyi dalam kehidupan sehari-hari.
3. Menyelidiki sifat-sifat cahaya dan hubungannya dengan berbagai cermin dan lensa.
4. Mendiskripsikan alat-alat optic dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
Bacalah materi dengan cermat.
Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
A. Getaran
Adalah gerak blak-balik secara peridik melalui suatu titik seimbang.
atau dengan persamaan :
T = 1/f , atau
f = 1/T
contoh :
Suatu bergetar 120 dalam 30 detik. tentukan frekuensi dan periode getaran benda tersebut .
Jawab :
f = 120/30 T =1/f
= 40 Hz T =1/40 = 0,025 s
B. Gelombang
Adalah usikan yang merambat yang membawa energi dari suatu tempat ke tempat lain. Dilihat dari mediumnya, gelombang terdiri dari gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium untuk perambatan getarannya. contohnya : gelombang air laut, gelombang tali, dan lain lain.
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang tidak memerlukan medium dalam perambatannya. contoh : gelombang cahaya matahari, sinar x, dan lain lain.
Dilihat dari cara perambatannya, gelombang terdiri dari gelombang transversal dan gelombang longitudinal. Gelombang transversal adalah gelombang yang merambat tegak lurus terhadap arah getarannya.
Istilah-istilah pada gelombang transversal
Puncak gelombang adalah titik-titik tertinggi pada gelombang (b dan f).
Dasar gelombang adalah titik-titik terendah pada gelombang (d dan h)
Bukit gelombang adalah lengkungan abc atau efg
Amplitudo (A) adalah jarak puncak gelombang di atas kedudukan seimbang, atau jarak dasar gelombang di bawah kedudukan seimbang (bb1, dd1, ff1, hh1)
Panjang gelombang () adalah panjang satu gelombang di mana terjadi lengkungan satu bukit dan satu lembah (abcde, bcdef)
Gelombang Longitudinal adalah gelombang yang arah rambatannya searah dengan arah getarannya.
Satu gelombang pada gelombang longitudinal didefinisikan sebagai jarak antara dua renggangan yang berdekatan atau dua rapatan yang berdekatan.
Persamaan gelombang :
T = 1/f , atau
f = 1/T
Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh gelombang dalam satu selang waktu tertentu. Jika jarak yang ditempuh gelombang sama dengan satu gelombang (), selang waktu sama dengan periode (T). Maka cepat rambat gelombang di rumuskan sebagai :
v =/T , dimana T =1/f , maka
v = f .
contoh :
Suatu gelombang merambat dalam suatu medium dengan frekuensi 6 Hz dan panjang gelombang 4 m, tentukan cepat rambat gelombang !
Jawab
diket : f = 6 Hz v = f .
= 4 m v = 6 . 4
ditanaya : v = ? v = 24 m/s
Jawab:
a. satu bukit = 10 m c. v = /T
1/2 = 10 m = (20 m)/(0,8 s) = 25 m/s
= 20 m
b. T =(1 gelombang)/(3/2 gelombang) x 1,2 s
= 0,80 s
C. Bunyi
Bunyi terjadi jika ada benda yang bergetar. Bunyi termasuk gelombang longitudinal. Bunyi memerlukan medium untuk merambat. Bunyi merupakan gelombang transversal. Pada bunyi berlaku persamaan :
v = f . atau v = /T
v = x/t x = jarak (m/s)
t = waktu (s)
Cepat rambat bunyi didefiniskan sebagai hasil bagi jarak antara sumber bunyi dan pendengar dengan selang waktu yang diperlukan bunyi untuk merambat.
Cepat rambat bunyi bergantung pada suhu udara. Makin tinggi suhu udara, makin besar cepat rambat bunyi, dan sebaliknya makin rendah suhu udara makin kecil cepat rambat bunyi.
Pada berbagai zat, bunyi merambat paling baik dalam zat padat, dan paling buruk pada gas.
Alat untuk mendengarkan bunyi adalah telinga. Gelombang bunyi dikumpulkan oleh telinga luar dan selanjutnya menggetarkan gendang telinga. Di dalam telinga tengah, getaran-getaran ini dilewatkan melalui tingkap oval (selaput telinga yang luas penampangnya kecil) melalui tiga buah tulang, yang diberi nama martil, landasan, dan sanggurdi, yang berfungsi sebagai penguat (amplifier) tekanan bunyi samapi kira-kira 60 kali. Tekanan bunyi pada tingkap oval diteruskan melalui cairan dalam cochlea. Getaran-getaran cairan dalam cochleaI mempengaruhi beribu-ribu saraf yang mengirim isyarat ke otak.
Infrasonik adalah suara yang mempunyai frekuensi di bawah 20 Hz.
Audiosonik adalah suara yang mempunyai frekuensi antara 20 Hz – 20.000 Hz.
Ultrasonik adalah suara yang mempunyai frekuensi di atas 20.000 Hz.
Suara yang dapat didengar oleh telinga manusia adalah audiosonik.
Nada bunyi tergantung pada frekuensi sumber bunyi, makin tinggi frekuensi sumber bunyi makin tinggi nada bunyi yang dihasilkan.
Tinggi nada bunyi bergantung pada panjang kawat yang digetarkan, makin pendek kawat yang digetarkan makin tinggi nada bunyi yang dihasilkan.
Kuat bunyi bergantung pada amplitude, makin kuat atau keras bunyi makin besar amplitudonya.
Faktor alam yang mempengaruhi frekuensi alami sebuah senar menurut Marsenne (hokum Marsenne) adalah :
1. Frekuensi senar bergantung pada panjang senar, senar panjang memiliki frekuensi rendah, senar pendek memiliki frekuensi tinggi.
2. Frekuensi senar bergantung pada luas penampang senar, senar tebal memiliki frekuensi rendah, senar tipis memiliki frekuensi tinggi.
3. Frekuensi senar bergantung pada tegangan senar, senar yang tegang (kencang) memiliki frekuensi yang tinggi, senar yang kendur memiliki frekuensi rendah.
4. Frekuensi senar bergantung pada massa jenis senar, senar yang ringan (massa jenis kecil) memiliki frekuensi tinggi, senar berat memiliki frekuensi rendah.
Resonansi adalah ikut bergetarnya suatu benda ketika bendalain di dekatnya digetarkan. Syarat resonansi adalah frekuensi benda yang bergetar sama dengan frekuensi alami benda yang ikut bergetar.
Hukum pemantulan bunyi antara lain :
1. Bunyi datang, garis normal dan bunyi pantul terletak pada satu bidang dan ketiga berpotongan pada satu titik.
2. Sudut pantul sama dengan sudut dating (r = i).
Pemanfaatan pemantulan bunyi antara ain :
1. menetukan cepat rambat bunyi di udara
2. survey geofisika
3. kacamata tunanetra
4. mengukur kedalaman laut.
contoh soal :
Alat fathometer mencatat selang waktu 3 sekon mulai dari pulsa ultrasonic dikirim sampai diterima kembali. Jika cepat rambat bunyi dalam air 1500 m/s, tentukan kedalaman air laut di bawah kapal !
jawab :
diket : v = 1500 m/s
t = 3 sekon
ditanya : kedalaman = ?
x = v . t
x = 1500 . 3
x = 4 500 m
kedalaman = jarak/2 = 4500/2 = 2250 m
5. penggunaan dalam bidang kedokteran (USG)
6. mendeteksi cacat dan retak pada logam
7. mengukur ketebalan pelat logam
Macam-macam Bunyi Pantul
1. Bunyi Pantul yang memperkuat Bunyi Asli
Bunyi pantul dapat memperkuat bunyi asli jika jarak antara sumber bunyidan bidang pemantul sangat dekat. Kuat bunyi yang kita dengar bergantung pada empat factor, yaitu :
amplitude sumber bunyi
jarak antara sumber bunyi dan pendengar
resonansi
adanya dinding pemantul (reflector)
2. Gaung atau Kerdam
Adalah bunyi pantul yang sebagian bersamaan dengan bunyi aslinya, sehingga bunyi asli menjadi tidak jelas. Untuk menghindari terjadinya gaung, dinding dalam bioskop, studio radio atau televise dilapisi oleh zat kedap (peredam suara. Ruang besar yang tidak terdapat gaung disebut ruang yang memiliki akustik baik.
3. Gema
Adalah bunyi pantul yang terdengar setelah bunyi asli selesai diucapkan.
D. Cahaya
Adalah segala sesuatu yang memancar dari suatu sumber tetapi bukan zat yang dapat dilihat oleh mata. Cahaya merambat menurut garis lurus. Ketika cahaya yang merambat lurus dihalangi oleh benda tak tembus cahaya maka akan membentuk bayangan dari benda pada layar yang diletakkan di belakang benda.
Hukum Pemantulan
Hukum pemantulan cahaya, menyebutkan bahwa :
1. Sinar dating, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang dan ketiganya berpotongan pada satu titik.
2. Sudut pantul sama dengan sudut dating.
i = r dimana, i = sudut dating
r = sudut pantul
contoh :
A1 = 65o , berarti A2 = 65o (sudut dating (i) = sudut pantul (r))
A2 +A3 = 90 (karena tegak lurus)
65 + A3 = 90
A3 = 90o – 65o
A3 = 25o
Perhatikan AOB, Jumlah sudut harus = 180o
A3 + O + B1 = 180o
B1 = 180o - A3 - O
B1 = 180o – 25o – 100o
B1 = 55o
Sudut datang pada cermin B, adalah B2
B1 + B2 = 90o
B2 = 90o - B1
B2 = 90o – 55o
B2 = 35o
Sudut datang (i) = sudut pantul (r)
B2 = B3
B3 = 35O
Bayangan yang dibentuk pada cermindatar mempunyai sifat-sifat :
1. maya
2. sama besar dengan bendanya
3. tegak
4. menghadap terbalik dengan bendanya
5. jarak benda ke cermin sama dengan jarak bayangan ke cermin
Bayangan maya dapat dilihat langsung pada cermin, sedangkan bayangan nyata dapat dilihat pada layar.
Cermin Cekung
Pada cermin cekung, jika sinar sejajar mengarah pada cermin cekung maka akan dipantulkan pada satu titik, yaitu titik fokus. Karena bersifat mengumpulkan (konvergen) maka cermin cekung disebut cermin konvergen
Beberapa sifat sinar istimewa pada lensa cekung anatara lain :
Keterangan :
Ruang di sebelah kanan titik kelengkungan M disebut ruang III, Ruang diantara titik kelengkungan dan titik fokus disbut ruang II, ruang diantara titik fokus F dan pusat cermin O disebut ruang I dan ruang di sebelah kanan cermin disebut ruang IV.
contoh soal
Penggunaan cermin cekung dalam kehidupan sehari-hari :
1. Cermin cekung untuk berdandan
2. Cermin cekung untuk pemantul pada lampu sorot mobil dan senter
Pada cermin cekung, titik pusat kelengkungan M dan titik fokus F terletak di bagian depan cermin. Oleh karena itu jarak kelengkungan (=R) dan jarak fokus berharga positif. Sehingga cerminnya juga disebut cermin positif.
Cermin Cembung
Pada cermin cermin cembung, kebalikan dari cermin cekung. Cermin cembung bersifat menyebarkan sinar atau divergen. Dan harga jarak kelengkungan dan jarak fokus di belakang pusat kelengkungan sehingga berharga negatif. Akibatnya cermin cembung disebut juga cermin negatif.
Tiga sinar istimewa pada cermin cembung antara lain :
Selasa, 03 Maret 2009
Modul IPA-Fisika04
Modul 4
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : 2 (dua)
Materi : 1. Gaya dan Percepatan
2. Usaha dan Energi
3. Tekanan
Standar Kompetensi
1. Memahami peranan usaha, gaya, dan energi dalam kehidupan sehari-hari
Kompetensi Dasar
1. Mengidentifikasikan jenis-jenis gaya, penjumlahan gaya dan pegaruhnya pada suatu benda yang dikenai gaya
2. Menerapkan hokum Newton untuk menjelaskan berbagai peristiwa dalam kehidupan sehari-hari.
3. Menjelaskan hubungan bentuk energi dan perubahannya, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
4. Melakukan percobaan tentang pesawat sederhanadan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
5. Menyelidiki tekanan pada benda zat padat, cair, dan gas serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
Bacalah materi dengan cermat.
Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
A. Gaya
Adalah suatu tarikn atau dorongan.
Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja jika bersentuhan, contohnya : gaya otot, gaya gesekan.
Gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja tanpa menyentuh, contohnya : gaya grvitasi, gaya listrik.
Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh massa benda dan percepatan gravitasi. Gayaberat di semua tempat tidak sama, massa mempunyai harga yang sama di semua tempat.
w = m . g w = gaya berat (newton)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
contoh soal :
Massa Narto di Bumi 60 kg. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2 dan percepatan gravitasi bulan seperenam percepatan gravitasi bumi, tentukan :
a. massa Narto di bulan b. berat Narto di bumi
c. berat Narto di bulan d. berat narto yang hilang jika ia pergi ke bulan
Jawab :
Diket : mbm = 60 kg
gbm = 9,8 m/s2
gbln = 1/6 gbm = 1/6 . 9,8 m/s2
a. Massa suatu benda di mana-mana tetap c. Wbln = mbln . gbln
Massa di bulan = mbln = mbm = 60 . ( 1/6 . 9,8)
= 60 kg = 98 N
b. Wbm = mbm . gbm d. Kehilangan berat = wbm – wbln
= 60 . 9,8 = 588 - 98 = 588 N = 490 N
Penjumlahan Gaya
Gaya adalah suatu besaran yang selain memiliki besar, juga memiliki arah (= besaran vector). Gaya dapat dilukiskan dengan diagram vector, yang berupa sebuah anak panah, yang memiliki titik tangkap, ujung, panjang dan arah. Titik tangkap anak panah menyatakan titik di mana gaya F bekerja. Panjang anak panah menyatakan nilai atua besar atau besar gaya dan arah anak panah menyatakan arah gaya.
contoh :
+ = + =
A B R F - B R
B. HUKUM NEWTON
Hukum I Newton, “Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan terus diam (mempertahankan keadaan diam), sedangkan jika benda mula-mula bergerak akan terus bergerak dengana kecepatan tetap (mempertahankan keadaan bergeraknya)”. 20 N
F = 0
30 N 30 N
20 N
Hukum II Newton, “Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda”.
a =(∑F)/m atau F = m . a, m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s2)
contoh :
Sebuah benda mempunyai massa 3,5 kg mengalami percepatan 4,0 m/s2. Berapakah gaya yang bekerja pada benda tersebut ?
Jawab
diket : m = 3,5 kg F = m . a
a = 4,0 m/s2 F = 3,5 . 4,0
dtanaya : F = ? F = 14 N
Sebuah mesin balap mampu mneghasilkan gaya 10 000 N. Berapa percepatan mobil balap itu jika massa mobil 1 500 kg dan total gesekan permukaan jalan dan gesekan angin adalah 1000 N ?
Jawab :
diket : F = 10 000 N a = F/m
m = 1 500 kg a = 9000/1500
f = 1 000 N
ditanaya : a = ? a = 6 m/s2
F = F – f
= 10 000 – 1 000
= 9 000 N
Hukum III Newton, “Untuk setiap aksi, ada suatu reaksi yang sama besar tapi berlawanan arah”
aksi = - reaksi
60 N 60 N
Gaya aksi reaksi tidak pernahbekerja pada satu benda, melainkan pada dua benda. Sehingga gaya aksi dan reaksi tidak saling meniadakan.
C. Energi
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Bentuk-bentuk energi :
1. Energi Bunyi
adalah energy yang dihasilkan oleh getaran partikel-partikel udara di sekitar sebuah sumber bunyi. Contoh : gendang yang ditabuh, ketika radio beroperasi, dll.
2. Energi Kalor
adalah energy yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat.
3. Energi Cahaya
adalah energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik.
4. Energi Listrik
adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui suatu penghantar.
5. Energi Nuklir
adalah energi yang dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif.
6. Energi Kinetik
adalah energi yang dimiliki benda yang bergerak.
Ek = 1/2 m v2, dimana : Ek = energi kinetik (Joule)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s2)
contoh :
Sepeda yang massanya 10 kg dikendarai oleh pengendara dengan massa 50 kg bergerak dengan kelajuan 5 m/s. Tentukan energi kinetik nya !
Jawab :
msepeda = 10 kg Ek = 1/2 mv2
mpengendara = 50 kg = 1/2 60 . 52
v = 5 m/s = 30 . 25
mtotal = 10 + 50 = 750 J
= 60 kg
ditanaya : Ek =?
7. Energi Potensial
adalah energi yang dimiliki benda yang mempunyai kedudukan/ketinggian. Jika acuannya adalah bumi maka energinya disebut energi potensial gravitasi
Ep = m g h dimana : Ep = Energi potensial (Joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedudukan / ketinggi (m)
contoh :
Sebuah balok yang bermassa 5 kg berada pada ketinggian 7 meter (g = 10 m/s2), berapakah energi potensial yang dialami balok tersebut ?
Jawab : Ep = m . g . h
diket : m = 5 kg = 5 . 10 . 7
g = 10 m/s2 = 350 J
h = 7 m
ditanya : Ep = ?
8. Energi Mekanik
adalah energi yang berkaitan dengan gerak benda. Energi mekanik merupakan jumlah dari energi kinetik dan energi potensial.
Ep = Ek + Ep
Hukum Kekekalan Energi
Konversi adalah perubahan bentuk energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Konverter adalah alat atau benda yang melakukan konversi energi.
Hukum Kekekalan energi menyatakan, “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain”.
d. Usaha
adalah hasil kali gaya dengan perpindahan benda yang searah dengan gaya.
W = F . s dimana : W = usaha (N m atau J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
contoh :
Seoarang mendorong peti dengan gaya 60 Newton sehingga peti berpindah searah gaya sejauh 4 meter. Berapakah usaha yang dilakukan orang tersebut ?
Jawab:
diket : F = 60 N mendatar W = F . s
s = 4 m searah F = 60 . 4
ditanya : W = ? = 240 Nm
Seorang mengangkat peti dengan gaya 60 N sehingga peti bergeser menjauh ke arah mendatar sejauh 2 meter. Berapakah usaha yang dilakukan orang tersebut ?
Jawab :
diket : F = 60 N ke atas W = F . s
s = 2 m mendatar = 60 . 0
dit : W = ? = 0 J
Ketika F searah dengan perpindahan maka usaha yang dilakukan oleh gaya adalah positif. Jika F berlawanan dengan perpindahan s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya adalah negatif.
W = -F . s
Jika gaya yang bekerja pada suatu benda lebih dari satu, maka usaha total sama dengan
Ftotal = F1 + F2 + … + Fn
W = Ftotal . s atau
W = W1 + W2 + … +Wn dimana,
W1 = F1 . s, W2 = F2 .s,
contoh :
Sebuah mobil dengan berat 1 000 N yang mula-mula diam, didorong oleh Dinda dengan gaya 50 N dan Zalfa dengan gaya 80 N ke kanan, serta Salsabila dengan gaya 100 N ke kiri. Mobil berpindah sejauh 5 m.
a. Kemana arah perpindahan mobil?
b. Berapa usaha yang dilakukan oleh Dinda, Zalfa, dan Salsabila ?
c. Berapa usaha total yang dilakukan ketiga orang tersebut ?
Jawab:
a) F ke kanan = (50 + 80) N Ftotal = 130 - 100
= 130 N = 30 N ke kanan
F ke kiri = 100 N Berati mobil berpindah ke kanan
b) WDinda = FDinda . s WZalfa = FZalfa . s
= 50 . 5 = 80 . 5
= 250 N = 400 N
WSalsabila = FSalsabila .s
= -100 . 5
= - 500 N
c) Wtotal = WDinda + WZalfa + WSalsabila
= 250 + 400 + (- 500)
= 150 J
e. Daya
Adalah Usaha yang dilakukan gaya tiap satuan waktu.
P = W/t dimana, P = Daya (watt = W)
W= Usaha (J)
t = waktu (s)
Satu Watt (1 W) adalah besar daya ketika usaha satu joule dilakukan dalam selang waktu satu sekon.
1 Watt = 1 Joule / sekon
1 hp = 750 W
contoh :
Sebuah ketel memiliki daya 2 kW. Berapa joule energi yang diubah selama 10 sekon ?
Jawab :
diket : P = 2 kW W = P . t
= 2 000 W W = 2 000 . 10
t = 10 s W = 20 000 J
ditanya : W = ? W = 20 kJ
f. Pesawat Sederhana
Adalah alat yang mempermudah melakukan usaha.
1. Tuas
Adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras sempit yang dapat berputar disekitar satu titik. Titik ini disebut titik tumpu.
Keuntungan Mekanis = Beban/Kuasa = W/F = lF/lW
F x lF = W x lW dimana, F = Kuasa W = Beban
lF = lengan kuasa lW = lengan beban
Macam-macam tuas :
a. Tuas kelas I
Beban titik tumpu Kuasa
lengan beban lengan kuasa
b. Tuas kelas II
titik tumpu beban kuasa
c. Tuas kelas III
beban kuasa titik tumpu
contoh :
Sebuah linggis digunakan untuk memindahkan sebongkah batu yang terletak di tanah. Ujung linggis disisipkan di bawah batu, kemudian linggis ditumpu pada jarak 1 m dari ujung linggi yang disusupkan ke tanah. Jika berat batu 300 N dan panjang linggis 4m berapakah :
a. kuasa minimum
b. keuntungan mekanis tuas
c. jauh batu terangkat jika titik kuasa turun 1 m
jawab :
a) beban x lengan beban = kuasa x lengan kuasa
300 x 1 m = F x 3 m
300 = 3 F
F = 300 / 3
F = 100 N
b) Keuntungan mekanis = (Lengan kuasa)/(Lengan Beban)
= 3m / 1m
= 3
c) WF = F . lF = 100 . 1 = 100 J
WW= W . lW = 300 . lW = 300 lW
WF = WW
100 = 300 lW
lW = 100 / 300
= 1/3 m
2. Katrol
Keuntungan mekanis katrol : Beban/Kuasa = W/F
a. Katrol Diam
Keuntungan mekanis :1/1 = 1
b. Katrol Bergerak
F = 0
2F – w = 0
F = w/2
Keuntungan Mekanis = w/F
= w/(w/2)
= 2
c. Sistem Katrol
F = 0
3F – w = 0
3F = w
F = w/3
Keuntungan Mekanis = W/F
= W/(w/3)
= 3
3. Bidang Miring
Adalah suatu permukaan miring yang penampangnya berbentuk segitiga.
Keuntungan mekanis = panjang/tinggi = l/h
Keuntungan mekanis =beban/kuasa
contoh :
Jawab :
Keuntungan mekanis = l/h =3/0,6 = 5
Keuntungan mekanis = w/F
5 = w/200
w = 5 . 20
w = 1 000 N
g. Tekanan
1. Tekanan pada Zat Pada
Tekanan adalah gaya persatuan luas. atau dengan persamaan
p = F/A dimana, p = tekanan (N/m2 atau Pascal)
F = gaya (Newton)
A = luas permukaan (m2)
1 Pascal (Pa) adalah tekanan yang dilakukan oleh gaya satu newton pada luas permukaan satu meter persegi.
contoh :
Seorang wanita dengan massa 80 kg bertumpu pada salah satu kakinya memberikan tekanan 40 k Pa. Hitunglah luas permukaan sepatu yang di pakai wanita tersebut !
Jawab :
diket : m = 80 kg P = F/A
p = 40 k Pa
= 40 000 Pa A = F/P
ditanya : A = ?
F = m . g A = 800/(40 000)
= 80 . 10
= 800 N = 1/50 m2 = 1/50 . 10 000 cm2 = 200 cm2
2. Tekanan pada Zat Cair
Menurut Hukum Pascal, “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.
p1 = p2
F1/A1 = F2/A2
Jika permukaan berupa lingkaran A = r2
A = 1/4 d2
Penerapan dalam keseharian :
Rem hidrolik
Mesin hidrolik pengangkat mobil
Dongkrak hidrolik
Contoh :
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki silinder kecil berdiameter 5 cm dan silinder besar berdiameter 30 cm. Bila silinder kecil ditekan dengan gaya 200 N, berapa gaya angkat yang dihasilkann pada silinder besa ?
Jawab :
Diket : dk = 5 cm 200 = Fb
db = 30 cm 52 302
Fk = 200 N
Ditanya : Fb = ? Fb = 25/900 . 200
Fk Fb
= Fb = 7 200 N
1/4 dk2 1/4 db2
Fk Fb
=
dk2 db2
3. Bejana Berhubungan
Pada bejana berhubungan selalu berlaku, “permukaan zat cair yang sejenis dalam suatu bejana berhubungan selalu mendatar dan sama tinggi”.
Tekanan pada zat cair berlaku :
p = . g . h , dimana : p = tekanan (N/m atau Pascal)
= massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi ( =10 m/s2)
h = tinggi zat cair (m)
Pada bejana berhubungan selalu berlaku
p1 = p2
1 . g . h1 = 2 . g . h2
1 . h1 = 2 . h2
contoh :
Jawab :
air . hair = raksa . hraksa
1000 . 20 = 13 600 . hraksa
hraksa = (20 000)/(13 600) = 18,5 cm
4. Gaya Apung
Adalah selisih berat benda di udara dengan berat benda di dalam zat cair. atau dengan persamaan :
gaya apung = wudara – wzat cair
Menurut Archimedes, “Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya di dalam zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Hal tersebut di atas dikenal dengan Hukum Archimedes.
contoh :
Sebuah balok berukuran 0,2 m x 0,1 m x 0,3 m digantung vertikal pada seutas tali kawat ringan. Tentukan gaya apung balok ketika balok ini :
a. dicelupkan seluruhnya dalam minyak ( = 800 kg/m3)
b. dicelupkan 3/4 bagian dalam air ( = 1000 kg/m3)
Jawab :
V balok = 0,2 x 0,1 x 0,3 = 0,006 m3
g = 10 m/s2
a) Vbalok tercelup = 0,006 m3
Berat minyak yang dipindahkan = Vbalok tercelup . minyak . g
= 0,006 . 800 . 10
= 48 N
b) Vbalok tercelup = 3/4 . 0,006 = 0,0045 m3
Berat air yang dipindahkan = Vbalok tercelup . air . g
= 0,0045 . 1000 . 10
= 45 N
Tenggelam
Tenggelam terjadi jika massa jenis rata-rata benda lebih besar dari pada massa jenis zat cair
Melayang
Melayang terjadi jika massa jenis rata-rata benda sama dengan massa jenis zat cair.
Mengapung
Mengapung terjadi jika massa jenis rata-rata benda lebih kecil dari pada massa jenis zat cair
Penerapan dalam kehidupan sehari-hari :
a. jembatan ponton
b. hidrometer
c. kapal laut
d. kapal selam
e. balon udara
Soal
1. Perubahan yang ditimbulkan oleh gaya adalah :
1. benda diam menjadi bergerak 4. arah gerak berubah
2. massa benda berubah 5. bentuk dan ukuran benda berubah
3. berat benda berubah
Pernyataan yang benar sesuai dengan nomor :
a. 1, 2, 3 c. 3, 4, 5
b. 2, 3, 4 d. 1, 4, 5
2. Percepatan gravitasi di Bulan diperkirakan 1/6 kali percepatan gravitasi di Bumi. Jika berat Didi di bumi 480 N, beratnya di bulan adalah ....
a. 16 N c. 80 N
b. 48 N d. 288 N
3.
4.
5. Peristiwa keseharian yang berkaitan dengan hukum I Newton adalah ....
a. ketika sopir menekan pedal gas, mobil bergerak lebih cepat
b. ketika roket menyemburkan gas dari ekornya, roket terdorong ke atas
c. ketika sopir bus mengerem secara mendadak, orang yang sedang berdiri dalam bus terdorong ke depan
d. ketika dengan satu dorongan kamu mendorong batu bata di atas lantai, batu bata bergerak menempuh jarak tertentu kemudian berhenti
6. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2 maka berat 5 kg beras adalah ....
a. 19,6 N c. 49,0 N
b. 39,2 N d. 51,0 N
7. Manakah yang terbaik menjelaskan urut-urutan perubahan energi yang terjadi pada lampu senter ?
a. kimia – cahaya – listrik c. Listrik – kimia – cahaya
b. kimia – listrik – cahaya d. Listrik – cahaya – kimia
8. Konverter energi yang mengubah energi listrik menjadi energi bunyi adalah ....
a. aki c. Teko listrik
b. dinamo d. Telepon
9. Sebuah balok kayu ditarik sepanjang bidang mendatar oleh gaya 8 N hingga bergerak dengan kelajuan tetap 15 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya itu selama 6 sekon adalah…
a. 720 J c. 48 J
b. 120 J d. 20 J
10.
11. Gambar tuas di bawah ini yang keuntungan mekanisnya terbesar adalah ….
a. c.
b. d.
12. Ketiga katrol berikut ini digunakan untuk menaikkan beban yang sama, w.
Jika P, Q, dan R adalah kuasa yang harus diberikan untuk menaikkan beban, pernyataan yang benar adalah ….
a. P > Q > R c. P > Q = R
b. P = Q > R d. P = Q = R
13.
14. Sebuah batu bata memiliki ukuran 4 cm x 10 cm x 20 cm. Tekanan paling kecil yang dilakukan batu bata adalah jika batu bata berdiri pada permukaan horizontal dengan sisi yang berukuran ….
a. 4 cm x 10 cm c. 10 cm x 20 cm
b. 4 cm x 20 cm d. 4 cm x 15 cm
15. Dalam suatu ruangan tertutup terdapat gas dengan tekanan 4000 Pa. Pada dinding seluas 0,5 dm2 di dalam ruangan bekerja gaya sebesar ….
a. 2 N c. 200 N
b. 20 N d. 2000 N
16. Alat yang bekerja berdasarkan prinsip pascal :
1. dongkrak mobil 3. kursi pasien dokter gigi
2. alat suntik 4. pompa air
pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2 dan 3 c. 2 dan 4
b. 1 dan 3 d. 1, 2, 3, dan 4
17. Mesin hidrolik pengangkat mobil memiliki luas penghisap masing-masing 1 000 cm2 dan 2 cm2. Agar dapat mengangkat mobil yang beratnya 15 000 N, besar gaya yang harus diberikan pada penghisap kecil adalah ….
a. 10 N c. 30 N
b. 20 N d. 45 N
18.
19. Alat yang bekerja berdasarkan hukum Archimedes :
1. balon biasa yang ditiup 3. hydrometer
2. rakit 4. kapal terbang
pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2, dan 3 c. 1 dan 3
b. 2 dan 3 d. 2, 3, dan 4
20. Suatu eksperimen ditunjukkan pada gambar di bawah. Bahan yang memiliki massa jenis terbesar adalah …
a. 1
b. 2
c. 3
d. 4
Kunci Jawaban
1. D 11. D
2. C 12. A
3. B 13. C
4. B 14. A
5. C 15. B
6. C 16. A
7. B 17. C
8. D 18. D
9. A 19. B
10. B 20. D
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : 2 (dua)
Materi : 1. Gaya dan Percepatan
2. Usaha dan Energi
3. Tekanan
Standar Kompetensi
1. Memahami peranan usaha, gaya, dan energi dalam kehidupan sehari-hari
Kompetensi Dasar
1. Mengidentifikasikan jenis-jenis gaya, penjumlahan gaya dan pegaruhnya pada suatu benda yang dikenai gaya
2. Menerapkan hokum Newton untuk menjelaskan berbagai peristiwa dalam kehidupan sehari-hari.
3. Menjelaskan hubungan bentuk energi dan perubahannya, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
4. Melakukan percobaan tentang pesawat sederhanadan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
5. Menyelidiki tekanan pada benda zat padat, cair, dan gas serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
Bacalah materi dengan cermat.
Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
A. Gaya
Adalah suatu tarikn atau dorongan.
Gaya sentuh adalah gaya yang bekerja jika bersentuhan, contohnya : gaya otot, gaya gesekan.
Gaya tak sentuh adalah gaya yang bekerja tanpa menyentuh, contohnya : gaya grvitasi, gaya listrik.
Gaya berat adalah gaya yang dipengaruhi oleh massa benda dan percepatan gravitasi. Gayaberat di semua tempat tidak sama, massa mempunyai harga yang sama di semua tempat.
w = m . g w = gaya berat (newton)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
contoh soal :
Massa Narto di Bumi 60 kg. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2 dan percepatan gravitasi bulan seperenam percepatan gravitasi bumi, tentukan :
a. massa Narto di bulan b. berat Narto di bumi
c. berat Narto di bulan d. berat narto yang hilang jika ia pergi ke bulan
Jawab :
Diket : mbm = 60 kg
gbm = 9,8 m/s2
gbln = 1/6 gbm = 1/6 . 9,8 m/s2
a. Massa suatu benda di mana-mana tetap c. Wbln = mbln . gbln
Massa di bulan = mbln = mbm = 60 . ( 1/6 . 9,8)
= 60 kg = 98 N
b. Wbm = mbm . gbm d. Kehilangan berat = wbm – wbln
= 60 . 9,8 = 588 - 98 = 588 N = 490 N
Penjumlahan Gaya
Gaya adalah suatu besaran yang selain memiliki besar, juga memiliki arah (= besaran vector). Gaya dapat dilukiskan dengan diagram vector, yang berupa sebuah anak panah, yang memiliki titik tangkap, ujung, panjang dan arah. Titik tangkap anak panah menyatakan titik di mana gaya F bekerja. Panjang anak panah menyatakan nilai atua besar atau besar gaya dan arah anak panah menyatakan arah gaya.
contoh :
+ = + =
A B R F - B R
B. HUKUM NEWTON
Hukum I Newton, “Jika resultan gaya pada suatu benda sama dengan nol maka benda yang mula-mula diam akan terus diam (mempertahankan keadaan diam), sedangkan jika benda mula-mula bergerak akan terus bergerak dengana kecepatan tetap (mempertahankan keadaan bergeraknya)”. 20 N
F = 0
30 N 30 N
20 N
Hukum II Newton, “Percepatan yang dihasilkan oleh resultan gaya yang bekerja pada sebuah benda berbanding lurus dengan resultan gaya, searah dengan resultan gaya, dan berbanding terbalik dengan massa benda”.
a =(∑F)/m atau F = m . a, m = massa benda (kg)
a = percepatan benda (m/s2)
contoh :
Sebuah benda mempunyai massa 3,5 kg mengalami percepatan 4,0 m/s2. Berapakah gaya yang bekerja pada benda tersebut ?
Jawab
diket : m = 3,5 kg F = m . a
a = 4,0 m/s2 F = 3,5 . 4,0
dtanaya : F = ? F = 14 N
Sebuah mesin balap mampu mneghasilkan gaya 10 000 N. Berapa percepatan mobil balap itu jika massa mobil 1 500 kg dan total gesekan permukaan jalan dan gesekan angin adalah 1000 N ?
Jawab :
diket : F = 10 000 N a = F/m
m = 1 500 kg a = 9000/1500
f = 1 000 N
ditanaya : a = ? a = 6 m/s2
F = F – f
= 10 000 – 1 000
= 9 000 N
Hukum III Newton, “Untuk setiap aksi, ada suatu reaksi yang sama besar tapi berlawanan arah”
aksi = - reaksi
60 N 60 N
Gaya aksi reaksi tidak pernahbekerja pada satu benda, melainkan pada dua benda. Sehingga gaya aksi dan reaksi tidak saling meniadakan.
C. Energi
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Bentuk-bentuk energi :
1. Energi Bunyi
adalah energy yang dihasilkan oleh getaran partikel-partikel udara di sekitar sebuah sumber bunyi. Contoh : gendang yang ditabuh, ketika radio beroperasi, dll.
2. Energi Kalor
adalah energy yang dihasilkan oleh gerak internal partikel-partikel dalam suatu zat.
3. Energi Cahaya
adalah energi yang dihasilkan oleh radiasi gelombang elektromagnetik.
4. Energi Listrik
adalah energi yang dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak melalui suatu penghantar.
5. Energi Nuklir
adalah energi yang dihasilkan oleh reaksi inti dari bahan radioaktif.
6. Energi Kinetik
adalah energi yang dimiliki benda yang bergerak.
Ek = 1/2 m v2, dimana : Ek = energi kinetik (Joule)
m = massa (kg)
v = kecepatan (m/s2)
contoh :
Sepeda yang massanya 10 kg dikendarai oleh pengendara dengan massa 50 kg bergerak dengan kelajuan 5 m/s. Tentukan energi kinetik nya !
Jawab :
msepeda = 10 kg Ek = 1/2 mv2
mpengendara = 50 kg = 1/2 60 . 52
v = 5 m/s = 30 . 25
mtotal = 10 + 50 = 750 J
= 60 kg
ditanaya : Ek =?
7. Energi Potensial
adalah energi yang dimiliki benda yang mempunyai kedudukan/ketinggian. Jika acuannya adalah bumi maka energinya disebut energi potensial gravitasi
Ep = m g h dimana : Ep = Energi potensial (Joule)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedudukan / ketinggi (m)
contoh :
Sebuah balok yang bermassa 5 kg berada pada ketinggian 7 meter (g = 10 m/s2), berapakah energi potensial yang dialami balok tersebut ?
Jawab : Ep = m . g . h
diket : m = 5 kg = 5 . 10 . 7
g = 10 m/s2 = 350 J
h = 7 m
ditanya : Ep = ?
8. Energi Mekanik
adalah energi yang berkaitan dengan gerak benda. Energi mekanik merupakan jumlah dari energi kinetik dan energi potensial.
Ep = Ek + Ep
Hukum Kekekalan Energi
Konversi adalah perubahan bentuk energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Konverter adalah alat atau benda yang melakukan konversi energi.
Hukum Kekekalan energi menyatakan, “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain”.
d. Usaha
adalah hasil kali gaya dengan perpindahan benda yang searah dengan gaya.
W = F . s dimana : W = usaha (N m atau J)
F = gaya (N)
s = perpindahan (m)
contoh :
Seoarang mendorong peti dengan gaya 60 Newton sehingga peti berpindah searah gaya sejauh 4 meter. Berapakah usaha yang dilakukan orang tersebut ?
Jawab:
diket : F = 60 N mendatar W = F . s
s = 4 m searah F = 60 . 4
ditanya : W = ? = 240 Nm
Seorang mengangkat peti dengan gaya 60 N sehingga peti bergeser menjauh ke arah mendatar sejauh 2 meter. Berapakah usaha yang dilakukan orang tersebut ?
Jawab :
diket : F = 60 N ke atas W = F . s
s = 2 m mendatar = 60 . 0
dit : W = ? = 0 J
Ketika F searah dengan perpindahan maka usaha yang dilakukan oleh gaya adalah positif. Jika F berlawanan dengan perpindahan s, maka usaha yang dilakukan oleh gaya adalah negatif.
W = -F . s
Jika gaya yang bekerja pada suatu benda lebih dari satu, maka usaha total sama dengan
Ftotal = F1 + F2 + … + Fn
W = Ftotal . s atau
W = W1 + W2 + … +Wn dimana,
W1 = F1 . s, W2 = F2 .s,
contoh :
Sebuah mobil dengan berat 1 000 N yang mula-mula diam, didorong oleh Dinda dengan gaya 50 N dan Zalfa dengan gaya 80 N ke kanan, serta Salsabila dengan gaya 100 N ke kiri. Mobil berpindah sejauh 5 m.
a. Kemana arah perpindahan mobil?
b. Berapa usaha yang dilakukan oleh Dinda, Zalfa, dan Salsabila ?
c. Berapa usaha total yang dilakukan ketiga orang tersebut ?
Jawab:
a) F ke kanan = (50 + 80) N Ftotal = 130 - 100
= 130 N = 30 N ke kanan
F ke kiri = 100 N Berati mobil berpindah ke kanan
b) WDinda = FDinda . s WZalfa = FZalfa . s
= 50 . 5 = 80 . 5
= 250 N = 400 N
WSalsabila = FSalsabila .s
= -100 . 5
= - 500 N
c) Wtotal = WDinda + WZalfa + WSalsabila
= 250 + 400 + (- 500)
= 150 J
e. Daya
Adalah Usaha yang dilakukan gaya tiap satuan waktu.
P = W/t dimana, P = Daya (watt = W)
W= Usaha (J)
t = waktu (s)
Satu Watt (1 W) adalah besar daya ketika usaha satu joule dilakukan dalam selang waktu satu sekon.
1 Watt = 1 Joule / sekon
1 hp = 750 W
contoh :
Sebuah ketel memiliki daya 2 kW. Berapa joule energi yang diubah selama 10 sekon ?
Jawab :
diket : P = 2 kW W = P . t
= 2 000 W W = 2 000 . 10
t = 10 s W = 20 000 J
ditanya : W = ? W = 20 kJ
f. Pesawat Sederhana
Adalah alat yang mempermudah melakukan usaha.
1. Tuas
Adalah pesawat sederhana yang berbentuk batang keras sempit yang dapat berputar disekitar satu titik. Titik ini disebut titik tumpu.
Keuntungan Mekanis = Beban/Kuasa = W/F = lF/lW
F x lF = W x lW dimana, F = Kuasa W = Beban
lF = lengan kuasa lW = lengan beban
Macam-macam tuas :
a. Tuas kelas I
Beban titik tumpu Kuasa
lengan beban lengan kuasa
b. Tuas kelas II
titik tumpu beban kuasa
c. Tuas kelas III
beban kuasa titik tumpu
contoh :
Sebuah linggis digunakan untuk memindahkan sebongkah batu yang terletak di tanah. Ujung linggis disisipkan di bawah batu, kemudian linggis ditumpu pada jarak 1 m dari ujung linggi yang disusupkan ke tanah. Jika berat batu 300 N dan panjang linggis 4m berapakah :
a. kuasa minimum
b. keuntungan mekanis tuas
c. jauh batu terangkat jika titik kuasa turun 1 m
jawab :
a) beban x lengan beban = kuasa x lengan kuasa
300 x 1 m = F x 3 m
300 = 3 F
F = 300 / 3
F = 100 N
b) Keuntungan mekanis = (Lengan kuasa)/(Lengan Beban)
= 3m / 1m
= 3
c) WF = F . lF = 100 . 1 = 100 J
WW= W . lW = 300 . lW = 300 lW
WF = WW
100 = 300 lW
lW = 100 / 300
= 1/3 m
2. Katrol
Keuntungan mekanis katrol : Beban/Kuasa = W/F
a. Katrol Diam
Keuntungan mekanis :1/1 = 1
b. Katrol Bergerak
F = 0
2F – w = 0
F = w/2
Keuntungan Mekanis = w/F
= w/(w/2)
= 2
c. Sistem Katrol
F = 0
3F – w = 0
3F = w
F = w/3
Keuntungan Mekanis = W/F
= W/(w/3)
= 3
3. Bidang Miring
Adalah suatu permukaan miring yang penampangnya berbentuk segitiga.
Keuntungan mekanis = panjang/tinggi = l/h
Keuntungan mekanis =beban/kuasa
contoh :
Jawab :
Keuntungan mekanis = l/h =3/0,6 = 5
Keuntungan mekanis = w/F
5 = w/200
w = 5 . 20
w = 1 000 N
g. Tekanan
1. Tekanan pada Zat Pada
Tekanan adalah gaya persatuan luas. atau dengan persamaan
p = F/A dimana, p = tekanan (N/m2 atau Pascal)
F = gaya (Newton)
A = luas permukaan (m2)
1 Pascal (Pa) adalah tekanan yang dilakukan oleh gaya satu newton pada luas permukaan satu meter persegi.
contoh :
Seorang wanita dengan massa 80 kg bertumpu pada salah satu kakinya memberikan tekanan 40 k Pa. Hitunglah luas permukaan sepatu yang di pakai wanita tersebut !
Jawab :
diket : m = 80 kg P = F/A
p = 40 k Pa
= 40 000 Pa A = F/P
ditanya : A = ?
F = m . g A = 800/(40 000)
= 80 . 10
= 800 N = 1/50 m2 = 1/50 . 10 000 cm2 = 200 cm2
2. Tekanan pada Zat Cair
Menurut Hukum Pascal, “Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan ke segala arah dengan sama besar”.
p1 = p2
F1/A1 = F2/A2
Jika permukaan berupa lingkaran A = r2
A = 1/4 d2
Penerapan dalam keseharian :
Rem hidrolik
Mesin hidrolik pengangkat mobil
Dongkrak hidrolik
Contoh :
Sebuah dongkrak hidrolik memiliki silinder kecil berdiameter 5 cm dan silinder besar berdiameter 30 cm. Bila silinder kecil ditekan dengan gaya 200 N, berapa gaya angkat yang dihasilkann pada silinder besa ?
Jawab :
Diket : dk = 5 cm 200 = Fb
db = 30 cm 52 302
Fk = 200 N
Ditanya : Fb = ? Fb = 25/900 . 200
Fk Fb
= Fb = 7 200 N
1/4 dk2 1/4 db2
Fk Fb
=
dk2 db2
3. Bejana Berhubungan
Pada bejana berhubungan selalu berlaku, “permukaan zat cair yang sejenis dalam suatu bejana berhubungan selalu mendatar dan sama tinggi”.
Tekanan pada zat cair berlaku :
p = . g . h , dimana : p = tekanan (N/m atau Pascal)
= massa jenis zat cair (kg/m3)
g = percepatan gravitasi ( =10 m/s2)
h = tinggi zat cair (m)
Pada bejana berhubungan selalu berlaku
p1 = p2
1 . g . h1 = 2 . g . h2
1 . h1 = 2 . h2
contoh :
Jawab :
air . hair = raksa . hraksa
1000 . 20 = 13 600 . hraksa
hraksa = (20 000)/(13 600) = 18,5 cm
4. Gaya Apung
Adalah selisih berat benda di udara dengan berat benda di dalam zat cair. atau dengan persamaan :
gaya apung = wudara – wzat cair
Menurut Archimedes, “Suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya di dalam zat cair akan mengalami gaya apung yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Hal tersebut di atas dikenal dengan Hukum Archimedes.
contoh :
Sebuah balok berukuran 0,2 m x 0,1 m x 0,3 m digantung vertikal pada seutas tali kawat ringan. Tentukan gaya apung balok ketika balok ini :
a. dicelupkan seluruhnya dalam minyak ( = 800 kg/m3)
b. dicelupkan 3/4 bagian dalam air ( = 1000 kg/m3)
Jawab :
V balok = 0,2 x 0,1 x 0,3 = 0,006 m3
g = 10 m/s2
a) Vbalok tercelup = 0,006 m3
Berat minyak yang dipindahkan = Vbalok tercelup . minyak . g
= 0,006 . 800 . 10
= 48 N
b) Vbalok tercelup = 3/4 . 0,006 = 0,0045 m3
Berat air yang dipindahkan = Vbalok tercelup . air . g
= 0,0045 . 1000 . 10
= 45 N
Tenggelam
Tenggelam terjadi jika massa jenis rata-rata benda lebih besar dari pada massa jenis zat cair
Melayang
Melayang terjadi jika massa jenis rata-rata benda sama dengan massa jenis zat cair.
Mengapung
Mengapung terjadi jika massa jenis rata-rata benda lebih kecil dari pada massa jenis zat cair
Penerapan dalam kehidupan sehari-hari :
a. jembatan ponton
b. hidrometer
c. kapal laut
d. kapal selam
e. balon udara
Soal
1. Perubahan yang ditimbulkan oleh gaya adalah :
1. benda diam menjadi bergerak 4. arah gerak berubah
2. massa benda berubah 5. bentuk dan ukuran benda berubah
3. berat benda berubah
Pernyataan yang benar sesuai dengan nomor :
a. 1, 2, 3 c. 3, 4, 5
b. 2, 3, 4 d. 1, 4, 5
2. Percepatan gravitasi di Bulan diperkirakan 1/6 kali percepatan gravitasi di Bumi. Jika berat Didi di bumi 480 N, beratnya di bulan adalah ....
a. 16 N c. 80 N
b. 48 N d. 288 N
3.
4.
5. Peristiwa keseharian yang berkaitan dengan hukum I Newton adalah ....
a. ketika sopir menekan pedal gas, mobil bergerak lebih cepat
b. ketika roket menyemburkan gas dari ekornya, roket terdorong ke atas
c. ketika sopir bus mengerem secara mendadak, orang yang sedang berdiri dalam bus terdorong ke depan
d. ketika dengan satu dorongan kamu mendorong batu bata di atas lantai, batu bata bergerak menempuh jarak tertentu kemudian berhenti
6. Jika percepatan gravitasi bumi 9,8 m/s2 maka berat 5 kg beras adalah ....
a. 19,6 N c. 49,0 N
b. 39,2 N d. 51,0 N
7. Manakah yang terbaik menjelaskan urut-urutan perubahan energi yang terjadi pada lampu senter ?
a. kimia – cahaya – listrik c. Listrik – kimia – cahaya
b. kimia – listrik – cahaya d. Listrik – cahaya – kimia
8. Konverter energi yang mengubah energi listrik menjadi energi bunyi adalah ....
a. aki c. Teko listrik
b. dinamo d. Telepon
9. Sebuah balok kayu ditarik sepanjang bidang mendatar oleh gaya 8 N hingga bergerak dengan kelajuan tetap 15 m/s. Usaha yang dilakukan oleh gaya itu selama 6 sekon adalah…
a. 720 J c. 48 J
b. 120 J d. 20 J
10.
11. Gambar tuas di bawah ini yang keuntungan mekanisnya terbesar adalah ….
a. c.
b. d.
12. Ketiga katrol berikut ini digunakan untuk menaikkan beban yang sama, w.
Jika P, Q, dan R adalah kuasa yang harus diberikan untuk menaikkan beban, pernyataan yang benar adalah ….
a. P > Q > R c. P > Q = R
b. P = Q > R d. P = Q = R
13.
14. Sebuah batu bata memiliki ukuran 4 cm x 10 cm x 20 cm. Tekanan paling kecil yang dilakukan batu bata adalah jika batu bata berdiri pada permukaan horizontal dengan sisi yang berukuran ….
a. 4 cm x 10 cm c. 10 cm x 20 cm
b. 4 cm x 20 cm d. 4 cm x 15 cm
15. Dalam suatu ruangan tertutup terdapat gas dengan tekanan 4000 Pa. Pada dinding seluas 0,5 dm2 di dalam ruangan bekerja gaya sebesar ….
a. 2 N c. 200 N
b. 20 N d. 2000 N
16. Alat yang bekerja berdasarkan prinsip pascal :
1. dongkrak mobil 3. kursi pasien dokter gigi
2. alat suntik 4. pompa air
pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2 dan 3 c. 2 dan 4
b. 1 dan 3 d. 1, 2, 3, dan 4
17. Mesin hidrolik pengangkat mobil memiliki luas penghisap masing-masing 1 000 cm2 dan 2 cm2. Agar dapat mengangkat mobil yang beratnya 15 000 N, besar gaya yang harus diberikan pada penghisap kecil adalah ….
a. 10 N c. 30 N
b. 20 N d. 45 N
18.
19. Alat yang bekerja berdasarkan hukum Archimedes :
1. balon biasa yang ditiup 3. hydrometer
2. rakit 4. kapal terbang
pernyataan yang benar adalah ….
a. 1, 2, dan 3 c. 1 dan 3
b. 2 dan 3 d. 2, 3, dan 4
20. Suatu eksperimen ditunjukkan pada gambar di bawah. Bahan yang memiliki massa jenis terbesar adalah …
a. 1
b. 2
c. 3
d. 4
Kunci Jawaban
1. D 11. D
2. C 12. A
3. B 13. C
4. B 14. A
5. C 15. B
6. C 16. A
7. B 17. C
8. D 18. D
9. A 19. B
10. B 20. D
Modul IPA-Fisika03
Modul 3
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : I (satu) / Ganjil
Materi : 1. Gerak Lurus Beraturan
2. Gerak Lurus Berubah Beraturan
Standar Kompetensi
1. Memahami prosedur ilmiah untuk mempelajari benda-benda alam dengan menggunakan peralatan.
Kompetensi Dasar
1. Menganalisis data percobaan gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
1. Bacalah materi dengan cermat.
2. Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
3. Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
4. Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
Sebuah benda dikatakan bergerak terhadap benda lain jika kedudukan antara kedua benda itu berubah satu sama lainnya. Jika dilihat dari titik acuan (yaitu tempat dimana kedudukan benda mulai diukur), sebuah benda dikatakan bergerak jika kedudukan benda selalu berubah terhadap suatu titik acuan. Suatu benda yang bergerak terhadap benda tertentu belum pasti bergerak terhadap benda lainnya. Dengan kata lain, gerak bersifat relatif. Suatu benda dikatakan melakukan gerak semu jika benda tersebut tampak seolah-olah bergerak, padahalsebenarnya benda tersebut diam.
Kelajuan adalah hasil bagi antara jarak yang ditempuh dengan selang waktu yang diperlukan benda untuk menempuh jarak tersebut. Atau dengan kalimat matematis ditulis :
ν = dimana, ν = kelajuan (m/s)
s = jarak (m)
t = waktu (s)
contoh soal
Berapa kelajuan sseorang pelari yang menempuh jarak 1500 m dalam selang waktu 4 menit ? Nyatakan dalam km/jam.
Jawab
Diket: s = 1500 m = 1500/1000 km
= 1,5 km
t = 4 menit = 4 / 60 jam
ν =
=
= = = 22,5 km/jam
Kelajuan rata-rata didefiniskan sebagai hasil bagi antara jarak total yang ditempuh benda dengan selang waktun total untuk menempuh jarak tersebut.
ν =
contoh soal
Sebuah mobil, untuk 15 menit pertama menempuh jarak 10 km. 15 menit kedua menempuh 15 km. 30 menit berikutnya menempuh jarak 20 km. Hitunglah kelajuan rata-rata mobil tersebut !
Jawab :
Diket : S total = (10 + 15 + 20 ) km = 45 km
t total = (15 + 15 + 30) menit = 60 menit
dit : v = ?
v = = = 45 km/jam
Perbedaan jarak dan perpindahan adalah jarak didefinisikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh benda tanpa memperhatikan arah, sedangkan perpindahan adalah panjang lintasan yang ditempuh benda beserta dengan arah geraknya. Kelajuan didefisikan sebagai jarak dibagi waktu, sedangkan kecepatan didefisikan sebagai perpindahan dibagi selang waktu.
Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dimana setiap selang waktu yang sama menempuh jarak yang sama, atau gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dengan kelajuan tetap.
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dimana kecepatan selalu mengalami perubahan yang sama setiap sekonnya, atau gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Percepatan adalah hasil bagi perubahan kecepatan dengan selang waktu yang diperlukan untuk perubahan kecepatan. Perubahan kecepatan adalah selisih antara kecepatan akhir dengan kecepatan awal.
a = Δv dimana, Δv = perubahan kecepatan (m/s)
Δt Δt = selang waktu (s)
contoh soal
Sebuah mobil bergerak melalui lintasan lurus dengan kecepatan 72 km/jam ke barat. Pengemudi melihat ada rintangan di depannya sehingga ia menginjak rem dan mobil berhenti 4 s sejak pengereman dilakukan. Hitunglah besar dan arah percepatan mocil !
Jawab
Diket: kecepatan awal (vo) = 72 km/jam = 20 m/s
kecepatan akhir (vt) = 0 km/jam (berhenti)
perubahan kecepatan (Δv) = vt - vt
= 0 – 20 = -20m/s
selang waktu (Δt) = 4 sekon
a = Δv = -20 = -5 m/s
Δt 4
Soal Evaluasi
1. Erma berangkat ke sekolah dengan naik mikrolet. Dapat dikatakan ....
a. Erma bergerak terhadap mikrolet c. Mikrolet bergerak terhadap Erma
b. Erma bergerak terhadap sopir d. Erma bergerak terhadap sekolah
2. Yang bukan merupakan gerak benda terhadap acuan orang yang melakukan aktivitas adalah ....
a. barbel yang sedang diangkat dari lantai ke atas kepala
b. sepeda yang sedang melajui karena dikendarai
c. bola yang ditendang
d. lembing yang dilempar
3. Perhatikan gerak berikut :
(1) kamu di atas kereta melihat pohon-pohon bergerak mendekatimu
(2) kamu yang sedang menumpang mobil melihat bulan mengikuti kamu
(3) matahari bergerak dari timur ke barat
(4) bus melaju di tol
Yang melakukan gerak semu adalah ....
a. (1), (2) dan (3) b. (1) dan (3) c. (2) dan (4) d. (4) saja
4. Dua siswa, Bagus dan Cecep berdiri pada jarak pisah 600 m. Mereka mendapatkan bahwa diperlukan waktu 2 sekon agar bunyi dari pistol mainan merambat dari Bagus ke Cecep. Dari hasil ini, cepat rambat bunyi di udara adalah ....
a. 150 m/s b. 300 m/s c. 600 m/s d. 1200 m/s
5. Sebuah mobil menempuh jarak 10 km dalam waktu 15 menit. Kelajuan rata-rata mobil tersebut adalah ....
a. 15 km/jam b. 20 km/jam c. 40 km/jam d. 60 km/jam
6. Purnomo berlari dengan kelajuan 6,25 m/s. Berapa selang waktu (dalam menit) yang dibutuhkan Purnomo untuk berlari sejauh 1500 m ?
a. 2 b. 4 c. 5 d. 10
7. Jarum spidometer pada sebuah mobil menunjukkan angka 60, berarti ....
a. kelajuan mobil 60 km/jam c. jarak yang ditempuh mobil 60 km perjam
b. kecepatan mobil 60 km/jam d. Kecepatan rata-rata mobil 60 km/jam
8. Jarak yang ditempuh mobil adalah sebagai berikut : 5 menit pertama menempuh jarak 3 km, 10 menit kedua menempuh jarak 8 km, 15 menit berikutnya menempuh 20 km. Kecepatan rata-rata mobil tersebut adalah ....
a. 8,0 km/jam b. 21,7 km/jam c. 46,5 km/jam d. 62,0 km/jam
9. Diagram berikut ini menunjukkan grafik kecepatan-waktu dari sebuah benda yang sedang bergerak dengan kecepatan tetap.
2
1
1 2 3
10. Berapakah percepatan yang dialami oleh sebuah kereta api bila kereta api mula-mula dalam keadaan diam dan dalam waktu 2 menit kemudian kecepatannya menjadi 30 m/s ?
a. 30 m/s2 c. 2,5 m/s2
b. 15 m/s2 d. 0,25 m/s2
11. Gerak lurus beraturan dalam kehidupan sehari-hari kita dapati seperti ....
a. anak-anak menuruini seluncuran
b. buah kelapa yang jatuh
c. mobil bergerak lurus di jalan raya dengan spidometer menunjukkan angka yang tetap
d. batu yang dilemparkan dengan arah mendatar
12. Manakah yang merupakan gerak lurus dipercepat ?
a. mobil melaju di jalan c. perahu meluncur di permukaan air
b. meteor jatuh ke bumi d. kereta api bergerak di atas rel
13. Yang termasuk gerak lurus diperlambat adalah ....
a. menuruni bidang miring c. penerjun jatuh bebas
b. batu dilempar ke bawah d. batu pada saat dilempar ke atas
14. Sebuah kelapa jatuh dari pohonnya. Kecepatan kelapa tersebut sewaktu jatuh adalah ....
a. tetap c. bertambah secara tetap
b. berkurang secara tetap d. Nol
15. Berikut ini contoh gerak benda :
(1) bola yang jatuh bebas ke bumi (3) bola menuruni bidang miring
(2) bola menggelinding di atas pasir (4) bola yang dilempar ke atas
Yang termasuk gerak lurus berubah beraturan dipercepat pada contoh di atas adalah ....
a. (1) dan (2) c. (2) dan (3)
b. (1) dan (3) d. (2) dan (4)
B. Jawablah dengan singkat dan benar
16. Bayangkan kamu sedang duduk dalam sebuah bus yang sedang bergerak menjauhi terminal.
a. Jika terminal ditentukan sebagai acuan,
(i) apakah kamu bergerak ?
(ii) apakah bus bergerak ?
b. Jika bus ditentukan sebagai acuan,
(i) apakah terminal bergerak ?
(ii) apakah kamu bergerak ?
c. Mengapa gerak dikatakan relatif ?
17. Heru melihat cahaya kilat di udara, tetapi ia baru mendengar suara setelah 5,0 sekon. Jika kelajuan bunyi di udara pada saat itu adalah 330 m/s, berapa jauhkah asal kilat itu dari Heru ?
18. Endang melakukan perjalanan dari Bandung ke Jakarta sejauh 210 km dengan mengendarai mobil. Perjalanan antara Bandung ke Bogor sejauh 150 km ditempuh dalam waktu 2,5 jam. Jika Endang ingin menempuh perjalanan Bandung – Jakarta ini dalam waktu 3 jam, berapa kelajuan rata-rata mobilnya antara Bogor dan Jakarta ?
19. Sebuah mobil bergerak dengan arah tetap. Mula-mula mobil bergerak dengan kelajuan 25 km/jam selama 4 menit, kemudian dengan kelajuan 50 km/jam selama 8 menit, dan akhirnya dengan kelajuan 23 km/jam selama 2 menit. Berapa kelajuan rata-rata mobil dalam seluruh perjalanannya ?
20. Susi berlari lurus dari garis start dengan percepatan 1,5 m/s2. Berapa kecepatannya setelah 6 sekon ?
Kunci Jawaban Modul 1
1. D 6. D 11. C 16. 6,74 cm
2. B 7. B 12. C 17. 5,40 mm
3. A 8. B 13. A 18.a. 4.000.000 b.20.000 c.3 . 10-6 d. 0,15
4. C 9. B 14. B 19.a. 0,278 b. 15 c. 18 d. 90
5. D 10. D 15. C 20.a. 1000 b. 13600 c. 0,001 d. 8,5
Untuk no. 1 – 15
Nilai = jawaban benar x 4
Untuk no. 16 - 20
16. 1 17. 1 18. 4 19. 4 20. 4
Nilai = 40
Jumlah Total = (Nilai no 1-15) + (Nilai no 16-20)
Jika nilai di atas 75, Anda lulus
Jika nilai di bawah 75, Anda harus belajar lagi
Kunci Jawaban Modul 2
1. D 6. A 11. A
2. C 7. C 12. A
3. C 8. A 13. A
4. C 9. C 14. B
5. B 10. D 15. A
16. di bawah 100 oC, karena semakin tinggi suatu tempat tekanan udaranya semakin rendah
17. Angin laut. Pada siang hari daratan lebih cepat pansa daripada lautan (karena kalor jenis air > kalor jenis tanah), sehingga udara di atas daratan mengembang dan diisi oleh angin yang bergerak dari laut.
Agin darat. Pada malam hari air laut lebih panas dari daratan (karena kalor jenis air laut > kalor jenis daratan, sehingga penurunan kalor kecil), akibatnya di atas lautan udaranya mengembang dan diisi oleh angin yang bererak dari daratan.
18. m = 20 kg
19. U = 900 000 J/Kg
20. Q = 1 527 500 J
Kunci Jawaban Modul 3
1. D 6. B 11. C 16. a(i) gerak (ii) gerak b(i)gerak (ii) diam c. Tegn
Titik acuan
2. B 7. A 12. B 17. 1650 m
3. B 8. D 13. D 18. 120 km/jam
4. B 9. C 14. C 19. 39 km/jam
5. C 10. B 15. B 20. 9 m/s
Untuk no. 1 – 15
Nilai = jawaban benar x 4
Untuk no. 16 - 20
16. 1 17. 1 18. 1 19. 1 20. 1
Nilai = 40
Jumlah Total = (Nilai no 1-15) + (Nilai no 16-20)
Jika nilai di atas 75, Anda lulus
Jika nilai di bawah 75, Anda harus belajar lagi
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : I (satu) / Ganjil
Materi : 1. Gerak Lurus Beraturan
2. Gerak Lurus Berubah Beraturan
Standar Kompetensi
1. Memahami prosedur ilmiah untuk mempelajari benda-benda alam dengan menggunakan peralatan.
Kompetensi Dasar
1. Menganalisis data percobaan gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
1. Bacalah materi dengan cermat.
2. Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
3. Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
4. Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
Sebuah benda dikatakan bergerak terhadap benda lain jika kedudukan antara kedua benda itu berubah satu sama lainnya. Jika dilihat dari titik acuan (yaitu tempat dimana kedudukan benda mulai diukur), sebuah benda dikatakan bergerak jika kedudukan benda selalu berubah terhadap suatu titik acuan. Suatu benda yang bergerak terhadap benda tertentu belum pasti bergerak terhadap benda lainnya. Dengan kata lain, gerak bersifat relatif. Suatu benda dikatakan melakukan gerak semu jika benda tersebut tampak seolah-olah bergerak, padahalsebenarnya benda tersebut diam.
Kelajuan adalah hasil bagi antara jarak yang ditempuh dengan selang waktu yang diperlukan benda untuk menempuh jarak tersebut. Atau dengan kalimat matematis ditulis :
ν = dimana, ν = kelajuan (m/s)
s = jarak (m)
t = waktu (s)
contoh soal
Berapa kelajuan sseorang pelari yang menempuh jarak 1500 m dalam selang waktu 4 menit ? Nyatakan dalam km/jam.
Jawab
Diket: s = 1500 m = 1500/1000 km
= 1,5 km
t = 4 menit = 4 / 60 jam
ν =
=
= = = 22,5 km/jam
Kelajuan rata-rata didefiniskan sebagai hasil bagi antara jarak total yang ditempuh benda dengan selang waktun total untuk menempuh jarak tersebut.
ν =
contoh soal
Sebuah mobil, untuk 15 menit pertama menempuh jarak 10 km. 15 menit kedua menempuh 15 km. 30 menit berikutnya menempuh jarak 20 km. Hitunglah kelajuan rata-rata mobil tersebut !
Jawab :
Diket : S total = (10 + 15 + 20 ) km = 45 km
t total = (15 + 15 + 30) menit = 60 menit
dit : v = ?
v = = = 45 km/jam
Perbedaan jarak dan perpindahan adalah jarak didefinisikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh benda tanpa memperhatikan arah, sedangkan perpindahan adalah panjang lintasan yang ditempuh benda beserta dengan arah geraknya. Kelajuan didefisikan sebagai jarak dibagi waktu, sedangkan kecepatan didefisikan sebagai perpindahan dibagi selang waktu.
Gerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dimana setiap selang waktu yang sama menempuh jarak yang sama, atau gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dengan kelajuan tetap.
Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalah gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dimana kecepatan selalu mengalami perubahan yang sama setiap sekonnya, atau gerak suatu benda yang menempuh lintasan garis lurus dengan percepatan tetap. Percepatan adalah hasil bagi perubahan kecepatan dengan selang waktu yang diperlukan untuk perubahan kecepatan. Perubahan kecepatan adalah selisih antara kecepatan akhir dengan kecepatan awal.
a = Δv dimana, Δv = perubahan kecepatan (m/s)
Δt Δt = selang waktu (s)
contoh soal
Sebuah mobil bergerak melalui lintasan lurus dengan kecepatan 72 km/jam ke barat. Pengemudi melihat ada rintangan di depannya sehingga ia menginjak rem dan mobil berhenti 4 s sejak pengereman dilakukan. Hitunglah besar dan arah percepatan mocil !
Jawab
Diket: kecepatan awal (vo) = 72 km/jam = 20 m/s
kecepatan akhir (vt) = 0 km/jam (berhenti)
perubahan kecepatan (Δv) = vt - vt
= 0 – 20 = -20m/s
selang waktu (Δt) = 4 sekon
a = Δv = -20 = -5 m/s
Δt 4
Soal Evaluasi
1. Erma berangkat ke sekolah dengan naik mikrolet. Dapat dikatakan ....
a. Erma bergerak terhadap mikrolet c. Mikrolet bergerak terhadap Erma
b. Erma bergerak terhadap sopir d. Erma bergerak terhadap sekolah
2. Yang bukan merupakan gerak benda terhadap acuan orang yang melakukan aktivitas adalah ....
a. barbel yang sedang diangkat dari lantai ke atas kepala
b. sepeda yang sedang melajui karena dikendarai
c. bola yang ditendang
d. lembing yang dilempar
3. Perhatikan gerak berikut :
(1) kamu di atas kereta melihat pohon-pohon bergerak mendekatimu
(2) kamu yang sedang menumpang mobil melihat bulan mengikuti kamu
(3) matahari bergerak dari timur ke barat
(4) bus melaju di tol
Yang melakukan gerak semu adalah ....
a. (1), (2) dan (3) b. (1) dan (3) c. (2) dan (4) d. (4) saja
4. Dua siswa, Bagus dan Cecep berdiri pada jarak pisah 600 m. Mereka mendapatkan bahwa diperlukan waktu 2 sekon agar bunyi dari pistol mainan merambat dari Bagus ke Cecep. Dari hasil ini, cepat rambat bunyi di udara adalah ....
a. 150 m/s b. 300 m/s c. 600 m/s d. 1200 m/s
5. Sebuah mobil menempuh jarak 10 km dalam waktu 15 menit. Kelajuan rata-rata mobil tersebut adalah ....
a. 15 km/jam b. 20 km/jam c. 40 km/jam d. 60 km/jam
6. Purnomo berlari dengan kelajuan 6,25 m/s. Berapa selang waktu (dalam menit) yang dibutuhkan Purnomo untuk berlari sejauh 1500 m ?
a. 2 b. 4 c. 5 d. 10
7. Jarum spidometer pada sebuah mobil menunjukkan angka 60, berarti ....
a. kelajuan mobil 60 km/jam c. jarak yang ditempuh mobil 60 km perjam
b. kecepatan mobil 60 km/jam d. Kecepatan rata-rata mobil 60 km/jam
8. Jarak yang ditempuh mobil adalah sebagai berikut : 5 menit pertama menempuh jarak 3 km, 10 menit kedua menempuh jarak 8 km, 15 menit berikutnya menempuh 20 km. Kecepatan rata-rata mobil tersebut adalah ....
a. 8,0 km/jam b. 21,7 km/jam c. 46,5 km/jam d. 62,0 km/jam
9. Diagram berikut ini menunjukkan grafik kecepatan-waktu dari sebuah benda yang sedang bergerak dengan kecepatan tetap.
2
1
1 2 3
10. Berapakah percepatan yang dialami oleh sebuah kereta api bila kereta api mula-mula dalam keadaan diam dan dalam waktu 2 menit kemudian kecepatannya menjadi 30 m/s ?
a. 30 m/s2 c. 2,5 m/s2
b. 15 m/s2 d. 0,25 m/s2
11. Gerak lurus beraturan dalam kehidupan sehari-hari kita dapati seperti ....
a. anak-anak menuruini seluncuran
b. buah kelapa yang jatuh
c. mobil bergerak lurus di jalan raya dengan spidometer menunjukkan angka yang tetap
d. batu yang dilemparkan dengan arah mendatar
12. Manakah yang merupakan gerak lurus dipercepat ?
a. mobil melaju di jalan c. perahu meluncur di permukaan air
b. meteor jatuh ke bumi d. kereta api bergerak di atas rel
13. Yang termasuk gerak lurus diperlambat adalah ....
a. menuruni bidang miring c. penerjun jatuh bebas
b. batu dilempar ke bawah d. batu pada saat dilempar ke atas
14. Sebuah kelapa jatuh dari pohonnya. Kecepatan kelapa tersebut sewaktu jatuh adalah ....
a. tetap c. bertambah secara tetap
b. berkurang secara tetap d. Nol
15. Berikut ini contoh gerak benda :
(1) bola yang jatuh bebas ke bumi (3) bola menuruni bidang miring
(2) bola menggelinding di atas pasir (4) bola yang dilempar ke atas
Yang termasuk gerak lurus berubah beraturan dipercepat pada contoh di atas adalah ....
a. (1) dan (2) c. (2) dan (3)
b. (1) dan (3) d. (2) dan (4)
B. Jawablah dengan singkat dan benar
16. Bayangkan kamu sedang duduk dalam sebuah bus yang sedang bergerak menjauhi terminal.
a. Jika terminal ditentukan sebagai acuan,
(i) apakah kamu bergerak ?
(ii) apakah bus bergerak ?
b. Jika bus ditentukan sebagai acuan,
(i) apakah terminal bergerak ?
(ii) apakah kamu bergerak ?
c. Mengapa gerak dikatakan relatif ?
17. Heru melihat cahaya kilat di udara, tetapi ia baru mendengar suara setelah 5,0 sekon. Jika kelajuan bunyi di udara pada saat itu adalah 330 m/s, berapa jauhkah asal kilat itu dari Heru ?
18. Endang melakukan perjalanan dari Bandung ke Jakarta sejauh 210 km dengan mengendarai mobil. Perjalanan antara Bandung ke Bogor sejauh 150 km ditempuh dalam waktu 2,5 jam. Jika Endang ingin menempuh perjalanan Bandung – Jakarta ini dalam waktu 3 jam, berapa kelajuan rata-rata mobilnya antara Bogor dan Jakarta ?
19. Sebuah mobil bergerak dengan arah tetap. Mula-mula mobil bergerak dengan kelajuan 25 km/jam selama 4 menit, kemudian dengan kelajuan 50 km/jam selama 8 menit, dan akhirnya dengan kelajuan 23 km/jam selama 2 menit. Berapa kelajuan rata-rata mobil dalam seluruh perjalanannya ?
20. Susi berlari lurus dari garis start dengan percepatan 1,5 m/s2. Berapa kecepatannya setelah 6 sekon ?
Kunci Jawaban Modul 1
1. D 6. D 11. C 16. 6,74 cm
2. B 7. B 12. C 17. 5,40 mm
3. A 8. B 13. A 18.a. 4.000.000 b.20.000 c.3 . 10-6 d. 0,15
4. C 9. B 14. B 19.a. 0,278 b. 15 c. 18 d. 90
5. D 10. D 15. C 20.a. 1000 b. 13600 c. 0,001 d. 8,5
Untuk no. 1 – 15
Nilai = jawaban benar x 4
Untuk no. 16 - 20
16. 1 17. 1 18. 4 19. 4 20. 4
Nilai = 40
Jumlah Total = (Nilai no 1-15) + (Nilai no 16-20)
Jika nilai di atas 75, Anda lulus
Jika nilai di bawah 75, Anda harus belajar lagi
Kunci Jawaban Modul 2
1. D 6. A 11. A
2. C 7. C 12. A
3. C 8. A 13. A
4. C 9. C 14. B
5. B 10. D 15. A
16. di bawah 100 oC, karena semakin tinggi suatu tempat tekanan udaranya semakin rendah
17. Angin laut. Pada siang hari daratan lebih cepat pansa daripada lautan (karena kalor jenis air > kalor jenis tanah), sehingga udara di atas daratan mengembang dan diisi oleh angin yang bergerak dari laut.
Agin darat. Pada malam hari air laut lebih panas dari daratan (karena kalor jenis air laut > kalor jenis daratan, sehingga penurunan kalor kecil), akibatnya di atas lautan udaranya mengembang dan diisi oleh angin yang bererak dari daratan.
18. m = 20 kg
19. U = 900 000 J/Kg
20. Q = 1 527 500 J
Kunci Jawaban Modul 3
1. D 6. B 11. C 16. a(i) gerak (ii) gerak b(i)gerak (ii) diam c. Tegn
Titik acuan
2. B 7. A 12. B 17. 1650 m
3. B 8. D 13. D 18. 120 km/jam
4. B 9. C 14. C 19. 39 km/jam
5. C 10. B 15. B 20. 9 m/s
Untuk no. 1 – 15
Nilai = jawaban benar x 4
Untuk no. 16 - 20
16. 1 17. 1 18. 1 19. 1 20. 1
Nilai = 40
Jumlah Total = (Nilai no 1-15) + (Nilai no 16-20)
Jika nilai di atas 75, Anda lulus
Jika nilai di bawah 75, Anda harus belajar lagi
Modul IPA-Fisika02
Modul 2
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : I (satu) / Ganjil
Materi : 1. Suhu
2. Kalor
Standar Kompetensi
1. Memahami prosedur ilmiah untuk mempelajari benda-benda alam dengan menggunakan peralatan.
2. Memahami wujud zat dan perubahannya.
Kompetensi Dasar
1. Mendiskripsikan pengertian suhu dan pengukurannya.
2. Menyelidiki sifat-sifat zat berdasarkan wujudnya dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
3. Mendiskripsikan konsep massa jenis dalam kehidupan sehari-hari.
4. Melakukan percobaan yang berkaitan dengan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.
5. Mendiskripsikan peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu suatu benda serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
1. Bacalah materi dengan cermat.
2. Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
3. Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
4. Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
Suhu adalah suatu besaran yang menyatakan ukuran derajat panas atau dingin suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu dengan tepat disebut termometer. Menurut cairan yang mengisi termometer, termometer terbagi menjadi :
1. Termometer Raksa
Keuntungan menggunakan raksa adalah :
a. mudah dilihat karena mengkilat
b. volum raksa berubah secara teratur ketika terjadi perubahan suhu
c. raksa tidak membasahi kaca ketika memuai atau menyusut
d. jangkauan suhu raksa cukup lebar dan sesuai dengan pekerjaan lab
e. raksa dapat terpanasi secara merata sehingga menunjukkan suhu dengan cepat dan tepat
Kerugian menggunakan raksa adalah :
a. raksa mahal
b. raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah.
c. Raksa termasuk zat berbahaya
2. Termometer Alkohol
Keuntungan menggunakan alkohol :
a. alkohol lebih murah dibandingkan dengan raksa
b. alkohol teliti, karena untuk kenaikan suhu yang sangat kecil, mengalami perubahan volume yang lebih besar
c. dapat mengukur suhu yang sangat dingin
Kerugian menggunakan alkohol :
a. memiliki titik didih rendah sehingga pemakiannya terbatas
b. tttidak berwarna sehingga harus diberi warna agar terlihat
c. membasahi dinding kaca
Untuk melakukan kalirasi pada termometer, dilakukan dengan 4 langkah yaitu :
1. menentukan titik tetap bawah (pada saat es murni mulai mencair)
2. menentukan titik tetap atas (pada saat air murni mendidih)
3. bagilah jarak kedua titik tetap tersebut menjadi beberapa bagian yang sama.
4. dapat memperluas skala di bawah titik tetap (ditandai dengan negatif) dan di atas titik tetap atas.
Celcius Fahrenheit Reamur Kelvin
Titik lebur es 0 32 0 273
Titik didih air 100 212 80 373
Selisih 100 180 80 100
(C – 0) : (F – 32) : (R – 0) : (K – 273) = 100 : 180 : 80 : 100
C : (F – 32) : R : (K – 273) = 5 : 9: 4 : 5
Contoh soal :
Suhu sebuah kamar yang diukur dengan termometer berskala Kelvin menunjukkan 298 K. Berapakah suhu kamar ini jika diukur dengan termometerberskala :
a. Celcius b. Fahrenheit
Jawab.
Diket : K = 298 K
a. C : (K – 273) = 5 : 5 b. (F - 32) : (K – 273) = 9 : 5
C : (298 – 273) = 5 : 5 (F – 32) : (298 – 273) = 9 : 5
C : 25 = 5 : 5 (F – 32) : 25 = 9 :5
C = 25 oC (F – 32) = 45
F = 45 + 32
F = 77 oF
Partikel atau molekul adalah bagian terkecil zat yang masih memiliki sifat zat tersebut.
Pada zat padat, partikel-partikel saling berdekatan dalam suatu susunan yang teratur dan diikat cukup kuat oleh gaya tarik antarpartikel tersebut. Partikel dapat bergetar dan berputar di tempatnya tetapi tidak bebas untuk mengubah kedudukannya. Itulah sebabnya zat padat memiliki volum dan bentuk yang tetap.
Pada zat cair, jarak antarpartikelnya lebih jauh dibandingkan dengan zat padat. Partikel zat cair dapat berpindah tempat tetapi tidakmudah meninggalkan kelompoknya, dengan kata lain zat cair dapat mengalir. Jadi dengan teori partikel dapat dijelaskan mengapa zat cair memiliki volume tetap tetapi bentuknya mudah berubah.
Pada gas, jarak antarpartikel sangat berjauhansehingga gaya tarik menarik dapat diabaikan. Partikel bergerak sangat cepat dan bertumbukan satu sama lainnya dan juga bertumbukan dengan dinding wadah. Inilah yang menyebabkan gas menghasilkan tekanan.
Kohesi adalah tarik menarik antar partikel-partikel zat sejenis. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel-partikel zat yang tidak sejenis. Apabila kohesi antarpartikel lebih kecil daripada adhesi antara partikel yang berlainan maka akan terjadi meniskus cekung dan membasahi dinding. Tetapi jika kohesi antar partikel lebih besar dari adhesi antara dua partikel maka akan menyebabkan terjadinya meniskus cembung dan tidak membasahi dinding.
Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler.
Massa Jenis adalah massa per satuan volume, atau secara matematis :
ρ = , ρ = massa jenis (kg/m3)
m = massa (kg)
V = volume (m3)
Contoh soal :
Volum sebatang besi 400 m3. Hitunglah massa besi tersebut (massa jenis besi 7900 kg/m3)
Jawab :
Diket : v = 400 m3 m = ρ . v
ρ = 7900 kg m3 = 7900 . 400
Dit : m = ? = 3 160 000 kg
Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler.
Kalor adalah bentuk energi yang secara alami berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika benda disentuhkan atau dicampur. Benda akan mengalami perubahan jika diberi kalor, perubahan itu adalah :
a. perubahan suhu, atau
b. perubahan wujud
a. Perubahan Suhu
Kalor yang diberikan pada suatu zat akan digunakan untuk menaikkan suhu zat tersebut. Besar kalor yang diberikan sebanding dengan besar kalor jenis suatu zat, massa zat dan kenaikan suhu zat tersebut. Atau secara matematis dituliskan :
Q = c . m . Δt dimana : Q = kalor (Joule)
c = kalor jenis zat (J/kg oC)
m = massa zat (kg)
Δt = perubahan suhu (oC)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 oC.
Satuan lain kalor adalah kalori (1 kal = 4,2 J atau 1 J = 0,24 kalori)
Contoh soal :
Tentukanlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 500 g air dari suhu 20 oC menjadi 100 oC
Jika kaor jenis air 4200 J/kg oC
Jawab
Diket : m = 500 g Q = c . m . Δt
= 0,5 kg Q = 4200 . 0,5 . 80
to = 20 oC Q = 2100 . 80
t1 = 100 oC Q = 168 000 J
Δt = (100 – 20) oC
= 80 oC
c air = 4200 J/kg oC
dit : Q = ?
b. Perubahan Wujud
Jika kalor yang diberikan tidak dipergunakan untuk menaikkan suhu zat, maka kalor yang diberikan akan digunakan untuk mengubah wujud benda. Hal ini terjadi pada menguap, melebur dan menyublim (dari padat ke gas)
1. Menguap
Ada lima faktor yang dapat dilakukan untuk mempercepat penguapan, yaitu :
- memanaskan - memperluas permukaan
- menyemburkan zat cair - meniupkan udara di atas permukaan
- mengurangi tekanan pada permukaan
Zat cair dikatakan mendidih jika gelembung-gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. Pada saat mendidih, suhu zat cair tidak berubah. Kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat menjadi uap. Besar kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat tersebut sebanding dengan massa dan kalor uap zat tersebut. Atau secara matematis dituliskan sebagai berikut :
Q = m. U dimana, Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
U = Kalor uap zat (J/kg)
Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair pada titik didihnya.
Contoh soal
Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 2 kg air suhu 100 oC, jika kalor uap air 2 260 000 J/kg !
Jawab
Diket : m = 2 kg Q = m . U
Uair = 2 260 000 J/kg Q = 2 . 2 260 000
Dit : Q = ? Q = 4 520 000 J
2. Melebur
Adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair. Pada melebur diperlukan kalor. Besar kalor yang diperlukan untuk meleburkan suatu zat sebanding dengan massa dan kalor lebur zat tersebut, atau dituliskan secara matematis :
Q = m . L , dimana, Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa benda (kg)
L = kalor lebur (J/kg)
Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan zat padat pada titik leburnya.
Contoh soal :
Berapa energi yang diperlukan 5 kg es untuk melebur menjadi air pada titik leburnya jika kalor lebur es 336 000 J/kg ?
Jawab
Diket : m = 5 kg Q = m . L
L es = 336 000 J/kg Q = 5 . 336 000
Dit : Q = ? Q = 1 680 000 J
Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 kg es suhunya -5 oC menjadi uap air seluruhnya pada suhunya 100 oC, jika kalor jenis es 2 100 J/kgoC, kalor jenis air 4 200 J/kgoC kalor lebur es 336 000 J/kg, dan kalor uap 2 260 000 J/kg ?
Jawab
Diket : m = 2 kg air 100 oC uap 100 oC
to = - 5 oC
t1 = 100 oC Q3 Q4
c es = 2 100 J/kg oC es 0 oC Q2 air 0 oC
c air = 4 200 J/kg oC
L = 336 000 J/kg Q1
U = 2 260 000 J/kg
Dit : Q total = ? es -5 oC
Untuk Q1 (terjadi perubahan suhu)
Q1 = ces . m . Δt Q4 = m . U
= 2100 . 2 . 5 = 2 . 2 260 000
= 21 000 J = 4 520 000
Untuk Q2 (terjadi perubahan wujud) Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Q2 = m . L = 21 000 + 672 000 + 840 000 + 4 520 000
= 2 . 336 000 = 6 053 000 J
= 672 000 J
Untuk Q3 (terjadi perubahan suhu)
Q3 = c . m . Δt
= 4 200 . 2 . 100
= 840 000 J
Kalor secara alami berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel tersebut dinamakan konduksi. Penghantar kalor yang baik disebut konduktor, sedangkan penghantar kalor yang buruk disebut isolator.
Konveksi atau aliran adalah perpindahan kalor yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis zat. Perpindahan kalor secara konveksi (aliran) terjadi di dalam zat yang dapat mengalir, yaitu zat cair dan gas.
Radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan zat perantara atau medium. Radiasi dapat terjadi melalui ruang hampa karena sumber kalor menyalurkan energinya dalam bentuk gelombang. Gelombang ini merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dikenal sebagai radiasi inframerah.
Soal Evaluasi
A. Pilihlah Jawaban yang paling benar
1. Zat cair yang baik untuk mengisi termometer agar dapat digunakan untuk mengukur suhu yang rendah adalah ....
a. air b. raksa c. spiritus d. alkohol
2. Suhu suatu benda 10 oC. Jika dinyatakan dalam Sistem Internasional, besarnya adalah ....
a. 212 K b. 273 K c. 283 K d. 310 K
3. Enam puluh delapan derajat Fahrenheit sama dengan ....
a. 16 oC b. 18 oC c.20 oC d. 24 oC
4. Dalam suatu zat, partikel-partikelnya bergetar pada tempatnya dan tarik menarik satu sama lainnya dengan kuat. Zat ini sangat mungkin Adalah ….
a. gas b. uap c. zat padat d. zat cair
5. Berikut ini adalah manfaat kapilaritas, kecuali ....
a. naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor
b. merembesnya air hujan ke dalam dinding rumah
c. naiknya air dari akar ke daun melalui pembuluh kayu
d. sifat menghisap cairan pada kain.
6. Sebuah kubus massanya 62 gram dan volumnya 8 cm3. Hitunglah massa jenis kubus tersebut !
a. 7,75 g/cm3 b. 8,0 g/cm3 c. 70,0 g/cm3 d. 496 g/cm3
7. Energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat bergantung pada faktor-faktor di bawah ini, kecuali ....
a. massa zat b. Jenis zat c. Tekanan udara luar d. Kenaikan suhu
8. 21 000 joule kalor diberikan ke dalam 5 kg air dengan kalor jenis 4200 J/kg oC. Kalor ini menaikkan suhu sebesar ....
a. 1 oC b. 5 oC c. 10 oC d. 25 oC
9. Salah satu cara mempercepat terjadinya penguapan adalah ….
a. memperkecil bidang penguapan c. menaikkan suhu
b. memperkecil kristal larutan d. Menambahkan tekanan di atas permukaann
10. Perhatikan grafik hubungan suhu dan waktu pemanasan air berikut :
suhu
D E
B C
Waktu (menit)
11. Untuk memanaskan 4 kg es 0 oC menjadi air 0 oC (kalor lebur es 323 000 J/kg) dibutuhkan energi sebesar ….
a. 1 292 000 J b. 1 110 000 J c. 333 000 J d. 123 000 J
12. Sebuah balok besi dengan massa 1,0 kg dipanasi secara listrik sehingga suhunya naik dari 14 oC menjadi 30 oC. Sebuah Joulemeter menunjukkan bahwa 7200 J energi diperlukan untuk itu. Kalor jenis besi adalah ….
a. 450 J/kg K b. 400 J/kg K c. 300 J/kg K d. 250 J/kg K
13. Banyak kalor yang harus diberikan pada 0,5 kg es supaya suhunya naik dari -10 oC menjadi 40 oC Adalah …. (kalor jenis es = 2100 J/kg K, kalor lebur es = 336 000 J/kg, kalor jenis air = 4200 J/kg K)
a. 262 500 J b. 252 500 J c. 178 500 J d. 94 500 J
14. Logam jauh lebih mudah mengkonduksi kalor disbanding dengan zat padat lainnya karena
a. dalam logam banyak terdapat elektron bebas
b. partikel-partikel dalam logam lebih rapat
c. partikel-partikel dalam logam lebih renggang
d. permukaan logam lebih halus
15. Berikut ini yang merupakan perpindahan kalor secara radiasi adalah ....
a. menghilangkan rasa dingin di depan api unggun
b. logam yang dipanasi bagian ujungnya
c. terjadinya angin darat pada malam hari
d. terjadinya angin laut pada siang hari.
B. Isilah dengan singkat dan benar !
16. Di Puncak Gunung Everest, apakah kamu mengharapkan air mendidih pada 100 oC ? Jelaskan !
17. Jelaskan terjadinya angin darat dan angin laut akibat konveksi alamiah udara !
18. 1257 kJ energi kalor diperlukan untuk menaikkan suhu sejumlah air (kalor jenis 4190 J/kg oC) dari 5 oC menjadi 20 oC. Berapakah massa air yang dipanaskan ?
19. Jika 4,5kJ energi kalor diperlukan untuk menguapkan 5 g zat cair pada titik didihnya, berapakah kalor uap air tersebut ?
20. Tentukan besar kalor yang diperlukan (dalam kJ) untuk mengubah 500 gram es batu 0 oC seluruhnya menjadi uap air pada 100 oC. (Jika kalor laten uap air 2 300 000 J/kg, kalor jenis air 4200 J/kg oC, kalor laten lebur es 335 000 J/kg)
Kunci Jawaban Modul 2
1. D 6. A 11. A
2. C 7. C 12. A
3. C 8. A 13. A
4. C 9. C 14. B
5. B 10. D 15. A
16. di bawah 100 oC, karena semakin tinggi suatu tempat tekanan udaranya semakin rendah
17. Angin laut. Pada siang hari daratan lebih cepat pansa daripada lautan (karena kalor jenis air > kalor jenis tanah), sehingga udara di atas daratan mengembang dan diisi oleh angin yang bergerak dari laut.
Agin darat. Pada malam hari air laut lebih panas dari daratan (karena kalor jenis air laut > kalor jenis daratan, sehingga penurunan kalor kecil), akibatnya di atas lautan udaranya mengembang dan diisi oleh angin yang bererak dari daratan.
18. m = 20 kg
19. U = 900 000 J/Kg
20. Q = 1 527 500 J
Mata Pelajaran : IPA Fisika
Kelas / Semester : I (satu) / Ganjil
Materi : 1. Suhu
2. Kalor
Standar Kompetensi
1. Memahami prosedur ilmiah untuk mempelajari benda-benda alam dengan menggunakan peralatan.
2. Memahami wujud zat dan perubahannya.
Kompetensi Dasar
1. Mendiskripsikan pengertian suhu dan pengukurannya.
2. Menyelidiki sifat-sifat zat berdasarkan wujudnya dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
3. Mendiskripsikan konsep massa jenis dalam kehidupan sehari-hari.
4. Melakukan percobaan yang berkaitan dengan pemuaian dalam kehidupan sehari-hari.
5. Mendiskripsikan peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu suatu benda serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
Tata Cara Mempelajari Modul
1. Bacalah materi dengan cermat.
2. Kerjakan evaluasi dengan sungguh-sungguh.
3. Cocokkan jawaban anda dengan kunci jawaban.
4. Lakukan Penilaian pribadi.
Materi Belajar
Suhu adalah suatu besaran yang menyatakan ukuran derajat panas atau dingin suatu benda. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu dengan tepat disebut termometer. Menurut cairan yang mengisi termometer, termometer terbagi menjadi :
1. Termometer Raksa
Keuntungan menggunakan raksa adalah :
a. mudah dilihat karena mengkilat
b. volum raksa berubah secara teratur ketika terjadi perubahan suhu
c. raksa tidak membasahi kaca ketika memuai atau menyusut
d. jangkauan suhu raksa cukup lebar dan sesuai dengan pekerjaan lab
e. raksa dapat terpanasi secara merata sehingga menunjukkan suhu dengan cepat dan tepat
Kerugian menggunakan raksa adalah :
a. raksa mahal
b. raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah.
c. Raksa termasuk zat berbahaya
2. Termometer Alkohol
Keuntungan menggunakan alkohol :
a. alkohol lebih murah dibandingkan dengan raksa
b. alkohol teliti, karena untuk kenaikan suhu yang sangat kecil, mengalami perubahan volume yang lebih besar
c. dapat mengukur suhu yang sangat dingin
Kerugian menggunakan alkohol :
a. memiliki titik didih rendah sehingga pemakiannya terbatas
b. tttidak berwarna sehingga harus diberi warna agar terlihat
c. membasahi dinding kaca
Untuk melakukan kalirasi pada termometer, dilakukan dengan 4 langkah yaitu :
1. menentukan titik tetap bawah (pada saat es murni mulai mencair)
2. menentukan titik tetap atas (pada saat air murni mendidih)
3. bagilah jarak kedua titik tetap tersebut menjadi beberapa bagian yang sama.
4. dapat memperluas skala di bawah titik tetap (ditandai dengan negatif) dan di atas titik tetap atas.
Celcius Fahrenheit Reamur Kelvin
Titik lebur es 0 32 0 273
Titik didih air 100 212 80 373
Selisih 100 180 80 100
(C – 0) : (F – 32) : (R – 0) : (K – 273) = 100 : 180 : 80 : 100
C : (F – 32) : R : (K – 273) = 5 : 9: 4 : 5
Contoh soal :
Suhu sebuah kamar yang diukur dengan termometer berskala Kelvin menunjukkan 298 K. Berapakah suhu kamar ini jika diukur dengan termometerberskala :
a. Celcius b. Fahrenheit
Jawab.
Diket : K = 298 K
a. C : (K – 273) = 5 : 5 b. (F - 32) : (K – 273) = 9 : 5
C : (298 – 273) = 5 : 5 (F – 32) : (298 – 273) = 9 : 5
C : 25 = 5 : 5 (F – 32) : 25 = 9 :5
C = 25 oC (F – 32) = 45
F = 45 + 32
F = 77 oF
Partikel atau molekul adalah bagian terkecil zat yang masih memiliki sifat zat tersebut.
Pada zat padat, partikel-partikel saling berdekatan dalam suatu susunan yang teratur dan diikat cukup kuat oleh gaya tarik antarpartikel tersebut. Partikel dapat bergetar dan berputar di tempatnya tetapi tidak bebas untuk mengubah kedudukannya. Itulah sebabnya zat padat memiliki volum dan bentuk yang tetap.
Pada zat cair, jarak antarpartikelnya lebih jauh dibandingkan dengan zat padat. Partikel zat cair dapat berpindah tempat tetapi tidakmudah meninggalkan kelompoknya, dengan kata lain zat cair dapat mengalir. Jadi dengan teori partikel dapat dijelaskan mengapa zat cair memiliki volume tetap tetapi bentuknya mudah berubah.
Pada gas, jarak antarpartikel sangat berjauhansehingga gaya tarik menarik dapat diabaikan. Partikel bergerak sangat cepat dan bertumbukan satu sama lainnya dan juga bertumbukan dengan dinding wadah. Inilah yang menyebabkan gas menghasilkan tekanan.
Kohesi adalah tarik menarik antar partikel-partikel zat sejenis. Adhesi adalah gaya tarik-menarik antar partikel-partikel zat yang tidak sejenis. Apabila kohesi antarpartikel lebih kecil daripada adhesi antara partikel yang berlainan maka akan terjadi meniskus cekung dan membasahi dinding. Tetapi jika kohesi antar partikel lebih besar dari adhesi antara dua partikel maka akan menyebabkan terjadinya meniskus cembung dan tidak membasahi dinding.
Kapilaritas adalah peristiwa naik turunnya zat cair dalam pipa kapiler.
Massa Jenis adalah massa per satuan volume, atau secara matematis :
ρ = , ρ = massa jenis (kg/m3)
m = massa (kg)
V = volume (m3)
Contoh soal :
Volum sebatang besi 400 m3. Hitunglah massa besi tersebut (massa jenis besi 7900 kg/m3)
Jawab :
Diket : v = 400 m3 m = ρ . v
ρ = 7900 kg m3 = 7900 . 400
Dit : m = ? = 3 160 000 kg
Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair dalam pipa kapiler.
Kalor adalah bentuk energi yang secara alami berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah ketika benda disentuhkan atau dicampur. Benda akan mengalami perubahan jika diberi kalor, perubahan itu adalah :
a. perubahan suhu, atau
b. perubahan wujud
a. Perubahan Suhu
Kalor yang diberikan pada suatu zat akan digunakan untuk menaikkan suhu zat tersebut. Besar kalor yang diberikan sebanding dengan besar kalor jenis suatu zat, massa zat dan kenaikan suhu zat tersebut. Atau secara matematis dituliskan :
Q = c . m . Δt dimana : Q = kalor (Joule)
c = kalor jenis zat (J/kg oC)
m = massa zat (kg)
Δt = perubahan suhu (oC)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 oC.
Satuan lain kalor adalah kalori (1 kal = 4,2 J atau 1 J = 0,24 kalori)
Contoh soal :
Tentukanlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 500 g air dari suhu 20 oC menjadi 100 oC
Jika kaor jenis air 4200 J/kg oC
Jawab
Diket : m = 500 g Q = c . m . Δt
= 0,5 kg Q = 4200 . 0,5 . 80
to = 20 oC Q = 2100 . 80
t1 = 100 oC Q = 168 000 J
Δt = (100 – 20) oC
= 80 oC
c air = 4200 J/kg oC
dit : Q = ?
b. Perubahan Wujud
Jika kalor yang diberikan tidak dipergunakan untuk menaikkan suhu zat, maka kalor yang diberikan akan digunakan untuk mengubah wujud benda. Hal ini terjadi pada menguap, melebur dan menyublim (dari padat ke gas)
1. Menguap
Ada lima faktor yang dapat dilakukan untuk mempercepat penguapan, yaitu :
- memanaskan - memperluas permukaan
- menyemburkan zat cair - meniupkan udara di atas permukaan
- mengurangi tekanan pada permukaan
Zat cair dikatakan mendidih jika gelembung-gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair dan dapat meninggalkan zat cair. Pada saat mendidih, suhu zat cair tidak berubah. Kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat menjadi uap. Besar kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat tersebut sebanding dengan massa dan kalor uap zat tersebut. Atau secara matematis dituliskan sebagai berikut :
Q = m. U dimana, Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
U = Kalor uap zat (J/kg)
Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair pada titik didihnya.
Contoh soal
Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 2 kg air suhu 100 oC, jika kalor uap air 2 260 000 J/kg !
Jawab
Diket : m = 2 kg Q = m . U
Uair = 2 260 000 J/kg Q = 2 . 2 260 000
Dit : Q = ? Q = 4 520 000 J
2. Melebur
Adalah perubahan wujud dari padat menjadi cair. Pada melebur diperlukan kalor. Besar kalor yang diperlukan untuk meleburkan suatu zat sebanding dengan massa dan kalor lebur zat tersebut, atau dituliskan secara matematis :
Q = m . L , dimana, Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa benda (kg)
L = kalor lebur (J/kg)
Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan zat padat pada titik leburnya.
Contoh soal :
Berapa energi yang diperlukan 5 kg es untuk melebur menjadi air pada titik leburnya jika kalor lebur es 336 000 J/kg ?
Jawab
Diket : m = 5 kg Q = m . L
L es = 336 000 J/kg Q = 5 . 336 000
Dit : Q = ? Q = 1 680 000 J
Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 kg es suhunya -5 oC menjadi uap air seluruhnya pada suhunya 100 oC, jika kalor jenis es 2 100 J/kgoC, kalor jenis air 4 200 J/kgoC kalor lebur es 336 000 J/kg, dan kalor uap 2 260 000 J/kg ?
Jawab
Diket : m = 2 kg air 100 oC uap 100 oC
to = - 5 oC
t1 = 100 oC Q3 Q4
c es = 2 100 J/kg oC es 0 oC Q2 air 0 oC
c air = 4 200 J/kg oC
L = 336 000 J/kg Q1
U = 2 260 000 J/kg
Dit : Q total = ? es -5 oC
Untuk Q1 (terjadi perubahan suhu)
Q1 = ces . m . Δt Q4 = m . U
= 2100 . 2 . 5 = 2 . 2 260 000
= 21 000 J = 4 520 000
Untuk Q2 (terjadi perubahan wujud) Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Q2 = m . L = 21 000 + 672 000 + 840 000 + 4 520 000
= 2 . 336 000 = 6 053 000 J
= 672 000 J
Untuk Q3 (terjadi perubahan suhu)
Q3 = c . m . Δt
= 4 200 . 2 . 100
= 840 000 J
Kalor secara alami berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel tersebut dinamakan konduksi. Penghantar kalor yang baik disebut konduktor, sedangkan penghantar kalor yang buruk disebut isolator.
Konveksi atau aliran adalah perpindahan kalor yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis zat. Perpindahan kalor secara konveksi (aliran) terjadi di dalam zat yang dapat mengalir, yaitu zat cair dan gas.
Radiasi atau pancaran adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan zat perantara atau medium. Radiasi dapat terjadi melalui ruang hampa karena sumber kalor menyalurkan energinya dalam bentuk gelombang. Gelombang ini merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik yang dikenal sebagai radiasi inframerah.
Soal Evaluasi
A. Pilihlah Jawaban yang paling benar
1. Zat cair yang baik untuk mengisi termometer agar dapat digunakan untuk mengukur suhu yang rendah adalah ....
a. air b. raksa c. spiritus d. alkohol
2. Suhu suatu benda 10 oC. Jika dinyatakan dalam Sistem Internasional, besarnya adalah ....
a. 212 K b. 273 K c. 283 K d. 310 K
3. Enam puluh delapan derajat Fahrenheit sama dengan ....
a. 16 oC b. 18 oC c.20 oC d. 24 oC
4. Dalam suatu zat, partikel-partikelnya bergetar pada tempatnya dan tarik menarik satu sama lainnya dengan kuat. Zat ini sangat mungkin Adalah ….
a. gas b. uap c. zat padat d. zat cair
5. Berikut ini adalah manfaat kapilaritas, kecuali ....
a. naiknya minyak tanah melalui sumbu kompor
b. merembesnya air hujan ke dalam dinding rumah
c. naiknya air dari akar ke daun melalui pembuluh kayu
d. sifat menghisap cairan pada kain.
6. Sebuah kubus massanya 62 gram dan volumnya 8 cm3. Hitunglah massa jenis kubus tersebut !
a. 7,75 g/cm3 b. 8,0 g/cm3 c. 70,0 g/cm3 d. 496 g/cm3
7. Energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat bergantung pada faktor-faktor di bawah ini, kecuali ....
a. massa zat b. Jenis zat c. Tekanan udara luar d. Kenaikan suhu
8. 21 000 joule kalor diberikan ke dalam 5 kg air dengan kalor jenis 4200 J/kg oC. Kalor ini menaikkan suhu sebesar ....
a. 1 oC b. 5 oC c. 10 oC d. 25 oC
9. Salah satu cara mempercepat terjadinya penguapan adalah ….
a. memperkecil bidang penguapan c. menaikkan suhu
b. memperkecil kristal larutan d. Menambahkan tekanan di atas permukaann
10. Perhatikan grafik hubungan suhu dan waktu pemanasan air berikut :
suhu
D E
B C
Waktu (menit)
11. Untuk memanaskan 4 kg es 0 oC menjadi air 0 oC (kalor lebur es 323 000 J/kg) dibutuhkan energi sebesar ….
a. 1 292 000 J b. 1 110 000 J c. 333 000 J d. 123 000 J
12. Sebuah balok besi dengan massa 1,0 kg dipanasi secara listrik sehingga suhunya naik dari 14 oC menjadi 30 oC. Sebuah Joulemeter menunjukkan bahwa 7200 J energi diperlukan untuk itu. Kalor jenis besi adalah ….
a. 450 J/kg K b. 400 J/kg K c. 300 J/kg K d. 250 J/kg K
13. Banyak kalor yang harus diberikan pada 0,5 kg es supaya suhunya naik dari -10 oC menjadi 40 oC Adalah …. (kalor jenis es = 2100 J/kg K, kalor lebur es = 336 000 J/kg, kalor jenis air = 4200 J/kg K)
a. 262 500 J b. 252 500 J c. 178 500 J d. 94 500 J
14. Logam jauh lebih mudah mengkonduksi kalor disbanding dengan zat padat lainnya karena
a. dalam logam banyak terdapat elektron bebas
b. partikel-partikel dalam logam lebih rapat
c. partikel-partikel dalam logam lebih renggang
d. permukaan logam lebih halus
15. Berikut ini yang merupakan perpindahan kalor secara radiasi adalah ....
a. menghilangkan rasa dingin di depan api unggun
b. logam yang dipanasi bagian ujungnya
c. terjadinya angin darat pada malam hari
d. terjadinya angin laut pada siang hari.
B. Isilah dengan singkat dan benar !
16. Di Puncak Gunung Everest, apakah kamu mengharapkan air mendidih pada 100 oC ? Jelaskan !
17. Jelaskan terjadinya angin darat dan angin laut akibat konveksi alamiah udara !
18. 1257 kJ energi kalor diperlukan untuk menaikkan suhu sejumlah air (kalor jenis 4190 J/kg oC) dari 5 oC menjadi 20 oC. Berapakah massa air yang dipanaskan ?
19. Jika 4,5kJ energi kalor diperlukan untuk menguapkan 5 g zat cair pada titik didihnya, berapakah kalor uap air tersebut ?
20. Tentukan besar kalor yang diperlukan (dalam kJ) untuk mengubah 500 gram es batu 0 oC seluruhnya menjadi uap air pada 100 oC. (Jika kalor laten uap air 2 300 000 J/kg, kalor jenis air 4200 J/kg oC, kalor laten lebur es 335 000 J/kg)
Kunci Jawaban Modul 2
1. D 6. A 11. A
2. C 7. C 12. A
3. C 8. A 13. A
4. C 9. C 14. B
5. B 10. D 15. A
16. di bawah 100 oC, karena semakin tinggi suatu tempat tekanan udaranya semakin rendah
17. Angin laut. Pada siang hari daratan lebih cepat pansa daripada lautan (karena kalor jenis air > kalor jenis tanah), sehingga udara di atas daratan mengembang dan diisi oleh angin yang bergerak dari laut.
Agin darat. Pada malam hari air laut lebih panas dari daratan (karena kalor jenis air laut > kalor jenis daratan, sehingga penurunan kalor kecil), akibatnya di atas lautan udaranya mengembang dan diisi oleh angin yang bererak dari daratan.
18. m = 20 kg
19. U = 900 000 J/Kg
20. Q = 1 527 500 J
Langganan:
Postingan (Atom)
