Fisika Dasar 2
Awalan Awalan Metrik (SI)
Besaran dan Satuan Dasar SI
Awalan
Singkatan
Nilai
Tera
T
1012
Besaran
Satuan
Singkatan
Giga
G
109
Panjang
Meter
m
Mega
M
106
Waktu
Sekon
s
Kilo
k
103
Massa
Kilogram
kg
Hektar
h
102
Arus Listrik
Ampere
A
Deka
da
101
Temperatur emperatu r
Kelvin
K
Desi
d
10-1
Jumlah zat
Mol
mol
Centi
c
10-2
Kandela
cd
Mili
m
10-3
Intensitas terang cahaya
10-6
Mikro Nano
n
10-9
Piko
p
10-12
Femto
f
10-15
Hubungan sudut-sudut dengan Aturan Sinus
A C
A
Sin
B
C
Sin
Sin
B
Perkalian Vektor a. Perkalian antara vektor dengan skalar Perkalian ini memiliki arti yang sederhana yaitu hasil kali suatu skalar k dengan sebuah vektor A. Arah vektor yang baru sama dengan arah vektor A jika k positif dan berlawanan dengan arah A jika k negatif.
b. Perkalian titik (skalar) Produk skalar antara dua vektor A dan B, direpresentasikan oleh lambang A.B didefinisikan sebagai kuantitas skalar yang diperoleh dengan mengalikan besar A dan B dengan sudut cosinus sudut antara 2 vektor. Ditulis: A . B = AB cos
c. Perkalian silang (vektor) Produk vektor antara dua vektor A dan B direpresentasikan oleh lambang A x B didefinisikan sebagai vektor yang mana besarnya diberikan oleh A x B = AB sin
Analisis vektor untuk gerak 2D Posisi Untuk menjelaskan gerak dua dimensi secara lengkap, kita perlu menggunakan koordinat dua sumbu. Kita gunakan sumbu x yang arahnya horizontal dan sumbu y yang arahnya vertikal. Posisi benda diukur dari pusat koordinat ditulis dalam notasi vektor sebagai berikut: (1)
r
: vektor yg pangkalnya di sb koordinat dan ujungnya di posisi benda
x
: komponen vektor
r dlm
arah sb x
y
: komponen vektor
r dlm
arah sb y
i
: vektor satuan yg searah sb x
j
: vektor satuan yg searah sb y (1)
Panjang vektor
r
memenuhi
(3)
Perpindahan (4)
(5)
(6)
(7)
Contoh a:
MUATAN DAN MATERI 1.1 Muatan Listrik
a.
b.
Muatan listrik dibagi dua jenis, muatan positif dan positif dan muatan negatif. negatif. Ketika batang kaca digosok dengan kain sutera, elektron-elektron batang kaca menuju ke kain sutera sehingga batang kaca kekurangan elektron, dan batang kaca menjadi bermuatan positif. Ketika batang plastik digosok dengan wol, elektron-elektron wol menuju ke batang plastik sehingga batang plastik kelebihan elektron, dan batang plastik menjadi bermuatan negatif. Dua benda bermuatan sejenis tolak-menolak tolak-menolak dan dua benda bermuatan tak sejenis tarik-menarik.
1.2
Konduktor dan Isolator
Bahan-bahan perak, tembaga, dan aluminium yang dapat dialiri arus listrik atau mudah menghantarkan arus listrik disebut listrik disebut konduktor listrik , sedangkan bahan-bahan karet dan plastik yang tidak dapat dialiri arus listrik atau sukar menghantarkan arus listrik disebut listrik disebut isolator listrik . Beberapa bahan, seperti germanium dan silikon dapat bertingkah laku kadang-kadang sebagai konduktor dan konduktor dan kadang-kadang sebagai isolator. isolator. Bahan-bahan seperti ini disebut semikonduktor .
Bab 1
Hukum Coulomb dan Hukum Gauss
Satuan Standar Internasional •
Menurut SI satuan muatan adalah Coulomb (C), yang didefinisikan dalam bentuk arus listrik, Ampere (A).
•
Muatan sekitar 10 nC sampai 0,1 C dapat dihasilkan dalam laboratorium dengan cara menempelkan bendabenda tertentu dan menggosokkannya.
e = 1,6 x 10 -19 C,
me = 9,1 x 10 -31 kg,
k = 9 x 109 Nm2 /C2
Hukum Coulomb • Gaya yg dilakukan oleh satu muatan titik pada muatan titik lainnya bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua muatan tersebut. Besarnya gaya berbanding terbalik kuadrat jarak keduanya, berbanding lurus dgn perkalian kedua muatan. • Gaya tolak menolak muatan sama • Gaya tarik menarik muatan beda F12
k q1q2 2
r 12
r 12 ˆ
• Dengan k = 8,99 10 9 N.m2/C2
Pendahuluan Newton menemukan bahwa dua buah massa saling tarik-menarik dengan gaya yang berbanding lurus dengan perkalian dua massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya. Coulomb menemukan sifat serupa pada muatan listrik. Dua buah muatan listrik saling mengerjakan gaya yang besarnya berbanding lurus dengan perkalian dua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak keduanya.
Gambar 1.1. Muatan sejenis tolak-menolak dan muatan berbeda jenis tarik-menarik
Gaya yang dihasilkan bisa berupa gaya tarik-menarik atau tolak menolak, t ergantung pada jenis muatan yang melakukan gaya. Dari hasil pengamatan didapatkan bahwa i) Dua muatan sejenis, yaitu muatan yang sama-sama s ama-sama positif atau sama-sama negatif melakukan gaya tolak-menolak. ii) Dua muatan yang tidak sejenis, yaitu positif dan negatif, saling melakukan gaya tarik-menarik.
1.1. Gaya Coulomb antara Dua Muatan Titik
Posisi muatan q1 dan q2 dalam system syst em koordinat
(1.1)
Jarak antara dua muatan tersebut t ersebut adalah Vektor satuan yang searah dengan vektor
adalah
(1.2)
Besarnya gaya Coulomb pada muatan q2 oleh muatan q1 adalah
(1.3)
(1.4)
(1.5)
Contoh 1: Muatan q1 = 2 mC berada pada koordinat (0,3) m dan muatan q2 = 4 mC berada pada koordinat (4,6) m, lihat gambar berikut. Tentukan gaya yang dilakukan muatan q1 Pada muatan q2.
Jawab 1: Besarnya gaya antara dua muatan
Untuk menyatakan dalam notasi vektor
Maka
Contoh 2: Tentukan besar gaya Coulomb pada electron atom hydrogen yang dilakukan oleh proton di inti. Anggaplah bahwa electron mengelilingi proton pada jarak r = 0,53 A. Besar muatan electron dan proton adalah 1,6 x 10 -19 C. Jawab 2: Besar gaya yang dilakukan proton pada elektron
1.2. Gaya Coulomb oleh Sejumlah Muatan Jika terdapat sejumlah muatan maka gaya total pada suatu muatan merupakan jumlah vektor gaya yang dilakukan oleh sejumlah muatan lainnya. Misalkan kita memiliki muatan q1, q2, q3, dan q4 ihat Gambar. Gambar. Berapa gaya pada muatan q4?
(1.6)
Contoh 3: Tiga buah muatan berada berada pada titik sudut segitiga s egitiga sama sisi (lihat gambar). MasingMasing muatan tersebut adalah q1 = 1 mC, q2 = 2 mC, dan q3 = -4 mC. Tentukan gaya total pada muatan q1 dan gaya gaya total pada muatan q3. Jawab 1:
Berikutnya kita tentukan gaya pada muatan q3
Definisi Prev.
Next
Main
Dalam mempelajari medan listrik perlu diketahui terlebih dahulu definisi yang berkaitan dengan istilah-istilah penting dan mendasar. mendasar. Medan listrik merupakan suatu besaran vektor yang diakibatkan
adanya muatan listrik Medan listrik : suatu daerah yang masih terpengaruh oleh adanya
gaya listrik. Muatan Listrik : Jumlah atau kuantitas listrik yang terdapat pada
sebuah benda yang dinyatakan dengan satuan Coulomb (C) yang terdiri dari muatan positif dan negatif serta netral Vektor posisi : vektor satuan yang arahnya sejajar dengan lintasan
(posisi) antara muatan 1 dan muatan 2 yang menimbulkan gaya listrik Garis gaya listrik : suatu cara untuk menggambarkan arah medan
listrik
1.3. Medan Listrik Mengapa muatan q1 dapat melakukan gaya pada muatan q2 meskipun kedua muatan tersebut tidak bersentuhan? (Mirip dengan gaya gravitasi karena ada medan gaya) Gaya Coulomb muncul karena muatan q1 menghasilkan medan listrik pada posisi muatan q2. Muatan q2 berinteraksi dengan medan yang dihasilkan muatan q1, dan interaksi tersebut menghasilkan gaya pada muatan q2.
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Contoh 4: Ada dua buah muatan masing-masing q1 = 2 mC dan q2 = -5 mC. Ke dua muatan tersebut dipisahkan oleh jarak 80 cm. A) berapa kuat medan litrik dan arahnya pada titik tepat di antara dua muatan tersebut? (b) Di manakah posisi yang memiliki medan nol? Jawab 4:
1.4. Medan Listrik oleh Muatan Cincin Keliling cincin adalah (1.10) Kerapatan muatan cincin (muatan per panjang) adalah
Kita bagi cincin atas bagian-bagian kecil sejum ah N buah. Panjang tiap bagian adalah (1.11)
Medan listrik di sumbu cincin
Jika N cukup besar maka ΔS cukup ΔS cukup kecil sehingga tiap bagian dapat dipandang sebagai muatan titik. Dengan demikian, hokum Coulomb untuk muatan titik dapat digunakan untuk menghitung medan yang dihasilkan ΔS dihasilkan ΔS.. Muatan yang dikandung tiap elemen adalah (1.12)
sehingga medan listrik pada titik pengamatan yang dihasilkan oleh elemen muatan ini adalah (1.13) Dg menggunakan dalil Phitagoras maka
(1.14) Perhatikan medan E. Arahnya E. Arahnya membentuk sudut θ dengan sumbu cincin. Medan tersebut dapat diuraikan atas komponen vertikal dan horisontal (1.15) (1.16) Dari gambar tampak bahwa
Maka (1.17)
(1.18)
