Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja/usaha. Satuan energy dalam SI adalah joule (J). Satuan lain untuk energy adalah kalori (kal). Kesetaraan antara joule dengan kalori adalah sebagai berikut :

1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori

Bentuk-bentuk energy diantaranya : energy kalor, energy listrik, energy bunyi, energy cahaya, energy nuklir, energy kimia.

Pemanfaatan energy dalam kehidupan sehari-hari:

Energi matahari ; selain digunakan pada fotosintesis tumbu-tumbuhan untuk menghasilan energy kimia, juga dapat diubah menjadi energy listrik dengan menggunakan sel surya yang dikenal dengan sel fotovoltatik.
Energi angin ; dimanfaatkan sebagai sumber pembangkit listrik berupa kincir angin yang mampu menggerakkan generator. Untuk pemanfaatan energy angin diperlukan areal yang luas, kincir ukuran besar supaya mendapaat tenaga yang besar, kecepatan angin yang besar dan konstan. Negara yang terkenal dalam pemanfaatan energy angin adalah Belanda, sehingga Belanda dikenal sebagai negara kincir angin.
Energi air ; dimanfaatkan untuk pembangkit listrik dengan cara memutarkan turbin yang dihubungkan dengan generator.
Energi panas bumi ; semburan uap panas dari dalam bumi dengan kecepatan tertentu digunakan untuk menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan generator sehingga menghasilkan energy listrik.
Energi Biogas ; energy yang memanfaatkan kotoran ternak, seperti sapi. kerbau, kambing, dan ayam..
Energi Nuklir ; memanfaatkan reaksi fisi pada inti atom uranium dan reaksi fusi pada inti atom hydrogen. Energi yang dihasilkan sangat besar. Persediaan uranium diperkirakan masih cukup untuk kurun waktu sampai 200 tahun mendatang. Sedangkan hydrogen banyak terdapat dalam air laut sehingga persediaannya sangat melimpah.

Energi Mekanik
Energi mekanik terdiri atas ; energy potensial dan energy kinetic.
Energi potensial

Energi potensial adalah energy yang dimiliki benda karena kedudukannya. Energi potensial suatu benda semakin besar jika; massa benda semain besar, gaya gravitasi semakin besar, dan jarak dengan permukaan bumi semakin besar. Energi potensial secara matematik dirumuskan :
Ep = m g h
Ep = energy potensial (J)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = ketinggian benda (m)

Energi Kinetik
Energi kinetic adalah energy yang dimiliki benda karena geraknya. Energi kinetic akan semakin besar jika ; massa benda semakin besar dan kecepatan benda bergerak semakin besar. Secara matematika dirumuskan :
Ek = ½ m v2
Ek = energy kinetic (J)
m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
Hukum Kekekalan Energi Mekanik
“jumlah energy potensial dan energy kineti disetiap kedudukan benda selalu tetap.

Rahasia berjalan para perempuan itu terletak pada cara tubuh memindahkan energi antara setengah langkah bagian pertama dan setengah langkah bagian kedua.

Tahukah Anda ?

Kebanyakan orang berjalan tidak efisien, hanya memanfaatkan 65 persen energi yang diambil. Sebanyak 35 persen energi hilang untuk menggerakkan otot yang tak perlu.

Setengah langkah bagian pertama

Pusat berat tubuh… naik sedikit pada setengah langkah, gerak maju melambat; energi kinetik turun.
Ketika gerak laju melambat, energi kinetik berubah menjadi energi potensial, yang terus meningkat seiiring menurunnya energi kinetik.

Setengah langkah bagian kedua

Energi potensial berubah kembali menjadi energi kinetik, bersamaan dengan bergeraknya pusat berat tubuh ke bawah.

Kuncinya adalah beban di atas kepala

Beban di kepala tanpa disadari meningkatkan transfer energi hingga 80 persen atau lebih, membebaskan otot-otot untuk mengangkat beban.

Tanpa beban di kepala, efisiensi itu tak dicapai karena jumlah penurunan energi potensial pada setengah langkah bagian kedua tak sebanding dengan peningkatan energi kinetik, yang terjadi karena tubuh tak segera maju ke depan, menyebabkan kehilangan sejumlah energi.

Termodinamika didasarkan atas tiga postulat yang dikenal sebagai Hukum I Termodinamika, Hukum II Termodinamika dan Hukum III Termodinamika.

1.  Hukum I Thermodinamika

Hukum pertama termodinamika menyatakan hubungan antara kalor (q), kerja (w) dan perubahan energi dalam (∆U), yang menerangkan bahwa energi sistem tersekat adalah tetap. Hukum pertama termodinamika dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

q = ∆U - W

q, ∆U,danW dalam satuan joule atau kalori. Hukum pertama termodinamika menunjukkan bahwa energi dalam tidak dapat diukur tapi dapat diukur dari nilai kalor dan kerja. Kalor dapat diukur dengan percobaan dan kerja. Kerja dihitung melalui volume dan tekanan yang melawan perubahan itu.

2. Hukum II Thermodinamika

Hukum kedua termodinamika mengemukakan bahwa semua proses atau reaksi yang terjadi di alam semesta, selalu disertai dengan peningkatan entropi. Perubahan entropi (dS) adalah suatu fungsi keadaan yang merupakan perbandingan perubahan kalor yang dipertukaran antara sistem dan lingkungan secara reversibel (δqrev) terhadap suhu tertentu T (oC). Persamaan yang menyatakan besarnya entropi dinyatakan sebagai berikut :

dS = δqrev/T

3.  Hukum III Thermodinamika

Hukum ketiga menyatakan bahwa suatu unsur atau senyawa yang murni dalam bentuk kristal sempurna mempunyai entropi nol pada suhu 0oC, secara matematika dinyatakan sebagai berikut :

Soo = 0

Berdasarkan hukum ketiga dapat dilakukan pengukuran dan perhitungan kalor yang diserap suatu zat murni dari 0oK sampai suhu tertentu. Kerja yang dapat diperoleh dari jumlah kalor sama dengan banyaknya kalor dikurangi sebagian dari jumlah tersebut.

Sistem adalah bagian dari dunia yang menjadi perhatian khusus bagi dunia kita. Sistem dapat berupa tabung reaksi, mesin, sel elektrokimia, dan sebagainya. Di sekitar sistem ada lingkungan, tempat kita melakukan pengamatan. Dengan menetapkan batas sistem dan lingkungannya kita bisa mendapatkan spesifikasi yang teliti batas antara keduanya. Jika materi dapat dipindahkan melalui batas antara sistem dan lingkungannya, maka sistem itu dikatakan terbuka. Sebaliknya jika materi tidak dapat dipindahkan dikatakan sebagai sistem tertutup. Sistem tertutup yang tidak mempunyai kontak mekanis maupun termal dengan lingkungannya disebut sistem terisolasi.

Sebuah sistem dapat mengalami berbagai proses sesuai keadaannya saat itu. Keadaan itu sedemikian rupa sehingga salah satu variabel sistem konstan. Berbagai macam proses itu adalah :

1. Proses isotermal, yaitu proses yang berlangsung pada suhu tetap (T1=T2), akibatnya energi dalam tetap.

2. Proses isovolum, yaitu proses yang tidak mengalami perubahan volum (DV=0), akibatnya sistem tidak melakukan kerja.

Proses adiabatik, yaitu proses yang tidak menyerap atau melepas kalor, yang berarti energi dalam sistem dipakai untuk menghasilkan kerja

Momentum sebuah partikel adalah sebuah vektor P yang didefinisikan sebagai perkalian antara massa partikel m dengan kecepatannya, v, yaitu:
P  = mv

Isac Newton dalam Principia menyebut hukum gerak yang kedua dalam
bahasa momentum yang ia sebut sebagai “kuantitas gerak”. Dalam istilah
modern, hukum kedua Newton berbunyi: “Perubahan momentum (kuantitas
gerak) benda tiap satuan waktu sebanding dengan gaya resultan yang bekerja
pada benda dan berarah sama dengan gaya tersebut.”

Lihat ilustrasi gambar berikut ini :

Untuk membahas secara detail anda dapat mempelajari materi:  momentum-linear-dan-tumbukan1.

Suatu zat yang mempunyai kemampuan mengalir dinamakan fluida. Cairan adalah salah satu jenis fluida yang mempunyai kerapatan mendekati zat padat. Letak partikelnya lebih merenggang karena gaya interaksi antar partikelnya lemah. Gas juga merupakan fluida yang interaksi antar partikelnya sangat lemah sehingga diabaikan. Dengan demikian kerapatannya akan lebih kecil.
Karena itu, fluida dapat ditinjau sebagai sistem partikel dan kita dapat menelaah sifatnya dengan menggunakan konsep mekanika partikel. Apabila fluida mengalami gaya geser maka akan siap untuk mengalir. Jika kita mengamati fluida statik, misalnya air di tempayan. Sistem ini tidak mengalami gaya geser tetapi mempunyai tekanan pada dinding tempayan.

• Berdasarkan uraian di atas, maka pada materi ini akan dibahas dulu mengenai fluida statik. Pada kegiatan berikutnya akan dibahas secara khusus fluida dinamik. Pembahasan sering menggunakan konsep umum maupun prinsip mekanika partikel. Dengan mempelajari materi ini berarti Anda akan dapat mengkaji sifat fluida statik dan fluida dinamik dengan menggunakan mekanika partikel. Setelah Anda mempelajari materi ini, Anda dapat:
  Menjelaskan makna hukum utama hidrostatik.
  Menggunakan hukum utama hidrostatik untuk menjelaskan sifat-sifat khusus fluida statik.
  Membedakan macam-macam aliran fluida.
  Menghitung debit aliran fluida.
  Menjelaskan makna hukum Bernoulli.
  Menggunakan hukum Bernoulli untuk menjelaskan sifat-sifat aliran fluida.
  Menjelaskan masalah fluida pada kehidupan sehari-hari dengan menggunakan konsep fisika.

FLUIDA STATIKA

Pada kegiatan pertama ini dibahas mengenai fluida statik. Pada kehidupan sehari-hari, sering digunakan air sebagai contoh. Marilah kita perhatikan air tenang yang berada di tempayan.

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada dinding tempayan

tempat fluida adalah gaya normal

Cairan yang berada dalam bejana mengalami gaya-gaya yang seimbang sehingga cairan itu tidak mengalir. Gaya dari sebelah kiri diimbangi dengan gaya dari sebelah kanan, gaya dari atas ditahan dari bawah. Cairan yang massanya M menekan dasar bejana dengan gaya sebesar Mg. Gaya ini tersebar merata pada seluruh permukaan dasar bejana sebagaimana diperhatikan oleh bagian cairan dalam kolom kecil pada gambar 2. Selama cairan itu tidak mengalir (dalam keadaan statis), pada cairan tidak ada gaya geseran sehingga hanya melakukan gaya ke bawah oleh akibat berat cairan dalam kolom tersebut:

W = m g = ρ V g (1)

di mana ρ adalah kerapatan zat cair dan V adalah volume kolom. Jika V = h ∆A, kita dapatkan:

W = ρ h ∆A g (2)

Jika berat itu ditopang oleh luasan ∆A, yang sebanding dengan luas ∆A, akibatnya gaya ini tersebar rata di permukaan dasar bejana.

Tekanan sebagai perbandingan gaya dengan luas, seperti diilustrasikan pada gambar 2.

gaya ρ h ∆A g

p = = = ρ g h (3)

luas ∆A

Di mana p adalah tekanan yang dialami dasar bejana. Dalam satuan tekanan diukur dalam N/m2, dan dinamai Pascal yang disingkat Pa.

Gambar 2. Cairan setinggi h menekan dasar bejana A

Sebagai contoh, misalnya akan kita cari tekanan dalam Pa, yang dialami dasar bejana cairan dengan ρ = 670 kg/m3 dan dalamnya 46 cm.

p = ρ g h = (670 kg/m3) (9,8 m/s2) (0,46 m)

= 3020 kg.m/s2 = 3020 n/m2 = 3020 pa

Tekanan adalah kuantitas skalar tanpa arah. Gaya yang menghasilkan tekanan yang bekerja pada permukaan adalah vektor yang arahnya selalu tegak lurus ke permukaan. Kita dapat menggunakan keadaan setimbang gaya-gaya yang bekerja pada bagian kecil cairan, seperti dilukiskan pada gambar 3.

Gambar 3. Keseimbangan gaya pada bagian kecil cairan.

Bagian kecil cairan yang tebalnya ∆A dan luas permukaan bagian atas (ada bagian bawah) A serta luas sisi lainnya A mengalami keseimbangan gaya. Dalam hal ini cairan tidak mengalami pergolakan yang mengakibatkan cairan mengalir. Tiap bagian dari cairan mestilah diam. Tekanan yang dilakukan bagian cairan lain pada bagian kecil cairan tersebut yang dilakukan oleh gaya-gaya F3 dan F4 saling meniadakan, demikian pula oleh gaya-gaya F5 dan F6. Gaya F2 mestilah cukup besar terhadap F1 agar dapat menopang bagian cairan tersebut.

Karena F3 = F4 dan F5 = F6, maka p3 (=F3/A2) = p4 (=F4/A2) dan p5 (=F5/A2) = p6 (F6/A2)

Sekarang, karena F2 > F1, maka

p2 A1 . p1 A1 = ρ g A1 ∆h

p2 . p1 = ρ g ∆h

atau

∆p = ρ g ∆h (4)

Jadi, apabila kerapatannya konstan, perubahan tekanan di antara dua titik di dalam cairan berbanding lurus dengan perbedaan kedalamannya. Pada kedalaman yang sama mempunyai tekanan yang sama. Selama variasi tekanan di dalam cairan statis hanya tergantung pada kedalamannya, maka penambahan tekanan dari luar yang dilakukan pada permukaan cairan, misalnya karena perubahan tekanan atmosfer atau tekanan piston, mestilah merupakan penambahan tekanan pada semua titik dalam cairan, seperti dikemukakan oleh Blaise Pascal (1623-1662), yang dikenal sebagai Hukum Pascal.

Tekanan yang dilakukan pada cairan dalam ruang tertutup, akan diteruskan kemana-mana sama besarnya termasuk dinding tempatnya.

Apabila kerapatan ρ (massa jenis) sangat kecil, misalnya fluida berbentuk gas, maka perbedaan tekanan pada dua titik di dalam fluida dapat diabaikan. Jadi di dalam suatu bejana yang berisi gas, tekanan gas di mana-mana adalah sama. Hal ini tentu saja bukan untuk ∆h yang sangat besar. Tekanan dari udara sangat bervariasi untuk ketinggian yang besar dalam atmosfer. Dalam kenyataan, kerapatan ρ berbeda pada ketinggian yang tidak sama dan ρ ini hendaklah kita ketahui sebagai fungsi dari h sebelum persamaan 3 di atas kita pergunakan.

Marilah kita perhatikan hal berikut ini. Andaikan ke dalam pipa berbentuk U dimasukkan dua jenis cairan yang tidak dapat bercampur secara sempurna, misalnya air dengan minyak tanah.

Gambar 4. Pipa berbentuk U berisi dua jenis cairan.

Setelah cairan yang kerapatannya ρ1 dimasukkan ke dalam pipa, cairan yang kedua dengan kerapatan ρ2 (di mana ρ1 > ρ2) dimasukkan ke salah satu pipa sehingga permukaan cairan yang pertama turun setinggi 1 di bawah cairan yang kedua itu, sedangkan permukaan lainnya naik setinggi 1 seperti dilukiskan pada gambar 4 di atas. Akan kita tentukan perbandingan kerapatan kedua jenis cairan tersebut. Pada gambar 4 titik C menyatakan keseimbangan tekanan. Tekanan di C yang dilakukan cairan di atasnya adalah

Untuk cairan pertama : p1 g 2 1

Untuk cairan kedua : p1 g 2 1

Sehingga :

ρ1 g 2 1 = ρ2 g (d + 2 1)

atau

ρ2 2 1

=

ρ1 d + 2 1

Perbandingan kerapatan suatu bahan terhadap kerapatan air dinamakan kerapatan relatif atau gravitas spesifik dari bahan tersebut.

Archimedes mendapatkan suatu prinsip sebagai berikut. Apabila suatu benda dicelupkan ke dalam cairan (seluruhnya atau sebagian), benda itu mengalami gaya ke atas sebesar berat cairan yang dipindahkannya.

Apabila sebuah benda dicelupkan ke dalam cairan, seperti ditunjukkan dalam gambar 5, total gaya ke atas atau gaya angkat, dilakukan pada benda. Akibat gaya ini terdapat perbedaan tekanan pada bagian bawah dan bagian atas benda. Selama tekanan ini tergantung pada kedalaman cairan, dengan mudah dapat kita hitung gaya ke atas untuk sederhana, antara lain untuk balok tegar di mana salah satu permukaannya horizontal.

Gambar 5. Gaya-gaya yang dialami benda di dalam cairan.

Benda yang bentuknya sembarang, agak sulit kita menentukan tekanan karena bervariasinya titik-titik permukaan benda. Untuk itu prinsip Archimedes sangat membantu. Andaikan benda dikeluarkan dari dalam cairan akan menggantikan tempat benda sebanyak tempat yang tadinya ditempati oleh benda. Jika volume tempat benda itu telah diisi oleh cairan, ini menunjukkan bahwa adanya keseimbangan gaya yang terjadi antar cairan penyelubung dengan bagian cairan yang menggantikan tempat benda tersebut. Jadi gaya netto yang arahnya ke atas adalah sama dengan m1 g, di mana m1 adalah massa cairan yang mengisi volume yang ditinggalkan oleh benda.

Sekarang kita tinggalkan pengandaian tadi dengan benda sesungguhnya yang massanya mo. Cairan mestilah melakukan kontak dengan setiap titik pada permukaan benda yang memberikan gaya-gaya sama di mana-mana. Gaya ini mestilah sama dengan gaya penopang cairan yang volumenya adalah sama. Gaya ini adalah gaya angkat (ke atas) yang besar.

Fb = mf g = ρ1 Vg (5)

Di mana m1 adalah massa cairan yang dipindahkan oleh benda yang tercelup ke dalam cairan adalah kerapatan cairan. Gaya angkat ini arahnya vertikal ke atas.

Persamaan 5 dinamakan Prinsip Archimedes yang dikemukakan oleh Archimedes pada tahun 250 SM. Jika gaya ke atas lebih kecil daripada berat benda yang dicelupkan, mala benda itu akan tenggelam. Jika berat benda lebih kecil daripada gaya ke atas, benda itu akan terapung. Seandainya ρo adalah kerapatan benda, dengan volume V, maka beratnya

W = mo g = ρo V g

Gaya ke atas dinyatakan oleh persamaan 5.

Fb = ρ1 V g (6)

Netto gaya ke atas ketika benda semuanya tercelup dalam cairan

Fnet = Fb . W =( ρf. ρo) V g (7)

Jadi benda dengan kerapatan lebih besar dari kerapatan cairan akan tenggelam, dan yang lebih kecil akan terapung.

A. Spektrum Gelombang Elektromagnetik
1. Hakikat Gelombang Elektromagnetik
Pada pertengahan abad ke sepuluh seorang ilmuwan Mesir di Iskandaria yang bernama Al Hasan (965-1038) mengemukakan pendapat bahwa mata dapat melihat benda-benda di sekeliling karena adanya cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh benda-benda yang bersangkutan masuk ke dalam mata. Teori ini akhirnya dapat diterima oleh orang banyak sampai sekarang ini.
Beberapa teori-teori yang mendukung pendapat Al Hasan diantaranya adalah

a. Teori Emisi atau Teori Partikel
Sir Isaac Newton (1642-1727) merupakan ilmuwan berkebangsaan Inggris yang mengemukakan pendapat bahwa dari sumber cahaya dipancarkan partikel-partikel yang sangat kecil dan ringan ke segala arah dengan kecepatan yang sangat besar. Bila partikel-partikel ini mengenai mata, maka manusia akan mendapat kesan melihat benda tersebut.
Alasan dikemukakanya teori ini adalah sebagai berikut:

• Karena partikel cahaya sangat ringan dan berkecepatan tinggi maka cahaya dapat merambat lurus tanpa terpengaruh gaya gravitasi bumi.
• Ketika cahaya mengenai permukaan yang halus maka cahaya akan akan dipantulkan dengan sudut sinar datang sama dengan sudut sinar pantul sehingga sesuai dengan hukum pemantulan Snellius. Peristiwa pemantulan ini dijelaskan oleh Newton dengan menggunakan bantuan sebuah bola yang dipantulkan di atas bidang pantul.
• Alasan berikutnya adalah pada peristiwa pembiasan cahaya yang disamakan dengan peristiwa menggelindingnya sebuah bola pada papan yang berbeda ketinggian yang dihubungkan dengan sebuah bidang miring. Dari permukaan yang lebih tinggi bola digelindingkan dan akan terus menggelinding melalui bidang miring sampai akhirnya bola akan menggelinding di permukaan yang lebih rendah. Jika diamati perjalanan bola, maka sebelum melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut α terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Setelah melewati bidang miring lintasan bola akan membentuk sudut β terhadap garis tegak lurus pada bidang miring. Jika permukaan atas dianggap sebagai udara dan permukaan bawah dianggap sebagai air serta bidang miring merupakan batas antara udara dan air, gerak bola dianggap sebagai jalannya pembiasan cahaya dari udara ke air, maka Newton menganggap bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih besar dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

Pendapat ini masih bertahan hingga akhirnya seorang ahli fisika Prancis, Jean Focault (1819 - 1868) melakukan percobaan tentang pengukuran kecepatan cahaya dalam berbagai medium. Dalam percobaannya Jeans Focault mendapatkan kesimpulan bahwa kecepatan cahaya dalam air lebih kecil dari pada kecepatan cahaya dalam udara.

b. Teori Gelombang

Menurut Christian Huygens (1629-1695) seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, bahwa cahaya pada dasarnya sama dengan bunyi dan berupa gelombang. Perbedaan cahaya dan bunyi hanya terletak pada panjang gelombang dan frekuensinya.
Pada teori ini Huygens menganggap bahwa setiap titik pada sebuah muka gelombang dapat dianggap sebagai sebuah sumber gelombang yang baru dan arah muka gelombang ini selalu tegak lurus tehadap muka gelombang yang bersangkutan.
Pada teori Huygens ini peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi, ataupun difraksi cahaya dapat dijelaskan secara tepat, namun dalam teori Huygens ada kesulitan dalam penjelasan tentang sifat cahaya yang merambat lurus.

c. Teori Elektromagnetik

Percobaan James Clerk Maxwell (1831 - 1879) seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris (Scotlandia) menyatakan bahwa cepat rambat gelombang elektromagnetik sama dengan cepat rambat cahaya yaitu 3×108 m/s, oleh karena itu Maxwell berkesimpulan bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik. Kesimpulan Maxwell ini di dukung oleh :

• Seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman, Heinrich Rudolph Hertz (1857 - 1894) yang membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan gelombang tranversal. Hal ini sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya dapat menunjukkan gejala polarisasi.
• Percobaan seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Peter Zeeman (1852 - 1943) yang menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat berpengaruh terhadap berkas cahaya.
• Percobaan Stark (1874 - 1957), seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang mengungkapkan bahwa medan listrik yang sangat kuat dapat mempengaruhi berkas cahaya.

d. Teori Kuantum

Teori kuantum pertama kali dicetuskan pada tahun 1900 oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman yang bernama Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 - 1947). Dalam percobaannya Planck mengamati sifat-sifat termodinamika radiasi benda-benda hitam hingga ia berkesimpulan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Dan pada tahun 1901 Planck mempublikasikan teori kuantum cahaya yang menyatakan bahwa cahaya terdiri dari peket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Akan tetapi dalam teori ini paket-paket energi atau partikel penyusun cahaya yang dimaksud berbeda dengan partikel yang dikemukakan oleh Newton . Karena foton tidak bermassa sedangkan partikel pada teori Newton memiliki massa
Pernyataan Planck ternyata mendapat dukungan dengan adanya percobaan Albert Einstein pada tahun 1905 yang berhasil menerangkan gejala fotolistrik dengan menggunakan teori Planck. Fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari suatu logam yang disinari dengan panjang gelombang tertentu. Akibatnya percobaan Einstein justru bertentangan dengan pernyataan Huygens dengan teori gelombangnya.Pada efek fotolistrik, besarnya kecepatan elektron yang terlepas dari logam ternyata tidak bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang digunakan untuk menyinari logam tersebut. Sedangkan menurut teori gelombang seharusnya energi kinetik elektron bergantung pada intensitas cahaya.
Kemudian dari seluruh teori-teori cahaya yang muncul dapat disimpulkan bahwa cahaya mempunyai sifat dual (dualisme cahaya) yaitu cahaya dapat bersifat sebagai gelombang untuk menjelaskan peristiwa interferensi dan difraksi tetapi di lain pihak cahaya dapat berupa materi tak bermassa yang berisikan paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton sehingga dapat menjelaskan peristiwa efek fotolistrik.

2. Gelombang Elektromagnetik

Beberapa kaidah tentang kemagnetan dan kelistrikan yang mendukung perkembangan konsep gelombang elektromagnetik antara lain:
1. Hukum Coulomb mengemukakan : “Muatan listrik statik dapat menghasilkan medan listrik.”.
2. Hukum Biot & Savart mengemukakan : “Aliran muatan listrik (arus listrik) dapat menghasilkan medan magnet”.
3. Hukum Faraday mengemukakan : “Perubahan medan magnet dapat menghasilkan medan listrik”.
Berdasarkan Hukum Faraday, Maxwell mengemukakan hipotesa sebagai berikut: “Perubahan medan listrik dapat menimbulkan medan magnet”. Hipotesa ini sudah teruji dan disebut dengan Teori Maxwell. Inti teori Maxwell mengenai gelombang elektromagnetik adalah:
a. Perubahan medan listrik dapat menghasilkan medan magnet.
b. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Cepat rambat gelombang elektromagnetik (c) tergantung dari permitivitas () dan permeabilitas (μ) zat.
Menurut Maxwell, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dirumuskan sebagai berikut c =
Ternyata perubahan medan listrik menimbulkan medan magnet yang tidak tetap besarannya atau berubah-ubah. Sehingga perubahan medan magnet tersebut akan menghasilkan lagi medan listrik yang berubah-ubah.
Proses terjadinya medan listrik dan medan magnet berlangsung secara bersamasama dan menjalar kesegala arah. Arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus. Jadi gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dihasilkan dari perubahan medan magnet dan medan listrik secara berurutan, dimana arah getar vektor medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus.

E = medan listrik (menjalar vertikal)
B = medan magnet (menjalar horizontal.)
Gejala seperti ini disebut terjadinya gelombang elektromagnetik (= gelombang yang mempunyai medan magnet dan medan listrik).
Bila dalam kawat PQ terjadi perubahan-perubahan tegangan baik besar maupun arahnya, maka dalam kawat PQ elektron bergerak bolak-balik, dengan kata lain dalam kawat PQ terjadi getaran listrik. Perubahan tegangan menimbulkan perubahan medan listrik dalam ruangan disekitar kawat, sedangkan perubahan arus listrik menimbulkan perubahan medan magnet. Perubahan medan listrik dan medan magnet itu merambat ke segala jurusan. Karena rambatan perubahan medan magnet dan medan listrik secara periodik maka rambatan perubahan medan listrik dan medan magnet lazim disebut gelombang elektromagnetik. (GEM)
Percobaan-percobaan yang teliti membawa kesimpulan :
1. Pola gelombang elektromagnetik sama dengan pola gelombang transversal dengan vektor perubahan medan listrik tegak lurus pada vektor perubahan medan magnet.
2. Gelombang elektromagnetik menunjukkan gejala-gejala pemantulan, pembiasan, difraksi, polarisasi seperti halnya pada cahaya.
3. Diserap oleh konduktor dan diteruskan oleh isolator.
Gelombang elektromagnetik lahir sebagai paduan daya imajinasi dan ketajaman akal pikiran berlandaskan keyakinan akan keteraturan dan kerapian aturan-aturan alam.
Hasil-hasil percobaan yang mendahuluinya telah mengungkapkan tiga aturan gejala kelistrikan , antara lain sebagai berikut.
Hukum Coulomb : Muatan listrik menghasilkan medan listrik yang kuat.
Hukum Biot-Savart : Aliran muatan (arus) listrik menghasilkan medan magnet disekitarnya.
Hukum Faraday : Perubahan medan magnet (B) dapat menimbulkan medan listrik (E).
Didorong oleh keyakinan atas keteraturan dan kerapian hukum-hukum alam, Maxwell berpendapat bahwa masih ada kekurangan satu aturan kelistrikan yang masih belum terungkap secara empirik. Jika perubahan medan magnet dapat menimbulkan perubahan medan listrik maka perubahan medan listrik pasti dapat menimbulkan perubahan medan magnet, demikianlah keyakinan Maxwell.
Dengan pengetahuan matematika yang dimilikinya, secara cermat Maxwell membangun teori yang dikenal sebagai teori gelombang elektromagnetik. Baru setelah bertahun-tahun Maxwell tiada, teorinya dapat diuji kebenarannya melalui percobaan-percobaan. Menurut perhitungan secara teoritik, kecepatan gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada permitivitas ruang hampa ( εo) dan permeabilitas ruang hampa (µo ).

Dengan memasukkan εo= 8,85 . 1012 C2/N.m2 dan μo = 4π.107 Wb/A.m
diperoleh nilai c = 3.108 m/s, nilai yang sama dengan kecepatan cahaya.
Oleh sebab itu Maxwell mempunyai cukup alasan untuk menganggap cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu konsep gelombang elektromagnetik ini merupakan penyokong teori Huygens tentang cahaya sebagai gerak gelombang.

Fisika - Soal Jawab Fisika OSN 2007

Akibat pergerakan Bumi mengelilingi Matahari, bintang terlihat seolah-olah bergerak dalam lintasan elips yg disebut elips paralaktik. Sudut yg dibentuk antara Bumi-bintang-Matahari (p) disebut paralaks bintang. Makin jauh jarak bintang dengan Bumi maka makin kecil pula paralaksnya. Dengan mengetahui besar paralaks bintang tsb, kita dapat menentukan jarak bintang dari hubungan:

tan p = R/d

R adalah jarak Bumi - Matahari, dan d adalah jarak Matahari - bintang. Krn sudut theta sangat kecil persamaan di atas dpt ditulis menjadi

Ø= R/d

pada persamaan di atas p dlm radian. Sebagian besar sudut p yg diperoleh dari pengamatan dlm satuan detik busur (lambang detik busur = {”}) (1 derajat = 3600″, 1 radian = 206265″). Oleh krn itu bila p dalam detik busur, maka

p = 206265 (R/d)

Bila kita definisikan jarak dalam satuan astronomi (SA) (1 SA = 150 juta km), maka

p = 206265/d

Dalam astronomi, satuan jarak untuk bintang biasanya digunakan satuan parsec (pc) yg didefinisi sebagai jarak bintang yg paralaksnya satu detik busur. Dengan begini, kita dapatkan

1 pc = 206265 SA = 3,086 x 10^18 cm = 3,26 tahun cahaya

p = 1/d –> p dlm detik busur, dan d dlm parsec.

Dari pengamatan diperoleh bintang yg memiliki paralaks terbesar adalah bintang Proxima Centauri yaitu sebesar 0″,76. Dengan menggunakan persamaan di atas maka jarak bintang ini dari Mthr (yg berarti jarak bintang dgn Bumi) adalah 1,3 pc = 4,01 x 10^13 km = 4,2 tahun cahaya (yang berarti cahaya yg dipancarkan oleh bintang ini membutuhkan waktu 4,2 tahun untuk sampai ke Bumi). Sebarapa jauhkah jarak tersebut?? Bila kita kecilkan jarak Bumi - Mthr (150 juta km) menjadi 1 meter, maka jarak Mthr - Proxima Centauri menjadi 260 km!!! Karena sebab inilah bintang hanya terlihat sebagai titik cahaya walau menggunakan teleskop terbesar di observatorium Bosscha.

Sebenarnya ada beberapa cara lain untuk mengukur jarak bintang, seperti paralaks fotometri yg menggunakan kuat cahaya sebenarnya dari bintang. Kemudian cara paralaks trigonometri ini hanya bisa digunakan untuk bintang hingga jarak 200 pc saja. Untuk bintang2 yg lebih jauh, jaraknya dapat ditentukan dengan mengukur kecepatan bintang tersebut.

Silabus bidang studi Fisika :

Seluruh materi soal hanya tentang MEKANIKA, yang secara lebih rinci meliputi :

- Kekekalan energi mekanik

- Hukum Newton tentang gerak

- Osilasi

- Momentum dan Impuls

- Momentum sudut

- Gesekan

- Gerak melingkar

- Hukum Hooke

- Pusat massa

- Momen Inersia

- Rotasi

- Benda tegar
- Matematika : tentang diferensial yang sederhana

Pengantar

Kapasitor adalah komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik, dan secara sederhana terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik).  Tiap-tiap koduktor disebut keping.  Simbol yang digunakan untuk menampilkan sebuah kapastior dalam suatu rangkaian listrik adalah      

Dalam pemakaian normal, satu keping diberi muatan positif dan keping lainnya diberi muatan negatif yang besarnya sama.  Antara kedua keping tercipta suatu medan listrik yang berarah dari keping positif menuju keping negatif. Dalam rangkaian listrik, kapasitor digunakan antara lain : (1). memilih frekuensi pada radio penerima, (2) filter dalam catudaya, )3). memadamkan bunga api pada sistem pengapian mobil, dan (4). menyimpan energi dalam rangkaian penyala elektronik.  Sesuai penggunaannya, dalam praktek terdapat berbagai jenis kapasitor, antara lain : kapasitor kertas, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variabel.

Kapasitas Kapasitor

Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik dinyatakan oleh besaran kapasitas atau kapasitansi (C), dan didefinisikan sebagai perbandingan anta muatan listrik q yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial V antara kedua keping.

Satuan kapasitas dalam SI adalah farad dan dari persamaan di atas diperoleh hubungan :

Kapasitas Kapasitor Keping Sejajar

Kapasitas kapasitor keping sejajar adalah : (1) sebanding dengan luas keping, (2) sebanding dengan permitivitas bahan penyekat ε, dan (3) berbanding terbalik dengan jarak pisah antarkeping d.  Secara matematis kapasitas kapasitor keping sejajar dinyatakan dengan persamaan :

dengan εr adalah permitivitas relatif bahan penyekat, dan εo adalah permitivitas vakum atau udara. Jika antara kedua keping hanya terdapat udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka kapasitas kapasitor dalam vakum atau udara ( diberi lambang Co) adalah

Permitivitas Relatif

Permitivitas relatif εo adalah perbandingan antara kapasitas dalam bahan penyekat Cb dan kapasitas dalam vakum atau udara (Co).

Beda Potensial Kedua Keping

Jika pada suatu kapasitor keping sejajar beda potensial antar kepingnya diijinkan berubah, maka prinsip kita pegang : muatan adalah kekal.  Jadi, muatan kapasitor sebelum disisipkan bahan penyekat (qo) sama dengan muatan kapasitor sesudah disisipkan bahan penyekat (qb).

Muatan yang disimpan dalam kapasitor

Misalkan keping yang satu dihubungkan dengan kutub positif batrai dan keping lainnya dihubungkan dengan kutub negatif baterai secara tetap, sehingga beda potensial antarkeping selalu sama dengan beda potensial antar kutub-kutub baterai. Jadi, beda potensial antar keping adalah tetap, sehingga muatan yang harus berubah.

Dari persamaan di atas tampak bahwa muatan kapasitor setelah disisipkan bahan penyekat bertambah dibandingkan dengan muatan kapasitor dalam vakum atau udara (qo).

Energi Yang Tersimpan dalam Kapasitor

Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik.  Energi yang tersimpan dalam kapasitor (W) dinyatakan oleh :

Susunan Kapasitor Seri dan Paralel

Susunan Seri :

Dalam susunan seri, muatan tiap kapasitor adalah sama, yaitu sama dengan muatan kapasitor penggantinya (q1=q2=q3=qek).  Beda potensial tiap kapasitor dapat dihitung dengan persamaan :

Susunan Paralel

Dalam susunan paralel beda potensial tiap kapasitor adalah sama, yaitu sama dengan beda potensial kapasitor penggantinya (V1=V2=V3=Vek ).  Muatan tiap kapasitor dihitung dengan persamaan :

Dari persamaan di atas tampak, jika salah satu muatan atau beda potensial tidak sama, maka kapasitor tidak disusun seri maupun paralel.

Kapasitor - kapasitor yang disusun seri ataupun paralel dapat diganti dengan sebuah kapasitor tunggal, yang disebut dengan kapasitor pengganti, dengan kapasitas sebesar C ekivalen sedemikian sehingga muatan yang disimpan sama dengan muatan total yang disimpan oleh susunan kapasitor ketika beda potensial sama dengan beda potensial antar ujung-ujung susunan kapasitor.