| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Jelaskan penggunaan penggaris dan gelas ukur untuk menemukan panjang atau volume | |
| 2 Jelaskan cara mengukur berbagai interval waktu menggunakan jam dan timer digital | |
| 3 Tentukan nilai rata-rata untuk jarak pendek dan interval waktu singkat dengan mengukur beberapa kali (termasuk periode ayunan pendulum) | |
| 4 Pahami bahwa besaran skalar hanya memiliki besaran (ukuran) saja dan besaran vektor memiliki besaran dan arah | |
| 5 Tahu bahwa besaran-besaran berikut adalah skalar: jarak, kecepatan, waktu, massa, energi, dan suhu | |
| 6 Tahu bahwa besaran-besaran berikut adalah vektor: gaya, berat, kecepatan, percepatan, momentum, kuat medan listrik dan kuat medan gravitasi | |
| 7 Tentukan, secara perhitungan atau grafik, resultan dari dua vektor yang saling tegak lurus, terbatas hanya pada gaya atau kecepatan |
Gerakan, gaya dan energi
Fisika IGCSE · Topik 1
23:51
Gerak, Gaya & Energi
Melihat sekeliling Anda. Mobil mempercepat. Bola jatuh. Cawan diam di atas meja. Fisika dapat menggambarkan setiap salah satunya — tepat, menggunakan angka. Dan semuanya bertumpu…
Narasi bahasa Inggris · Subtitle bahasa Inggris + 中文 disematkan langsung
1.1
Pengukuran
Silabus
Sumber: Silabus Cambridge International
Panjang dan volume
Gunakan penggaris untuk mengukur panjang. Baca skala dengan mata lurus di depan tanda untuk menghindari kesalahan baca.
Gunakan silinder ukur untuk mengukur volume cairan. Baca skala di dasar permukaan lengkung (meniskus), dengan mata sejajar dengannya.
Mengukur waktu
Gunakan stopwatch atau timer digital untuk mengukur interval waktu. Jam cukup untuk waktu lama (menit atau jam). Stopwatch dimulai dan dihentikan dengan tangan, sehingga setiap pembacaan memiliki kesalahan waktu reaksi sekitar 0,2 s. Agar kesalahan ini kurang berpengaruh, ukur interval panjang, atau ukur banyak pengulangan dan bagilah (lihat di bawah).
Mengukur jumlah kecil
Panjang kecil atau waktu singkat yang tunggal sulit diukur dengan baik. Triknya adalah mengukur banyak dan membagi:
- Untuk menemukan ketebalan satu halaman, ukur 100 halaman dan bagi dengan 100.
- Untuk menemukan waktu untuk satu ayunan bandul, ukur waktu untuk 20 ayunan dan bagi dengan 20. Satu ayunan penuh disebut periode.
Ini membuat ketidakpastian (besaran kesalahan) menjadi jauh lebih kecil.
Skalar dan vektor
A kuantitas skalar hanya memiliki ukuran (magnitudo). A kuantitas vektor memiliki ukuran dan arah.
- Skalar: jarak, kecepatan, waktu, massa, energi, suhu.
- Vektor: gaya, berat, kecepatan, percepatan, momentum, kekuatan medan listrik, kekuatan medan gravitasi.
Untuk menjumlahkan dua vektor yang saling tegak lurus (90°), gambarlah sebagai dua sisi persegi panjang. Resultan adalah diagonal. Temukan ukurannya dengan Pythagoras dan arahnya dengan trigonometri.
$$R = \sqrt{a^2 + b^2}$$
Jelajahi
Skalar & vektor
resultan = a + b
Tambah dua vektor hujung-ke-hujung untuk mencari hasil tambah.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| measurement/ˈmeʒəmənt/ | pengukuran |
| ruler/ˈruːlə/ | penguasa |
| measuring cylinder/ˈmeʒərɪŋ ˈsɪlɪndə/ | gelas ukur |
| meniscus/ˈmenɪskəs/ | meniskus |
| stopwatch/ˈstɒpwɒtʃ/ | stopwatch |
| digital timer/ˈdɪdʒɪtl ˈtaɪmə/ | timer digital |
| reaction time/rɪˈækʃn taɪm/ | waktu reaksi |
| measure many and divide/ˈmeʒə ˈmeni ænd dɪˈvaɪd/ | ukur banyak dan bagi |
| period/ˈpɪərɪəd/ | tempoh |
| uncertainty/ʌnˈsɜːtənti/ | ketidakpastian |
| scalar quantity/ˈskeɪlə ˈkwɒntɪti/ | besaran skalar |
| magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ | besarnya |
| vector quantity/ˈvektə ˈkwɒntɪti/ | besaran vektor |
| mass/mæs/ | massa |
| momentum/məʊˈmentəm/ | momentum |
| electric field strength/ɪˈlektrɪk fiːld streŋθ/ | kekuatan medan listrik |
| gravitational field strength/ˌɡrævɪˈteɪʃənl fiːld streŋθ/ | kekuatan medan gravitasi |
| resultant/rɪˈzʌltənt/ | resultan |
| motion/ˈməʊʃn/ | gerakan |
| moment/ˈməʊmənt/ | momen |
1.2
Pergerakan
Silabus
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Definisikan kecepatan sebagai jarak tempuh per satuan waktu; ingat dan gunakan persamaan $$v = \frac{s}{t}$$ |
|
| 2 Definisikan kecepatan (velocity) sebagai kecepatan dalam arah tertentu | |
| 3 Ingat dan gunakan persamaan $$\text{average speed} = \frac{\text{total distance travelled}}{\text{total time taken}}$$ |
9 Definisikan percepatan sebagai perubahan kecepatan per satuan waktu; ingat dan gunakan persamaan $$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$ |
| 4 Gambar sketsa, plot, dan interpretasikan grafik jarak–waktu dan grafik kecepatan–waktu | |
| 5 Tentukan, secara kualitatif, berdasarkan data yang diberikan atau bentuk grafik jarak–waktu atau grafik kecepatan–waktu, kapan suatu benda: (a) diam (b) bergerak dengan kecepatan konstan (c) mengalami percepatan (d) mengalami perlambatan | 10 Tentukan dari data yang diberikan atau bentuk grafik kecepatan–waktu, kapan suatu benda bergerak dengan: (a) percepatan konstan (b) percepatan berubah |
| 6 Hitung kecepatan dari gradien bagian garis lurus pada grafik jarak–waktu | 11 Hitung percepatan dari gradien grafik kecepatan–waktu |
| 7 Hitung luas di bawah grafik kecepatan–waktu untuk menentukan jarak tempuh bagi gerak dengan kecepatan konstan atau percepatan konstan | |
| 12 Tahu bahwa perlambatan adalah percepatan negatif dan gunakan hal ini dalam perhitungan | |
| 8 Nyatakan bahwa percepatan jatuh bebas $g$ untuk benda di dekat permukaan Bumi kira-kira konstan dan kira-kira $9.8\text{ m/s}^2$ | 13 Jelaskan gerak benda yang jatuh dalam medan gravitasi seragam dengan dan tanpa hambatan udara/cairan, termasuk merujuk pada kecepatan terminal |
Sumber: Silabus Cambridge International
Kecepatan dan kelajuan
Kecepatan adalah jarak tempuh per satuan waktu.
$$v = \frac{s}{t}$$
Kelajuan adalah kecepatan dalam arah yang ditentukan. Jadi kelajuan adalah vektor tetapi kecepatan adalah skalar.
$$\text{average speed} = \frac{\text{total distance}}{\text{total time}}$$
Percepatan
Percepatan adalah perubahan kecepatan per satuan waktu.
$$a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$$
Di sini $\Delta v$ berarti "perubahan kecepatan". Peralambatan (perlambatan) adalah percepatan negatif.
Contoh terpecahkan. Sebuah mobil melaju dari $8\ \text{m/s}$ ke $20\ \text{m/s}$ dalam $4.0\ \text{s}$. Temukan percepatannya.
$$a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{20 - 8}{4.0} = 3.0\ \text{m/s}^2$$
Grafik pergerakan
Grafik jarak–waktu- menunjukkan seberapa jauh suatu benda telah bergerak:
- Garis datar (horizontal) berarti benda tersebut diam.
- Kemiringan lurus berarti kecepatan konstan. Gradien (kemiringan) adalah kecepatan.
- Kurva yang semakin curam berarti benda sedang berakselerasi.
Grafik kecepatan–waktu- menunjukkan seberapa cepat suatu benda bergerak:
- Garis datar berarti kecepatan konstan.
- Kemiringan lurus berarti percepatan konstan. Gradien adalah percepatan.
- Luas di bawah garis adalah jarak tempuh.
Benda jatuh
Di dekat Bumi, medan gravitasi bersifat seragam (kuatnya sama di mana saja), sehingga semua benda berakselerasi saat jatuh pada laju yang sama. Ini adalah percepatan jatuh bebas, $g \approx 9.8\ \text{m/s}^2$.
Ketika sebuah benda jatuh melalui udara, tahanan udara (gaya gesek) bekerja ke atas. Saat benda berakselerasi, tahanan udara bertambah. Ketika tahanan udara sama dengan beratnya, resultan gaya adalah nol dan benda berhenti berakselerasi. Kemudian benda jatuh pada kecepatan terminal yang stabil.
Jelajahi
Grafik kecepatan–waktu
Ubah u dan a. Gradien adalah percepatan; luas di bawah garis adalah jarak tempuh.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| velocity/vəˈlɒsɪti/ | kecepatan (vektor) |
| acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ | percepatan |
| speed/spiːd/ | kecepatan (besaran skalar) |
| deceleration/dɪˌseləˈreɪʃn/ | perlambatan |
| distance–time graph/ˈdɪstəns taɪm ɡræf/ | grafik jarak–waktu |
| at rest/æt rest/ | diam |
| gradient/ˈɡreɪdɪənt/ | gradien |
| speed–time graph/spiːd taɪm ɡræf/ | grafik kecepatan–waktu |
| area under the line/ˈeərɪə ˈʌndə ðə laɪn/ | luas di bawah garis |
| uniform/ˈjuːnɪfɔːm/ | seragam |
| acceleration of free fall/əkˌseləˈreɪʃn ɒv friː fɔːl/ | percepatan jatuh bebas |
| air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ | hambatan udara |
| terminal velocity/ˈtɜːmɪnl vəˈlɒsɪti/ | kecepatan terminal |
| matter/ˈmætə/ | materi |
1.3
Massa dan berat
Silabus
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Nyatakan bahwa massa adalah ukuran jumlah materi dalam suatu benda yang diam relatif terhadap pengamat | |
| 2 Nyatakan bahwa berat adalah gaya gravitasi pada suatu benda yang memiliki massa | 5 Deskripsikan, dan gunakan konsep, berat sebagai efek medan gravitasi pada massa |
| 3 Definisikan kuat medan gravitasi sebagai gaya per satuan massa; ingat dan gunakan persamaan $$g = \frac{W}{m}$$ dan tahu bahwa ini setara dengan percepatan jatuh bebas |
|
| 4 Tahu bahwa berat (dan massa) dapat dibandingkan menggunakan neraca |
Sumber: Silabus Cambridge International
Massa adalah jumlah materi dalam suatu benda. Diukur dalam kilogram (kg) dan tidak berubah ketika Anda memindahkan benda tersebut.
Berat adalah gaya gravitasi pada massa. Diukur dalam newton (N). Berat dapat berubah: lebih kecil di Bulan karena gravitasi Bulan lebih lemah.
Kekuatan medan gravitasi adalah gaya per satuan massa:
$$g = \frac{W}{m}$$
Ini $g$ memiliki nilai yang sama dengan percepatan jatuh bebas ($\approx 9.8\ \text{N/kg}$). Anda dapat membandingkan massa menggunakan neraca.
Jelajahi
Berat dan massa
W = mg
Berat berbanding lurus dengan massa — gradiennya adalah kuat medan gravitasi g (sekitar 10 N/kg di Bumi).
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| balance/ˈbæləns/ | keseimbangan |
1.4
Kepadatan
Silabus
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Definisikan kepadatan sebagai massa per satuan volume; ingat dan gunakan persamaan $$\rho = \frac{m}{V}$$ |
|
| 2 Deskripsikan cara menentukan kepadatan cairan, benda padat berbentuk teratur, dan benda padat tidak beraturan yang tenggelam dalam cairan (volume melalui perpindahan), termasuk perhitungan yang sesuai | |
| 3 Tentukan apakah suatu benda mengapung berdasarkan data kepadatan | 4 Tentukan apakah satu cairan akan mengapung di atas cairan lain berdasarkan data kepadatan, dengan syarat cairan tersebut tidak bercampur |
Sumber: Silabus Cambridge International
Densitas adalah massa per satuan volume.
$$\rho = \frac{m}{V}$$
Simbol $\rho$ adalah huruf Yunani "rho". Satuanya adalah $\text{kg/m}^3$ atau $\text{g/cm}^3$.
Untuk mencari densitas: ukur massa dengan neraca, temukan volumenya, lalu bagikan.
- Benda padat beraturan (seperti kotak): ukur sisinya dan hitung volumenya.
- Benda padat tak beraturan (bentuk aneh): rendamkan ke dalam air dalam gelas ukur. Kenaikan level air adalah volumenya. Ini adalah metode perpindahan.
- Cairan: letakkan gelas ukur kosong di atas neraca dan bacalah massanya. Tuangkan cairan, bacalah volume pada gelas ukur, dan bacalah massanya lagi. Massa cairan adalah selisih antara dua pembacaan massa.
Sebuah benda mengapung jika densitasnya kurang dari densitas cairan. Tenggelam jika densitasnya lebih besar. Dengan cara yang sama, satu cairan mengapung di atas cairan lain (jika keduanya tidak bercampur) ketika densitasnya lebih rendah: minyak mengapung di atas air.
Contoh terpecahkan. Sebuah batu bermassa $54\ \text{g}$ direndamkan ke dalam gelas ukur. Level air naik dari $20\ \text{cm}^3$ ke $40\ \text{cm}^3$. Temukan densitas batu tersebut.
Volume batu adalah kenaikan level air, $40 - 20 = 20\ \text{cm}^3$, jadi
$$\rho = \frac{m}{V} = \frac{54}{20} = 2.7\ \text{g/cm}^3$$
Jelajahi
Melayang dan densitas
Ubah densitas benda dan cairan: benda akan melayang jika lebih ringan, dan semakin padat benda itu, semakin banyak bagian yang tenggelam di bawah air. Besi tenggelam di air tetapi melayang di raksa.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| density/ˈdensɪti/ | densitas |
| regular solid/ˈreɡjʊlə ˈsɒlɪd/ | padat beraturan |
| irregular solid/ɪˈreɡjʊlə ˈsɒlɪd/ | padat tidak beraturan |
| displacement method/dɪˈspleɪsmənt ˈmeθəd/ | metode perpindahan volume |
| floats/fləʊts/ | mengambang |
| shape/ʃeɪp/ | bentuk |
| extension/ekˈstenʃn/ | ekstensi |
| load–extension graph/ləʊd ekˈstenʃn ɡræf/ | grafik beban–perpanjangan |
| limit of proportionality/ˈlɪmɪt ɒv prəˌpɔːʃəˈnælɪti/ | batas proporsionalitas |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | konstanta pegas |
| resultant force/rɪˈzʌltənt fɔːs/ | resultan gaya |
| circular motion/ˈsɜːkjʊlə ˈməʊʃn/ | gerak melingkar |
| radius/ˈreɪdɪəs/ | jari-jari |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | gesekan |
1.5
Gaya
Silabus
1.5.1 Efek gaya
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Tahu bahwa gaya dapat menghasilkan perubahan pada ukuran dan bentuk benda | 9 Definisikan konstanta pegas sebagai gaya per satuan perpanjangan; ingat dan gunakan persamaan $$k = \frac{F}{x}$$ |
| 2 Gambar sketsa, plot, dan interpretasikan grafik beban–perpanjangan untuk padatan elastis dan deskripsikan prosedur eksperimen yang terkait | 10 Definisikan dan gunakan istilah ‘batas proporsionalitas’ untuk grafik beban–perpanjangan dan identifikasi titik ini pada grafik (pemahaman tentang batas elastis tidak diperlukan) |
| 3 Tentukan resultan dari dua atau lebih gaya yang bekerja sepanjang garis lurus yang sama | 11 Ingat dan gunakan persamaan $F = ma$ dan tahu bahwa gaya dan percepatan berada dalam arah yang sama |
| 4 Tahu bahwa suatu benda tetap diam atau terus bergerak lurus dengan kecepatan konstan kecuali dipengaruhi oleh resultan gaya | |
| 5 Nyatakan bahwa resultan gaya dapat mengubah kecepatan benda dengan mengubah arah geraknya atau kecepatannya | 12 Deskripsikan, secara kualitatif, gerak dalam lintasan melingkar akibat gaya tegak lurus terhadap gerak sebagai: (a) kecepatan meningkat jika gaya meningkat, dengan massa dan jari-jari konstan (b) jari-jari berkurang jika gaya meningkat, dengan massa dan kecepatan konstan (c) massa yang lebih besar memerlukan gaya yang lebih besar untuk mempertahankan kecepatan dan jari-jari konstan ($F = \frac{mv^2}{r}$ tidak diperlukan) |
| 6 Deskripsikan gesekan solid sebagai gaya antara dua permukaan yang dapat menghambat gerak dan menghasilkan pemanasan | |
| 7 Tahu bahwa gesekan (hambatan) bekerja pada benda yang bergerak melalui cairan | |
| 8 Tahu bahwa gesekan (hambatan) bekerja pada benda yang bergerak melalui gas (misalnya hambatan udara) |
1.5.2 Efek tumpuk gaya
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Deskripsikan tumpuk gaya sebagai ukuran efek tumpuknya dan berikan contoh sehari-hari | |
| 2 Definisikan momen gaya sebagai $\text{moment} = \text{force} \times \text{perpendicular distance from the pivot}$; ingat dan gunakan persamaan ini | |
| 3 Terapkan prinsip tumpuk pada situasi dengan satu gaya di setiap sisi engsel, termasuk penyeimbangan balok | 5 Terapkan prinsip tumpuk pada situasi lainnya, termasuk yang memiliki lebih dari satu gaya di setiap sisi engsel |
| 4 Nyatakan bahwa, ketika tidak ada resultan gaya dan tidak ada resultan tumpuk, suatu benda berada dalam keseimbangan | 6 Deskripsikan eksperimen untuk membuktikan bahwa tidak ada resultan tumpuk pada benda dalam keseimbangan |
1.5.3 Pusat gravitasi
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Nyatakan apa yang dimaksud dengan pusat gravitasi | |
| 2 Deskripsikan eksperimen untuk menentukan posisi pusat gravitasi pelat bidang tidak beraturan | |
| 3 Deskripsikan, secara kualitatif, efek posisi pusat gravitasi terhadap stabilitas benda sederhana |
Sumber: Silabus Cambridge International
Gaya adalah dorongan atau tarikan. Gaya dapat mengubah bentuk, kecepatan, atau arah suatu benda.
Peregangan (Hukum Hooke)
Ketika Anda menggantungkan beban pada pegas, pegas akan meregang. Peregangan ini disebut elongasi.
Pada grafik beban–elongasi- garis awalnya lurus: elongasi sebanding dengan beban. Titik di mana garis berhenti lurus adalah batas proporsionalitas.
Eksperimen. Gantung pegas dari penjepit dan letakkan penggaris di sebelahnya. Baca posisi bawah pegas tanpa beban: ini adalah panjang awal. Tambahkan beban satu per satu (misalnya 1 N masing-masing) dan catat panjang baru setiap kali. Perpanjangan adalah panjang baru dikurangi panjang awal. Plotkan beban pada sumbu-y terhadap perpanjangan pada sumbu-x.
Konstanta pegas adalah gaya per satuan perpanjangan:
$$k = \frac{F}{x}$$
Sebuah $k$ besar berarti pegas yang kaku.
Resultan gaya dan hukum Newton
Jumlahkan gaya-gaya pada garis lurus untuk mendapatkan resultan gaya (gaya ke satu arah positif, arah lain negatif).
- Jika resultan gaya nol, benda tetap diam atau terus bergerak lurus dengan kecepatan konstan. (Hukum pertama Newton.)
- Jika resultan gaya tidak nol, benda mengalami percepatan searah gaya tersebut:
$$F = ma$$
Contoh terpecahkan. Sebuah mobil $1200\ \text{kg}$ memiliki gaya penggerak $3000\ \text{N}$ dan gesekan $600\ \text{N}$. Temukan percepatannya.
Pertama cari resultan gaya: $3000 - 600 = 2400\ \text{N}$. Kemudian
$$a = \frac{F}{m} = \frac{2400}{1200} = 2.0\ \text{m/s}^2$$
Gerak melingkar
Resultan gaya tegak lurus terhadap gerak tidak mengubah kecepatan. Gaya ini mengubah arah, sehingga benda bergerak dalam lingkaran dengan kecepatan tetap. Ini adalah gerak melingkar. Gayanya selalu mengarah ke pusat lingkaran: tarikan tali pada bola yang diputar, atau gravitasi Matahari pada planet.
Untuk benda yang bergerak dalam lingkaran:
- gaya lebih besar diperlukan untuk mempertahankan massa yang sama bergerak dengan kecepatan lebih tinggi dalam lingkaran dengan jari-jari yang sama;
- gaya lebih besar membuat massa yang sama dengan kecepatan yang sama bergerak dalam lingkaran yang lebih kecil (jari-jari lebih kecil);
- massa yang lebih besar membutuhkan gaya yang lebih besar untuk mempertahankan kecepatan dan jari-jari yang sama.
Gesekan
Gesekan adalah gaya antara dua permukaan yang bersentuhan. Gesekan mencoba menghentikan gerakan dan menyebabkan benda memanas. Drag (gesekan dalam cairan atau gas, seperti hambatan udara) juga memperlambat benda.
Momen — efek pemutaran
Momen dari suatu gaya adalah efek putarnya terhadap titik tumpu.
$$\text{moment} = \text{force} \times \text{perpendicular distance from the pivot}$$
Satuannya adalah newton meter (N m).
Prinsip momen: ketika benda seimbang (dalam keseimbangan),
$$\text{total clockwise moment} = \text{total anticlockwise moment}$$
Benda berada dalam keseimbangan ketika tidak ada resultan gaya dan tidak ada resultan momen.
Contoh terpecahkan. Beban $30\ \text{N}$ diletakkan $0.20\ \text{m}$ ke kiri dari titik tumpu. Seberapa jauh ke kanan harus beban $20\ \text{N}$ diletakkan untuk menyeimbangkan balok?
Seimbang, jadi momen berlawanan arah jarum jam $=$ momen searah jarum jam:
$$30 \times 0.20 = 20 \times d \quad\Rightarrow\quad d = \frac{6.0}{20} = 0.30\ \text{m}$$
Memeriksa prinsip melalui eksperimen. Seimbangkan penggaris meter di tengahnya di atas titik tumpu. Gantungkan beban yang diketahui di masing-masing sisi dan gerakkan hingga penggaris kembali seimbang. Ukur setiap jarak dari titik tumpu. Gaya × jarak di sebelah kiri sama dengan gaya × jarak di sebelah kanan, dalam batas kesalahan pengukuran yang kecil, sehingga tidak ada resultan momen pada benda yang seimbang.
Pusat gravitasi
Pusat gravitasi adalah titik tunggal di mana seluruh berat benda seolah-olah bekerja.
Untuk bentuk datar (lamina), gantungkan dari pin dan biarkan stabil; gambar garis vertikal turun dari pin menggunakan benang plumb. Ulangi dari titik lain. Pusat gravitasi adalah tempat garis-garis tersebut berpotongan.
Stabilitas benda bergantung pada di mana pusat gravitasinya berada. Benda lebih stabil ketika pusat gravitasinya rendah dan alasnya lebar. Benda akan terguling ketika garis vertikal dari pusat gravitasi melewati luar alas.
Jelajahi
Gaya & Hukum Newton
F = ma (resultan)
Gaya resultan menentukan percepatan; gaya seimbang ⇒ tidak ada percepatan.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| force/fɔːs/ | gaya |
| weight/weɪt/ | berat |
| pivot/ˈpɪvət/ | engsel |
| principle of moments/ˈprɪnsɪpl ɒv ˈməʊmənts/ | prinsip momen |
| equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | kesetimbangan |
| centre of gravity/ˈsentə ɒv ˈɡrævɪti/ | pusat gravitasi |
| lamina/ˈlæmɪnə/ | lamina |
| stability/stəˈbɪlɪti/ | stabilitas |
| stable/ˈsteɪbl/ | stabil |
1.6
Momentum
Silabus
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Definisikan momentum sebagai massa $\times$ kecepatan; ingat dan gunakan persamaan $p = mv$ | |
| 2 Definisikan impuls sebagai gaya $\times$ waktu di mana gaya tersebut bekerja; ingat dan gunakan persamaan $\text{impulse} = F\Delta t = \Delta(mv)$ | |
| 3 Terapkan prinsip kekekalan momentum untuk menyelesaikan masalah sederhana dalam satu dimensi | |
| 4 Definisikan gaya resultan sebagai perubahan momentum per satuan waktu; ingat dan gunakan persamaan $F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$ |
Sumber: Silabus Cambridge International
Momentum adalah massa dikali kecepatan. Momentum adalah besaran vektor.
$$p = mv$$
Impuls adalah gaya dikali waktu kerja, dan sama dengan perubahan momentum:
$$\text{impulse} = F\,\Delta t = \Delta(mv)$$
Jadi resultan gaya adalah perubahan momentum per satuan waktu:
$$F = \frac{\Delta p}{\Delta t}$$
Kekekalan momentum: ketika benda bertabrakan dan tidak ada gaya luar yang bekerja, total momentum sebelum sama dengan total momentum setelah.
$$m_1 u_1 + m_2 u_2 = m_1 v_1 + m_2 v_2$$
(Di sini $u$ adalah kecepatan sebelum dan $v$ adalah kecepatan setelah.)
Contoh terpecahkan. Kereta dorong $2.0\ \text{kg}$ bergerak dengan kecepatan $3.0\ \text{m/s}$ menabrak kereta dorong $1.0\ \text{kg}$ yang diam, dan mereka melekat bersama. Temukan kecepatan umum mereka afterwards.
Total momentum kekal, sehingga
$$(2.0 \times 3.0) + (1.0 \times 0) = (2.0 + 1.0)\,v \quad\Rightarrow\quad v = \frac{6.0}{3.0} = 2.0\ \text{m/s}$$
Jelajahi
Momentum dalam tabrakan
Atur massa dan kecepatan lalu tabrakan. Total momentum kekal.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| impulse/ˈɪmpʌls/ | impuls |
| conservation of momentum/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv məʊˈmentəm/ | kekekalan momentum |
| stored/stɔːd/ | tersimpan |
| kinetic/kɪˈnetɪk/ | kinetik |
| gravitational potential/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl/ | potensial gravitasi |
| chemical/ˈkemɪkl/ | kimia |
| elastic (strain)/ɪˈlæstɪk/ | elastis (regangan) |
| nuclear/ˈnjuːklɪə/ | nuklir |
| electrostatic/ɪˌlektrəʊˈstætɪk/ | elektrostatik |
1.7
Energi, usaha, dan daya
Silabus
1.7.1 Energi
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Nyatakan bahwa energi dapat disimpan sebagai kinetik, potensial gravitasi, kimia, elastis (regangan), nuklir, elektrostatis dan internal (termal) | |
| 2 Jelaskan bagaimana energi ditransfer antara penyimpanan selama peristiwa dan proses, termasuk contoh transfer oleh gaya (usaha mekanik yang dilakukan), arus listrik (usaha listrik yang dilakukan), pemanasan, dan oleh gelombang elektromagnetik, suara, serta gelombang lainnya | |
| 4 Ingat dan gunakan persamaan untuk energi kinetik $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ | |
| 5 Ingat dan gunakan persamaan untuk perubahan energi potensial gravitasi $\Delta E_p = mg\Delta h$ | |
| 3 Tahu prinsip kekekalan energi dan terapkan prinsip ini pada contoh sederhana termasuk interpretasi diagram alur sederhana | 6 Tahu prinsip kekekalan energi dan terapkan prinsip ini pada contoh kompleks yang melibatkan beberapa tahap, termasuk interpretasi diagram Sankey |
1.7.2 Usaha
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Pahami bahwa usaha mekanik atau listrik yang dilakukan sama dengan energi yang ditransfer | |
| 2 Ingat dan gunakan persamaan untuk kerja mekanis $W = Fd = \Delta E$ |
1.7.3 Sumber energi
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Jelaskan bagaimana energi berguna dapat diperoleh, atau daya listrik dihasilkan, dari: (a) energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar fosil (b) energi kimia yang tersimpan dalam biofuel (c) air, termasuk energi yang tersimpan dalam gelombang, pasang surut dan air di belakang bendungan hidroelektrik (d) sumber geotermal (e) bahan bakar nuklir (f) cahaya dari Matahari untuk menghasilkan daya listrik (sel surya) (g) inframerah dan gelombang elektromagnetik lainnya dari Matahari untuk memanaskan air (panel surya) dan menjadi sumber energi angin termasuk referensi ke ketel, turbin dan generator saat digunakan | 4 Tahu bahwa radiasi dari Matahari adalah sumber utama energi untuk semua sumber energi kita kecuali geotermal, nuklir dan pasang surut |
| 2 Jelaskan keunggulan dan kelemahan setiap metode dalam hal kesetaraan, ketersediaan, keandalan, skala dan dampak lingkungan | 5 Tahu bahwa energi dilepaskan melalui fusi nuklir di Matahari |
| 6 Tahu bahwa penelitian sedang dilakukan untuk menyelidiki bagaimana energi yang dilepaskan oleh fusi nuklir dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik dalam skala besar | |
| 3 Pahami, secara kualitatif, konsep efisiensi transfer energi | 7 Definisikan efisiensi sebagai: (a) $(\%) \text{ efficiency} = \frac{\text{(useful energy output)}}{\text{(total energy input)}} (\times 100\%)$ (b) $(\%) \text{ efficiency} = \frac{\text{(useful power output)}}{\text{(total power input)}} (\times 100\%)$ ingat dan gunakan persamaan-persamaan ini |
1.7.4 Daya
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Definisikan daya sebagai usaha per satuan waktu dan juga sebagai energi yang ditransfer per satuan waktu; ingat dan gunakan persamaan (a) $P = \frac{W}{t}$ (b) $P = \frac{\Delta E}{t}$ |
Sumber: Silabus Cambridge International
Penyimpanan energi
Energi dapat tersimpan dengan berbagai cara: kinetik, potensial gravitasi, kimia, elastis (regangan), nuklir, elektrostatik, dan internal (termal).
Energi ditransfer antar penyimpanan oleh gaya (kerja mekanik), oleh arus listrik, oleh pemanasan, dan oleh gelombang (seperti cahaya dan suara).
Energi kinetik dan potensial
Energi kinetik adalah energi dari benda yang bergerak:
$$E_k = \frac{1}{2}mv^2$$
Perubahan energi potensial gravitasi ketika benda naik atau turun setinggi $\Delta h$:
$$\Delta E_p = mg\,\Delta h$$
Kekekalan energi
Prinsip kekekalan energi menyatakan energi tidak pernah diciptakan atau dimusnahkan; ia hanya berpindah antar penyimpanan. Benda yang jatuh mengubah energi potensial gravitasi menjadi energi kinetik. Diagram Sankey menunjukkan bagaimana energi input terbagi menjadi energi berguna dan energi terbuang.
Contoh kerja. Sebuah bola $0.50\ \text{kg}$ dijatuhkan dari ketinggian $1.8\ \text{m}$. Abaikan gesekan udara, tentukan kecepatannya tepat sebelum mendarat. (Ambil $g = 10\ \text{m/s}^2$.)
Seluruh energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik, sehingga $\tfrac{1}{2}mv^2 = mg\,\Delta h$. Massa saling menghilangkan, menyisakan $v^2 = 2g\,\Delta h$:
$$v = \sqrt{2 \times 10 \times 1.8} = \sqrt{36} = 6.0\ \text{m/s}$$
Karena massa saling menghilangkan, setiap benda yang dijatuhkan dari ketinggian ini akan mendarat pada kecepatan yang sama.
Usaha
Usaha sama dengan energi yang ditransfer. Ketika gaya memindahkan sebuah benda:
$$W = Fd = \Delta E$$
Satuan usaha dan energi adalah joule (J).
Daya
Daya adalah usaha (atau energi yang ditransfer) per satuan waktu.
$$P = \frac{W}{t} = \frac{\Delta E}{t}$$
Satuannya adalah watt (W). $1\ \text{W} = 1\ \text{J/s}$.
Efisiensi
Efisiensi menunjukkan berapa banyak energi masuk yang berubah menjadi energi berguna.
$$\text{efficiency} = \frac{\text{useful energy output}}{\text{total energy input}} \times 100\%$$
Efisiensi selalu kurang dari 100% karena sebagian energi selalu terbuang (biasanya sebagai panas). Konsep yang sama berlaku untuk daya:
$$\text{efficiency} = \frac{\text{useful power output}}{\text{total power input}} \times 100\%$$
Contoh kerja. Sebuah motor dialiri $200\ \text{J}$ energi listrik dan mengangkat beban, memberikan beban tersebut $150\ \text{J}$ energi potensial gravitasi. Tentukan efisiensya.
$$\text{efficiency} = \frac{150}{200} \times 100\% = 75\%$$
Sumber energi
Kita menghasilkan listrik dari berbagai sumber energi. Sebagian besar memutar turbin yang menggerakkan generator – sering kali dengan merebus air menjadi uap (bahan bakar fosil, bahan bakar nuklir, geotermal, biofuel), atau langsung dengan menggerakkan air atau angin (hidroelektrik, ombak, pasang surut, angin). Sel surya menghasilkan listrik dari cahaya matahari secara langsung; panel surya memanaskan air.
| Sumber | Dapat diperbarui? | Catatan |
|---|---|---|
| bahan bakar fosil (batu bara, minyak, gas) | tidak | dapat diandalkan, output tinggi, tetapi CO₂ dan polusi |
| bahan bakar nuklir | tidak | output sangat besar, tanpa CO₂, tetapi limbah radioaktif |
| biofuel | ya | kira-kira netral karbon jika ditanam kembali |
| hidroelektrik | ya | dapat diandalkan, tetapi bendungan merendam lahan |
| angin | ya | bersih, tetapi tidak terus-menerus |
| surya | ya | bersih, tetapi hanya tersedia di siang hari |
| geotermal / pasang surut | ya | dapat diandalkan tetapi terbatas pada tempat tertentu |
Saat membandingkan sumber-sumber ini, gunakan lima konsep berikut: keterbaruan (apakah akan habis?), ketersediaan (apakah selalu ada? angin bisa reda dan matahari terbenam), keandalan (apakah memberikan output stabil?), skala (berapa banyak energi yang dapat disuplai?) dan dampak lingkungan (polusi, karbon dioksida, lahan yang terendam bendungan).
Sebagian besar sumber ini bersumber dari Matahari (bahan bakar fosil adalah cahaya matahari kuno yang tersimpan; angin dan ombak berasal dari pemanasan surya) – pengecualian adalah energi geotermal, nuklir, dan pasang surut. Matahari sendiri digerakkan oleh fusi nuklir, menggabungkan inti hidrogen menjadi helium. Para ilmuwan sedang meneliti cara menggunakan fusi di pembangkit listrik di Bumi, namun belum ada reaktor fusi yang menghasilkan lebih banyak energi listrik daripada yang digunakan.
Jelajahi
Aliran energi & efisiensi
Energi input terbagi menjadi output berguna dan energi terbuang; efisiensi adalah fraksi yang berguna, dan totalnya selalu kekal.
Jelajahi
Kekekalan energi
Jatuhkan benda: GPE berubah menjadi KE, dan total tetap sama ketika tidak ada gesekan.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| pendulum/ˈpendjʊləm/ | bandul |
| energy/ˈenədʒi/ | tenaga |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | suhu |
| internal (thermal)/ɪnˈtɜːnl/ | internal (termal) |
| transferred/trænsˈfɜːd/ | dipindahkan |
| principle of conservation of energy/ˈprɪnsɪpl ɒv ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | prinsip kekekalan energi |
| Sankey diagram/ˈsæŋki ˈdaɪəɡræm/ | diagram Sankey |
| wasted/ˈweɪstɪd/ | sia-sia |
| work done/wɜːk dʌn/ | kerja yang dilakukan |
| joule/dʒuːl/ | joule |
| power/ˈpaʊə/ | kuasa |
| watt/wɒt/ | watt |
| efficiency/ɪˈfɪʃənsi/ | efisiensi |
| renewability/rɪˌnjuːəˈbɪlɪti/ | daya perbaruan |
| availability/əˌveɪləˈbɪlɪti/ | ketersediaan |
| reliability/rɪˌlaɪəˈbɪlɪti/ | keandalan |
| scale/skeɪl/ | skala |
| environmental impact/enˌvaɪrənˈmentl ˈɪmpækt/ | dampak lingkungan |
| nuclear fusion/ˈnjuːklɪə ˈfjuːʒn/ | fusi nuklir |
1.8
Tekanan
Silabus
| Inti | Tambahan |
|---|---|
| 1 Definisikan tekanan sebagai gaya per satuan luas; ingat dan gunakan persamaan $p = \frac{F}{A}$ | |
| 2 Jelaskan bagaimana tekanan bervariasi dengan gaya dan luas dalam konteks contoh sehari-hari | |
| 3 Jelaskan, secara kualitatif, bagaimana tekanan di bawah permukaan cairan berubah seiring kedalaman dan densitas cairan | 4 Ingat dan gunakan persamaan untuk perubahan tekanan di bawah permukaan cairan $\Delta p = \rho g \Delta h$ |
Sumber: Silabus Cambridge International
Tekanan adalah gaya per satuan luas.
$$p = \frac{F}{A}$$
Satuannya adalah pascal (Pa). $1\ \text{Pa} = 1\ \text{N/m}^2$.
Luas kecil menghasilkan tekanan besar (pisau tajam mudah memotong). Luas besar menghasilkan tekanan kecil (sepatu salju mencegah Anda tenggelam).
Tekanan dalam cairan
Dalam cairan, tekanan meningkat seiring kedalaman dan kepadatan cairan:
$$\Delta p = \rho g \,\Delta h$$
Itulah sebabnya bendungan dibangun lebih tebal di bagian bawah, di mana tekanan air paling besar. Tekanan dalam cairan bekerja ke segala arah.
Contoh kerja. Temukan tekanan tambahan pada kedalaman $2.0\ \text{m}$ dalam air (kepadatan $1000\ \text{kg/m}^3$, $g = 10\ \text{N/kg}$).
$$\Delta p = \rho g\,\Delta h = 1000 \times 10 \times 2.0 = 20\,000\ \text{Pa}$$
Jelajahi
Tekanan
p = ρg·h
Tekanan dalam cecair adalah berkadar dengan kedalaman.
Kosa kata
Latih
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| pressure/ˈpreʃə/ | tekanan |
| pascal/ˈpæskl/ | pascal |
| depth/depθ/ | kedalaman |
1.8
Tips ujian
- Pada grafik jarak–waktu, gradien adalah kecepatan; pada grafik kecepatan–waktu, gradien adalah percepatan dan luas di bawah garis adalah jarak tempuh. Jangan pernah membaca satu grafik seolah-olah itu adalah grafik lainnya.
- Massa (kg) adalah jumlah materi dan sama di mana pun; berat (N) adalah gaya gravitasi, $W = mg$. Di Bulan massa Anda tidak berubah tetapi berat Anda lebih kecil.
- Kecepatan adalah skalar; kecepatan vektor adalah vektor. Sesuatu yang bergerak dengan kecepatan konstan di sepanjang kurva masih mengalami percepatan, karena arahnya terus berubah.
- Dalam hukum Hooke, beban berbanding lurus dengan pertambahan panjang hanya hingga batas proporsionalitas. Gunakan pertambahan panjang (panjang diregangkan − panjang asli), bukan seluruh panjang.
- Momentum $p = mv$ kekal dalam tabrakan. Berikan masing-masing kecepatan $+$ atau $-$ tanda untuk arahnya sebelum Anda menjumlahkannya.
- Konversi satuan terlebih dahulu (cm → m, g → kg). Gunakan $p = F/A$ untuk padatan yang menekan permukaan, tetapi $p = \rho g h$ untuk tekanan di dalam cairan — keduanya memiliki rumus yang berbeda.
Pelajaran interaktif untuk topik ini
Kerjakan langkah demi langkah, dengan latihan pengecekan instan.