PANDUAN BELAJAR FISIKA TEKNIK Untuk Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Bidang Keahlian Teknologi dan Rekayasa
Oleh : Margiono Abdillah
Penerbit :
YAYASAN KEMAJUAN TEKNIK
Panduan Belajar Fisika Teknik
Ditulis dan disusun oleh
: Margiono Abdillah
Desain cover dan Tata letak
: Listron Surya Teknik
Dicetak dan diterbitkan oleh
: Yayasan Kemajuan Teknik Jl. Khatulistiwa (Komplek Teluk Batang Permai No. B4) Wajok Hulu – Pontianak Telp. +62895 3410 7337 4 Website : www.yktpublisher.net Email1 : admin.cs@yktpublisher.net Email2 : yktpublisher.ptk@yahoo.com
Distributor tunggal
: UD. Listron Surya Teknik Jl. Budiutomo (Komp. Surya Kencana II No. D2) Pontianak – 78243 Telp. +62852 4982 4004 Website: listronsuryateknik.meximas.com Email: listronsuryateknik.ptk@gmail.com
Cetakan I
: Tahun 2013
Cetakan II
: Tahun 2017
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan dengan cara apapun termasuk fotocopy, copypaste dan scan tanpa seizin tertulis dari Penulis atau Penerbit. ISBN : 978-602-727625-3 © Yayasan Kemajuan Teknik 2017
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah s.w.t. yang telah melimpahkan rahmat dan karunianya, maka buku Panduan Belajar Fisika Tehnik Untuk Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) kelompok Teknologi dan Rekayasa ini dapat tersusun. Harapan kami, buku ini dapat membantu dalam proses belajar mengajar dan meningkatkan pengetahuan siswa SMK dalam bidang fisika sesuai dengan tuntutan Standar Kompetensi Lulusan Kurikulum 2013.
Isi buku ini disesuaikan dengan Standart Kompetensi dan Kompetensi Dasar Mata Pelajaran Fisika SMK Kelompok Tehnologi dan Rekayasa yang berlaku sekarang ini, dan sekaligus dapat dijadikan acuan untuk penyusunan Silabus dan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran (RPP) bagi guru yang mengajarkan mata pelajaran Fisika pada SMK kelompok Teknologi dan Rekayasa.
Mudah-mudahan buku ini dapat meningkatkan kemampuan dan kompetensi para siswa dan bermanfaat bagi para pembaca sekalian. Penyusun menyadari bahwa buku ini masih jauh dari sempurna, untuk itu saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan buku ini sangat diharapkan.
Pontianak, 2013
Penulis,
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ………………………………………………………………………..
i
Daftar Isi ……………………………………………………………………………..
ii
BAB I : BESARAN DAN SATUANNYA A. Konsep Besaran dan Satuannya …...…………………..………………………….. 1 1. Besaran Pokok ………………………………………………………………… 1 2.
Besaran Turunan ……………………………………………………………... 2
3. Dimensi ……………………………………………………………………….
2
B. ALAT UKUR YANG TEPAT UNTUK MENGUKUR SUATU BESARAN FISIS 1. Pengukuran Panjang …………………………………………………………… 3 2. Pengukuran Massa …………………………………………………………….. 3 3. Pengukuran Waktu …………………………………………………………….. 3 4. Angka Penting …………………………………………………………………. 3 5. Cara Baku ………………………………………………………………………. 4
C. CONTOH SOAL ………………………………………………………………….. 4
BAB II : HUKUM-HUKUM GERAK DAN GAYA A. HUKUM NEWTON TENTANG GERAK 1. Hukum Newton I ………………………………………………..…………..…
6
2. Hukum Newton II …….……………………………………………….………
6
3. Hukum Newton III……………………………………………………………..
6
B. GERAK LURUS 1. Pengertian Gerak Lurus …………………………………………..……………
7
2. Jarak dan Perpindahan …………..………………………………………..……
7
3. Kecepatan dan Laju ………………………………………………………….… 7 4. Percepatan ……..………..……………………………………………………… 8
5. Gerak Lurus Beraturan ……………………………...………………………...
9
6. Gerak Lurus Berubah Beraturan ………………………………………………
9
7. Gerak Jatuh Bebas …………………………………………………………….. 10
C. GERAK MELINGKAR 1. Gerak Melingkar Beraturan …………………………………….…………….
10
2. Kecepatan Linier dan Angular ………..………………………………………
10
3. Perioda dan Frekuensi ………………………………………………………..
11
4. Percepatan dan Gaya Sentripetal …….……………………………………….. 11
D. GAYA GESEK 1. Pengertian Gaya Gesek ……………………………………………………….. 12 2. Koefisien Gesek ………………………………………………………………. 13
E. CONTOH SOAL ……..………………………………………………………….. 14
BAB III : GERAK TRANSLASI, ROTASI DAN KESEIMBANGAN BENDA TEGAR A. KESEIMBANGAN BENDA 1. Gerak Translasi …………………………………………………………….….. 20 2. Gerak Rotasi …………………………………………….…………………….. 20 3. Momen Gaya …………………………………………………………………... 20 4. Momen Kopel …………………………….……………………………………. 22 5. Syarat-Syarat Keseimbangan Benda ……….…………………………..……… 22
B. BENDA TEGAR 1. Kecepatan Sudut …………………………………………………………...….. 22 2. Percepatan Sudut …………………….……………………………………….. 23 3. Momen Inersia …………………………………………………………………. 23 4. Hukum-Hukum Gerak Rotasi dan Translasi …………………………………… 24
C. CONTOH SOAL ………………………………………………………………… 25
BAB IV : USAHA, DAYA DAN ENERGI A. ENERGI ..………………………………………………………………………... 27
B. USAHA DAN DAYA …………………..………………………………………. 27 C. USAHA DAN ENERGI KINETIK ………………………………………………. 28 D. USAHA DAN ENERGI POTENSIAL …………………………………………... 28 E. HUKUM KEKEKALAN ENERGI MEKANIK …………………………………. 29 F. CONTOH SOAL ………………………………………………………………….. 29
BAB V : MOMENTUM DAN IMPULS A. PENGERTIAN MOMENTUM ………………………………………………….. 31 B. PENGERTIAN IMPULS ………………………………………………………… 31 C. HUKUM KEKEKALAN MOMENTUM ……………………………………….. 31 D. TUMBUKAN 1. Tumbukan Lenting Sempurna ……………………………………………….. 32 2. Tumbukan Lenting Sebagian ……………….………………………………… 33 3. Tumbukan Tidak Lenting Sama Sekali ……………………………………… 33 4. Koefisien Kelentingan ……………..………………………………………... 33
E. CONTOH SOAL ………………………………………………………………… 33
BAB VI : SIFAT MEKANIK BAHAN A. ELASTISITAS …………………………………………………………………… 35 B. HUKUM HOOKE ……………………………………………………………….. 36 C. PERUBAHAN BENTUK ……………………………………………………….. 36 D. HUKUM HOOKE UNTUK SUSUNAN PEGAS 1. Susunan Serie Pegas …………….…………………………………………… 38 2. Susunan Paralel Pegas ……………...………………………………………... 39
E. ENERGI POTENSIAL PEGAS ………………………………………………… 40 F. CONTOH SOAL …………………………………………………………………. 41
BAB VII : SUHU DAN KALOR A. PENGERTIAN SUHU …………………………………………………………… 43 B. PEMUAIAN ZAT 1. Muai Panjang ………………………………………………………………… 44 2. Muai Luas ……………………………………………………………………. 44
3. Muai Volume ………………………………………………………………… 45 4. Muai Gas …………………………………………………….……………...… 47
C. PENGERTIAN KALOR 1. Azaz Black …………………………………………………………………… 48 2. Kalorimeter …………………………………………………………………… 48
D. PERUBAHAN WUJUD ZAT 1. Melebur dan Membeku ……………………………………………………….. 49 2. Menguap dan Mengembun …………………………………………………….50 3. Menyublim dan Penegeringan Beku …………………………………………..51
E. PERPINDAHAN KALOR 1. Perpindahan Kalor secara Konduksi ………………………………………….. 52 2. Perpindahan Kalor secara Konveksi …………………………………………...53 3. Perpindahan Kalor secara Radiasi ……………………………………………..54
F. CONTOH SOAL …………………………………………………………………. 55
BAB VIII : FLUIDA A. FLUIDA STATIS (TAK MENGALIR) 1. Tekanan Hidrostatis …………………………………..……………………… 61 2. Hukum Pascal ……………………………………………..…………………. 62 3. Hukum Utama Hidrostatik ……………………………………..…………… 63 4. Viskositas …………………………………………………………..……….. 63
B. FLUIDA DINAMIS (ZAT MENGALIR) 1. Fluida Ideal ………………………………….…………………….…………. 67 2. Garis Alir …………………………………………………………….……….. 68 3. Persamaan Kontinuitas ………………………………………………….….… 69 4. Azaz Bernoulli ……………………………………………………………..…. 71
C. CONTOH SOAL …………………………………………………………..……... 72
BAB IX : HUKUM THERMODINAMIKA A. USAHA OLEH SISTEM TERHADAP LINGKUNGANNYA …………………. 77 B. BEBERAPA PROSES THERMODINAMIKA GAS …………………………… 79 C. HUKUM I THERMODINAMIKA ……………………………..…….………... 81 D. KONSEP KAPASITAS KALOR GAS ………………………………………..… 83 E. HUKUM II THERMODINAMIKA ……………………………………………… 84 F. PENGERTIAN SIKLUS THERMODINAMIKA ……………………………..…. 85 G. SIKLUS CARNOT …………………………………………………………...……86 H. EFISIENSI MESIN ……………………………………………………………… 89 I. MESIN UAP SEDERHANA ……………………………………………………. 90 J. LEMARI ES DAN PENDINGIN RUANGAN …………………………………. 91 K. CONTOH SOAL ………………………………………………………………… 92
BAB X : GETARAN, GELOMBANG DAN BUNYI A. GETARAN 1. Gerak Harmonis ……………………………………………………………… 97 2. Hukum Kekekalan Energi Mekanis pada Gerak Harmonis …………………. 98
B. GELOMBANG 1. Cepat Rambat, Frekwensi dan Panjang Gelombang ………………………… 99 2. Pembiasan Gelombang ……………………………………………………….100
C. BUNYI 1. Bunyi Sebagai Gelombang …………………………………………………...100 2. Intensitas Bunyi ………………………………………………………………100
D. CONTOH SOAL …………………………………………………………………101
BAB XI : MAGNET DAN ELEKTROMAGNET A. MEDAN MAGNET 1. Medan Magnet yang ditimbulkan oleh Arus Listrik …………………………105 2. Gaya yang dialami Kawat dalam Medan Magnet ……………………………106 3. Jenis-Jenis Bahan Magnet ……………………………………………………106
B. INDUKSI ELEKTROMAGNET 1. Ggl Induksi ………………………………………………………………….. 107 2. Hukum Lenz ………………………………………………………………….108
C. CONTOH SOAL …………………………………………………………………109
BAB XII : LISTRIK STATIS DAN DINAMIS A. LISTRIK STATIS 1. Muatan Listrik …………………..……………………………………………111 2. Hukum Coulomb ………………………..……………………………………111 3. Medan Listrik ………………………………..……………………………….112
B. LISTRIK DINAMIS 1. Kuat Arus Listrik ……………………..………………………………………113 2. Tegangan Listrik ……………………………..……………………………….114 3. Kapasitansi Kapasitor ……………………………..………………………….115 4. Rangkaian Kapasitor …………………………………..………………….…..116
C. CONTOH SOAL………………..……………………………………………….. 117
BAB XIII : LISTRIK ARUS SEARAH (DC) A. MACAM-MACAM ELEMEN SUMBER LISTRIK DC 1. Elemen Elektro Kimia ………………………………………………………..121 2. Elemen Volta …………………………………………………………………121 3. Accumulator ………………………………………………………………….122 4. Elemen Kering ………………………………………………………………..123 5. Termo Elemen ………………………………………………………………..124 6. Solar Sel (Photo Electric Cell) …………………………...……….………….124 7. Generator Arus Searah (DC)………………………………………………….124
B. MACAM-MACAM HUBUNGAN SUMBER LISTRIK DC 1. Hubungan Seri ………………………………………………………………..125 2. Hubungan Paralel …………………………………………………………….126 3. Hubungan Campuran …………………………………………………………126
C. RANGKAIAN LISTRIK ARUS SEARAH (DC) 1. Hambatan Kawat Pengantar ………………………………………………….127 2. Hukum Ohm ………………………..………………………………………...128 3. Rangkaian Seri ………………………………………………………………..128 4. Rangkaian Paralel …………………………………………………………….129 5. Rangkaian Seri Paralel ……………………………………………….……….130 6. Hukum Kirchoff …………………………………………………………….. 131
D. ENERGI DAN DAYA LISTRIK ………………………………………………. 132 E. CONTOH SOAL …………………………………………………………………133
BAB XIV : LISTRIK ARUS BOLAK-BALIK (AC) A. PENGERTIAN TEGANGAN DAN ARUS AC …………………………………136 B. HARGA EFEKTIF ……………………………………………………………….136 C. RANGKAIAN SERI ARUS AC 1. Rangkaian Seri Hambatan dan Induktansi ……………………………………137 2. Rangkaian Seri Hambatan dan Kapasitansi …………………………………..138 3. Rangkaian Seri Hambatan, Induktansi dan Kapasitansi ……………………...139
D. RANGKAIAN PARALEL ARUS AC 1. Rangkaian Paralel Hambatan dan Induktansi ………………………………...140 2. Rangkaian Paralel Hambatan dan Kapasitansi ……………………………….140 3. Rangkaian Paralel Hambatan, Induktansi dan Kapasitansi …………………..141
E. DAYA LISTRIK ARUS AC 1. Daya Semu ……………………………………………………………………142 2. Daya Murni (Efektif) …………………………………………………………142 3. Daya Buta …………………………………………………………………….143 4. Segitiga Daya ………………………………………………………………... 143
F. CONTOH SOAL …………………………………………………………………144
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………………..149