KESEIMBANGAN BENDA TEGAR

Pendahuluan.
Dalam cabang ilmu fisika kita mengenal MEKANIKA.
Mekanika ini dibagi dalam 3 cabang ilmu yaitu :
a. KINEMATIKA = Ilmu gerak
Ilmu yang mempelajari gerak tanpa mengindahkan penyebabnya.
b. DINAMIKA = Ilmu gaya
Ilmu yang mempelajari gerak dan gaya-gaya penyebabnya.
c. STATIKA = Ilmu keseimbangan
Ilmu yang mempelajari tentang keseimbangan benda.
Untuk cabang kinematika dan dinamika sudah dipelajari dikelas satu dan dua. Pada bab ini kita akan membahas mengenai STATIKA. dan benda-benda yang ditinjau pada bab ini dianggap sebagai benda tegar.

Definisi-definisi yang harus dipahami pada statika.
a. Keseimbangan / benda seimbang artinya :
Benda dalam keadaan diam atau pusat massanya bergerak dengan kecepatan tetap.
b. Benda tegar : adalah suatu benda yang tidak berubah bentuk bila diberi gaya luar.
c. Partikel : adalah benda dengan ukuran yang dapat diabaikan, sehingga benda dapat digambarkan sebagai titik dan gerak yang dialami hanyalah gerak translasi.
Momen gaya : adalah kemampuan suatu gaya untuk dapat menyebabkan gerakan rotasi. Besarnya MOMEN GAYA terhadap suatu titik sama dengan perkalian gaya dengan lengan momen. = d . F
= momen gaya
d = lengan momen
F = gaya
Lengan momen : adalah panjang garis yang ditarik dari titik poros sampai memotong tegak lurus garis kerja gaya.
Perjanjian tanda untuk MOMEN GAYA.
* Momen gaya yang searah jarum jam bertanda POSITIF.
* Momen gaya yang berlawanan arah jarum jam bertanda NEGATIF.
g. Koppel : adalah dua gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah dan memiliki garis-garis kerja yang berbeda.
Momen koppel terhadap semua titik sama besar, yaitu : F . d
h. Pasangan gaya aksi - reaksi.
W1 = Gaya berat balok W2 = Gaya berat tali
Balok digantung dalam keadaan diam pada tali vertikal.
gaya W1 dan T1 bukanlah pasangan aksi - reaksi, meskipun besarnya sama, berlawanan arah dan segaris kerja.
Sedangkan yang merupakan pasangan aksi - reaksi.

Macam - macam Keseimbangan.
Ada 3 macam keseimbangan, yaitu :
a. Keseimbangan translasi apabila benda tak mempunyai percepatan linier ( a = 0 )
F = 0
dapat diurai ke sumbu x dan y
Fx = 0 dan Fy = 0
Fx = Resultan gaya pada komponen sumbu x.
Fy = Resultan gaya pada komponen sumbu y.

Benda yang mempunyai persyaratan tersebut mungkin :
- Diam
- Bergerak lurus beraturan.
b. Keseimbangan rotasi, apabila benda tidak memiliki percepatan anguler atau benda tidak berputar ( = 0 )
= 0
Benda yang mempunyai persyaratan tersebut mungkin :
- Diam
- Bergerak melingkar beraturan.
c. Keseimbangan translasi dan rotasi, apabila benda mempunyai kedua syarat keseimbangan yaitu :
F = 0
= 0
Dari macam-macam keseimbangan yang telah kita ketahui tersebut maka dapat diperjelas denga uraian berikut ini tentang :
SYARAT-SYARAT SEBUAH BENDA DALAM KEADAAN SETIMBANG/DIAM.
a. Jika pada sebuah benda bekerja satu gaya F.

Syarat setimbang :
Pada garis kerja gaya F itu harus diberi gaya F’ yang besarnya sama dengan gaya F itu tetapi arahnya berlawanan.
b. Jika pada benda bekerja gaya-gaya yang terletak pada satu bidang datar dan garis kerjanya melalui satu titik.
Syarat setimbang :
1. Gaya resultanya harus sama dengan nol.
2. Kalau dengan pertolongan sumbu-sumbu x dan y, haruslah :
Fx = 0 ; Fy = 0
c. Jika pada sebuah benda bekerja gaya-gaya yang tidak terletak pada satu bidang datar tetapi garis-garis kerjanya melalui satu titik.
Syarat setimbang :
Dengan pertolongan sumbu-sumbu x, y dan z, haruslah :
Fx = 0 ; Fy = 0 ; Fz = 0
d. Jika pada sebuah benda bekerja gaya-gaya yang tidak terletak pada satu bidang datar tetapi garis-garis kerjanya tidak melalui satu titik. Syarat setimbang :
Dengan pertolongan sumbu-sumbu x dan y, haruslah :
Fx = 0 ; Fy = 0 ;  = 0
Momen gaya-gaya boleh diambil terhadap sebarang titik pada bidang gaya-gaya itu. ( titik tersebut kita pilih sedemikian hingga memudahkan kita dalam menyelesaikan soal-soal )
* Perpindahan sebuah gaya kesuatu titik yang lain akan menimbulkan suatu koppel.

Keseimbangan Stabil, Labil dan Indiferen ( Netral )
Pada benda yang diam ( Statis ) kita mengenal 3 macam keseimbangan benda statis, yaitu :
a. Stabil ( mantap / tetap )
b. Labil ( goyah / tidak tetap )
c. Indiferen ( sebarang / netral )


Contoh-contoh :
1. Untuk benda yang digantung.
Keseimbangan stabil : apabila gaya yang diberikan padanya dihilangkan. Maka ia akan kedudukan semula.
Sebuah papan empat persegi panjang digantungkan pada sebuah sumbu mendatar di P ( sumbu tegak lurus papan ). Titik berat Z dari papan terletak vertikal di bawah titik gantung P, sehingga papan dalam keadaan ini setimbang stabil. Jika ujung A papan di putar sedikit sehingga titik beratnya semula ( Z ), maka kalau papan dilepaskan ia akan berputar kembali kekeseimbangannya semula.
Hal ini disebabkan karena adanya suatu koppel dengan gaya berat G dan gaya tegangan tali T yang berputar kekanan. ( G = N ), sehingga papan tersebut kembali kekeseimbangannya semula yaitu seimbang stabil.

Keseimbangan labil : Apabila gaya yang diberikan padanya dihilangkan, maka ia tidak akan dapat kembali ke kedudukan semula.

Kalau titik gantung P tadi sekarang berada vertikal di bawah titik berat Z maka papan dalam keadaan seimbang labil Kalau ujung A papan diputar sedikit naik kekiri sehingga titik beratnya sekarang ( Z’ ) di bawah titik beratnya semula ( Z ), maka kalau papan dilepaskan ia akan berputar turun ke bawah, sehingga akhirnya titik beratnya akan berada vertikal di bawah titik gantung P. Hal ini disebabkan karena adanya suatu koppel dengan gaya berat G dan gaya tekanan ( tegangan tali ) T yang berputar kekiri ( G = T ), sehingga papan turun ke bawah dan tidak kembali lagi kekeseimbangannya semula.

Keseimbangan indiferen : Apabila gaya yang diberikan padanya dihilangkan, maka ia akan berada dalam keadaan keseimbangan, tetapi di tempat yang berlainan.


Kalau titik gantung P tadi sekarang berimpit dengan titik berat Z, maka papan dalam keadaan ini setimbang indiferen. Kalau ujung A papan di putar naik, maka gaya berat G dan gaya tekanan T akan tetap pada satu garis lurus seperti semula ( tidak terjadi koppel ) sehingga papan di putar bagaimanapun juga ia akan tetap seimbang pada kedudukannya yang baru.

2. Untuk benda yang berada di atas bidang datar.
Keseimbangan stabil :

Sebuah pararel epipedum siku-siku ( balok ) diletakkan di atas bidang datar, maka ia dalam keadaan ini seimbang stabil, gaya berat G dan gaya tekanan N yang masing-masing bertitik tangkap di Z ( titik berat balok ) dan di A terletak pada satu garis lurus. Kalau balok tersebut diputar naik sedikit dengan rusuk B sebagai sumbu perputarannya, maka gaya tekanan N akan pindah ke B, dan dalam keadaan ini akan pindah ke B, dan dalam keadan ini akan timbul suatu koppel dengan gaya-gaya G dan N yang berputar ke kanan ( G = N ) sehingga balok tersebut kembali keseimbangannya semula yaitu seimbang stabil.

Keseimbangan labil : Sebuah pararel epipedum miring ( balok miring ) yang bidang diagonalnya AB tegak lurus pada bidang alasnya diletakkan diatas bidang datar, maka ia dalam keadaan ini setimbang labil, gaya berat G dan gaya tekanan N yang masing-masing melalui rusuk B dari balok tersebut terletak pada satu garis lurus.

Titik tangkap gaya tekanan N ada pada rusuk N. Kalau balok tersebut diputar naik sedikit dengan rusuk B sebagai sumbu putarnya, maka gaya tekanan N yang berputar kekiri ( G = N ), sehingga balok tersebut akan turun kebawah dan tidak kembali lagi kekeseimbangannya semula.

Keseimbangan indiferen : Sebuah bola diletakkan diatas bidang datar ia dalam keadaan ini seimbang indiferen.

Kalau bola dipindah / diputar, maka gaya berat G dan gaya tekanan N akan tetap pada satu garis lurus seperti semula ( tidak terjadi koppel ), sehingga bola berpindah / berputar bagaimanapun juga ia akan tetap seimbang pada kedudukan yang baru.

Kesimpulan.
Dari contoh-contoh di atas dapat disimpulkan :
a. Kalau sebuah benda yang dalam keadaan seimbang stabil diadakan perubahan kecil, maka titik berat benda tersebut akan naik. ( sehingga timbul koppel )
b. Kalau pada sebuah benda yang dalam keadaan seimbang labil diadakan perubahan kecil, maka titik berat benda tersebut akan turun. ( sehingga timbul koppel )
c. Kalau pada sebuah benda yang dalam keadaan setimbang indiferen diadakan perubahan kecil, maka titik berat benda tersebut akan tetap sama tingginya seperti semula. (sehingga tidak timbul koppel).

Jenis gaya-gaya yang menyebabkan sebuah benda/benda seimbang.
GAYA LUAR ( gaya aksi )
GAYA -
GAYA DALAM ( gaya reaksi )
- gaya tekanan / gaya tarikan
- gaya sendi / engsel
- gaya tegangan tali
- gaya gesekan / geseran.
Gaya- gaya tersebut akan di bahas masing-masing dalam contoh-contoh latihan soal.

Gejala Akustik (Intensitas Dan Taraf Intensitas Bunyi)

INTENSITAS BUNYI ( I )

v = kecepatan bunyi di udaravp = kecepatan pendengarvs = kecepatan sumber

Intensitas bunyi (I) adalah jumlah energi bunyi yang menembus tegak lurus bidang per detik.
I = P/A = P/(4R2)  I 1/R² P = daya bunyi (watt)
A = luas bidang bole (m² atau cm²)
A = 4R²
R = jarak suatu titik ke sumber bunyi
Gejala Akustik (Intensitas Dan Taraf Intensitas Bunyi)

INTENSITAS BUNYI ( I )

v = kecepatan bunyi di udaravp = kecepatan pendengarvs = kecepatan sumber

Intensitas bunyi (I) adalah jumlah energi bunyi yang menembus tegak lurus bidang per detik.
I = P/A = P/(4R2)  I 1/R² P = daya bunyi (watt)
A = luas bidang bole (m² atau cm²)
A = 4R²
R = jarak suatu titik ke sumber bunyi
I = 2² f² A² v  I  A² I f²
TARAF INTENSITAS BUNYI (TI)

TI = 10 log (I/lo)
TI mempunyai satuan desibell (dB)
Io = intensitas ambang
Io = 10E-16 watt/cm² pada frekuensi 100 Hz

Batas intensitas dan taraf intensitas yang dapat didengar pada frekuensi 1000 Hz:
10E-16  I  10E-4 watt/cm²
0  TI  120 dB
Contoh 1 :
Dua buah kawat sejenis masing-masing memiliki panjang L den 2L serta tegangan kawat F dan 4F. Jika frekuensi nada dasar dalam kawat yang pendek 60 Hz, tentukan frekuensi harmonik kedua dalam kawat yang lebih panjang !
Jawab:
f = (1/(F/  kedua kawat sama (sejenis)

nada dasar pada kawat pendek : (syarat fo  L = ½ )
fo =½ L F/ = 60 Hz  F2 = 4F; L2 = 2L

nada kedua pada kawat panjang: (syarat f2  L2 = 3/2)
f2 = 3/(2 L2) F2/ = 3/2.1/(2 L2).F
f2 = 3/2.2.1/(2L) F/= 3.60 = 180 Hz

Contoh 2 :
Nada dasar yang dihasilkan oleh seutas dawai sama dengan nada atas kedua yang dihasilkan oleh pipa organa tertutup. Hitung perbandingan panjang pipa organa tertutup terhadap panjang dawai !

Jawab :
Dawai : fO  Ld = 1/2 d
d = 2 Ld

POT : f2L = 5/4
 = 4/5 L  fo = f2
v/d = v/

1/(2 Ld) = 5 L/4
LLD = 25 /4 = 5:2
Contoh 3 :
Kebisingan dari sebuah mesin tik sama dengan 70 dB. Berapa dB kebisingan suatu kantor akibat 100 buah mesin tik ?

Jawab :
Anggap intensitas satu mesin tik = I1
maka intensitas 100 mesin tik = I2 = 100 I1,

Cari penambahan kebisingan akibat 100 mesin tik :
TI = 10 log I2/I1 = 10 log 100 I1/I1 = 20 dB
Jadi kebisingan 100 mesin tik adalah : TI2 = TI1 + TI = 90 dB

Fluida Statis

Fluida ( zat alir ) adalah zat yang dapat mengalir, misalnya zat cair dan gas. Fluida dapat digolongkan dalam dua macam, yaitu fluida statis dan dinamis.
TEKANAN HIDROSTATIS
Tekanan hidrostatis ( Ph) adalah tekanan yang dilakukan zat cair pada bidang dasar tempatnya.

PARADOKS HIDROSTATIS
Gaya yang bekerja pada dasar sebuah bejana tidak tergantung pada bentuk bejana dan jumlah zat cair dalam bejana, tetapi tergantung pada luas dasar bejana ( A ), tinggi ( h ) dan massa jenis zat cair (  )
dalam bejana.
Ph =  g h
Pt = Po + Ph
F = P h A =  g V  = massa jenis zat cair
h = tinggi zat cair dari permukaan
g = percepatan gravitasi
Pt = tekanan total
Po = tekanan udara luar

HUKUM PASCAL
Tekanan yang dilakukan pada zat cair akan diteruskan ke semua arah sama.
P1 = P2  F1/A1 = F2/A2
HUKUM ARCHIMEDES
Benda di dalam zat cair akan mengalami pengurangan berat sebesar berat zat cair yang dipindahkan.
Tiga keadaan benda di dalam zat cair:
a. tenggelam: W>F  b > z

b. melayang: W = F  b = z

c. terapung: W=F  b.V=z.V' ;b<z W = berat benda F = gaya ke atas = z . V' . g b = massa jenis benda z = massa jenis fluida V = volume benda V' = volume benda yang berada dalam fluida Akibat adanya gaya ke atas ( F ), berat benda di dalam zat cair (Wz) akan berkurang menjadi: Wz = W - F Wz = berat benda di dalam zat cair TEGANGAN PERMUKAAN Tegangan permukaan ( ) adalah besar gaya ( F ) yang dialami pada permukaan zat cair persatuan panjang(l) = F / 2l KAPILARITAS Kapilaritas ialah gejala naik atau turunnya zat cair ( y ) dalam tabung kapiler yang dimasukkan sebagian ke dalam zat cair karena pengarah adhesi dan kohesi. y = 2  cos  /  g r y = kenaikan/penurunan zat cair pada pipa (m)  = tegangan permukaan (N/m)  = sudut kontak (derajat) p = massa jenis zat cair (kg / m3) g = percepatan gravitas (m / det2) r = jari-jari tabung kapiler (m) Fluida Dinamis Sifat Fluida Ideal: - tidak dapat ditekan (volume tetap karena tekanan) - dapat berpindah tanpa mengalami gesekan - mempunyai aliran stasioner (garis alirnya tetap bagi setiap partikel) - kecepatan partikel-partikelnya sama pada penampang yang sama HUKUM BERNOULLI Hukum ini diterapkan pada zat cair yang mengalir dengan kecepatan berbeda dalam suatu pipa. P +  g Y + 1/2  v2 = c P = tekanan 1/2 v2 = Energi kinetik  g y = Energi potensial  tiap satuan waktu

CEPAT ALIRAN (DEBIT AIR)
Cepat aliran (Q) adalah volume fluida yang dipindahkan tiap satuan waktu.
Q = A . v
A1 . v1 = A2 . v2
v = kecepatan fluida (m/det)
A = luas penampang yang dilalui fluida
Untuk zat cair yang mengalir melalui sebuah lubang pada tangki, maka besar kecepatannya selalu dapat diturunkan dari Hukum Bernoulli, yaitu:
v = 2gh) h = kedalaman lubang dari permukaan zat cair
Contoh:
1. Sebuah kolam air berdinding bujursangkar dengan panjang 15 m, tingginya 7,5m.Tentukanlah tekanan air 4,5 m di bawah permukaan air!
Jawab:
P = g . h = 103 . 10 . 4,5
P = 4,5.104 N/m2
2. Air mengalir sepanjang pipa horisontal, penampang tidak sama besar. Pada tempat dengan kecepatan air 35 cm/det tekanannya adalah 1 cmHg. Tentukanlah tekanan pada bagian pipa dimana kecepatan aliran airnya 65 cm/det.(g = 980 cm/det2) !
Jawab:
P1 = 1 cmHg = 1.13,6.980 dyne/cm2
P1 = 13328 dyne/cm2
v1 = 35 cm/det; v2 = 65 cm/det

Prinsip Bernoulli:
P1 + pgy1 + 1/2v12 = P2 + gy2 + 1/2v22
Karena y1 = y2 (pipa horisontal), maka:
P1 - P2 = 1/2  (V22 - V12)
P1 - P2 = 1/2 1 (652 352)
P1 - P2 = 1/2 3000
P1 - P2 = 1500 dyne/cm2
Jadi:
P2 = P1 - 1500
P2 = 13328 - 1500
P2 = 11828 dyne/cm
P2 = 0,87 cmHg

Suhu
Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda.
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer.
Hubungan suhu pada skala-skala Celcius (C), Reamur (R), Fahrenheit (F), dan Kelvin (K):
 Acuan atas (air mendidih)
 Acuan bawah (es mencair) Acuan ini ditentukan pada tekanan 1 atm = 76 cm Hg
Gbr. Hubungan Suhu Skala-Skala Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin
Jadi: toC = 4/5 toR = ( 9/5t+ 32 )oF = ( t + 273 )oK
Contoh:
Temperatur termometer Celcius (oC) menunjukkan p kali temperatur termometer Fahrenheit (oF). Berapakah besarnya temperatur masing-masing termometer itu?
Jawab:
Derajat Celcius : tc = 5x
x(5 - 9p) = 32p  x = 32p/(5-9p)
Derajat Fahrenheit: tF = 9x + 32
C = 5x = 5(32p/5-9p) = 160p/(5-9p)
C = pF
F = C/P = 160p/p(5-9p) = 160/(5-9p)
5x = p(9x + 32)
5x - 9px = 32p

Sifat Zat Termal
Pada umumnya suatu benda akan memuai (volume benda bertambah) jika dipanaskan? Sedangkan massa benda tetap. Tetapi air pada daerah tertentu (antara 0-4 derajat C) memiliki keanehan pemuaian disebut ANOMALI AIR.
Pada suhu 4 derajat C volume air adalah paling kecil sehingga massa jenisnya paling besar, yaitu 1 gram/cm3.
Grafik volume vs suhu Es untuk es dan air

Pemuaian suatu benda karena menerima kalor (suhu benda naik) terbagi atas:
2. Muai Panjang (pemuaian satu dimensi)
Lt = Lo ( 1 +  t)
Lt = panjang benda pada tºC (m)
Lo = panjang benda pada 0ºC (m)
 = koefisien muai panjang
2. Muai Luas (pemuaian dua dimensi)
At = Ao (1 + t)
At = luas benda pada tºC (m²)
Ao = luas benda pada 0ºC (m²)
 = koefisien muai luas = 2
3. Muai Volume (pemuaian tiga dimensi)
Vt = Vo ( 1 + t)
Vt = volume benda pada tºC (m3)
Vo = volume benda pada 0ºC (m3)
 = koefisien muai volume = 3
 = 1/273ºK (khusus pada tekanan dan volume tetap)
Contoh:
2. Sebatang baja (angka muai linier 10-5/ºC) panjangnya 100,0 cm pada suhu 30ºC. Bila panjang batang baja itu sekarang menjadi 100,1 cm, berapakah suhunya sekarang?
Jawab:
Lt = Lo ( 1 + t)
t = (Lt – Lo) / (Lo 
t = (100,1 -100)/(100.10-5) = 100ºC
t = takhir – tawal
100 = takhir – 30
takhir = 130ºC
2. Sebuah tabung terbuat dari gelas ( = 10-5/ºC) pada suhu 20ºC mempunyai volume sebesar 250 cm3. Tabung itu berisi penuh dengan eter (  = 5.10-3/ºC). Berapakah cm3 eter akan tumpah jika tabung dipanasi sampai 120ºC?
Jawab:
Gelas:
Vo = 250 cm3
t = 120 – 20 = 100ºC
g = 3 = 3.10-5/ºC
Vt = Vo(1 +t)
Vt = 250 (1 + 3.10-5.100) = 250,75 cm3
Eter:
Vº = 250 cm3
t= 100ºC
g = 5.10-3/ºC
Vt = Vo (1 + t)
Vt = 250 (1 + 5.10-3.100) = 375 cm3
Jadi volume eter yang tumpah = 375 – 250,75 = 124,25 cm3

Titik Didih
Titik didih suatu zat adalah suhu yang tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan di atas permukaan zat cair. Titik Didih suatu zat cair dipengaruhi oleh tekanan udara, artinya makin besar tekanan udara makin besar pula titik didih zat cair tersebut. Pada tekanan dan temperatur udara standar(76 cmHg, 25ºC) titik didih air
sebesar 100ºC.
Hubungan tekanan dan temperatur terhadap tingkat wujud suatu zat dapat ditentukan dari DIAGRAM P-T.

Tr = titik tripel, yaitu titik keseimbangan antara ketiga wujud padat-cair-gas.

K = titik kritis, yaitu titik dimana gas di atas tekanan dan temperatur kritis tidak dapat dicairkan hanya dengan mengecilkan volumenya. Gas berwujud stabil.
Dari diagram P-T dapat disimpulkan bahwa:
1. Penambahan tekanan menaikkan titik didih dan titik lebur zat.
2. Di atas titik tripel tidak mungkin merubah wujud zat dari padat langsung ke gas.
3. Di atas titik kritis gas tidak dapat diembunkan tanpa menurunkan tekanannya.

Kalor
Kalor adalah bentuk ublim yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.
BEBERAPA PENGERTIAN KALOR
1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC.
1 kalori = 4.18 joule
1 joule = 0.24 kalori
Kapasitas kalor (H) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya 1ºC (satuan kalori/ºC).

Kalor jenis © adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1ºC (satuan kalori/gram.ºC atau kkal/kg ºC).

Kalor yang digunakan untuk menaikkan/menurunkan suhu tanpa mengubah wujud zat:
Q = H .t
Q = m . c .t
H = m . c
Q = kalor yang di lepas/diterima
H = kapasitas kalor
t = kenaikan/penurunan suhu
m = massa benda
c= kalor jenis
Kalor yang diserap/dilepaskan (Q) dalam proses perubahan wujud benda:
Q = m . L
m = massa benda kg
L = kalor laten (kalor lebur, kalor beku. Kalor uap,kalor embun, kalor ublime, kalor lenyap)  /kg
Jadi kalor yang diserap (  ) atau yang dilepas (  ) pada saat terjadi perubahan wujud benda tidak menyebabkan perubahan suhu benda (suhu benda konstan ).

Pertukaran Kalor
Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu maka zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal.
Menurut asas Black
Kalor yang dilepas = kalor yang diterima
Catatan:
1. Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari massa benda, tetapi tergantung pada sifat dan jenis benda tersebut. Jika kalor jenis suatu benda adalah kecil maka kenaikan suhu benda tersebut akan cepat bila dipanaskan.
2. Pada setiap penyelesaian persoalan kalor (asas Black) lebih mudah jika dibuat diagram alirnya.

Contoh diagram alir untuk es bersuhu -tºC yang mencair sampai suhu tºC setelah menyerap kalor adalah sebagai berikut:

Contoh:
Es (kalor jenis 0,5 kalori/gramoC) sebanyak 10 gram pada suhu 0ºC diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Bila kalor lebur es sama dengan 80 kalori/gram, hitunglah temperatur akhir air !
Jawab:
Misalkan temperatur akhir setelah diberi kalor ialah taºC. maka berdasarkan asas Black:
Q = mL + mct
1000 = 10 . 80 + 10 . 1 (ta- 0)
1000 = 800 + 10 ta
ta = 20 C

Perambatan Kalor

Kalor dapat merambat melalui tiga macam cara yaitu:
1. Konduksi

Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, biasanya terjadi pada benda padat.

H = K . A T/ L)

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
T/L = gradien temperatur (ºK/m)
K = koefisien konduksi
A = luas penampang (m²)
L = panjang benda (m)
2. Konveksi

Perambatan kalor yang disertai perpindahan bagian-bagian zat, karena perbedaan massa jenis.

H = K . A .T

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
K = koefisien konveksi
T = kenaikan suhu (ºK)

3. Radiasi

Perambatan kalor dengan pancaran berupa gelombang-gelombang elektromagnetik.

Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:

W = e .  . T4

W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu
 = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4
e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK) Benda yang dipanaskan sampai pijar, selain memancarkan radiasi kalor juga memancarkan energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10-6 s/d 10-5 m. Untuk benda ini berlaku hukum PERGESERAN WIEN, yaitu: max . T = C C = konstanta Wien = 2.9 x 10-3m ºK Kesimpulan: 1. Semua benda (panas/dingin) memancarkan energi radiasi/kalor 2. Semakin tinggi suhu benda. semakin besar radiasinya dan semakin pendek panjang gelombangnya. 3. Koefisien emisivitas benda tergantung pada sifat permukaannya.Benda hitam sempurna mempunyai nilai e = 1 merupakan pemancar dan penyerap kalor yang paling baik. Contoh: 1. Air mengalir dengan laju alir 3 liter/menit. Jika suhu awal air 20ºC dan seluruh kalor diberikan pada air, hitunglah suhu air panas! Jawab: misalkan suhu air panas ta Q = 3 liter/menit = 3 dm3/60 detik = 50 cm3/detik berarti V = 50 cm3  m = .V = 1 . 50 = 50 gram t = 1 detik 1 joule = 0.24 kal E = Q  0,24 P.t = m. c. t 0.24 . 3500 . 1 = 50. 1 ( ta - 20 )  ta = 36.8ºC 2. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2 dan suhunya 27ºC. Jika suhu sekelilingnya 77ºC, hitunglah: a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam. Jawab: Benda hitam: e = 1 = 5,672.10-8 watt/m2K4 a. W = e  ( T24 - T14)  T1 = 300ºK ; T2 = 350ºK = 1. 5,672.10-8 (3504 - 3004) = 391,72 watt/m2 b. W = E/A.T  E = W. A. t E = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule 3. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500ºC dan suhu pada ujung kuningan 350ºC. Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara besi dan kuningan! Jawab: Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka [K . A T/L)] besi = [K . A T/L)] kuningan K . A (500 - T)/2 = 3 KA (T - 350)/l T= 2600/7= 371,4ºC

Medan Magnet

• Adanya medan magnet di dalam ruang dapat ditunjukkan
dengan mengamati pengaruh yang ditimbulkan.
1. Bila di dalam ruang tersebut ditempatkan benda magnetik maka benda tersebut mengalami gaya.
2. Bila di ruang terdapat partikel/benda bermuatan, maka benda tersebut mengalami gaya.
• Medan magnet merupakan besaran vektor,
adapun kuat/lemahnya medan tersebut ditunjukkan oleh intensitas
magnet (H).
• Efek medan magnet disebut induksi magnetik (B),
juga merupakan besaran vektor.
• Hubungan antara H dan B :
B = H
dengan :
B = induksi magnetik, satuan dalam SI = Weber/m2 atau Tesla
H = intensitas magnet
o = permeabilitas = 4 x 10-7 Wb/A.m (udara)
Garis gaya dan Fluks magnetik
= B A cos 
 = fluks magnetik (weber)
 = induksi magnetik
A = luas bidang yang ditembus garis gaya
magnetik
 = sudut antara arah garis normal bidang A
dan arah B

Catatan:
• Bila arah garis induksi magnetik tegak lurus pada bidang gambar, maka arah tersebut dinyatakan dengan:

tanda .......................................... bila mendekati pembaca

tanda xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx bila menjauhi pembaca
• Rapat garis gaya di suatu titik menyatakan besaran induksi magnetik (B) di titik itu.