MODUL FISIKA DASAR 1 (BELAJAR FISIKA)

MODUL FISIKA DASAR  I

PEDOMAN DAN SASARAN BELAJAR

Dalam buku kecil ini kita terutama akan mendefinisikan besaran-besaran gerak benda yaitu besaran yang kita perlukan untuk memberikan keadaan gerak benda . Selanjutnya kita pelajari hubungan antara besaran-besaran gerak tersebut, dan terakhir akan kita pelajari beberapa bentuk gerak yang sederhana. Di sini kita sama sekali belum menyinggung mengenai penyebab gerak (perubahan gerak), hal tersebut akan dibahas dalam buku mengenai dinamika.

Buku ini dibagi dalam 4 bagian yaitu :

Bagian I          : Besaran besaran kinematika

Bagian II         : Gerak sepanjang garis lurus

Bagian III       : Gerak peluru

Bagian IV       : Gerak melingkar

Jika anda belajar dengan tekun dan mengikuti petunjuk belajar maka setelah mempelajari pokok bahasan yang diuraikan dalam buku ini diharapkan anda mampu :

Menyelesaikan  soal  soal  kinematika  gerak   sederhana misalnya   :   menentukan besaran   besaran   gerak, mengungkapkan keadaan gerak.

PETUNJUK BELAJAR

Pelajarilah uraian dalam buku ini dengan tekun, berusahalah untuk memahami contoh-contoh yang diberikan dan mengamati langkah-langkah penyelesaiannya. Sesudah itu cobalah menyelesaikan sendiri soal soal latihan yang diberikan. Jika anda masih mengalami kesulitan untuk menyelesaikannya, dapat anda gunakan petunjuk penyelesaiannya, kemudian berlatihlah lagi dengan soal soal lain sehingga anda tak perlu menggunakan petunjuk penyelesaiannya. Kelancaran anda menyelesaikan soal soal tersebut sangat tergantung pada penguasaan anda mengenai definisi besaran besaran gerak yang diberikan serta hubungan antara besaran-besaran tersebut,

Daftar "kata kunci" berikut ini  dapat  anda  gunakan untuk menguji diri anda mengenai pengenalan / pemahaman anda  sehubungan dengan hal-hal yang dikemukakannya.

posisi

perpindahan dan jarak yang ditempuh

kecepatan dan laju rata rata

kecepatan dan laju sesaat

percepatan rata rata

percepatan sesaat

posisi sudut

perpindahan sudut

kecepatan sudut rata rata

kecepatan sudut sesaat

percepatan sudut rata rata

percepatan sudut sesaat

herak lur>us beraturan

gerak lurus berubah beraturan

gerak hartnonik sederhana

gerak lingkar beraturan

gerak lingkar berubah beraturan

gerak peluru

PRASYARAT

Untuk mampu memahami hal hal yang dikemukakan dalam buku ini, juga mampu menyelesaikan seal soal yang berhubungan dengannya anda harus terampil :

1. menjumlahkan dan inengurangkan vektor

2. menghitung turunan fungsi sederhana

3. menghitung integral fungsi sederhana

Semoga anda sukses !

BAGIAN I

BESARAN BESARAN KINEMATIKA

Pendahuluan

Dalam MEKANIKA kita akan mempelajari gerak benda. Pada sebagian besar dari mekanika di tingkat dasar ini kita akan mempelajari MEKANIKA NEWTON di mana dipelajari gerak benda benda yang teramati sehari-hari di sekitar kita dengan kecepatan yang biasa-biasa saja. Disamping itu akan diungkapkan sedikit batasan berlakunya MEKANIKA NEWTON yang didasarkan pada hukum gerak Newton tersebut. Pada pokok bahasan KINEMATIKA kita akan mendefinisikan dan mempelajari hubungan antara besaran besaran yang digunakan untuk menyatakan keadaan gerak benda tanpa menyinggung penyebab gerak benda tersebut. Mengenai penyebab perubahan gerak akan dibahas pada pokok bahasan berikutnya yaitu DINAMIKA gerak.

1. POSISI

Kita dapat menggolongkan gerak benda dalam 2  golongan  yaitu perubahan orientasinya seperti di bawah ini

ABC               A'B'C'

dan perubahan posisi seperti di bawah ini

            ABC              A'B'C’

 

Dalam bagian ini kita akan membahas hanya perubahan  posisi benda yang dapat diwakili oleh suatu titik pada benda tersebut, dan karena itu kita bicarakan sebagai "benda titik". Perubahan orientasi akan dibicarakan pada pokok bahasan benda tegar. Kita mulai dengan gerak yang paling sederhana yaitu gerak satu dimensi sepanjang garis lurus yang kita sebut saja sebagai sumbu x. Posisi benda dalam sumbu x ini dinyatakan dalam jaraknya terhadap titik asal (rujukan) yang dipilih.

Dengan memilih satu arah sebagai positif dan yang  lainnya sebagai negatif maka x_A bertanda positif dan x_B bertanda negatif.

Untuk gerak dalam bidang biasanya kita menggunakan dua  sumbu yang saling tegak lurus, misalnya sumbu x dan sumbu y

Di sini kita menggunakan x_A dan y_A untuk menyatakan posisi titik A. Jika diperluas pada tiga dimensi maka kita dapat menggunakan sumbu-x, sumbu-y dan sumbu-z. Posisi titik A dinyatakan dalam x_A , y_A dan z_A.

Cara lain untuk menyatakan posisi A di  atas adalah dengan vektor posisi    r_A

Cara menyatakan posisi A dengan   r_A    ini tentulah lebih singkat. Karena vektor              r_A  digambarkan dengan panah yang gambarnya di D, maka r_A   sebenarnya lebih jelas ditulis r_AO  yang berarti posisi A relatif terhadap O. r_AO dapat ditulis sebagai r_A – r_O karena r_O   ­=  0. Jarak dari A ke 0 disebut harga mutlak dari vektor  r_A dan dapat ditulis sebagai lr_A| =  r_A. Kita dapat mengaitkan r_A dengan x_Adan y_A sbb :

x_A dan y_A, disebut komponen dari vektor posisi r_A pada arah sb-x dan sb-y.

Kita dapat pula menghubungkan vektor  posisi  r.  dengan  vektor komponennya dalam arah x dan y sbb.

x_A dan y_A disebut vektor komponen dari r_A dalam arah x dan  y  x_A dan y_A dapat pula dikaitkan dengan x_A dan y_A sbb:

Definisikan vektor satuan da lam arah x dan y sbb:

Vektor satuan i adalah vektor yang panjangnya (besarnya) satu satuan dan arahnya dalam arah sumbu x positif

Vektor satuan j adalah vektor yang panjangnya satu satuan dan arahnya ke arah sumbu y positif

Vektor satuan dalam arah sumbu z positif ditulis k

Sebuah vektor  yang  arahnya  ke  arah  sb-x   positif  dan panjangnya 3 satuan dapat dinyatakan dengan 3 i, jika  arahnya  ke arah sb-x negatif, dinyatakan dengan            3 (-i)=-3  i.

2. PERPINDAHAN

Misalkan sebuah benda mula-mula (keadaan 1) berada pada posisi x₁, kemudian benda tersebut berpindah ke posisi x₂, maka perpindahan yang dialami benda tersebut didefinisikan sbb :

∆x = x₂ - x_l

Dalam definisi ini kita tidak memperdulikan kemana benda itu pergi dan berapa lama waktu yang diperlukan antara posisi x₁ dan akhirnya berada di posisi x₂ itu.

Contoh : mungkin saja benda tersebut di atas mula-mula  berada  di posisi x, lalu berpindah ke  0,  terus  pindah  lagi  ke  x₃ baru kembali ke x₂ , atau benda tersebut langsung dari posisi x­₁  ke  x₂, maka perpindahanhya antara posisi awal x₁  ke x₂ adalah  x_{2 –}x₂.

Hal ini akan lebih jelas dalam dua dimensi sbb :

Jika sebuah benda mula mula berada pada posisi r₁ kemudian pindah ke ke posisi r₂, maka vektor perpindahannya didefinisikan sbb. :

Dalam definisi ini kita tidak memperdulikan bagaimana caranya benda tsb. berpindah dari posisi r₁ ke  r₂.  Dapat  saja  langsung mengikuti vektor ∆r tetapi dapat pula mengikuti jalan yang digambarkan dengan garis putus-putus yang berbelok-belok pada gambar di atas.

Meskipun  seorang  olahragawan  berjalan  atau berlari melalui lintasan A atau B, perpindahannya dari 1 ke 2 dinyatakan dengan vektor yang menghubungkan titik 1 dan 2. Jelas bahwa perpindahan tsb. tidak memberi informasi melalui jalan mana yang ditempuh. jika titik 2 berkumpul dengan titik 1 (orang tsb kembali ke posisi semula ), maka perpindahannya nol.